PLC＋Arduino实战笔记05：金属到位，LED才亮

前几篇已经完成了PLC启动、停止、自保持、3秒延时和状态灯显示。这一篇继续往前走一步：加入接近开关，让PLC根据现场检测结果决定是否允许Arduino点亮LED。arduino C和C#的写法在前面部分很相似，实际是会了C，学工业C#会容易的多。本系列将通过52节课直达工业机器视觉前置课程。

本次实验的核心是：准备完成，不代表立即执行；工件到位后，才允许输出。

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一、本次要实现的效果

保留前面的启停与延时逻辑，只增加一个“金属工件到位”的条件。

按下启动按钮
    ↓
PLC保持启动状态
    ↓
等待3秒，准备完成
    ↓
检测金属是否到位
    ├─ 没有金属 → Arduino LED不亮
    └─ 金属到位 → Arduino LED亮

准备完成以后，移走金属，Arduino LED熄灭；再次靠近，LED再次点亮。按停止按钮，则撤销启动状态和输出。

这一篇不加电机、计数和超时报警，先把“检测条件控制输出”这一条链路跑通。

二、实验硬件与分工

本次使用的硬件：

西门子S7-200 SMART CR40 PLC
金属检测用接近开关
NPN转PNP信号转换器
24V输入光耦隔离模块
Arduino
LED及其配套限流电路
原有启动、停止按钮和状态指示灯

各部分分工如下：

部件	本次作用
接近开关	检测金属工件是否到位
NPN转PNP转换器	使传感器信号匹配现有PLC输入接法
PLC	完成启停、自保持、3秒准备和条件判断
光耦隔离模块	将PLC侧信号隔离后传给Arduino
Arduino	读取许可信号，控制LED显示

控制权仍然在PLC。Arduino不另做一套启动、延时或传感器判断，只负责接收PLC的最终许可并显示。

三、实际信号链路

本次验证后的输出地址是Q1.5。

接近开关
    ↓
NPN转PNP转换器
    ↓
PLC物体检测输入
    ↓
启动保持＋准备完成＋工件到位
    ↓
Q1.5
    ↓
隔离模块输入侧
    ↓
隔离模块O1 → Arduino D4
    ↓
Arduino D8 → LED

本机使用的对应关系：

项目	地址／引脚
PLC启动保持	M10.0
3秒准备定时器	T37
准备完成状态	M10.2
PLC到Arduino的输出	Q1.5
隔离模块输出接Arduino	D4
Arduino LED控制	D8

传感器的PLC输入地址应以实际接线和在线监控确认结果为准，不在这里把端子编号直接当成程序地址。

接线时，PLC侧24V不能直接进入Arduino数字引脚。光耦模块的输入电压、输出侧供电和端子定义，也需要按实际模块规格确认。

四、PLC逻辑：在原输出前增加一个条件

前面已经验证的启停和3秒延时网络保持不变。本篇的主要变化，是在最终输出前增加工件检测条件。

文字梯形图：

  M10.0           T37         工件到位
───| |────────────| |────────────| |────────( Q1.5 )
  已启动        准备完成       检测有效       Arduino许可

对应逻辑：

Arduino许可
= 已启动
AND 3秒准备完成
AND 工件到位

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这里没有对Q1.5做自保持。因此，准备完成后，工件一旦移走，检测条件不再成立，Q1.5就断开。

要注意区分两个状态：

准备完成：表示3秒准备过程已经结束。
允许执行：还需要工件到位，才给Arduino发送许可。

所以，PLC侧表示“准备完成”的绿灯可以保持亮着，而Arduino的LED仍然随着工件有无变化，两者含义不同。

五、Arduino：D4读取，D8显示

本次Arduino侧的引脚固定为：

const byte signalPin = 4; 
const byte ledPin = 8;

// 隔离模块 O1 → Arduino D4
// LED控制端   → Arduino D8

const byte signalPin = 4;
const byte ledPin = 3;

// 隔离模块动作时，D4的有效电平。
// 先用LOW；若实测亮灭相反，再改为HIGH。
const byte signalActiveLevel = LOW;

// LED点亮所需电平。
// 普通接法：D8 → 限流电阻 → LED → GND，使用HIGH。
// 若为低电平点亮的LED模块，改为LOW。
const byte ledOnLevel = HIGH;

int lastSignal = -1;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  pinMode(signalPin, INPUT_PULLUP);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);

  // 初始关闭LED
  digitalWrite(ledPin, ledOnLevel == HIGH ? LOW : HIGH);

  Serial.println("Test ready: input D4, LED D8");
}

void loop() {
  int signal = digitalRead(signalPin);
  bool active = (signal == signalActiveLevel);

  // LED跟随输入是否有效
  digitalWrite(
    ledPin,
    active ? ledOnLevel : (ledOnLevel == HIGH ? LOW : HIGH)
  );

  // 只在输入变化时打印
  if (signal != lastSignal) {
    Serial.print("D4 = ");
    Serial.print(signal);
    Serial.print(" | LED command = ");
    Serial.println(active ? "ON" : "OFF");

    lastSignal = signal;
  }

  delay(20);
}

程序思路很简单：

读取D4
    ↓
判断隔离输出是否有效
    ↓
控制D8上的LED

隔离模块可能是低电平有效，也可能采用其他输出方式，需要根据实际模块和读取结果确认，不能简单认为“读到HIGH一定代表PLC接通”。

调试时，可以通过串口查看D4读数：

金属移开 → 记录D4状态
金属靠近 → 记录D4状态

先确认输入是否变化，再判断LED控制逻辑，不要只靠灯的亮灭推测信号有没有到达。

六、本次踩坑：软件ON，不等于实物输出已经动作

这一篇最花时间的，不是增加检测触点，而是核对输出地址。

1. 检测对象用错了

一开始拿非金属物体测试，没有得到预期反应。

后来用金属靠近，传感器才触发。这次使用的是金属检测用接近开关，不能把它当成漫反射光电传感器使用。

这也提醒我：先确认传感器检测什么，再排查接线和程序。

2. 输出公共端没有有效供电

排查时发现：

L＋有24V
4L没有24V

核对并接好L＋到4L后，4L恢复24V。但隔离模块仍未得到预期信号，说明问题还没有完全解决。

3. 最终根因是程序地址与物理端子不对应

当时程序写的是：

Q4.5
在线监控显示ON，但实际接线位置是：

DQb区5号端子
本次CR40上的这个端子对应：

Q1.5
把输出线圈从Q4.5改成Q1.5后，问题解决。

这次最值得记住的一点是：

在线监控中的输出位为ON，只说明程序把该地址置成了1；还必须确认它对应的物理端子、公共端供电和外部回路。

4. 调试时不要让输入、输出共用一个引脚

Arduino调试中，还曾误把两个引脚都设为D4：

const byte signalPin = 4; 
const byte ledPin = 4;

这会让读取输入与驱动输出发生冲突。本次实际接线是D4输入、D8输出，两者必须分开。

七、第五课验收表

本课按以下现象检查：

测试操作	预期结果
未启动，金属靠近	Q1.5不接通，Arduino LED灭
启动后未满3秒，金属靠近	仍不允许输出
准备完成，没有金属	Q1.5断开，Arduino LED灭
准备完成，金属靠近	Q1.5接通，Arduino LED亮
移走金属	Q1.5断开，Arduino LED灭
金属仍在，按停止	撤销许可，Arduino LED灭

拍摄时，把在线监控、接近开关和Arduino LED一起展示，会更容易看清“条件变化—PLC输出—实物显示”的对应关系。

八、下一篇

第五课解决的是：

工件没到，不允许执行。

下一篇准备增加一个等待期限：


准备完成
    ↓
开始等待工件
    ├─ 规定时间内到位 → 允许运行
    └─ 超时仍未到位 → 报警

先把现场输入读对、输出地址对应好，再往上增加流程逻辑。这次绕了不少路，但也留下了一条很有价值的排障记录。