如何成为一名合格的电气工程师 

一、基础层硬件能力（0-1年）

1. 熟悉基础的电路元器件

控制类器件: 断路器、接触器

保护类器件: 熔断器、漏电断路器

信号类器件: 按钮开关、行程开关、接近开关、中间继电器

2.  绘制电路图

绘制基础电路图: 互锁电路、自锁电路、启保停电路

独立绘制路图: 数字量输入输出信号、模拟量输入输出信号、外部设备信号、

通信总线绘制(ModBus、EtherCat、Profibus)、绘制布局图、生成接线图

3. 独立完成电气柜配线

接线材料： 接线端子、标签、号码管

接线工具:  剥线钳、压线钳

4. 电路检测

万用表\示波器: 测试电流电压

示波器: 测试相位差

5. 配置硬件架构

PLC硬件框架： CPU模块、IO模块、电源模块、通信模块

二、软件编程能力  

1. 编程语言的种类

梯形图(LAD): 程序执行顺序为从左到右、自上而下扫描，信号流终止于右母线。沿袭继电器控制电路形式，采用触点、线圈等符号构建逻辑关系，电气技术人员易上手

功能块图(FBD): 功能块具有面向对象特性，内部逻辑封装后仅暴露接口参数，用户无需关注实现细节即可复用       

连续功能图(CFC): 图形化编程范式,采用预置功能块（如PID控制、数学运算模块）通过拖拽连线实现逻辑构建，大幅降低编程复杂度，尤其适合大型流程控制项目

顺序功能图(SFC):

优点: ‌直观性与高效性、‌故障诊断高效、开发维护便捷、并行处理能力

缺点:

1. 场景适用局限 

· 主要适用于顺序控制场景，对手动操作、中断响应等非顺序逻辑支持不足

· 复杂数学运算需依赖FBD或ST语言补充实现

2. 设计复杂度门槛

· 大型系统需预先周密规划步骤划分与状态转移，设计失误易引发逻辑混乱8

· 并行分支过多时可能产生优先级冲突，需额外增加仲裁机制6

3. 资源管理挑战

· 步骤激增时占用较多程序存储空间，需优化步状态管理策略6

· 跨步骤数据传递需显式设计，增加接口复杂度5

结构化文本(ST)：

优点:

1. 复杂算法处理能力

· 支持高级数学运算、矩阵操作及自定义函数，适用于需要精密计算的场景（如PID控制、运动轨迹规划）

· 可处理浮点数运算、三角函数等梯形图难以实现的功能，满足机器人控制等

2. 代码可维护性与扩展性

· 采用类Pascal/C的语法结构（如IF-THEN、CASE循环），提升代码可读性和结构化程度

· 支持模块化编程和函数封装，便于大型系统开发及跨项目复用代码

3. ‌跨平台兼容性

· 符合IEC标准，在不同品牌PLC（如西门子、罗克韦尔）间具有较高可移植性911

· 与SCADA、MES系统集成时数据交互更高效，适合企业级自动化架构11

4. ‌实时性能优化

· 直接编译为机器码执行，扫描周期短于图形化语言（如梯形图），适用于高速控制（<10ms响应）

‌固有局限性:

1. ‌学习门槛较高

· 需具备编程基础（如变量声明、数据类型），对电气背景工程师不够友好89

· 调试时无法直观观察信号流，故障定位难度高于梯形图

2. 硬件依赖风险

· 部分老旧PLC型号可能不支持完整ST语法，需额外验证兼容性10

· 底层硬件操作（如寄存器读写）需调用专用函数库，增加开发复杂度

3. 工程协作障碍

· 在维护以梯形图为主的项目时，混合编程可能造成逻辑理解断层8

· 缺乏图形化界面，与机械/工艺工程师沟通效率较低8

典型应用场景对比

三、硬件处理能力

1. 通信协议分类

Modbus RTU/TCP: RTU基于RS-485，TCP基于以太网，是工业领域通用协议，但实时性较弱

PROFINET: 支持IRT（等时实时）模式，μs级同步，适用于机器人协同    和运动控制。

EtherNet/IP: 罗克韦尔主导，支持CIP协议，适用于北美地区设备集成

EtherCAT:

优点:

1. ‌超高性能实时通信

· 采用“边收边发”(On-the-Fly)处理机制，单个从站延迟低至‌<1μs‌，1000节点通信周期可压缩至‌100μs‌，适配高速运动控制场景（如多轴伺服同步）

· 分布式时钟(DC)实现‌纳秒级同步精度‌，满足机器人关节联动等高动态需求

2. ‌带宽与效率优化

· 单帧复用承载多节点数据，带宽利用率达‌90%以上‌（对比Modbus TCP）12

· 支持‌大数据量传输‌（如视觉+控制信号混合），有效载荷率显著高于传统现场总线26

3. 拓扑灵活性与成本优势

· 兼容‌线型、树型、星型、环型‌混合拓扑（无需交换机），降低布线复杂度14

· 从站采用‌低成本ESC芯片‌（如ET1100），主站可通过标准网卡部署14

4. 开放性与兼容性

· 符合‌IEC 61158标准‌，支持与CANopen协议映射（通过CoE功能），保留旧设备固件复用能力56

· 开源策略推动生态扩展，数千家厂商提供兼容硬件46

‌主要局限

1. 实施复杂度高

· 主站需实现精密DC同步算法，依赖‌Xenomai/RT-Linux‌等实时系统，开发门槛陡峭12

· 从站‌必须集成专用ESC芯片‌（如TI Sitara），无法软件模拟111

2. 故障诊断困难

· 线型拓扑存在“‌一断全断‌”风险，需手动分段排查故障节点17

· 缺乏标准化网络分析工具（对比PROFINET的Wireshark插件）1

3. 实时性与带宽的权衡

· 超大规模网络（>500节点）或混合传输视觉数据时，可能牺牲同步精度12

· 主站CPU负载随节点数线性增长，需高性能处理器支撑211

4. ‌生态系统地域性

· 核心技术依赖‌德国厂商‌（Beckhoff等），亚洲地区技术支持较弱16

· 部分厂商兼容性不足，易引发设备互操作故障11

2. 运动控制

功能: 点位运动、电子凸轮、直线插补、圆弧插补、连续插补、运动和机械手指令功能。

3. 安全系统设计

安全继电器/安全PLC：

是实现紧急停止（E-STOP）功能。当检测到危险信号（如急停按钮被按下、光幕断裂、 安全门打开等）时，安全PLC会立即切断电源，停止设备运行，防止事故发生。

品牌: PILZ    PNOZ X2.8P 等现场发挥

三、项目实战能力

1. 完成单机设备调试（如包装机PLC程序移植）

2. 主导智能工厂整线自动化方案设计

3. 规划数字化车间（集成MES/SCADA系统）