总论S7系列PLC控制系统的组成1

0.1 西门子的全集成自动化（TIA）1

0.1.1 TIA的统一性2

0.1.2 TIA的开放性3

0.2 西门子（SIMATIC）家族3

0.2.1 S7—200PLC4

0.2.2 S7—300PLC7

0.2.3 S7—400PLC10

0.2.4 S7—1200PLC11

0.3 编程设备16

0.4 编程软件16

0.4.1 工程工具16

0.4.2 运行版软件17

0.4.3 人机接口（HMI）软件17

0.5 授权文件17

0.5.1 授权的分类17

0.5.2 使用授权和许可证密钥18

0.6 设置PG/PC接口19

习题与思考题20

上篇 S7系列PLC工程开发应用技术基础

第1章PLC快速入门23

1.1 PLC概述23

1.1.1 PLC的诞生与迅猛发展23

1.1.2 PLC的定义和标准24

1.1.3 PLC的功能及应用26

1.1.4 PLC与其他工业控制系统的比较28

1.2 PLC的基本结构及工作原理30

1.2.1 PLC的基本结构30

1.2.2 PLC的工作原理38

1.3 PLC的技术性能43

1.3.1 基本技术性能43

1.3.2 PLC的内存分配及I/O点数45

1.4 PLC的编程语言46

1.4.1 梯形图（LadderDiagram，LAD）46

1.4.2 指令表（InstructionList，STL）46

1.4.3 顺序功能图（SequentialFunctionChart，SFC）47

1.4.4 功能块图47

1.4.5 结构文本（StructuredText，ST）及其他高级编程语言47

1.5 PLC的特殊功能47

1.5.1 PLC特殊功能的特点与分类47

1.5.2 特殊功能的分类48

习题与思考题50

第2章S7系列PLC的硬件资源52

2.1 S7—200PLC的主要硬件资源52

2.1.1 S7—200PLC概述52

2.1.2 CPU模块的连接条件54

2.1.3 S7—200PLC的性能58

2.1.4 扩展模块的外部连接63

2.1.5 S7—200PLC特殊功能70

2.2 S7—300PLC的主要硬件资源72

2.2.1 S7—300PLC概述72

2.2.2 S7—300PLC的型号与规格78

2.2.3 CPU模块的外部连接80

2.2.4 S7—300PLC的开关量I/O模块87

2.2.5 S7—300PLC的电源与接口模块104

2.2.6 S7—300PLC的特殊功能106

2.3 S7—400PLC的主要硬件资源111

2.3.1 S7—400PLC概述111

2.3.2 CPU模块116

2.3.3 电源模块119

2.3.4 开关量输入/输出模块121

2.3.5 S7—400PLC的扩展135

2.3.6 安装机架与扩展接口138

2.3.7 S7—400PLC特殊功能143

2.4 S7—1200PLC的硬件资源145

2.4.1 S7—1200PLC的硬件145

2.4.2 STEP7Basic组态软件与硬件组态150

习题与思考题161

第3章S7系列PLC的软件资源163

3.1 S7PLC编程基础163

3.1.1 S7PLC程序的组成163

3.1.2 绝对地址的编程167

3.1.3 I/O地址的分配方式173

3.1.4 S7PLC的存储区177

3.1.5 S7PLC的寻址179

3.1.6 S7PLC的数据格式182

3.2 基本指令与编程188

3.2.1 S7PLC逻辑梯形图编程188

3.2.2 逻辑梯形图编程的注意事项194

3.2.3 典型逻辑梯形图程序197

3.2.4 定时器、计数器指令199

3.2.5 梯形图程序设计实例206

3.3 功能指令与编程208

3.3.1 S7PLC功能指令概述208

3.3.2 字节、字、双字逻辑操作指令215

3.3.3 比较指令219

3.3.4 装载、传送、移动指令221

3.3.5 移位指令225

3.3.6 代码转换指令227

3.3.7 数学运算指令231

习题与思考题233

第4章STEP7编程软件235

4.1 S7—200PLC的编程工具软件STEP7—Micro/WIN32236

4.1.1 编程软件的安装236

4.1.2 编程软件的功能240

4.1.3 软件的编程243

4.1.4 调试及运行250

4.1.5 升级版S7—200编程软件STEP7—Micro/WIN4.0的基本使用255

4.2 S7编程软件268

4.2.1 S7编程软件的组成268

4.2.2 硬件组态270

4.2.3 CPU属性274

4.2.4 LAD/FBD/STL程序编辑器277

4.2.5 下载与上传279

4.2.6 S7—300编程软件应用实例280

习题与思考题288

第5章PLC控制系统设计290

5.1 PLC控制系统设计规划290

5.1.1 系统设计原则与步骤290

5.1.2 确定系统方案293

5.1.3 系统总体设计298

5.1.4 系统规划实例300

5.2 PLC控制系统硬件设计303

5.2.1 主回路与控制回路的设计303

5.2.2 安全电路设计306

5.2.3 I/O接口设计309

5.2.4 可靠性设计314

5.2.5 安装与连接设计316

5.2.6 PLC控制系统硬件设计示范实例321

5.3 PLC控制系统软件设计327

5.3.1 S7PLC的程序结构327

5.3.2 S7PLC程序设计的基本步骤334

5.3.3 STEP7的符号编辑337

5.3.4 S7PLC线性结构程序设计实例 344

5.3.5 S7PLC功能调用式程序设计实例 350

5.3.6 S7PLC结构化程序设计实例353

习题与思考题358

下篇 S7系列PLC工程实用设计典型案例

第6章S7系列PLC工程应用的基本编程环节和典型小系统设计363

6.1 S7系列PLC控制的基本编程环节363

6.1.1 PLC工程系统的最基本控制363

6.1.2 工程应用中对电动机的控制365

6.1.3 时间控制383

6.1.4 脉冲触发控制386

6.1.5 分频控制387

6.1.6 报警控制388

6.1.7 计数控制389

6.1.8 顺序控制391

6.1.9 循环控制393

6.1.10 高速计数器控制394

6.1.11 工业控制中的典型小系统控制397

6.2 S7PLC工程应用中的典型功能控制402

6.2.1 数据的分离402

6.2.2 按比例放大模拟值403

6.2.3 求解三角函数值403

6.2.4 表中取数403

6.2.5 典型数据的转换404

6.2.6 模拟量的定时采集406

6.2.7 对典型中断的处理406

6.2.8 设定CPU时钟409

6.3 S7PLC工程应用中的特殊功能控制409

6.3.1 CPU扩展EM231进行模拟量输入信号测量409

6.3.2 CPU扩展EM235实现温度控制411

6.3.3 用EM253实现简单的相对运动413

6.3.4 用EM253实现典型的运动控制413

6.3.5 利用PID回路指令实现储水罐恒压控制416

6.4 采用不同设计方法实现的工程应用设计418

6.4.1 采用移植设计法的应用程序设计418

6.4.2 采用经验设计法的应用程序设计420

6.4.3 采用逻辑设计法的应用程序设计423

6.4.4 采用顺序功能图设计法的应用程序设计425

6.5 PLC工程应用中几种常见的典型控制系统设计433

6.5.1 城市交通指挥灯的PLC控制系统设计433

6.5.2 工业机械手的PLC控制系统设计435

6.5.3 U形板折板机的PLC控制系统设计438

6.5.4 某型导弹测试架PLC控制系统设计442

习题与思考题447

第7章PLC在机床控制中的工程应用设计448

7.1 概述448

7.1.1 利用PLC对机床控制进行改造的思路448

7.1.2 识读和分析机床PLC控制梯形图和语句表程序的方法和步骤448

7.2 C6140卧式车床的PLC技术改造设计450

7.2.1 C6140卧式车床的机械结构和主要运动450

7.2.2 CA6140卧式车床的“继电器—接触器”控制电路451

7.2.3 CA6140卧式车床的PLC技术改造设计453

7.3 C650卧式车床的PLC技术改造设计454

7.3.1 C650卧式车床的机械结构、运动形式、拖动形式及控制要求454

7.3.2 C650卧式车床的电气控制455

7.3.3 C650卧式车床的PLC技术改造设计456

7.4 Z3040摇臂钻床的PLC技术改造设计460

7.4.1 Z3040摇臂钻床的机械结构和主要运动460

7.4.2 Z3040摇臂钻床的“继电器—接触器”控制电路461

7.4.3 Z3040摇臂钻床的PLC技术改造设计463

7.5 M7130平面磨床的PLC技术改造设计466

7.5.1 M7130平面磨床的结构组成和主要运动466

7.5.2 M7130平面磨床的“继电器—接触器”电气控制电路467

7.5.3 M7130平面磨床的PLC控制系统设计468

7.6 组合机床的PLC技术改造设计470

7.6.1 组合机床的组成结构和工作特点470

7.6.2 深孔钻组合机床的PLC控制系统设计471

7.6.3 双头钻床的PLC控制系统设计475

7.7 PLC在数控机床中的工程应用设计477

7.7.1 数控机床中PLC的主要功能477

7.7.2 PLC与机床之间的信号处理过程478

7.7.3 数控机床中PLC控制程序的编制478

习题与思考题481

第8章PLC在模拟量闭环控制中的工程应用设计482

8.1 闭环控制与PID控制器482

8.1.1 模拟量闭环控制系统482

8.1.2 PID控制器484

8.1.3 PLCPID控制器的实现485

8.1.4 PID指令向导的应用488

8.1.5 PID参数的整定方法489

8.2 PID参数自整定与PID调节控制面板492

8.2.1 自整定的基本方法与自整定过程492

8.2.2 扩展的回路表493

8.2.3 PID调节控制面板494

8.2.4 PID参数自整定实例495

8.3 基于PLC、触摸屏等综合应用的温度控制系统工程设计497

8.3.1 工程设计任务要求497

8.3.2 恒温箱温度控制系统工程设计497

8.4 基于PLC、触摸屏、变频器综合应用的水箱水位控制系统工程设计501

8.4.1 工程设计任务要求501

8.4.2 水箱水位控制系统工程设计501

8.5 S7—200PLC称重模块的工程应用设计506

8.5.1 SIWAREXMS称重模块概述506

8.5.2 SIWAREXMS的硬件连接507

8.5.3 SIWAREXMS称重模块的参数507

8.5.4 称重模块的命令512

8.5.5 SIWATOOLMS的使用515

8.5.6 SIWATOOLMS的工程应用设计举例517

习题与思考题522

第9章PLC在运动控制中的工程应用设计523

9.1 运动控制技术523

9.1.1 运动控制技术简介523

9.1.2 运动控制系统的组成和各部分的作用523

9.2 PLC采用位控模块的运动控制525

9.2.1 位控模块概述525

9.2.2 位控模块的特性及接线527

9.3 位控模块的编程应用531

9.3.1 组态位控模块532

9.3.2 位控指令应用指导535

9.4 采用位控单元进行位置控制的应用实例541

9.4.1 长度切割应用实例1542

9.4.2 长度切割应用实例2542

9.5 四轴联动机械手运动控制系统工程应用设计544

9.5.1 机械手模型的基本结构及主要功能544

9.5.2 系统硬件的接线及工作流程546

9.5.3 系统的硬件配置、原理及应用550

9.5.4 系统的PLC程序设计567

9.6 六层电梯模型运动控制系统的工程应用设计575

9.6.1 六层电梯模型的基本结构及主要内容575

9.6.2 六层电梯模型电气控制系统的硬件配置及控制原理576

9.6.3 六层电梯模型PLC控制系统的有关参数设置及程序设计586

习题与思考题599

第10章PLC在工业控制网络通信中的工程应用设计600

10.1 网络通信的基本概念和接口600

10.1.1 网络概述600

10.1.2 网络通信方式603

10.1.3 异步串行通信接口606

10.2 西门子PLC网络结构及通信608

10.2.1 S7—200PLC网络层次结构608

10.2.2 PLC网络常用通信方式612

10.2.3 S7—200PLC网络通信协议615

10.3 S7—200PLC的通信功能621

10.3.1 西门子PLC之间的通信621

10.3.2 S7—200PLC与驱动装置之间的通信622

10.3.3 S7—200PLC与第三方HMI/SCDA软件间的通信622

10.3.4 S7—200PLC与第三方PLC之间的通信622

10.3.5 S7—200PLC与第三方HMI（操作面板）之间的通信623

10.3.6 S7—200PLC与第三方变频器之间的通信623

10.3.7 S7—200PLC与其他串行通信设备之间的通信623

10.3.8 计算机与S7—200PLC控制单元之间的通信623

10.4 S7—200PLC的几种典型网络623

10.4.1 网络的建立和基本原则623

10.4.2 S7—200PLC典型网络的组建625

10.4.3 S7—200PLC网络通信参数设置627

10.5 S7—200PLC的通信指令630

10.5.1 网络读/写指令630

10.5.2 发送指令与接收指令630

10.6 S7—200PLC网络通信的应用举例633

10.6.1 S7—200PLC在某汽车发动机装配线的应用633

10.6.2 S7—200PLC在某水电站工程中的应用635

10.7 PPI通信实例637

10.7.1 两台S7—200PLC实现PPI通信637

10.7.2 多台S7—200PLC实现PPI通信640

10.8 无组态连接通信方式的MPI通信实例643

10.9 PROFIBUS—DP通信实例645

10.10 工业以太网通信实例647

10.10.1 由S7—200PLC为服务器、S7—400PLC为客户机的以太网通信实例647

10.10.2 由S7—200PLC为客户机、S7—300PLC为服务器的以太网通信实例652

10.11 自由口通信实例656

10.11.1 利用S7—200PLC的自由通信口收/发数据656

10.11.2 利用S7—200PLC的自由通信口向打印机发送数据657

10.11.3 利用S7—200PLC的自由通信口从条形码接收数据659

10.11.4 利用S7—200PLC的自由通信口控制调制解调器661

10.11.5 利用S7—200PLC的自由通信口向上位机发送实时信息666

习题与思考题669

第11章触摸屏在PLC控制系统中的工程应用671

11.1 西门子HMI与WinCCflexible技术671

11.1.1 人机界面概述671

11.1.2 人机界面的功能672

11.1.3 西门子的人机界面设备673

11.1.4 WinCCflexible简介676

11.2 触摸屏快速入门678

11.2.1 触摸屏中的变量678

11.2.2 组态一个简单项目678

11.2.3 WinCCflexible项目的运行与模拟681

11.3 WinCCflexible组态684

11.3.1 IO域组态684

11.3.2 按钮组态686

11.3.3 文本列表和图形列表组态687

11.3.4 动画组态689

11.3.5 变量指针组态690

11.3.6 运行脚本组态692

11.3.7 报警组态694

11.4 WinCCflexible多种液体混合控制设计案例696

11.4.1 控制要求696

11.4.2 PLC控制程序697

11.4.3 WinCCflexible组态700

11.5 PLC控制的给料分拣系统设计案例712

11.5.1 系统的控制设计要求712

11.5.2 系统的设计713

11.6 PLC与变频器控制电动机实现15段速运行设计案例717

11.6.1 系统的控制设计要求717

11.6.2 系统的设计718

习题与思考题721

附录A S7—200系列PLC的系统配置与常用指令722

附录B S7—300/400系列PLC常用指令733

附录C STEP7保留的关键字737

参考文献739