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第1章 绪论 1

1.1 电气控制基础 1

1.1.1 继电器 1

1.1.2 继电器控制系统 2

1.1.3 继电器控制系统的特点 2

1.2 可编程序控制器的诞生与发展 2

1.2.1 可编程序控制器诞生的时代背景 2

1.2.2 可编程序控制器诞生的过程 2

1.2.3 可编程序控制器的发展 3

1.3 可编程序控制器的名称、定义和特点 3

1.3.1 可编程序控制器的名称 3

1.3.2 可编程序控制器的定义 4

1.3.3 可编程序控制器的特点 4

1.4 可编程序控制器的分类 5

1.4.1 根据点数和功能进行分类 5

1.4.2 根据结构形式进行分类 5

1.4.3 PLC的流派分类 5

1.4.4 西门子PLC的分类 5

1.5 可编程序控制器的功能、在工业控制中的地位和发展前景 6

1.5.1 可编程序控制器的功能 6

1.5.2 可编程序控制器在工业控制中的地位 6

1.5.3 可编程序控制器的发展前景 6

第2章 可编程序控制器的组成与工作原理 7

2.1 可编程序控制器的硬件组成 7

2.1.1 组成概述 7

2.1.2 硬件组成 7

2.2 可编程序控制器的工作原理 11

2.2.1 可编程序控制器的控制作用 11

2.2.2 可编程序控制器的工作过程 12

2.2.3 可编程序控制器的输出滞后问题 14

2.3 可编程序控制器的编程语言 15

2.3.1 编程语言概述 15

2.3.2 梯形图语言 15

2.3.3 语句表语言 16

2.3.4 功能块图语言 16

2.3.5 顺序功能图语言 17

2.3.6 结构化文本语言 17

2.4 西门子PLC模块与端子连接 17

2.4.1 西门子PLC S7-200的CPU模块与硬件端子连接 17

2.4.2 西门子可编程序控制器S7-200的信号扩展模块 20

2.4.3 西门子可编程序控制器S7-300的模块 21

2.4.4 西门子可编程序控制器S7-400的模块 23

2.5 西门子PLC的存储区、数据类型与寻址 24

2.5.1 西门子PLC的存储区 24

2.5.2 西门子PLC的编程变量 27

2.5.3 西门子PLC的数据类型 29

2.5.4 西门子可编程序控制器的寻址 31

2.6 西门子可编程序控制器的软件结构 32

2.6.1 可编程序控制器的软件结构 32

2.6.2 西门子S7-200 PLC的系统块 32

2.6.3 西门子S7-300/400 PLC的硬件组态与CPU属性 34

第3章 S7-200基本编程指令 37

3.1 IEC61131-3指令系统简介 37

3.2 位逻辑操作指令 38

3.2.1 触点指令 39

3.2.2 置位、复位和输出指令 39

3.2.3 边沿检测指令 41

3.2.4 立即读写指令 41

3.3 定时器指令及其应用 44

3.3.1 定时时基 44

3.3.2 不同时基的定时器的刷新方式 44

3.3.3 定时器的定时当前值和状态位 45

3.3.4 接通延时定时器 45

3.3.5 保持型接通延时定时器 46

3.3.6 断开延时定时器 47

3.3.7 定时器的正确使用 49

3.3.8 定时器的应用举例 50

3.4 计数器指令及其应用 51

3.4.1 递增计数器指令 51

3.4.2 递减计数器指令 52

3.4.3 增减计数器指令 53

3.4.4 定时器／计数器扩展应用举例 54

3.5 数据处理指令 57

3.5.1 传送类指令 57

3.5.2 比较指令 60

3.5.3 移位指令 61

3.5.4 数据转换指令 62

3.6 数学运算及功能指令 65

3.6.1 算术运算指令 65

3.6.2 逻辑运算指令 67

3.6.3 数学功能指令 68

3.7 表功能指令 70

3.7.1 填充指令 70

3.7.2 填表指令 71

3.7.3 表中取数指令 71

3.7.4 查表指令 73

3.8 字符串操作指令 74

第4章 S7-300/400基本编程指令 76

4.1 位逻辑指令 76

4.1.1 触点指令 76

4.1.2 置位／复位／输出指令 76

4.1.3 边沿检测指令 77

4.2 定时器指令 81

4.2.1 定时器字 81

4.2.2 预设时间值 82

4.2.3 脉冲定时器 82

4.2.4 扩展脉冲定时器 84

4.2.5 接通延时定时器 85

4.2.6 保持型接通延时定时器 86

4.2.7 断开延时定时器 87

4.3 计数器指令 88

4.3.1 计数器属性 89

4.3.2 计数器指令形式 89

4.3.3 加减计数器 90

4.3.4 加计数器 91

4.3.5 减计数器 91

4.3.6 计数器的线圈指令 91

4.4 数据处理指令 92

4.4.1 传送指令 92

4.4.2 移位指令 92

4.4.3 转换指令 95

4.5 数学运算指令 98

4.5.1 整型算术运算指令 99

4.5.2 浮点数数学运算指令 99

4.5.3 字逻辑运算指令 101

第5章 程序结构、结构化编程与中断 103

5.1 西门子PLC的程序结构 103

5.1.1 西门子S7-200 PLC的程序结构 103

5.1.2 西门子S7-300/400 PLC的程序结构 104

5.2 西门子PLC的程序控制指令与结构化编程 106

5.2.1 程序控制指令 106

5.2.2 分支结构 106

5.2.3 循环结构 107

5.2.4 子程序结构 108

5.3 中断 108

5.3.1 西门子S7-200的中断 108

5.3.2 西门子S7-300/400的中断 111

第6章 西门子PLC系统设计与编程举例 113

6.1 PLC的系统设计与编程方法 113

6.1.1 PLC的系统设计方法概述 113

6.1.2 经验法与顺序控制法 114

6.1.3 编程举例与SIMIT仿真 114

6.2 抢答器 115

6.2.1 控制对象简介 115

6.2.2 PLC的输入和输出接口 115

6.2.3 PLC控制程序开发 116

6.3 水塔 118

6.3.1 控制对象简介 118

6.3.2 PLC的输入和输出接口 118

6.3.3 PLC控制程序开发 119

6.4 分类站 121

6.4.1 控制对象简介 121

6.4.2 PLC的输入和输出接口 122

6.4.3 PLC控制程序开发 122

6.5 混料罐 123

6.5.1 控制对象简介 123

6.5.2 PLC的输入和输出接口 124

6.5.3 PLC控制程序开发 125

6.6 模式组灯 126

6.6.1 控制对象简介 126

6.6.2 PLC的输入和输出接口 127

6.6.3 PLC控制程序开发 128

6.7 运料小车 131

6.7.1 控制对象简介 131

6.7.2 PLC的输入和输出接口 131

6.7.3 PLC控制程序开发 131

6.8 供料站 136

6.8.1 控制对象简介 136

6.8.2 PLC的输入和输出接口 137

6.8.3 PLC控制程序开发 138

6.9 通风机组 141

6.9.1 控制对象简介 141

6.9.2 PLC的输入和输出接口 142

6.9.3 PLC控制程序开发 142

第7章 顺序控制 145

7.1 顺序控制概述 145

7.1.1 顺序控制的基本概念 145

7.1.2 顺序控制图与步进的基本结构 145

7.1.3 顺序控制的结构形式 145

7.2 西门子S7-200 PLC顺序控制指令与程序编写 146

7.2.1 S7-200顺序控制指令及其使用 146

7.2.2 应用举例：混料罐程序设计 148

7.3 西门子S7-300/400 PLC顺序控制指令与程序编写 150

7.3.1 西门子S7-300/400顺序控制简介 150

7.3.2 S7 GRAPH指令 150

7.3.3 应用举例1：混料罐控制系统 152

7.3.4 应用举例2：供料站顺序控制 155

第8章 西门子PLC模拟量控制 159

8.1 S7-200的模拟量控制指令及编程 159

8.1.1 模块简介 159

8.1.2 模块的使用 165

8.2 S7-300的模拟量控制指令及编程 169

8.2.1 模块简介 169

8.2.2 SM331模块的使用 171

8.2.3 SM334模块的使用 175

第9章 西门子PPI和MPI通信技术 180

9.1 西门子通信技术简介 180

9.1.1 西门子工业通信协议 180

9.1.2 西门子可编程序控制器S7-200/300/400的通信模块 182

9.2 西门子PPI通信技术 183

9.2.1 PPI通信协议 183

9.2.2 S7-200 PLC与STEP7-MicroWIN之间的PPI通信 184

9.2.3 S7-200 PLC与PLC之间的PPI通信 185

9.3 西门子MPI通信技术 186

9.3.1 MPI网络的组态 186

9.3.2 通过全局数据进行MPI通信 187

9.3.3 事件驱动的全局数据的MPI通信 189

9.3.4 直接数据读写的MPI通信 190

第10章 现场总线PROFIBUS-DP通信技术 191

10.1 现场总线概述 191

10.1.1 现场总线的产生 191

10.1.2 现场总线的定义及标准 192

10.1.3 现场总线的现状 193

10.1.4 现场总线的发展 193

10.1.5 主流现场总线简介 194

10.2 现场总线PROFIBUS简介 196

10.2.1 PROFIBUS的组成 196

10.2.2 PROFIBUS的物理结构 197

10.3 S7-200与S7-300/400的PROFIBUS-DP通信 197

10.3.1 EM277的使用 197

10.3.2 通信区的设定 198

10.3.3 网络组态举例 198

10.4 S7-300/400和S7-300/400的PROFIBUS-DP不打包通信 209

10.4.1 配置从站 210

10.4.2 配置主站 212

10.4.3 软件编程 215

10.5 S7-300/400和S7-300/400的PROFIBUS-DP打包通信 215

10.5.1 SFC15和SFC14简介 216

10.5.2 从站配置 217

10.5.3 主站配置 217

10.5.4 软件编程 217

第11章 工业以太网通信技术 221

11.1 什么是工业以太网 221

11.2 S7-200与S7-200的C/S通信 222

11.2.1 组网前的准备 222

11.2.2 C/S通信网络客户端配置 222

11.2.3 C/S通信网络服务器端配置 227

11.2.4 程序编写 229

11.3 S7-200与S7-300/400的C/S通信 235

11.3.1 客户端配置 235

11.3.2 服务器端组态 237

11.3.3 程序编写 241

11.4 S7-300/400与S7-300/400的工业以太网通信 244

11.4.1 组网前的准备 244

11.4.2 硬件组态 244

11.4.3 程序编写 253

第12章 WinCC基础 256

12.1 WinCC系统的基础知识 256

12.1.1 WinCC简介 256

12.1.2 WinCC的系统组成与功能 256

12.1.3 WinCC的特点与优点 257

12.1.4 WinCC的应用 259

12.2 WinCC应用举例——混料罐的监控 259

12.2.1 WinCC应用举例说明 259

12.2.2 混料罐项目组态过程 259

第13章 西门子PLC与网络应用技术 271

13.1 PID闭环控制系统设计 271

13.1.1 数字PID调节 271

13.1.2 西门子S7-200 PLC中PID调节的实现 271

13.1.3 西门子S7-300/400 PLC中PID调节的实现 273

13.2 PLC与上位机之间的OPC技术 277

13.2.1 OPC技术介绍 277

13.2.2 基于PROFIBUS的OPC服务器的建立 278

13.2.3 基于PROFINET的OPC服务器的建立 285

13.2.4 OPC服务器的测试工具OPC Scout 287

13.3 变频器控制技术 291

13.3.1 西门子变频器参数设定 291

13.3.2 西门子变频器数字量控制 293

13.3.3 西门子变频器模拟量控制 294

13.3.4 西门子变频器PROFIBUS-DP网络控制 296

13.4 PLC控制步进电动机技术 298

13.4.1 PLC的脉冲输出 298

13.4.2 步进电动机的控制 302

13.4.3 通过指令向导组态PTO/PWM 303

附录A 西门子组态软件的使用 313

A.1 S7-200组态软件STEP7-MicroWIN V4.0使用简介 313

A.1.1 计算机配置要求 313

A.1.2 安装与通信方式的选择 313

A.1.3 STEP7-MicroWIN V4.0由英文改为中文 314

A.1.4 STEP7-MicroWIN V4.0通信的设置 315

A.1.5 PLC程序的编辑与编译 318

A.1.6 程序下载设置 318

A.1.7 程序的运行与监控 320

A.2 S7-300/400组态软件STEP7的使用简介 321

A.2.1 STEP7软件简介 321

A.2.2 在STEP7中新建或打开项目 321

A.2.3 硬件组态 322

A.2.4 编写程序 324

A.2.5 下载程序与在线监控 326

参考文献 327