S7-300/400 PLC编程设计与案例分析PDF电子书下载

第1章　PLC基础知识 1

1.1　概述 1

1.1.1　PLC的产生和定义 1

1.1.2　PLC的主要功能及特点 2

1.1.3　PLC的分类 4

1.1.4　PLC的发展概况和发展趋势 6

1.2　PLC的基本结构和各部分作用 9

1.2.1　中央处理单元 9

1.2.2　存储器单元 11

1.2.3　电源单元 12

1.2.4　输入／输出单元 12

1.2.5　接口单元 13

1.2.6　外部设备 13

1.2.7　PLC的软件系统 14

1.3　PLC的工作原理 14

1.3.1　PLC对继电器控制系统的仿真 15

1.3.2　PLC循环扫描的工作方式 17

1.3.3　PLC的编程语言 22

1.4　PLC的硬件基础 26

1.4.1　PLC的接口模块 26

1.4.2　PLC的配置与组态 29

1.5　PLC的软件基础 33

1.5.1　系统监控程序 33

1.5.2　用户程序 34

1.6　PLC的通信网络基础 36

1.6.1　PLC有较强的分散控制及连网能力 36

1.6.2　工厂自动化网络 36

1.7　PLC的主要性能指标 38

1.7.1　硬件指标体系 39

1.7.2　软件指标体系 39

1.8　PLC控制系统设计 40

1.8.1　设计基本原则 40

1.8.2　设计的主要内容 40

1.8.3　PLC控制系统的一般步骤 40

第2章　S7-300/400 PLC控制系统硬件特性 42

2.1　S7-300系列PLC的硬件组成 42

2.1.1　S7-300概述 43

2.1.2　S7-300的CPU模块 47

2.1.3 S7-300的I/O模块及其他模块 55

2.2 S7-400系列PLC的硬件组成 88

2.2.1 S7-400 PLC的基本结构与特点 88

2.2.2 机架与接口模块 91

2.2.3 S7-400的CPU模块和电源模块 96

2.2.4 S7-400的L/O模块及其他模块 103

第3章 S7-300/400 PLC的指令系统及编程 112

3.1 S7-300/400 PLC的编程基础 112

3.1.1 S7-300/400编程语言与数据类型 112

3.1.2 S7-300/400 CPU的存储区 120

3.2 S7-300/400 PLC的基本指令及编程 131

3.2.1 位逻辑指令 131

3.2.2 定时器指令 144

3.2.3 计数器指令 152

3.3 S7-300/400 PLC的功能指令及编程 157

3.3.1 装载与传输指令 159

3.3.2 比较指令 164

3.3.3 数据转换指令 167

3.3.4 移位和循环移位指令 175

3.3.5 运算指令 185

3.3.6 控制指令 203

3.3.7　累加器指令 218

3.3.8　数据块指令 222

3.3.9　S7-300/400功能块简介 223

3.4　梯形图编程规则 227

3.4.1　继电器控制电路与程序梯形图的转换 228

3.4.2　梯形图的优化 232

第4章　STEP 7在编程与调试中的应用 233

4.1　STEP 7编程软件的介绍和安装 233

4.1.1 STEP 7概述 233

4.1.2 STEP 7标准软件包 235

4.1.3 STEP 7 V5.4中的新内容 238

4.1.4 STEP 7标准软件包的扩展应用 239

4.2 STEP 7编程软件的安装 242

4.2.1 自动化许可证管理器 242

4.2.2 STEP 7安装 243

4.2.3 STEP 7卸载 246

4.3 设计自动化解决方案 246

4.3.1 规划自动化项目的一般步骤 246

4.3.2 规划油压装置自动化示例 246

4.4 用户程序结构基础 251

4.4.1 数据块及其数据结构 252

4.4.2 数组 255

4.4.3 结构 257

4.4.4 用户数据类型 259

4.5 功能块编程及调用 260

4.5.1　符号表与变量声明表（局域数据） 260

4.5.2　逻辑块局部数据的类型 263

4.5.3　块调用过程及内存分配 265

4.5.4　参数传递的限制 268

4.5.5　时间标记冲突与一致性检查 269

4.5.6　功能块编程与调用举例 270

4.6　组织块与中断优先级 276

4.6.1　中断过程 276

4.6.2　组织块的分类 278

4.6.3　组织块的优先级 299

4.6.4　对中断的控制 301

4.6.5　其他组织块 303

4.7　PLC控制系统的可靠性设计 303

4.7.1　影响PLC控制系统可靠性的因素 304

4.7.2　PLC控制系统工程应用的抗干扰设计 306

4.7.3　提高PLC控制系统可靠性的硬件措施 306

4.7.4　提高PLC控制系统可靠性的软件措施 310

第5章　S7-300/400 PLC的通信与网络 316

5.1　通信与网络的基本知识 316

5.1.1　数据通信的基本概念与术语 316

5.1.2　工业控制局域网 327

5.1.3　开放系统互连模型 334

5.1.4　IEEE 802局域网参考模型及标准 338

5.1.5　现场总线简介 340

5.1.6　S7-300/400的集成通信网络 345

5.2　MPI网络与全局数据通信 349

5.2.1 MPI网络 349

5.2.2 MPI的通信及组态 351

5.3 AS-i接口网络 360

5.3.1 AS-i的网络结构及技术指标 360

5.3.2 AS-i的通信原理 363

5.3.3 AS-i的工作过程 366

5.3.4 AS-i的主站模块 367

5.4 工业以太网 377

5.4.1 工业以太网概述 377

5.4.2 工业以太网的连接 379

5.4.3 工业以太网的交换技术 381

5.4.4 工业以太网的网卡与通信处理器 381

5.4.5 工业以太网的通信 383

5.5 Profibus现场总线 388

5.5.1 Profibus的主要构成 388

5.5.2 Profibus协议及通信方式 389

5.5.3 Profibus的数据传输与总线拓扑 394

5.5.4 Profibus的开放式接口 401

5.5.5 Profibus-DP 403

5.6 建立一个S7-300硬件组态实例 407

第6章 S7-300/400 PLC控制系统案例 415

6.1 S7-300 PLC在水力发电站自动化系统LCU中的应用 415

6.1.1 现地控制单元的介绍 415

6.1.2 LCU控制系统的构成举例 419

6.1.3 LCU控制系统功能 421

6.1.4 小结 424

6.2 水力发电机组操作自动化分解与PLC控制系统设计 425

6.2.1 水力发电机组自动操作I/O配置 425

6.2.2 水力机组顺序操作程序设计的初步考虑（自上而下） 429

6.2.3 水力机组操作流程 429

6.2.4 水力机组保护与信号 431

6.2.5 机组自动操作的PLC系统设计 432

6.2.6　机组自动操作的PLC程序设计 434

6.3　S7-300与S7-200在实现自由端口无线通信中的应用 435

6.3.1　工程项目简介 435

6.3.2　监控系统的硬件及网络结构 435

6.3.3　通信功能的实现 436

6.3.4　电台选型和故障判断 441

6.3.5　小结 442

6.4　S7-300 PLC控制系统在某水力发电站泄洪系统中的应用 442

6.4.1　项目改造用PLC硬件系统概述 442

6.4.2　项目改造用软件系统简介 445

6.4.3　小结 445

6.5　S7-300 PLC在PT水力发电站综合自动化系统中的应用 446

6.5.1　PT水力发电站综合自动化系统概况 446

6.5.2　S7-300 PLC的结构与特点 446

6.5.3　S7-300 PLC的硬件配置 447

6.5.4 S7-300 PLC与监控系统的通信方式 447

6.5.5 S7-300 PLC的软件编程 447

6.5.6 小结 449

6.6 S7-300 PLC在变电站中的应用 449

6.6.1 控制要求 450

6.6.2 硬件系统构成 450

6.6.3 监控系统软件 451

6.6.4 小结 457

6.7 S7-300在新BY国际机场行李分拣报警系统中的应用 457

6.7.1 项目的产生背景 457

6.7.2 设计原则 457

6.7.3 现场状况 457

6.7.4 行李分拣报警控制系统组成 458

6.7.5 行李分拣报警系统流程 459

6.7.6 小结 460

6.8 S7-300在断路器极限电流测试系统中的应用 460

6.8.1 项目背景 460

6.8.2 极限电流测试系统介绍 460

6.8.3 串行通信的实现 461

6.8.4 控制系统完成的功能 462

6.8.5 小结 464

6.9　S7-300 PLC与DCS串行通信在DH电站中的应用 464

6.9.1　系统连接 464

6.9.2　CP 341模块应用简述 464

6.9.3　软件组态 466

6.9.4　实施过程中的注意事项 467

6.9.5　小结 467

6.10　S7-PLC在SX永久船闸中的应用 468

6.10.1　项目情况介绍 468

6.10.2　SX船闸控制系统的组成与运行 468

6.10.3　SX船闸控制系统的基本配置 470

6.10.4　西门子PLC控制系统在SX船闸的控制特点 471

6.10.5　小结 473

6.11　S7-300 PLC及FM 354在汽车门板超声波焊接机中的应用 473

6.11.1　项目简介 474

6.11.2　控制系统配置 474

6.11.3　系统设计 474

6.11.4　小结 477

6.12　S7-300 PLC及FM 353在汽车仪表板超声波焊接机中的应用 477

6.12.1　项目简介 477

6.12.2　19头超声波焊接设备的工艺过程和主要控制对象 478

6.12.3　控制系统的构成和部分HMI控制界面 479

6.12.4　控制系统结构、程序编制和FM 353的驱动 480

6.12.5　小结 484

6.13　S7-300在XJB水电站左岸供水工程中的应用 484

6.13.1　概况 485

6.13.2　系统组成 486

6.13.3　系统硬件配置及组态 486

6.13.4　系统功能说明 487

6.13.5　小结 491

6.14　S7-300和WinCC在XG转炉基础自动化中的应用 491

6.14.1　控制范围 491

6.14.2　H1网 492

6.14.3　控制特点 493

6.14.4　网路通信 493

6.14.5　小结 494

6.15　S7-400冗余系统在某电厂中的应用 494

6.15.1　项目简介 494

6.15.2　系统介绍 495

6.15.3　控制系统结构 495

6.15.4　控制系统完成的功能 495

6.15.5　小结 501

6.16　S7-400及编程软件GRAPH在DYT景观水域综合治理中的应用 502

6.16.1　项目简介 502

6.16.2　系统介绍 502

6.16.3　控制系统构成 503

6.16.4　用GRAPH编制反冲程序及循环程序 504

6.16.5　GRAPH调试的快速性 505

6.16.6　独特的入机界面监控功能 506

6.16.7　小结 508

6.17　S7-400 PLC及WinCC实现高速数据采集 509

6.17.1　问题的提出 509

6.17.2　解决问题的基本思路 509

6.17.3　运用WinCC+S7-400实现高速数据采集 510

6.17.4　效果 514

6.17.5　结论和探讨 516

6.18　西门子PLC远程访问诊断方案 516

6.18.1　基于Modem拨号的TeleService 516

6.18.2　基于互联网的TeleService 517

6.18.3　小结 526

6.19　用STEP 7中的SFB 41/FB 41、SFB 42/FB 42、SFB 43/FB 43实现PID控制 526

6.19.1　概述 526

6.19.2　PID系统控制器的选择 527

6.19.3　布线 529

6.19.4　参数赋值工具介绍 529

6.19.5　在用户程序中实现 530

6.19.6　功能块介绍 531

6.19.7　小结 548

6.20　S7-400在甲醇项目中实现首发报警功能 548

6.20.1　项目概况 548

6.20.2　控制系统介绍 549

6.20.3　控制系统完成的功能 549

6.20.4　首发报警的实现 549

6.20.5　小结 551

6.21 基于Profibus-DP总线的连铸板坯称量系统设计 551

6.21.1　背景简介 551

6.21.2　构成及工艺流程 552

6.21.3　系统构成 553

6.21.4　软件编程及组态 556

6.21.5　系统功能与特点 558

6.21.6　小结 559

6.22　西门子开放式IE通信在水电站监控系统中的应用 559

6.22.1　引言 559

6.22.2　项目简介 560

6.22.3　CPU 315-2PN/DP模块及Modbus/TCP协议 560

6.22.4　软件实现 561

6.22.5　小结 565

6.23　FBZ-2610型GIS智能汇控柜 565

6.23.1　项目简介 565

6.23.2　系统的主要特点 566

6.23.3　工作环境 566

6.23.4　系统构成 566

6.23.5　系统功能 567

6.23.6　小结 571

6.24　STEP 7间接寻址编程概述 571

6.24.1　寻址总述 571

6.24.2　间接寻址方法 572

6.24.3　可对间接寻址的指针进行运算的相关指令介绍 575

6.24.4　编程实例 579

6.25　西门子工业控制网络在区域供冷系统中的应用 581

6.25.1　项目简介 581

6.25.2　系统介绍 581

6.25.3　网络系统构成 582

6.25.4　控制系统完成的功能 586

6.25.5　小结 587

附录　S7-300/400的指令一览表 588

参考文献 593