西门子S7-200/300/400系列PLC自学手册PDF电子书下载

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 S7-200 pLC 4

0.2.2 S7-300 PLC 7

0.2.3 S7-400 PLC 10

0.2.4 S7-1200 PLC 11

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 23

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（Ladder Diagram,LAD） 46

1.4.2 指令表（Instruction List,STL） 46

1.4.3 顺序功能图（Sequential Function Chart,SFC） 47

1.4.4 功能块图 47

1.4.5 结构文本（Structured Text,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 S7-200 PLC的主要硬件资源 52

2.1.1 S7-200 PLC概述 52

2.1.2 CPU模块的连接条件 54

2.1.3 S7-200 PLC的性能 58

2.1.4 扩展模块的外部连接 63

2.1.5 S7-200 PLC特殊功能 70

2.2 S7-300 PLC的主要硬件资源 72

2.2.1 S7-300 PLC概述 72

2.2.2 S7-300 PLC的型号与规格 78

2.2.3 CPU模块的外部连接 80

2.2.4 S7-300 PLC的开关量I/O模块 87

2.2.5 S7-300 PLC的电源与接口模块 104

2.2.6 S7-300 PLC的特殊功能 106

2.3 S7-400 PLC的主要硬件资源 111

2.3.1 S7-400 PLC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 S7-400 PLC的扩展 135

2.3.6 安装机架与扩展接口 138

2.3.7 S7-400 PLC特殊功能 143

2.4 S7-1200 PLC的硬件资源 145

2.4.1 S7-1200 PLC的硬件 145

2.4.2 STEP7 Basic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 S7 PLC编程基础 163

3.1.1 S7 PLC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 S7 PLC的存储区 177

3.1.5 S7 PLC的寻址 179

3.1.6 S7 PLC的数据格式 182

3.2 基本指令与编程 188

3.2.1 S7 PLC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 S7 PLC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 S7-200 PLC的编程工具软件STEP7-MiCro/WIN32 236

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 S7 PLC的程序结构 327

5.3.2 S7 PLC程序设计的基本步骤 334

5.3.3 STEP7的符号编辑 337

5.3.4 S7 PLC线性结构程序设计实例 344

5.3.5 S7 PLC功能调用式程序设计实例 350

5.3.6 S7 PLC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 363

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 S7 PLC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 S7 PLC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 PLC PID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 S7-200 PLC称重模块的工程应用设计 506

8.5.1 SIWAREX MS称重模块概述 506

8.5.2 SIWAREX MS的硬件连接 507

8.5.3 SIWAREX MS称重模块的参数 507

8.5.4 称重模块的命令 512

8.5.5 SIWATOOL MS的使用 515

8.5.6 SIWATOOL MS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1 542

9.4.2 长度切割应用实例2 542

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 S7-200 PLC网络层次结构 608

10.2.2 PLC网络常用通信方式 612

10.2.3 S7-200 PLC网络通信协议 615

10.3 S7-200 PLC的通信功能 621

10.3.1 西门子PLC之间的通信 621

10.3.2 S7-200 PLC与驱动装置之间的通信 622

10.3.3 S7-200 PLC与第三方HML/SCDA软件间的通信 622

10.3.4 S7-200 PLC与第三方PLC之间的通信 622

10.3.5 S7-200 PLC与第三方HMI（操作面板）之间的通信 623

10.3.6 S7-200 PLC与第三方变频器之间的通信 623

10.3.7 S7-200 PLC与其他串行通信设备之间的通信 623

10.3.8 计算机与S7-200 PLC控制单元之间的通信 623

10.4 S7-200 PLC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 S7-200 PLC典型网络的组建 625

10.4.3 S7-200 PLC网络通信参数设置 627

10.5 S7-200 PLC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 S7-200 PLC网络通信的应用举例 633

10.6.1 S7-200 PLC在某汽车发动机装配线的应用 633

10.6.2 S7-200 PLC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S7-200 PLC实现PPI通信 637

10.7.2 多台S7-200 PLC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S7-200 PLC为服务器、S7-400 PLC为客户机的以太网通信实例 647

10.10.2 由S7-200 PLC为客户机、S7-300 PLC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S7-200 PLC的自由通信口收／发数据 656

10.11.2 利用S7-200 PLC的自由通信口向打印机发送数据 657

10.11.3 利用S7-200 PLC的自由通信口从条形码接收数据 659

10.11.4 利用S7-200 PLC的自由通信口控制调制解调器 661

10.11.5 利用S7-200 PLC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WinCC flexible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 WinCC flexible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 WinCC flexible项目的运行与模拟 681

11.3 WinCC flexible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 WinCC flexible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 WinCC fiexible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