第1章 工业自动化控制系统概述 1
1.1 工业自动化概念 1
1.2 电气控制的历史与发展 1
1.3 PLC控制的历史与发展 2
第2章 工业自动化项目设计 5
2.1 工业自动化项目设计要求 5
2.2 工业自动化项目设计流程 5
2.2.1 确定系统总体控制方案 6
2.2.2 制定电气控制方案 7
2.2.3 确定控制系统的输入输出信号 7
2.2.4 硬件选型与配置 7
2.2.5 I/O分配 8
2.2.6 PLC控制系统硬件设计 8
2.2.7 PLC控制系统软件设计 8
2.2.8 上位监控系统设计 8
2.2.9 现场运行调试 8
2.2.10 项目归档 8
2.3 灌装自动生产线介绍 9
任务一 灌装自动生产线项目调研及整体方案设计 9
第3章 工业自动化项目的电气控制 13
3.1 电气控制要求 13
3.2 电气设备 13
3.3 常用低压电器设备 14
3.3.1 低压配电电器 14
3.3.2 低压主令电器 15
3.3.3 低压控制电器 17
3.3.4 低压保护电器 19
3.3.5 低压执行电器 21
3.3.6 低压信号电器 24
3.4 电气控制线路设计规范及读图方法 26
3.4.1 电气控制系统线路设计要求及规范 26
3.4.2 电气控制线路读图方法 30
3.5 常用电气控制线路及其保护环节 36
3.5.1 三相异步电动机起保停线路及其保护环节 36
3.5.2 三相异步电动机正反转控制线路及其保护环节 37
3.5.3 他励直流电动机串三级电阻起动及其保护环节 38
3.6 灌装自动生产线电气控制方案设计要求 39
任务二 灌装自动生产线电气控制部分设计与实现 40
第4章 PLC基础 43
4.1 PLC的产生和定义 43
4.2 PLC的特点 44
4.3 PLC的应用 44
4.4 PLC的分类 45
4.4.1 按照I/O点数容量分类 45
4.4.2 按照结构形式分类 46
4.4.3 按照使用情况分类 46
4.5 PLC的组成 46
4.5.1 中央处理单元（CPU） 47
4.5.2 存储器 47
4.5.3 输入/输出单元 48
4.5.4 电源 49
4.5.5 I/O扩展接口 49
4.5.6 通信接口 49
4.5.7 智能单元 49
4.5.8 外部设备 50
4.6 PLC的工作特点 50
4.6.1 PLC的扫描周期 51
4.6.2 输入/输出映像寄存器 51
4.6.3 PLC的输入/输出滞后 52
4.6.4 PLC的工作模式 52
4.6.5 PLC的技术性能指标 53
4.7 S7-1200 PLC的特点 55
第5章 工业自动化项目的PLC控制硬件设计 56
5.1 PLC系统硬件设计步骤与要求 56
5.1.1 计算输入/输出设备 57
5.1.2 PLC机型选择 57
5.1.3 PLC容量估算 58
5.1.4 设计电气原理图和接线图 60
5.2 S7-1200 PLC基本介绍 60
5.2.1 S7-1200 PLC硬件模块 61
5.2.2 CPU模块 62
5.2.3 信号板及信号模块 65
5.2.4 集成通信接口及通信模块 68
5.2.5 S7-1200 PLC硬件安装及规范 70
5.2.6 安装和拆卸CPU 71
5.2.7 安装和拆卸信号模块 71
5.2.8 安装和拆卸通信模块 73
5.2.9 安装和拆卸信号扩展板 74
5.2.10 拆卸和安装端子板连接器 75
任务三 灌装自动生产线PLC控制系统设计 76
5.3 S7-1200 PLC硬件接线规范 77
5.3.1 安装现场的接线 77
5.3.2 使用隔离电路时的接地与电路参考点 78
5.3.3 数字量输入接线 78
5.3.4 数字量输出接线 79
5.3.5 模拟量接线 80
任务四 灌装自动生产线PLC控制系统硬件设计及接线 80
第6章 工业自动化项目的PLC控制软件设计 83
6.1 自动化项目设计软件——STEP 7 Basic 83
6.1.1 STEP 7 Basic的功能 83
6.1.2 STEP 7 Basic的安装环境与安装方法 83
6.1.3 STEP 7 Basic中项目的创建过程 84
6.1.4 新建项目过程中容易出现的问题及解决办法 101
6.1.5 S7-1200 CPU的密码保护功能 104
6.1.6 程序块的复制保护功能 104
6.1.7 STEP 7 Basic中程序的上传功能 105
6.1.8 STEP 7在线帮助功能 112
任务五 在STEP 7软件中建立灌装自动生产线项目并进行硬件组态 113
6.2 STEP 7编程基础 116
6.2.1 数制和编码 116
6.2.2 数据类型及表示格式 118
6.2.3 存储区的寻址方式 120
6.2.4 STEP 7 Basic编程语言 121
6.2.5 STEP 7 Basic指令系统 124
6.3 PLC的程序结构与编程方法 126
6.3.1 组织块OB 126
6.3.2 组织块OB的优先级 128
6.3.3 功能块FB和功能FC 128
6.3.4 数据块DB 129
6.3.5 程序块的编辑 131
6.3.6 程序块的编译和下载 133
6.3.7 程序块的监视与程序的调试 135
6.3.8 块的调用 136
6.3.9 PLC的编程方法 139
6.4 工业自动化项目程序结构及符号表 141
6.4.1 设计项目程序结构 141
6.4.2 创建用户程序结构 142
6.4.3 建立项目变量表 143
任务六 灌装自动生产线PLC控制系统程序结构及变量表 150
6.5 工业自动化项目中数字量的处理 154
6.5.1 触点的逻辑关系 154
任务七 设计灌装自动生产线PLC控制系统手动运行程序 156
6.5.2 置位输出/复位输出指令 158
6.5.3 边沿检测指令 159
6.5.4 复位优先SR锁存/置位优先RS锁存指令 161
任务八 设计急停复位等程序和调用功能 163
6.6 工业自动化项目中时间控制方法 169
6.7 工业自动化项目中计数功能 178
任务九 设计灌装自动生产线PLC控制系统手动和自动运行程序 183
6.8 工业自动化项目中数据处理方法 187
6.8.1 移动操作指令 187
6.8.2 数学函数指令 189
6.8.3 比较器操作指令 191
6.8.4 转换操作指令 194
任务十 灌装自动生产线PLC控制系统统计程序设计 196
6.9 故障诊断与程序调试方法 200
6.9.1 CPU的在线和诊断功能 201
6.9.2 使用程序编辑器调试程序 206
6.9.3 使用变量表调试程序 208
6.9.4 采用监控与强制表监视、修改和强制变量 208
6.9.5 工具的使用 212
6.10 工业自动化项目中模拟量的处理 217
6.10.1 模拟量输入信号的采集 217
6.10.2 模拟量输入信号的处理 221
任务十一 灌装自动生产线PLC控制系统合格检验程序设计 221
6.11 顺序控制编程方法 223
任务十二 灌装自动生产线顺序控制自动运行程序设计 229
第7章 PLC的网络通信技术及应用 234
7.1 通信基础知识 234
7.1.1 数据传输方式 234
7.1.2 西门子工业网络通信 234
7.2 S7-1200支持的通信 236
7.2.1 PROFINET通信 236
7.2.2 PROFIBUS通信 236
7.2.3 简易通信模块 236
7.3 PROFINET通信 237
7.3.1 PROFINET简介 237
7.3.2 构建PROFINET网络 239
7.4 PROFIBUS通信 241
7.4.1 PROFIBUS简介 241
7.4.2 PROFIRUS DP 242
第8章 工业自动化项目上位监控系统设计 247
8.1 人机界面概述 247
8.1.1 HMI的主要任务 247
8.1.2 HMI项目设计方法 248
8.1.3 SIMATIC精简系列面板 248
8.1.4 WinCC （TIA Protal）简介 249
8.2 建立一个WinCC Basic项目 250
8.2.1 直接生成HMI设备 250
8.2.2 使用HMI设备向导组态画面 251
8.2.3 WinCC Basic项目组态界面 255
8.3 KTP 600 Basic color PN触摸屏的通信连接 257
8.3.1 KTP 600 Basic color PN触摸屏的硬件连接 257
8.3.2 设置KTP 600 Basic color PN触摸屏通信参数 258
8.3.3 下载HMI组态 262
任务十三 建立灌装自动生产线上位监控项目 263
8.4 定义变量 263
8.4.1 变量的分类 264
8.4.2 变量的数据类型 264
8.4.3 编辑变量 264
8.5 组态画面 268
8.5.1 设计画面结构与布局 268
8.5.2 创建画面 269
8.5.3 画面管理 270
8.5.4 组态初始画面 278
8.5.5 组态运行画面 282
8.5.6 组态参数设置画面 304
8.5.7 组态趋势视图画面 311
任务十四 组态灌装自动生产线监控画面 314
8.6 报警 315
8.6.1 报警的概念 315
8.6.2 组态报警 318
8.6.3 显示报警信息 322
任务十五 组态灌装自动生产线中的报警 325
8.7 用户管理 325
8.7.1 用户管理的概念 325
8.7.2 用户管理的组态 326
8.7.3 用户管理的使用 329
任务十六 组态用户管理系统 331
8.8 组态功能键 331
任务十七 组态画面中的功能键 338
8.9 WinCC Basic项目的模拟调试 339
第9章 项目文件整理 342
9.1 灌装自动生产线项目报告 342
任务十八 灌装生产线项目报告撰写 343
9.2 灌装自动生产线项目使用说明书 343
任务十九 灌装生产线项目使用说明书撰写 343
参考文献 347