第1章 概述 1
1.1 PLC的基本概念 1
1.1.1 模块式PLC的基本结构 1
1.1.2 PLC的特点 3
1.1.3 PLC的应用领域 4
1.1.4 西门子PLC的资料和软件的下载 4
1.2 PLC的工作原理 5
1.2.1 逻辑运算 5
1.2.2 PLC的循环处理过程 6
1.2.3 PLC的工作原理 8
第2章 S7-300/400的硬件与组态 10
2.1 SIMATIC自动控制系统简介 10
2.1.1 SIMATIC自动化控制系统的组成 10
2.1.2 全集成自动化 11
2.2 S7-300系列PLC简介 13
2.2.1 S7-300概述 13
2.2.2 S7-300的组成部件 14
2.2.3 S7-300的系统结构 15
2.3 S7-300的CPU模块与电源模块 16
2.3.1 CPU模块的元件 16
2.3.2 CPU的存储器 18
2.3.3 CPU模块的技术规范 20
2.3.4 电源模块 24
2.4 S7-400系列PLC简介 25
2.4.1 S7-400的基本结构与特点 25
2.4.2 机架与接口模块 26
2.4.3 冗余设计的容错自动化系统S7-400H 28
2.4.4 安全型自动化系统S7-400F/FH 30
2.4.5 多CPU处理 31
2.4.6 CPU模块与电源模块 32
2.5 STEP 7编程软件的安装与使用 36
2.5.1 STEP 7的版本与许可证密钥 36
2.5.2 STEP 7的安装与卸载 38
2.5.3 项目的创建 40
2.5.4 STEP 7与PLC通信连接的组态 43
2.6 硬件组态 45
2.6.1 硬件组态概述 45
2.6.2 多机架系统的组态 48
2.6.3 L/O模块的地址分配 49
2.6.4 CPU模块的参数设置 53
2.6.5 STEP 7的帮助功能与防止误操作的措施 59
2.7 输入／输出模块 59
2.7.1 数字量输入模块 60
2.7.2 数字量输出模块 63
2.7.3 模拟量输入模块 67
2.7.4 模拟量输入模块的参数设置 71
2.7.5 将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量 73
2.7.6 模拟量输出模块与模拟量输入／输出模块 75
2.7.7 其他信号模块与前连接器 77
2.8 功能模块 78
2.8.1 计数器模块 78
2.8.2 位置控制与位置检测模块 79
2.8.3 闭环控制模块 81
2.8.4 称重模块与S5智能I/O模块 82
2.9 ET 200分布式I/O 83
2.9.1 ET 200的特点 83
2.9.2 ET 200的分类 84
2.10 S7-300/400的维护 86
第3章 S7-300/400的编程语言与指令系统 87
3.1 S7-300/400的编程语言 87
3.1.1 PLC编程语言的国际标准 87
3.1.2 STEP 7的编程语言 87
3.2 S7-300/400 CPU的存储区 90
3.2.1 数制 90
3.2.2 基本数据类型 91
3.2.3 系统存储器 93
3.2.4 CPU中的寄存器 95
3.3 位逻辑指令 98
3.3.1 触点指令 98
3.3.2 输出类指令 100
3.3.3 其他指令 101
3.4 定时器与计数器指令 103
3.4.1 定时器指令 103
3.4.2 计数器指令 109
3.5 数据处理指令 112
3.5.1 装入指令与传送指令 112
3.5.2 比较指令 117
3.5.3 数据转换指令 118
3.6 数学运算指令 122
3.6.1 整数数学运算指令 122
3.6.2 浮点数数学运算指令 125
3.6.3 移位指令 128
3.6.4 循环移位指令 130
3.6.5 字逻辑运算指令 131
3.6.6 累加器指令 132
3.7 逻辑控制指令 134
3.7.1 跳转指令与状态位触点指令 134
3.7.2 循环指令 137
3.8 程序控制指令 137
3.8.1 与逻辑块有关的指令 139
3.8.2 主控继电器指令与数据块指令 139
3.8.3 梯形图的编程规则 140
第4章 STEP 7在编程与调试中的应用 142
4.1 符号表与逻辑块 142
4.1.1 符号表 142
4.1.2 逻辑块 144
4.1.3 项目管理 149
4.2 S7-PLCSIM仿真软件在程序调试中的应用 149
4.2.1 S7-PLCSIM的主要功能 150
4.2.2 S7-PLCSIM快速入门 150
4.2.3 视图对象 152
4.2.4 仿真软件的设置与存档 153
4.2.5 仿真PLC与实际PLC的区别 154
4.3 程序的下载与上载 154
4.3.1 在线连接的建立与在线操作 155
4.3.2 下载与上载 157
4.4 用STEP 7调试程序 158
4.4.1 系统调试的基本步骤 158
4.4.2 用程序状态功能调试程序 159
4.4.3 用变量表调试程序 160
4.4.4 单步与断点功能的使用 164
4.5 故障诊断 166
4.5.1 故障诊断的基本方法 166
4.5.2 模块信息在故障诊断中的应用 167
4.5.3 诊断故障的其他方法 169
4.6 显示参考数据 170
4.6.1 参考数据的生成与显示 170
4.6.2 交叉参考表 170
4.6.3 程序结构 172
4.6.4 其他参考数据 173
4.6.5 在程序中快速查找地址的位置 174
4.7 时间标记冲突与一致性检查 176
4.8 被控对象仿真软件SIMIT简介 177
4.8.1 被控对象仿真的方法 177
4.8.2 SIMIT仿真软件的安装与项目管理 179
4.8.3 组态操作窗口 180
4.8.4 SIMIT的控制程序设计 182
4.8.5 仿真的操作 183
第5章 数字量控制系统梯形图设计方法 184
5.1 梯形图的经验设计法与继电器电路转换法 184
5.1.1 梯形图的经验设计法 184
5.1.2 根据继电器电路图设计梯形图 188
5.2 顺序控制设计法与顺序功能图 191
5.2.1 顺序控制设计法 191
5.2.2 步与动作 192
5.2.3 有向连线与转换 193
5.2.4 顺序功能图的基本结构 194
5.2.5 顺序功能图中转换实现的基本规则 196
5.3 使用起保停电路的顺序控制梯形图编程方法 198
5.3.1 设计顺序控制梯形图的一些基本问题 198
5.3.2 单序列的编程方法 199
5.3.3 选择序列与并行序列的编程方法 201
5.3.4 仅有两步的闭环的处理 203
5.3.5 应用举例 203
5.4 使用置位复位指令的顺序控制梯形图编程方法 206
5.4.1 单序列的编程方法 206
5.4.2 选择序列与并行序列的编程方法 208
5.4.3 应用举例 209
5.5 具有多种工作方式的系统的顺序控制编程方法 211
5.5.1 机械手控制系统简介 211
5.5.2 使用起保停电路的编程方法 212
5.5.3 使用置位复位指令的编程方法 217
5.6 顺序功能图语言S7 Graph的应用 218
5.6.1 S7 Graph语言概述 218
5.6.2 使用S7 Graph编程的例子 221
5.6.3 顺序控制器的运行模式与监控操作 226
5.6.4 顺序控制器中的动作 227
5.6.5 顺序控制器中的条件 230
5.6.6 S7 Graph功能块的参数设置 232
5.6.7 用S7 Graph编写具有多种工作方式的控制程序 235
第6章 S7-300/400的用户程序结构 241
6.1 用户程序的基本结构 241
6.1.1 用户程序中的块 241
6.1.2 用户程序使用的堆栈 244
6.2 功能块与功能的生成与调用 245
6.2.1 发动机控制系统的程序结构 245
6.2.2 功能块 246
6.2.3 功能 248
6.2.4 功能与功能块的调用 250
6.2.5 参数类型 252
6.3 共享数据块与复杂数据类型 255
6.3.1 共享数据块的生成与使用 255
6.3.2 复杂数据类型的生成与使用 256
6.4 多重背景 260
6.4.1 多重背景功能块 261
6.4.2 在OB1中调用多重背景 262
6.5 组织块与中断处理 263
6.5.1 中断的基本概念 263
6.5.2 日期时间中断组织块 266
6.5.3 延时中断组织块 268
6.5.4 循环中断组织块 270
6.5.5 硬件中断组织块 271
6.5.6 启动时使用的组织块 274
6.5.7 异步错误组织块 275
6.5.8 同步错误组织块 278
6.5.9 其他组织块 282
第7章 工业通信网络与S7-300/400的通信功能 283
7.1 计算机的通信方式与串行通信接口 283
7.1.1 计算机的通信方式 283
7.1.2 串行通信接口标准 284
7.2 计算机通信的国际标准 286
7.2.1 开放系统互连模型 286
7.2.2 IEEE 802通信标准 287
7.2.3 现场总线及其国际标准 288
7.3 S7-300/400的通信功能 290
7.3.1 SIMATIC网络结构与通信服务简介 290
7.3.2 PG/OP通信服务与S7通信服务 292
7.4 MPI网络 294
7.4.1 MPI网络简介 294
7.4.2 全局数据通信与S7基本通信服务 294
7.5 PROFIBUS的结构与硬件 295
7.5.1 PROFIBUS概述 295
7.5.2 PROFIBUS的物理层 297
7.5.3 PROFIBUS-DP设备的分类 299
7.5.4 PROFIBUS通信处理器 301
7.5.5 GSD文件 302
7.6 PROFIBUS的通信协议 302
7.6.1 PROFIBUS的数据链路层 302
7.6.2 PROFIBUS-DP 304
7.6.3 PROFIBUS的通信服务 306
7.7 工业以太网 308
7.7.1 工业以太网简介 308
7.7.2 工业以太网的网络方案 309
7.7.3 工业以太网的交换技术 311
7.7.4 工业以太网的通信处理器 312
7.7.5 工业以太网交换机 313
7.7.6 工业控制网络的信息安全 314
7.8 基于工业以太网的PROFINET 315
7.8.1 PROFINET概述 315
7.8.2 PROFINET IO与PROFINETCBA 318
7.9 工业以太网的通信服务 319
7.9.1 S5兼容的通信服务 319
7.9.2 IT通信服务 321
7.9.3 OPC通信服务 322
7.10 AS-i与KNX/EIB网络 323
7.10.1 AS-i的数据传输方式与网络结构 324
7.10.2 AS-i主站模块 326
7.10.3 AS-i从站模块 327
7.10.4 KNX/EIB 328
7.11 其他网络与通信服务 330
7.11.1 点对点通信 330
7.11.2 工业无线局域网 333
7.11.3 广域网 335
第8章 工业通信网络的组态与编程 337
8.1 MPI网络的组态与编程 337
8.1.1 MPI网络的组态 337
8.1.2 全局数据通信的组态 338
8.1.3 事件驱动的全局数据通信 341
8.1.4 用于S7基本通信的系统功能 342
8.1.5 S7基本通信的编程 344
8.2 基于MPI网络的S7通信 347
8.2.1 S7通信在MPI网络中的应用 347
8.2.2 用于S7通信的系统功能与系统功能块 348
8.2.3 单向S7通信 349
8.2.4 双向S7通信 352
8.3 基于组态的PROFIBUS通信 355
8.3.1 PROFIBUS-DP网络的组态 355
8.3.2 非智能DP从站的组态 358
8.3.3 与DP通信有关的中断的处理 360
8.3.4 主站与第三方DP设备通信的组态 361
8.4 PROFIBUS其他通信方式的组态与编程 363
8.4.1 主站与智能从站主从通信方式的组态 363
8.4.2 用SFC 14和SFC 15传输一致性数据 367
8.4.3 直接数据交换通信方式的组态 368
8.4.4 S7通信的组态与编程 371
8.5 工业以太网通信的组态与编程 373
8.5.1 以太网的地址 373
8.5.2 基于以太网的S7通信 374
8.5.3 基于以太网的S5兼容通信 377
8.6 PROFINET IO组态 379
第9章 S7-300/400在模拟量闭环控制中的应用 384
9.1 模拟量闭环控制的基本概念 384
9.1.1 模拟量闭环控制系统的组成 384
9.1.2 闭环控制的主要性能指标 385
9.1.3 闭环控制反馈极性的确定 386
9.2 数字PID控制器 386
9.2.1 PID控制器的优点 386
9.2.2 PID控制器的数字化 387
9.3 S7-300/400的模拟量闭环控制功能 388
9.3.1 S7-300/400实现闭环控制的方法 388
9.3.2 使用系统功能块实现闭环控制 389
9.4 连续PID控制器SFB 41 390
9.4.1 设定值与过程变量的处理 390
9.4.2 PID控制算法 391
9.4.3 控制器输出值的处理 392
9.4.4 SFB 41的参数 392
9.5 脉冲发生器SFB 43 394
9.5.1 脉冲发生器的功能与结构 394
9.5.2 三级控制器 396
9.5.3 二级控制器 398
9.5.4 SFB 43的参数 398
9.6 步进PI控制器SFB 42 399
9.6.1 步进控制器的结构 399
9.6.2 步进控制器的功能分析 401
9.6.3 SFB 42的参数 402
9.7 PID控制器的示例程序 403
9.7.1 系统简介 403
9.7.2 程序设计 404
9.7.3 程序运行监控 407
9.8 PID控制器的参数整定方法 409
9.8.1 PID参数与系统动静态性能的关系 409
9.8.2 确定PID控制器参数初值的工程方法 411
附录 413
附录A S7-300/400的指令一览表 413
附录B 组织块、系统功能与系统功能块一览表 417
附录C 光盘说明 424
附录D 常用缩写词 427
参考文献 431