西門子S7-200/300/400系列PLC自學(xué)手冊(cè)（第二版）

序
前言
總論 S7系列PLC控制系統(tǒng)的組成
0.1 西門子的全集成自動(dòng)化（TIA）1
0.1.1 TIA的統(tǒng)一性2
0.1.2 TIA的開放性3
0.2 西門子(SIMATIC)家族3
0.2.1 S7-200 PLC4
0.2.2 S7-300 PLC7
0.2.3 S7-400 PLC10
0.2.4 S7-1200 PLC11
0.3 編程設(shè)備16
0.4 編程軟件16
0.4.1 工程工具16
0.4.2 運(yùn)行版軟件17
0.4.3 人機(jī)接口（HMI）軟件17
0.5 授權(quán)文件17
0.5.1 授權(quán)的分類17
0.5.2 使用授權(quán)和許可證密鑰18
0.6 設(shè)置PG/PC接口19
習(xí)題與思考題20
上篇 S7系列PLC工程開發(fā)應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)23
1.1 PLC概述23
1.1.1 PLC的誕生與迅猛發(fā)展23
1.1.2 PLC的定義和標(biāo)準(zhǔn)24
1.1.3 PLC的功能及應(yīng)用26
1.1.4 PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較28
1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理30
1.2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)30
1.2.2 PLC的工作原理38
1.3 PLC的技術(shù)性能43
1.3.1 基本技術(shù)性能43
1.3.2 PLC的內(nèi)存分配及I／O點(diǎn)數(shù)45
1.4 PLC的編程語言46
1.4.1 梯形圖(Ladder Diagram，LAD)46
1.4.2 指令表(Instruction List，STL)46
1.4.3 順序功能圖 (Sequential Function Chart，SFC)47
1.4.4 功能塊圖47
1.4.5 結(jié)構(gòu)文本(Structured Text，ST)及其他高級(jí)編程語言47
1.5 PLC的特殊功能47
1.5.1 PLC特殊功能的特點(diǎn)與分類47
1.5.2 特殊功能的分類48
習(xí)題與思考題50
2.1 S7-200 PLC的主要硬件資源52
2.1.1 S7-200 PLC概述52
2.1.2 CPU模塊的連接條件54
2.1.3 S7-200 PLC的性能58
2.1.4 擴(kuò)展模塊的外部連接63
2.1.5 S7-200 PLC特殊功能70
2.2 S7-300 PLC的主要硬件資源72
2.2.1 S7-300 PLC概述72
2.2.2 S7-300 PLC的型號(hào)與規(guī)格78
2.2.3 CPU模塊的外部連接80
2.2.4 S7-300 PLC的開關(guān)量I/O模塊87
2.2.5 S7-300 PLC的電源與接口模塊104
2.2.6 S7-300 PLC的特殊功能106
2.3 S7-400 PLC的主要硬件資源111
2.3.1 S7-400 PLC概述111
2.3.2 CPU模塊116
2.3.3 電源模塊119
2.3.4 開關(guān)量輸入/輸出模塊121
2.3.5 S7-400 PLC的擴(kuò)展135
2.3.6 安裝機(jī)架與擴(kuò)展接口138
2.3.7 S7-400 PLC特殊功能143
2.4 S7-1200 PLC的硬件資源145
2.4.1 S7-1200 PLC的硬件145
2.4.2 STEP7 Basic組態(tài)軟件與硬件組態(tài)150
習(xí)題與思考題161
3.1 S7 PLC編程基礎(chǔ)163
3.1.1 S7 PLC程序的組成163
3.1.2 絕對(duì)地址的編程167
3.1.3 I/O地址的分配方式173
3.1.4 S7 PLC的存儲(chǔ)區(qū)177
3.1.5 S7 PLC的尋址179
3.1.6 S7 PLC的數(shù)據(jù)格式182
3.2 基本指令與編程188
3.2.1 S7 PLC邏輯梯形圖編程188
3.2.2 邏輯梯形圖編程的注意事項(xiàng)194
3.2.3 典型邏輯梯形圖程序197
3.2.4 定時(shí)器、計(jì)數(shù)器指令199
3.2.5 梯形圖程序設(shè)計(jì)實(shí)例206
3.3 功能指令與編程208
3.3.1 S7 PLC功能指令概述208
3.3.2 字節(jié)、字、雙字邏輯操作指令215
3.3.3 比較指令219
3.3.4 裝載、傳送、移動(dòng)指令221
3.3.5 移位指令225
3.3.6 代碼轉(zhuǎn)換指令227
3.3.7 數(shù)學(xué)運(yùn)算指令231
習(xí)題與思考題233
4.1 S7-200 PLC的編程工具軟件STEP7-Micro/WIN32236
4.1.1 編程軟件的安裝236
4.1.2 編程軟件的功能240
4.1.3 軟件的編程243
4.1.4 調(diào)試及運(yùn)行250
4.1.5 升級(jí)版S7-200編程軟件STEP7-Micro/WIN4.0的基本使用255
4.2 S7編程軟件268
4.2.1 S7編程軟件的組成268
4.2.2 硬件組態(tài)270
4.2.3 CPU屬性274
4.2.4 LAD/FBD/STL程序編輯器277
4.2.5 下載與上傳279
4.2.6 S7-300編程軟件應(yīng)用實(shí)例280
習(xí)題與思考題288
5.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃290
5.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟290
5.1.2 確定系統(tǒng)方案293
5.1.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)298
5.1.4 系統(tǒng)規(guī)劃實(shí)例300
5.2 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)303
5.2.1 主回路與控制回路的設(shè)計(jì)303
5.2.2 安全電路設(shè)計(jì)306
5.2.3 I/O接口設(shè)計(jì)309
5.2.4 可靠性設(shè)計(jì)314
5.2.5 安裝與連接設(shè)計(jì)316
5.2.6 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)示范實(shí)例321
5.3 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)327
5.3.1 S7 PLC的程序結(jié)構(gòu)327
5.3.2 S7 PLC程序設(shè)計(jì)的基本步驟334
5.3.3 STEP7的符號(hào)編輯337
5.3.4 S7 PLC線性結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)實(shí)例344
5.3.5 S7 PLC功能調(diào)用式程序設(shè)計(jì)實(shí)例350
5.3.6 S7 PLC結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)實(shí)例353
習(xí)題與思考題358
下篇 S7系列PLC工程實(shí)用設(shè)計(jì)典型案例
363
6.1 S7系列PLC控制的基本編程環(huán)節(jié)363
6.1.1 PLC工程系統(tǒng)的最基本控制363
6.1.2 工程應(yīng)用中對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制365
6.1.3 時(shí)間控制383
6.1.4 脈沖觸發(fā)控制386
6.1.5 分頻控制387
6.1.6 報(bào)警控制388
6.1.7 計(jì)數(shù)控制389
6.1.8 順序控制391
6.1.9 循環(huán)控制393
6.1.10 高速計(jì)數(shù)器控制394
6.1.11 工業(yè)控制中的典型小系統(tǒng)控制397
6.2 S7 PLC工程應(yīng)用中的典型功能控制402
6.2.1 數(shù)據(jù)的分離402
6.2.2 按比例放大模擬值403
6.2.3 求解三角函數(shù)值403
6.2.4 表中取數(shù)403
6.2.5 典型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換404
6.2.6 模擬量的定時(shí)采集406
6.2.7 對(duì)典型中斷的處理406
6.2.8 設(shè)定CPU時(shí)鐘409
6.3 S7 PLC工程應(yīng)用中的特殊功能控制409
6.3.1 CPU擴(kuò)展EM231進(jìn)行模擬量輸入信號(hào)測量409
6.3.2 CPU擴(kuò)展EM235實(shí)現(xiàn)溫度控制411
6.3.3 用EM253實(shí)現(xiàn)簡單的相對(duì)運(yùn)動(dòng)413
6.3.4 用EM253實(shí)現(xiàn)典型的運(yùn)動(dòng)控制413
6.3.5 利用PID回路指令實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)水罐恒壓控制416
6.4 采用不同設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)的工程應(yīng)用設(shè)計(jì)418
6.4.1 采用移植設(shè)計(jì)法的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)418
6.4.2 采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)420
6.4.3 采用邏輯設(shè)計(jì)法的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)423
6.4.4 采用順序功能圖設(shè)計(jì)法的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)425
6.5 PLC工程應(yīng)用中幾種常見的典型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)433
6.5.1 城市交通指揮燈的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)433
6.5.2 工業(yè)機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)435
6.5.3 U形板折板機(jī)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)438
6.5.4 某型導(dǎo)彈測試架PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)442
習(xí)題與思考題447
7.1 概述448
7.1.1 利用PLC對(duì)機(jī)床控制進(jìn)行改造的思路448
7.1.2 識(shí)讀和分析機(jī)床PLC控制梯形圖和語句表程序的方法和步驟448
7.2 C6140臥式車床的PLC技術(shù)改造設(shè)計(jì)450
7.2.1 C6140臥式車床的機(jī)械結(jié)構(gòu)和主要運(yùn)動(dòng)450
7.2.2 CA6140臥式車床的“繼電器-接觸器”控制電路451
7.2.3 CA6140臥式車床的PLC技術(shù)改造設(shè)計(jì)453
7.3 C650臥式車床的PLC技術(shù)改造設(shè)計(jì)454
7.3.1 C650臥式車床的機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)形式、拖動(dòng)形式及控制要求454
7.3.2 C650臥式車床的電氣控制455
7.3.3 C650臥式車床的PLC技術(shù)改造設(shè)計(jì)456
7.4 Z3040搖臂鉆床的PLC技術(shù)改造設(shè)計(jì)460
7.4.1 Z3040搖臂鉆床的機(jī)械結(jié)構(gòu)和主要運(yùn)動(dòng)460
7.4.2 Z3040搖臂鉆床的“繼電器-接觸器”控制電路461
7.4.3 Z3040搖臂鉆床的PLC技術(shù)改造設(shè)計(jì)463
7.5 M7130平面磨床的PLC技術(shù)改造設(shè)計(jì)466
7.5.1 M7130平面磨床的結(jié)構(gòu)組成和主要運(yùn)動(dòng)466
7.5.2 M7130平面磨床的“繼電器-接觸器”電氣控制電路467
7.5.3 M7130平面磨床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)468
7.6 組合機(jī)床的PLC技術(shù)改造設(shè)計(jì)470
7.6.1 組合機(jī)床的組成結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)470
7.6.2 深孔鉆組合機(jī)床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)471
7.6.3 雙頭鉆床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)475
7.7 PLC在數(shù)控機(jī)床中的工程應(yīng)用設(shè)計(jì)477
7.7.1 數(shù)控機(jī)床中PLC的主要功能477
7.7.2 PLC與機(jī)床之間的信號(hào)處理過程478
7.7.3 數(shù)控機(jī)床中PLC控制程序的編制478
習(xí)題與思考題481
8.1 閉環(huán)控制與PID控制器482
8.1.1 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)482
8.1.2 PID控制器484
8.1.3 PLC PID控制器的實(shí)現(xiàn)485
8.1.4 PID指令向?qū)У膽?yīng)用488
8.1.5 PID參數(shù)的整定方法489
8.2 PID參數(shù)自整定與PID調(diào)節(jié)控制面板492
8.2.1 自整定的基本方法與自整定過程492
8.2.2 擴(kuò)展的回路表493
8.2.3 PID調(diào)節(jié)控制面板494
8.2.4 PID參數(shù)自整定實(shí)例495
8.3 用PLC常規(guī)指令實(shí)現(xiàn)PID控制497
8.3.1 PID控制基本公式497
8.3.2 PID控制程序?qū)崿F(xiàn)497
8.4 用PLC的專用指令實(shí)現(xiàn)PID控制499
8.4.1 S7-200 PLC的 PID指令499
8.4.2 某水箱水位的PLC控制實(shí)例502
8.5 S7-200 PLC稱重模塊的工程應(yīng)用設(shè)計(jì)503
8.5.1 SIWAREX MS稱重模塊概述503
8.5.2 SIWAREX MS的硬件連接504
8.5.3 SIWAREX MS稱重模塊的參數(shù)506
8.5.4 稱重模塊的命令509
8.5.5 SIWATOOL MS的使用512
8.5.6 SIWATOOL MS的工程應(yīng)用設(shè)計(jì)舉例514
習(xí)題與思考題519
9.1 運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)520
9.1.1 運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)簡介520
9.1.2 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和各部分的作用520
9.2 PLC采用位控模塊的運(yùn)動(dòng)控制522
9.2.1 位控模塊概述522
9.2.2 位控模塊的特性及接線524
9.3 位控模塊的編程應(yīng)用528
9.3.1 組態(tài)位控模塊529
9.3.2 位控指令應(yīng)用指導(dǎo)532
9.4 采用位控單元進(jìn)行位置控制的應(yīng)用實(shí)例538
9.4.1 長度切割應(yīng)用實(shí)例1539
9.4.2 長度切割應(yīng)用實(shí)例2539
9.5 四軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)工程應(yīng)用設(shè)計(jì)541
9.5.1 機(jī)械手模型的基本結(jié)構(gòu)及主要功能541
9.5.2 系統(tǒng)硬件的接線及工作流程543
9.5.3 系統(tǒng)的硬件配置、原理及應(yīng)用547
9.5.4 系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì)564
9.6 六層電梯模型運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的工程應(yīng)用設(shè)計(jì)572
9.6.1 六層電梯模型的基本結(jié)構(gòu)及主要內(nèi)容572
9.6.2 六層電梯模型電氣控制系統(tǒng)的硬件配置及控制原理573
9.6.3 六層電梯模型PLC控制系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)設(shè)置及程序設(shè)計(jì)583
習(xí)題與思考題596
10.1 網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念和接口597
10.1.1 網(wǎng)絡(luò)概述597
10.1.2 網(wǎng)絡(luò)通信方式600
10.1.3 異步串行通信接口603
10.2 西門子PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通信605
10.2.1 S7-200 PLC網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)605
10.2.2 PLC網(wǎng)絡(luò)常用通信方式609
10.2.3 S7-200 PLC網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議612
10.3 S7-200 PLC的通信功能618
10.3.1 西門子PLC之間的通信618
10.3.2 S7-200 PLC與驅(qū)動(dòng)裝置之間的通信619
10.3.3 S7-200 PLC與第三方HMI/SCDA軟件間的通信619
10.3.4 S7-200 PLC與第三方PLC之間的通信619
10.3.5 S7-200 PLC與第三方HMI（操作面板）之間的通信620
10.3.6 S7-200 PLC與第三方變頻器之間的通信620
10.3.7 S7-200 PLC與其他串行通信設(shè)備之間的通信620
10.3.8 計(jì)算機(jī)與S7-200 PLC控制單元之間的通信620
10.4 S7-200 PLC的幾種典型網(wǎng)絡(luò)620
10.4.1 網(wǎng)絡(luò)的建立和基本原則620
10.4.2 S7-200 PLC典型網(wǎng)絡(luò)的組建622
10.4.3 S7-200 PLC網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)設(shè)置624
10.5 S7-200 PLC的通信指令627
10.5.1 網(wǎng)絡(luò)讀/寫指令627
10.5.2 發(fā)送指令與接收指令627
10.6 S7-200 PLC網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用舉例630
10.6.1 S7-200 PLC 在某汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的應(yīng)用630
10.6.2 S7-200 PLC 在某水電站工程中的應(yīng)用632
10.7 PPI通信實(shí)例634
10.7.1 兩臺(tái)S7-200 PLC實(shí)現(xiàn)PPI通信634
10.7.2 多臺(tái)S7-200 PLC實(shí)現(xiàn)PPI通信637
10.8 無組態(tài)連接通信方式的MPI通信實(shí)例640
10.9 PROFIBUS-DP通信實(shí)例642
10.10 工業(yè)以太網(wǎng)通信實(shí)例644
10.10.1 由S7-200 PLC為服務(wù)器、S7-400 PLC為客戶機(jī)的以太網(wǎng)通信實(shí)例644
10.10.2 由S7-200 PLC為客戶機(jī)、S7-300 PLC為服務(wù)器的以太網(wǎng)通信實(shí)例649
10.11 自由口通信實(shí)例653
10.11.1 利用S7-200 PLC的自由通信口收/發(fā)數(shù)據(jù)653
10.11.2 利用S7-200 PLC的自由通信口向打印機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)654
10.11.3 利用S7-200 PLC的自由通信口從條形碼接收數(shù)據(jù)656
10.11.4 利用S7-200 PLC的自由通信口控制調(diào)制解調(diào)器658
10.11.5 利用S7-200 PLC的自由通信口向上位機(jī)發(fā)送實(shí)時(shí)信息663
習(xí)題與思考題666
11.1 觸摸屏概念668
11.1.1 觸摸屏技術(shù)概述668
11.1.2 觸摸屏的工作原理668
11.2 觸摸屏的分類668
11.2.1 電阻式觸摸屏668
11.2.2 電容式觸摸屏669
11.2.3 紅外線式觸摸屏669
11.2.4 表面聲波觸摸屏670
11.3 觸摸屏操作（組態(tài)）軟件671
11.3.1 編程軟件ProTool的安裝671
11.3.2 新建項(xiàng)目674
11.3.3 選擇畫面677
11.3.4 為畫面元素分配端口682
11.3.5 用戶登錄與退出684
11.3.6 輸入域685
11.3.7 狀態(tài)按鈕686
11.3.8 事件消息689
11.3.9 棒圖695
11.3.10 輸出域696
11.3.11 下載項(xiàng)目696
11.4 觸摸屏與PLC聯(lián)機(jī)實(shí)例697
11.4.1 電動(dòng)機(jī)手動(dòng)控制697
11.4.2 電動(dòng)機(jī)變頻器控制703
11.4.3 溫度模擬量輸入705
11.4.4 溫度手動(dòng)電加熱709
11.4.5 手動(dòng)取樣傳送713
11.4.6 手動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速717
11.4.7 噴嘴堵塞報(bào)警顯示722
11.4.8 工作時(shí)間顯示724
11.4.9 報(bào)警顯示726
11.5 觸摸屏常見故障及處理方式727
11.5.1 按照觸摸屏類型分類的故障727
11.5.2 觸摸顯示器類故障729
習(xí)題與思考題730
附錄A S7-200系列PLC的系統(tǒng)配置與常用指令731
附錄B S7-300/400系列PLC常用指令742
附錄C STEP7保留的關(guān)鍵字746
參考文獻(xiàn)748
后記750