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第1章 绪论1

1.1 电气控制基础1

1.1.1 继电器1

1.1.2 继电器控制系统2

1.1.3 继电器控制系统的特点2

1.2 可编程序控制器的诞生与发展2

1.2.1 可编程序控制器诞生的时代背景2

1.2.2 可编程序控制器诞生的过程2

1.2.3 可编程序控制器的发展3

1.3 可编程序控制器的名称、定义和特点3

1.3.1 可编程序控制器的名称3

1.3.2 可编程序控制器的定义4

1.3.3 可编程序控制器的特点4

1.4 可编程序控制器的分类5

1.4.1 根据点数和功能进行分类5

1.4.2 根据结构形式进行分类5

1.4.3 PLC的流派分类5

1.4.4 西门子PLC的分类5

1.5 可编程序控制器的功能、在工业控制中的地位和发展前景6

1.5.1 可编程序控制器的功能6

1.5.2 可编程序控制器在工业控制中的地位6

1.5.3 可编程序控制器的发展前景6

第2章 可编程序控制器的组成与工作原理7

2.1 可编程序控制器的硬件组成7

2.1.1 组成概述7

2.1.2 硬件组成7

2.2 可编程序控制器的工作原理11

2.2.1 可编程序控制器的控制作用11

2.2.2 可编程序控制器的工作过程12

2.2.3 可编程序控制器的输出滞后问题14

2.3 可编程序控制器的编程语言15

2.3.1 编程语言概述15

2.3.2 梯形图语言15

2.3.3 语句表语言16

2.3.4 功能块图语言16

2.3.5 顺序功能图语言17

2.3.6 结构化文本语言17

2.4 西门子PLC模块与端子连接17

2.4.1 西门子PLC S7-200的CPU模块与硬件端子连接17

2.4.2 西门子可编程序控制器S7-200的信号扩展模块20

2.4.3 西门子可编程序控制器S7-300的模块21

2.4.4 西门子可编程序控制器S7-400的模块23

2.5 西门子PLC的存储区、数据类型与寻址24

2.5.1 西门子PLC的存储区24

2.5.2 西门子PLC的编程变量27

2.5.3 西门子PLC的数据类型29

2.5.4 西门子可编程序控制器的寻址31

2.6 西门子可编程序控制器的软件结构32

2.6.1 可编程序控制器的软件结构32

2.6.2 西门子S7-200 PLC的系统块32

2.6.3 西门子S7-300/400 PLC的硬件组态与CPU属性34

第3章 S7-200基本编程指令37

3.1 IEC61131-3指令系统简介37

3.2 位逻辑操作指令38

3.2.1 触点指令39

3.2.2 置位、复位和输出指令39

3.2.3 边沿检测指令41

3.2.4 立即读写指令41

3.3 定时器指令及其应用44

3.3.1 定时时基44

3.3.2 不同时基的定时器的刷新方式44

3.3.3 定时器的定时当前值和状态位45

3.3.4 接通延时定时器45

3.3.5 保持型接通延时定时器46

3.3.6 断开延时定时器47

3.3.7 定时器的正确使用49

3.3.8 定时器的应用举例50

3.4 计数器指令及其应用51

3.4.1 递增计数器指令51

3.4.2 递减计数器指令52

3.4.3 增减计数器指令53

3.4.4 定时器／计数器扩展应用举例54

3.5 数据处理指令57

3.5.1 传送类指令57

3.5.2 比较指令60

3.5.3 移位指令61

3.5.4 数据转换指令62

3.6 数学运算及功能指令65

3.6.1 算术运算指令65

3.6.2 逻辑运算指令67

3.6.3 数学功能指令68

3.7 表功能指令70

3.7.1 填充指令70

3.7.2 填表指令71

3.7.3 表中取数指令71

3.7.4 查表指令73

3.8 字符串操作指令74

第4章 S7-300/400基本编程指令76

4.1 位逻辑指令76

4.1.1 触点指令76

4.1.2 置位／复位／输出指令76

4.1.3 边沿检测指令77

4.2 定时器指令81

4.2.1 定时器字81

4.2.2 预设时间值82

4.2.3 脉冲定时器82

4.2.4 扩展脉冲定时器84

4.2.5 接通延时定时器85

4.2.6 保持型接通延时定时器86

4.2.7 断开延时定时器87

4.3 计数器指令88

4.3.1 计数器属性89

4.3.2 计数器指令形式89

4.3.3 加减计数器90

4.3.4 加计数器91

4.3.5 减计数器91

4.3.6 计数器的线圈指令91

4.4 数据处理指令92

4.4.1 传送指令92

4.4.2 移位指令92

4.4.3 转换指令95

4.5 数学运算指令98

4.5.1 整型算术运算指令99

4.5.2 浮点数数学运算指令99

4.5.3 字逻辑运算指令101

第5章 程序结构、结构化编程与中断103

5.1 西门子PLC的程序结构103

5.1.1 西门子S7-200 PLC的程序结构103

5.1.2 西门子S7-300/400 PLC的程序结构104

5.2 西门子PLC的程序控制指令与结构化编程106

5.2.1 程序控制指令106

5.2.2 分支结构106

5.2.3 循环结构107

5.2.4 子程序结构108

5.3 中断108

5.3.1 西门子S7-200的中断108

5.3.2 西门子S7-300/400的中断111

第6章 西门子PLC系统设计与编程举例113

6.1 PLC的系统设计与编程方法113

6.1.1 PLC的系统设计方法概述113

6.1.2 经验法与顺序控制法114

6.1.3 编程举例与SIMIT仿真114

6.2 抢答器115

6.2.1 控制对象简介115

6.2.2 PLC的输入和输出接口115

6.2.3 PLC控制程序开发116

6.3 水塔118

6.3.1 控制对象简介118

6.3.2 PLC的输入和输出接口118

6.3.3 PLC控制程序开发119

6.4 分类站121

6.4.1 控制对象简介121

6.4.2 PLC的输入和输出接口122

6.4.3 PLC控制程序开发122

6.5 混料罐123

6.5.1 控制对象简介123

6.5.2 PLC的输入和输出接口124

6.5.3 PLC控制程序开发125

6.6 模式组灯126

6.6.1 控制对象简介126

6.6.2 PLC的输入和输出接口127

6.6.3 PLC控制程序开发128

6.7 运料小车131

6.7.1 控制对象简介131

6.7.2 PLC的输入和输出接口131

6.7.3 PLC控制程序开发131

6.8 供料站136

6.8.1 控制对象简介136

6.8.2 PLC的输入和输出接口137

6.8.3 PLC控制程序开发138

6.9 通风机组141

6.9.1 控制对象简介141

6.9.2 PLC的输入和输出接口142

6.9.3 PLC控制程序开发142

第7章 顺序控制145

7.1 顺序控制概述145

7.1.1 顺序控制的基本概念145

7.1.2 顺序控制图与步进的基本结构145

7.1.3 顺序控制的结构形式145

7.2 西门子S7-200 PLC顺序控制指令与程序编写146

7.2.1 S7-200顺序控制指令及其使用146

7.2.2 应用举例：混料罐程序设计148

7.3 西门子S7-300/400 PLC顺序控制指令与程序编写150

7.3.1 西门子S7-300/400顺序控制简介150

7.3.2 S7 GRAPH指令150

7.3.3 应用举例1：混料罐控制系统152

7.3.4 应用举例2：供料站顺序控制155

第8章 西门子PLC模拟量控制159

8.1 S7-200的模拟量控制指令及编程159

8.1.1 模块简介159

8.1.2 模块的使用165

8.2 S7-300的模拟量控制指令及编程169

8.2.1 模块简介169

8.2.2 SM331模块的使用171

8.2.3 SM334模块的使用175

第9章 西门子PPI和MPI通信技术180

9.1 西门子通信技术简介180

9.1.1 西门子工业通信协议180

9.1.2 西门子可编程序控制器S7-200/300/400的通信模块182

9.2 西门子PPI通信技术183

9.2.1 PPI通信协议183

9.2.2 S7-200 PLC与STEP7-MicroWIN之间的PPI通信184

9.2.3 S7-200 PLC与PLC之间的PPI通信185

9.3 西门子MPI通信技术186

9.3.1 MPI网络的组态186

9.3.2 通过全局数据进行MPI通信187

9.3.3 事件驱动的全局数据的MPI通信189

9.3.4 直接数据读写的MPI通信190

第10章 现场总线PROFIBUS-DP通信技术191

10.1 现场总线概述191

10.1.1 现场总线的产生191

10.1.2 现场总线的定义及标准192

10.1.3 现场总线的现状193

10.1.4 现场总线的发展193

10.1.5 主流现场总线简介194

10.2 现场总线PROFIBUS简介196

10.2.1 PROFIBUS的组成196

10.2.2 PROFIBUS的物理结构197

10.3 S7-200与S7-300/400的PROFIBUS-DP通信197

10.3.1 EM277的使用197

10.3.2 通信区的设定198

10.3.3 网络组态举例198

10.4 S7-300/400和S7-300/400的PROFIBUS-DP不打包通信209

10.4.1 配置从站210

10.4.2 配置主站212

10.4.3 软件编程215

10.5 S7-300/400和S7-300/400的PROFIBUS-DP打包通信215

10.5.1 SFC15和SFC14简介216

10.5.2 从站配置217

10.5.3 主站配置217

10.5.4 软件编程217

第11章 工业以太网通信技术221

11.1 什么是工业以太网221

11.2 S7-200与S7-200的C/S通信222

11.2.1 组网前的准备222

11.2.2 C/S通信网络客户端配置222

11.2.3 C/S通信网络服务器端配置227

11.2.4 程序编写229

11.3 S7-200与S7-300/400的C/S通信235

11.3.1 客户端配置235

11.3.2 服务器端组态237

11.3.3 程序编写241

11.4 S7-300/400与S7-300/400的工业以太网通信244

11.4.1 组网前的准备244

11.4.2 硬件组态244

11.4.3 程序编写253

第12章 WinCC基础256

12.1 WinCC系统的基础知识256

12.1.1 WinCC简介256

12.1.2 WinCC的系统组成与功能256

12.1.3 WinCC的特点与优点257

12.1.4 WinCC的应用259

12.2 WinCC应用举例——混料罐的监控259

12.2.1 WinCC应用举例说明259

12.2.2 混料罐项目组态过程259

第13章 西门子PLC与网络应用技术271

13.1 PID闭环控制系统设计271

13.1.1 数字PID调节271

13.1.2 西门子S7-200 PLC中PID调节的实现271

13.1.3 西门子S7-300/400 PLC中PID调节的实现273

13.2 PLC与上位机之间的OPC技术277

13.2.1 OPC技术介绍277

13.2.2 基于PROFIBUS的OPC服务器的建立278

13.2.3 基于PROFINET的OPC服务器的建立285

13.2.4 OPC服务器的测试工具OPC Scout287

13.3 变频器控制技术291

13.3.1 西门子变频器参数设定291

13.3.2 西门子变频器数字量控制293

13.3.3 西门子变频器模拟量控制294

13.3.4 西门子变频器PROFIBUS-DP网络控制296

13.4 PLC控制步进电动机技术298

13.4.1 PLC的脉冲输出298

13.4.2 步进电动机的控制302

13.4.3 通过指令向导组态PTO/PWM303

附录A 西门子组态软件的使用313

A.1 S7-200组态软件STEP7-MicroWIN V4.0使用简介313

A.1.1 计算机配置要求313

A.1.2 安装与通信方式的选择313

A.1.3 STEP7-MicroWIN V4.0由英文改为中文314

A.1.4 STEP7-MicroWIN V4.0通信的设置315

A.1.5 PLC程序的编辑与编译318

A.1.6 程序下载设置318

A.1.7 程序的运行与监控320

A.2 S7-300/400组态软件STEP7的使用简介321

A.2.1 STEP7软件简介321

A.2.2 在STEP7中新建或打开项目321

A.2.3 硬件组态322

A.2.4 编写程序324

A.2.5 下载程序与在线监控326

参考文献327