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前言1

第1章 概述1

1.1PLC的基本概念1

1.1.1模块式PLC的基本结构1

1.1.2PLC的特点3

1.1.3PLC的应用领域4

1.1.4西门子PLC的资料和软件的下载4

1.2PLC的工作原理5

1.2.1逻辑运算5

1.2.2PLC的循环处理过程6

1.2.3PLC的工作原理8

1.3习题9

第2章 S7-300／400的硬件与组态10

2.1SIMATIC自动控制系统简介10

2.1.1SIMATIC自动化控制系统的组成10

2.1.2全集成自动化11

2.2S7-300系列PLC简介12

2.2.1S7-300的系统结构12

2.2.2CPU模块的元件15

2.2.3CPU的存储器16

2.2.4CPU模块的分类18

2.3S7400系列PLC简介18

2.3.1S7-400的基本结构与特点18

2.3.2冗余设计的容错自动化系统S7-400H21

2.3.3安全型自动化系统与多CPU处理22

2.3.4CPU模块与电源模块23

2.4STEP7编程软件的安装与使用25

2.4.1STEP7的版本与许可证密钥25

2.4.2STEP7的安装26

2.4.3项目的创建28

2.4.4STEP7与PLC通信连接的组态30

2.5硬件组态32

2.5.1硬件组态概述32

2.5.2S7-300的组态34

2.5.3I／O模块的地址分配35

2.5.4CPU模块的参数设置37

2.6信号模块与功能模块38

2.6.1数字量输入模块39

2.6.2数字量输出模块41

2.6.3模拟量输入模块43

2.6.4根据模拟量输入模块的输出值计算对应的物理量45

2.6.5其他信号模块47

2.6.6功能模块48

2.7ET200分布式L／O49

2.8习题50

第3章 S7-300／400的编程语言与指令系统52

3.1S7-300／400的编程语言52

3.1.1PLC编程语言的国际标准52

3.1.2STEP7的编程语言52

3.2S7-300／400CPU的存储区55

3.2.1数制55

3.2.2基本数据类型55

3.2.3系统存储器57

3.2.4CPU中的寄存器59

3.3位逻辑指令61

3.3.1触点指令62

3.3.2输出类指令64

3.3.3其他指令65

3.4定时器与计数器指令67

3.4.1定时器指令67

3.4.2计数器指令72

3.5数据处理指令74

3.5.1装入指令与传送指令75

3.5.2比较指令80

3.5.3数据转换指令80

3.6数学运算指令83

3.6.1整数与浮点数数学运算指令83

3.6.2移位指令与循环移位指令86

3.6.3字逻辑运算指令与累加器指令89

3.7逻辑控制指令92

3.7.1跳转指令与状态位触点指令92

3.7.2循环指令94

3.8程序控制指令94

3.8.1与逻辑块有关的指令95

3.8.2主控继电器指令与数据块指令96

3.9习题97

第4章 STEP7在编程与调试中的应用100

4.1符号表与逻辑块100

4.1.1符号表100

4.1.2逻辑块101

4.2仿真软件在程序调试中的应用104

4.2.1S7-PLCSIM的主要功能104

4.2.2S7-PLCSIM快速入门104

4.2.3视图对象与仿真软件的设置106

4.3在线连接与在线操作107

4.3.1在线连接的建立与在线操作107

4.3.2下载与上载108

4.4用STEP7调试程序108

4.4.1系统调试的基本方法108

4.4.2用程序状态功能调试程序109

4.4.3用变量表调试程序110

4.4.4单步与断点功能的使用112

4.5故障诊断114

4.5.1故障诊断的基本方法114

4.5.2模块信息在故障诊断中的应用114

4.5.3诊断故障的其他方法115

4.6显示参考数据116

4.6.1参考数据的生成与显示116

4.6.2交叉参考表与程序结构116

4.6.3其他参考数据118

4.7时间标记冲突与一致性检查118

4.8被控对象仿真软件SIMIT简介119

4.9习题120

第5章 数字量控制系统梯形图设计方法122

5.1梯形图的经验设计法与继电器电路转换法122

5.1.1梯形图的经验设计法122

5.1.2根据继电器电路图设计梯形图125

5.2顺序控制设计法与顺序功能图128

5.2.1顺序控制设计法128

5.2.2步与动作129

5.2.3有向连线与转换131

5.2.4顺序功能图的基本结构132

5.2.5顺序功能图中转换实现的基本规则134

5.3使用起保停电路的顺序控制梯形图编程方法136

5.3.1设计顺序控制梯形图的一些基本问题136

5.3.2单序列的编程方法137

5.3.3选择序列与并行序列的编程方法139

5.3.4仅有两步的闭环的处理140

5.3.5应用举例141

5.4使用置位复位指令的顺序控制梯形图编程方法143

5.4.1单序列的编程方法143

5.4.2选择序列与并行序列的编程方法145

5.4.3应用举例146

5.5具有多种工作方式的系统的顺序控制编程方法148

5.5.1机械手控制系统简介148

5.5.2使用起保停电路的编程方法149

5.5.3使用置位复位指令的编程方法154

5.6顺序功能图语言S7Graph的应用155

5.6.1S7Graph语言概述155

5.6.2使用S7Graph编程的例子157

5.6.3顺序控制器的运行模式与监控操作162

5.6.4顺序控制器中的动作与转换163

5.6.5用S7Graph编写具有多种工作方式的控制程序164

5.7习题168

第6章 S7-300／400的用户程序结构171

6.1用户程序的基本结构171

6.1.1用户程序中的块171

6.1.2用户程序使用的堆栈173

6.2功能块与功能的生成与调用174

6.2.1发动机控制系统的程序结构174

6.2.2功能块175

6.2.3功能177

6.2.4功能与功能块的调用178

6.2.5参数类型180

6.3共享数据块与复杂数据类型182

6.3.1共享数据块的生成与使用182

6.3.2复杂数据类型的生成与使用182

6.4多重背景186

6.4.1多重背景功能块186

6.4.2在OB1中调用多重背景187

6.5组织块与中断处理188

6.5.1中断的基本概念188

6.5.2日期时间中断组织块190

6.5.3延时中断组织块193

6.5.4循环中断组织块194

6.5.5硬件中断组织块195

6.5.6启动时使用的组织块198

6.5.7异步错误组织块199

6.5.8同步错误组织块201

6.5.9其他组织块204

6.6习题204

第7章 S7-300／400工业通信网络的组态与编程206

7.1计算机的通信方式与串行通信接口206

7.1.1计算机的通信方式206

7.1.2串行通信接口标准207

7.2计算机通信的国际标准209

7.2.1开放系统互连模型209

7.2.2IEEE802通信标准210

7.2.3现场总线及其国际标准211

7.3SIMATIC通信网络213

7.3.1SIMATIC网络结构213

7.3.2PG／OP通信服务与S7通信服务214

7.4MPI通信的组态与编程215

7.4.1MPI网络的组态215

7.4.2组态全局数据通信217

7.4.3S7基本通信的组态与编程220

7.4.4S7通信的组态与编程224

7.5PROFIBUS228

7.5.1PROFIBUS的物理层228

7.5.2PROFIBUS的通信服务231

7.5.3PROFIBUS的数据链路层232

7.5.4PROFIBUS-DP233

7.5.5PROFIBUS-DP设备234

7.6PROFIBUS通信的组态与编程236

7.6.1PROFIBUS-DP网络的组态236

7.6.2非智能DP从站的组态239

7.6.3主站与智能从站主从通信方式的组态240

7.6.4用SFC14和SFC15传输一致性数据244

7.6.5直接数据交换通信方式的组态245

7.7工业以太网与PROFINET248

7.7.1工业以太网的特点与组成248

7.7.2工业以太网的通信服务249

7.7.3基于工业以太网的PROFINET251

7.7.4工业以太网通信的组态与编程254

7.8其他网络与通信服务257

7.8.1AS-i257

7.8.2KNX／EIB258

7.8.3点对点通信259

7.8.4工业无线局域网260

7.8.5广域网261

7.9习题262

第8章 S7-300／400在模拟量闭环控制中的应用264

8.1模拟量闭环控制的基本概念264

8.2数字PID控制器266

8.2.1PID控制器的优点与实现方法266

8.2.2PID控制器的数字化267

8.3连续PID控制器SFB41269

8.3.1设定值与过程变量的处理269

8.3.2PID控制算法270

8.3.3控制器输出值的处理271

8.4脉冲发生器SFB43271

8.4.1脉冲发生器的功能与结构271

8.4.2三级控制器274

8.4.3二级控制器275

8.5PID控制器的示例程序276

8.5.1系统简介276

8.5.2程序设计277

8.5.3程序运行监控279

8.6PID控制器的参数整定方法281

8.6.1PID控制器的参数与系统性能的关系282

8.6.2确定PID控制器参数初值的工程方法284

8.7习题285

附录286

附录A 实验指导书286

A.1STEP7编程软件与仿真软件应用实验286

A.2定时器计数器应用实验286

A.3硬件组态实验287

A.4顺序控制程序的编程实验287

A.5复杂的顺序控制程序的编程实验288

A.6具有多种工作方式的系统的顺序控制程序编程实验288

A.7顺序功能图语言S7Graph的编程实验289

A.8功能与功能块的应用实验289

A.9日期时间中断实验290

A.10延时中断实验290

A.11循环中断实验290

A.12硬件中断实验291

A.13同步错误中断实验291

A.14MPI网络全局数据通信的组态实验291

A.15DP网络主从通信的组态与编程实验291

A.16S7单向通信的组态与编程实验292

A.17PID控制的编程实验292

附录B S7-300／400指令一览表292

附录C 随书光盘简要说明297

附录D 常用缩写词297

参考文献301