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第1章　绪论1

1.1　工业自动化及全集成自动化1

1.2　工业自动化与PLC2

1.2.1 PLC的产生及定义2

1.2.2　PLC的特点3

1.2.3　PLC控制系统的组成4

1.2.4　PLC的发展趋势6

1.2.5　PLC在工业自动化中的地位8

1.3 西门子PLC产品结构8

1.4　获取资料、软件和帮助9

1.5 习题9

第2章　PLC控制系统基础知识10

2.1 自动控制系统10

2.1.1 自动控制系统分类10

2.1.2 自动控制系统性能要求11

2.1.3 自动控制系统举例12

2.2　常用低压电器12

2.3　传感器13

2.3.1　传感器的分类14

2.3.2　常用传感器介绍14

2.3.3　传感器应用举例15

2.4　隔离栅和浪涌保护器16

2.4.1　隔离栅的应用16

2.4.2　浪涌保扩器的应用19

2.5　执行装置22

2.5.1　执行器分类22

2.5.2　常用执行器介绍22

2.5.3　执行器应用举例24

2.6　系统输入／输出接口25

2.6.1　PLC控制系统输入接口25

2.6.2　PLC控制系统输出接口32

2.7　PLC控制系统的电源与接地34

2.7.1 PLC控制系统的电源34

2.7.2　PLC控制系统的接地36

2.8　习题38

第3章　PLC的组成和工作原理39

3.1 PLC的组成39

3.1.1　中央处理单元39

3.1.2　存储器40

3.1.3　输入／输出部件40

3.1.4　通信接口41

3.1.5　电源41

3.1.6　编程器41

3.2　PLC的工作原理41

3.2.1 PLC的等效电路41

3.2.2　PLC的工作过程42

3.2.3　PLC对输入／输出的处理规则44

3.2.4　PLC输入／输出滞后的问题44

3.2.5　PLC输入信号频率的问题45

3.3 PLC的分类45

3.4　习题47

第4章　S7-200 PLC硬件系统48

4.1　CPU及其性能参数48

4.1.1　CPU性能参数49

4.1.2　CPU内部资源51

4.1.3　CPU寻址方式55

4.2　数字量模块60

4.3　模拟量模块61

4.3.1　模拟量输入模块61

4.3.2　模拟量输出模块63

4.4　热电偶与热电阻模块64

4.5　网络通信模块65

4.6　位置控制模块69

4.7　称重模块72

4.8　文本显示器73

4.9　触摸屏74

4.10　习题74

第5章　S7-200 PLC网络通信75

5.1 网络通信基础知识75

5.1.1　单工通信、半双工通信及全双工通信75

5.1.2　串行传输和并行传输76

5.1.3　异步传输和同步传输76

5.1.4　串行通信接口76

5.1.5　传输速率77

5.1.6　OSI参考模型77

5.2　S7-200 PLC网络通信简介77

5.3　PPI与自由口通信78

5.3.1　PPI网络通信的基本概念78

5.3.2　PPI网络通信配置79

5.3.3　在编程软件中配置PPI网络通信80

5.3.4　自由口通信83

5.4　MPI网络通信84

5.5　AS-i网络通信85

5.6　PROFIBUS网络通信88

5.7　工业以太网通信90

5.8 习题91

第6章　S7-200 PLC软件基础知识93

6.1 IEC 61131-3国际标准简介93

6.2 STEP 7-Micro/WIN简介95

6.2.1　编程软件的安装96

6.2.2　STEP 7-Micro/WIN软件界面和项目组成96

6.2.3　建立通信连接98

6.2.4　项目创建和程序编写100

6.2.5　程序编译和下载100

6.2.6　程序监控与调试101

6.2.7　出错处理104

6.2.8　系统块设置104

6.2.9　使用向导功能105

6.3　数据类型与数据格式107

6.3.1　数据类型107

6.3.2　数据格式108

6.4　习题108

第7章　S7-200 PLC软件指令系统109

7.1 S7-200 PLC指令规约109

7.1.1　程序编辑器中使用的规约109

7.1.2　S7-200编程的通用规约110

7.2　位逻辑指令111

7.2.1　输入／输出指令111

7.2.2　逻辑指令112

7.3　置位、复位及边沿触发指令114

7.3.1　置位和复位指令114

7.3.2　边沿触发指令116

7.4　定时器和计数器指令117

7.4.1　定时器指令117

7.4.2　计数器指令121

7.5 时钟指令125

7.6　移位和循环指令126

7.6.1　移位指令126

7.6.2　循环移位指令128

7.6.3　移位寄存器指令128

7.7　顺序控制继电器指令130

7.8　程序控制指令131

7.8.1　跳转指令和标号指令132

7.8.2　调用子程序和子程序返回132

7.8.3　循环指令和循环结束指令133

7.8.4　条件结束指令、停止指令和看门狗复位指令135

7.9　比较和传送指令135

7.9.1 比较指令135

7.9.2　传送指令137

7.10　表功能指令139

7.10.1　填表指令139

7.10.2　查表指令139

7.10.3　先进先出指令141

7.10.4　后进先出指令141

7.10.5　存储器填充指令142

7.11　数据转换指令142

7.11.1　数字转换指令142

7.11.2　实数与双整数转换指令143

7.11.3　译码和编码指令144

7.11.4　ASCII码转换指令145

7.11.5　字符串转换指令148

7.11.6　段码指令149

7.12　数学运算指令149

7.12.1　算术运算指令150

7.12.2　浮点数函数运算指令153

7.13 中断指令154

7.13.1　中断事件154

7.13.2　中断连接指令和中断分离指令156

7.14　逻辑堆栈指令158

7.14.1　栈装载与、栈装载或指令158

7.14.2　压栈、读栈、退栈、装载指令159

7.15　通信指令160

7.15.1　网络读／写指令160

7.15.2　通信口发送／接收指令162

7.15.3　获取与设置通信口地址指令162

7.15.4　其他通信指令162

7.16 习题163

第8章　S7-200 PLC特殊功能应用164

8.1　高速计数器简介164

8.2　高速计数器工作模式165

8.3　高速计数器指令及相应的特殊存储器167

8.3.1　高速计数器指令167

8.3.2　高速计数器的状态字167

8.3.3　高速计数器的控制字168

8.3.4　高速计数器的当前值和预置值168

8.3.5　高速计数器的中断功能169

8.4　高速计数器使用步骤与应用举例169

8.4.1　高速计数器使用步骤169

8.4.2　高速计数器应用举例172

8.5　脉冲输出简介172

8.6　PTO及其应用174

8.7　PWM及其应用180

8.8 习题183

第9章　S7-200 PLC闭环控制的实现184

9.1 闭环控制系统的组成184

9.2　PID调节器及其数字化184

9.2.1　PID调节器184

9.2.2　PID调节器的数字化185

9.3　PID指令及闭环控制系统的实现186

9.3.1　输入模拟量的转化及标准化186

9.3.2　输出量转换为工程实际值186

9.3.3　PID指令向导187

9.3.4　PID指令调用190

9.4　PID参数整定与整定控制面板192

9.4.1　PID参数整定192

9.4.2　PID参数自整定192

9.4.3　PID整定控制面板193

9.4.4　PID整定面板使用195

9.5　仿真参数转化为实际控制参数196

9.6　获得稳定的PID进程的问题和解决方法197

9.7 习题199

第10章　PLC应用程序设计200

10.1 PLC程序组织200

10.1.1　程序的类别200

10.1.2　程序结构200

10.2　PLC程序设计方法200

10.2.1　图解法200

10.2.2　经验设计法201

10.2.3　状态程序设计法202

10.2.4　顺序功能图设计法207

10.3　PLC逻辑控制程序设计212

10.4　PLC过程控制程序设计214

10.4.1　模拟量输入及数值整定214

10.4.2　输入量软件滤波215

10.4.3　模拟量输出及整定218

10.4.4　控制器的控制流程219

10.4.5　中断程序设计介绍219

10.4.6　其他控制子程序219

10.4.7　热交换控制系统举例220

10.5　PLC脉冲量控制程序设计232

10.5.1　平台介绍232

10.5.2　系统参数233

10.5.3　定位程序库介绍234

10.5.4　定位程序241

10.6 习题245

第11章　S7-200 PLC与工程应用技术247

11.1　S7-200配方应用技术247

11.1.1　配方的概念247

11.1.2　配方的实现248

11.1.3　配方的应用248

11.2　S7-200数据归档应用技术252

11.2.1　数据归档的概念252

11.2.2　数据归档的实现253

11.2.3　数据归档的应用254

11.2.4　数据归档的上载258

11.2.5　获取存储卡信息259

11.3 S7-200与TD 200人机界面应用技术259

11.3.1 S7-200 TD人机界面应用技术259

11.3.2　S7-200与触摸屏人机界面应用技术264

11.3.3　S7-200与WinCC人机界面应用技术274

11.4　S7-200与变频器应用技术282

11.4.1　变频器驱动概述282

11.4.2　变频器调速原理283

11.4.3　MicroMaster 440通用变频器284

11.4.4　S7-200的USS主站通信编程286

11.4.5　MM 440的参数设置289

11.5　S7-200与网络通信应用技术291

11.5.1　PPI网络通信291

11.5.2　MPI网络通信298

11.5.3　S7-300与S7-200的EM277之间的PROFIBUS-DP通信连接301

11.5.4　S7-300与S7-200的CP243-1之间的PROFINET通信连接305

11.6 习题316

第12章　PLC控制系统设计317

12.1 PLC控制系统设计原则与流程317

12.1.1 PLC控制系统设计原则317

12.1.2　PLC控制系统设计流程317

12.2　PLC控制系统被控对象的分析与描述318

12.3　PLC控制系统总体设计319

12.4　PLC控制系统硬件设计319

12.4.1　传感器与执行器的确定319

12.4.2　PLC控制系统模块的选择319

12.4.3　控制柜设计321

12.4.4　I/O模块原理图设计321

12.5　PLC控制系统软件设计321

12.5.1　控制软件设计321

12.5.2　监控软件设计322

12.6　PLC控制系统的可靠性设计322

12.6.1　环境技术条件设计322

12.6.2　控制系统的冗余设计324

12.6.3　控制系统的供电系统设计326

12.7　PLC控制系统的调试327

12.7.1　模拟调试327

12.7.2　现场调试327

12.8　PLC控制系统设计举例328

12.8.1　被控对象分析329

12.8.2　提取站控制系统方案论证与总体设计330

12.8.3 系统硬件设计331

12.8.4 系统软件设计333

12.8.5　系统调试336

12.9 习题337

第13章　PLC控制系统工程实例338

13.1　矿山空气压缩机智能监控系统338

13.1.1　被控对象分析与描述338

13.1.2　系统方案论证339

13.1.3　系统总体设计340

13.1.4　系统硬件设计342

13.1.5　系统软件设计349

13.1.6　系统调试363

13.1.7　技术文档整理364

13.2　传送带控制系统364

13.2.1　被控对象分析与描述364

13.2.2　系统方案论证366

13.2.3　控制系统总体方案366

13.2.4　系统硬件设计367

13.2.5　软件设计371

13.2.6　系统调试375

13.2.7　技术文档整理375

13.3　汽车椅套装配系统376

13.3.1　被控对象分析376

13.3.2　系统整体设计377

13.3.3　系统硬件设计378

13.3.4　系统软件设计380

13.3.5　系统调试385

13.3.6　技术文档整理385

13.4 习题385

第14章 S7-1200 PLC介绍386

14.1 S7-1200 PLC简介386

14.2 S7-1200与S7-200和S7-300的区别387

14.2.1　硬件387

14.2.2　软件平台389

14.2.3　程序389

14.2.4　内部功能391

14.2.5　通信392

14.3 S7-1200 PLC简介392

14.3.1　总体介绍392

14.3.2　主要模块393

14.3.3　应用领域393

14.4 STEP 7-Basic简介393

14.4.1　总体介绍393

14.4.2　软件功能结构394

14.5 SIMATIC HMI精简面板简介395

14.5.1　总体介绍395

14.5.2　基本功能395

14.6　S7-1200通信简介396

14.6.1　点对点通信396

14.6.2　PROFINET通信396

14.7　S7-1200功能对象简介397

14.7.1　基本功能型对象397

14.7.2　运动控制397

14.8 习题398

附录399

附录A　实验指导书399

A.1　基础实验399

A.2　应用实验406

A.3　综合实验410

A.4　控制系统设计实验418

附录B　S7-200性能参数423

附录C　S7-200硬件模块参数432

C.1　数字量扩展模块规范432

C.2　模拟量扩展模块规范434

附录D　错误代码437

D.1　致命错误代码和信息437

D.2　运行程序错误438

D.3　编译规则错误439

附录E　S7-200快速参考信息440

附录F　特殊存储器标志位446

F.1　SMB0446

F.2　SMB1446

F.3　SMB2447

F.4　SMB3447

F.5　SMB4447

F.6　SMB5448

F.7　SMB6448

F.8　SMB7448

F.9　SMB8到SMB21448

F.10　SMW22到SMW26449

F.11　SMB28和SMB29450

F.12　SMB30和SMB130450

F.13　SMB31和SMW32451

F.14　SMB34和SMB35451

F.15　SMB36到SMB65451

F.16　SMB66到SMB85453

F.17　SMB86到SMB94和SMB186到SMB194454

F.18　SMW98454

F.19　SMB130455

F.20　SMB131到SMB165455

F.21　SMB166到SMB185456

F.22　SMB186到SMB194456

F.23 SMB200到SMB549456

参考文献458