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第1章　PLC基础知识1

1.1　概述1

1.1.1　PLC的产生和定义1

1.1.2　PLC的主要功能及特点2

1.1.3　PLC的分类4

1.1.4　PLC的发展概况和发展趋势6

1.2　PLC的基本结构和各部分作用9

1.2.1　中央处理单元9

1.2.2　存储器单元11

1.2.3　电源单元12

1.2.4　输入／输出单元12

1.2.5　接口单元13

1.2.6　外部设备13

1.2.7　PLC的软件系统14

1.3　PLC的工作原理14

1.3.1　PLC对继电器控制系统的仿真15

1.3.2　PLC循环扫描的工作方式17

1.3.3　PLC的编程语言22

1.4　PLC的硬件基础26

1.4.1　PLC的接口模块26

1.4.2　PLC的配置与组态29

1.5　PLC的软件基础33

1.5.1　系统监控程序33

1.5.2　用户程序34

1.6　PLC的通信网络基础36

1.6.1　PLC有较强的分散控制及连网能力36

1.6.2　工厂自动化网络36

1.7　PLC的主要性能指标38

1.7.1　硬件指标体系39

1.7.2　软件指标体系39

1.8　PLC控制系统设计40

1.8.1　设计基本原则40

1.8.2　设计的主要内容40

1.8.3　PLC控制系统的一般步骤40

第2章　S7-300/400 PLC控制系统硬件特性42

2.1　S7-300系列PLC的硬件组成42

2.1.1　S7-300概述43

2.1.2　S7-300的CPU模块47

2.1.3 S7-300的I/O模块及其他模块55

2.2 S7-400系列PLC的硬件组成88

2.2.1 S7-400 PLC的基本结构与特点88

2.2.2 机架与接口模块91

2.2.3 S7-400的CPU模块和电源模块96

2.2.4 S7-400的L/O模块及其他模块103

第3章 S7-300/400 PLC的指令系统及编程112

3.1 S7-300/400 PLC的编程基础112

3.1.1 S7-300/400编程语言与数据类型112

3.1.2 S7-300/400 CPU的存储区120

3.2 S7-300/400 PLC的基本指令及编程131

3.2.1 位逻辑指令131

3.2.2 定时器指令144

3.2.3 计数器指令152

3.3 S7-300/400 PLC的功能指令及编程157

3.3.1 装载与传输指令159

3.3.2 比较指令164

3.3.3 数据转换指令167

3.3.4 移位和循环移位指令175

3.3.5 运算指令185

3.3.6 控制指令203

3.3.7　累加器指令218

3.3.8　数据块指令222

3.3.9　S7-300/400功能块简介223

3.4　梯形图编程规则227

3.4.1　继电器控制电路与程序梯形图的转换228

3.4.2　梯形图的优化232

第4章　STEP 7在编程与调试中的应用233

4.1　STEP 7编程软件的介绍和安装233

4.1.1 STEP 7概述233

4.1.2 STEP 7标准软件包235

4.1.3 STEP 7 V5.4中的新内容238

4.1.4 STEP 7标准软件包的扩展应用239

4.2 STEP 7编程软件的安装242

4.2.1 自动化许可证管理器242

4.2.2 STEP 7安装243

4.2.3 STEP 7卸载246

4.3 设计自动化解决方案246

4.3.1 规划自动化项目的一般步骤246

4.3.2 规划油压装置自动化示例246

4.4 用户程序结构基础251

4.4.1 数据块及其数据结构252

4.4.2 数组255

4.4.3 结构257

4.4.4 用户数据类型259

4.5 功能块编程及调用260

4.5.1　符号表与变量声明表（局域数据）260

4.5.2　逻辑块局部数据的类型263

4.5.3　块调用过程及内存分配265

4.5.4　参数传递的限制268

4.5.5　时间标记冲突与一致性检查269

4.5.6　功能块编程与调用举例270

4.6　组织块与中断优先级276

4.6.1　中断过程276

4.6.2　组织块的分类278

4.6.3　组织块的优先级299

4.6.4　对中断的控制301

4.6.5　其他组织块303

4.7　PLC控制系统的可靠性设计303

4.7.1　影响PLC控制系统可靠性的因素304

4.7.2　PLC控制系统工程应用的抗干扰设计306

4.7.3　提高PLC控制系统可靠性的硬件措施306

4.7.4　提高PLC控制系统可靠性的软件措施310

第5章　S7-300/400 PLC的通信与网络316

5.1　通信与网络的基本知识316

5.1.1　数据通信的基本概念与术语316

5.1.2　工业控制局域网327

5.1.3　开放系统互连模型334

5.1.4　IEEE 802局域网参考模型及标准338

5.1.5　现场总线简介340

5.1.6　S7-300/400的集成通信网络345

5.2　MPI网络与全局数据通信349

5.2.1 MPI网络349

5.2.2 MPI的通信及组态351

5.3 AS-i接口网络360

5.3.1 AS-i的网络结构及技术指标360

5.3.2 AS-i的通信原理363

5.3.3 AS-i的工作过程366

5.3.4 AS-i的主站模块367

5.4 工业以太网377

5.4.1 工业以太网概述377

5.4.2 工业以太网的连接379

5.4.3 工业以太网的交换技术381

5.4.4 工业以太网的网卡与通信处理器381

5.4.5 工业以太网的通信383

5.5 Profibus现场总线388

5.5.1 Profibus的主要构成388

5.5.2 Profibus协议及通信方式389

5.5.3 Profibus的数据传输与总线拓扑394

5.5.4 Profibus的开放式接口401

5.5.5 Profibus-DP403

5.6 建立一个S7-300硬件组态实例407

第6章 S7-300/400 PLC控制系统案例415

6.1 S7-300 PLC在水力发电站自动化系统LCU中的应用415

6.1.1 现地控制单元的介绍415

6.1.2 LCU控制系统的构成举例419

6.1.3 LCU控制系统功能421

6.1.4 小结424

6.2 水力发电机组操作自动化分解与PLC控制系统设计425

6.2.1 水力发电机组自动操作I/O配置425

6.2.2 水力机组顺序操作程序设计的初步考虑（自上而下）429

6.2.3 水力机组操作流程429

6.2.4 水力机组保护与信号431

6.2.5 机组自动操作的PLC系统设计432

6.2.6　机组自动操作的PLC程序设计434

6.3　S7-300与S7-200在实现自由端口无线通信中的应用435

6.3.1　工程项目简介435

6.3.2　监控系统的硬件及网络结构435

6.3.3　通信功能的实现436

6.3.4　电台选型和故障判断441

6.3.5　小结442

6.4　S7-300 PLC控制系统在某水力发电站泄洪系统中的应用442

6.4.1　项目改造用PLC硬件系统概述442

6.4.2　项目改造用软件系统简介445

6.4.3　小结445

6.5　S7-300 PLC在PT水力发电站综合自动化系统中的应用446

6.5.1　PT水力发电站综合自动化系统概况446

6.5.2　S7-300 PLC的结构与特点446

6.5.3　S7-300 PLC的硬件配置447

6.5.4 S7-300 PLC与监控系统的通信方式447

6.5.5 S7-300 PLC的软件编程447

6.5.6 小结449

6.6 S7-300 PLC在变电站中的应用449

6.6.1 控制要求450

6.6.2 硬件系统构成450

6.6.3 监控系统软件451

6.6.4 小结457

6.7 S7-300在新BY国际机场行李分拣报警系统中的应用457

6.7.1 项目的产生背景457

6.7.2 设计原则457

6.7.3 现场状况457

6.7.4 行李分拣报警控制系统组成458

6.7.5 行李分拣报警系统流程459

6.7.6 小结460

6.8 S7-300在断路器极限电流测试系统中的应用460

6.8.1 项目背景460

6.8.2 极限电流测试系统介绍460

6.8.3 串行通信的实现461

6.8.4 控制系统完成的功能462

6.8.5 小结464

6.9　S7-300 PLC与DCS串行通信在DH电站中的应用464

6.9.1　系统连接464

6.9.2　CP 341模块应用简述464

6.9.3　软件组态466

6.9.4　实施过程中的注意事项467

6.9.5　小结467

6.10　S7-PLC在SX永久船闸中的应用468

6.10.1　项目情况介绍468

6.10.2　SX船闸控制系统的组成与运行468

6.10.3　SX船闸控制系统的基本配置470

6.10.4　西门子PLC控制系统在SX船闸的控制特点471

6.10.5　小结473

6.11　S7-300 PLC及FM 354在汽车门板超声波焊接机中的应用473

6.11.1　项目简介474

6.11.2　控制系统配置474

6.11.3　系统设计474

6.11.4　小结477

6.12　S7-300 PLC及FM 353在汽车仪表板超声波焊接机中的应用477

6.12.1　项目简介477

6.12.2　19头超声波焊接设备的工艺过程和主要控制对象478

6.12.3　控制系统的构成和部分HMI控制界面479

6.12.4　控制系统结构、程序编制和FM 353的驱动480

6.12.5　小结484

6.13　S7-300在XJB水电站左岸供水工程中的应用484

6.13.1　概况485

6.13.2　系统组成486

6.13.3　系统硬件配置及组态486

6.13.4　系统功能说明487

6.13.5　小结491

6.14　S7-300和WinCC在XG转炉基础自动化中的应用491

6.14.1　控制范围491

6.14.2　H1网492

6.14.3　控制特点493

6.14.4　网路通信493

6.14.5　小结494

6.15　S7-400冗余系统在某电厂中的应用494

6.15.1　项目简介494

6.15.2　系统介绍495

6.15.3　控制系统结构495

6.15.4　控制系统完成的功能495

6.15.5　小结501

6.16　S7-400及编程软件GRAPH在DYT景观水域综合治理中的应用502

6.16.1　项目简介502

6.16.2　系统介绍502

6.16.3　控制系统构成503

6.16.4　用GRAPH编制反冲程序及循环程序504

6.16.5　GRAPH调试的快速性505

6.16.6　独特的入机界面监控功能506

6.16.7　小结508

6.17　S7-400 PLC及WinCC实现高速数据采集509

6.17.1　问题的提出509

6.17.2　解决问题的基本思路509

6.17.3　运用WinCC+S7-400实现高速数据采集510

6.17.4　效果514

6.17.5　结论和探讨516

6.18　西门子PLC远程访问诊断方案516

6.18.1　基于Modem拨号的TeleService516

6.18.2　基于互联网的TeleService517

6.18.3　小结526

6.19　用STEP 7中的SFB 41/FB 41、SFB 42/FB 42、SFB 43/FB 43实现PID控制526

6.19.1　概述526

6.19.2　PID系统控制器的选择527

6.19.3　布线529

6.19.4　参数赋值工具介绍529

6.19.5　在用户程序中实现530

6.19.6　功能块介绍531

6.19.7　小结548

6.20　S7-400在甲醇项目中实现首发报警功能548

6.20.1　项目概况548

6.20.2　控制系统介绍549

6.20.3　控制系统完成的功能549

6.20.4　首发报警的实现549

6.20.5　小结551

6.21 基于Profibus-DP总线的连铸板坯称量系统设计551

6.21.1　背景简介551

6.21.2　构成及工艺流程552

6.21.3　系统构成553

6.21.4　软件编程及组态556

6.21.5　系统功能与特点558

6.21.6　小结559

6.22　西门子开放式IE通信在水电站监控系统中的应用559

6.22.1　引言559

6.22.2　项目简介560

6.22.3　CPU 315-2PN/DP模块及Modbus/TCP协议560

6.22.4　软件实现561

6.22.5　小结565

6.23　FBZ-2610型GIS智能汇控柜565

6.23.1　项目简介565

6.23.2　系统的主要特点566

6.23.3　工作环境566

6.23.4　系统构成566

6.23.5　系统功能567

6.23.6　小结571

6.24　STEP 7间接寻址编程概述571

6.24.1　寻址总述571

6.24.2　间接寻址方法572

6.24.3　可对间接寻址的指针进行运算的相关指令介绍575

6.24.4　编程实例579

6.25　西门子工业控制网络在区域供冷系统中的应用581

6.25.1　项目简介581

6.25.2　系统介绍581

6.25.3　网络系统构成582

6.25.4　控制系统完成的功能586

6.25.5　小结587

附录　S7-300/400的指令一览表588

参考文献593