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第1章 概述1

1.1 PLC的基本概念1

1.1.1 模块式PLC的基本结构1

1.1.2 PLC的特点3

1.1.3 PLC的应用领域4

1.1.4 西门子PLC的资料和软件的下载4

1.2 PLC的工作原理5

1.2.1 逻辑运算5

1.2.2 PLC的循环处理过程6

1.2.3 PLC的工作原理8

第2章 S7-300/400的硬件与组态10

2.1 SIMATIC自动控制系统简介10

2.1.1 SIMATIC自动化控制系统的组成10

2.1.2 全集成自动化11

2.2 S7-300系列PLC简介13

2.2.1 S7-300概述13

2.2.2 S7-300的组成部件14

2.2.3 S7-300的系统结构15

2.3 S7-300的CPU模块与电源模块16

2.3.1 CPU模块的元件16

2.3.2 CPU的存储器18

2.3.3 CPU模块的技术规范20

2.3.4 电源模块24

2.4 S7-400系列PLC简介25

2.4.1 S7-400的基本结构与特点25

2.4.2 机架与接口模块26

2.4.3 冗余设计的容错自动化系统S7-400H28

2.4.4 安全型自动化系统S7-400F/FH30

2.4.5 多CPU处理31

2.4.6 CPU模块与电源模块32

2.5 STEP 7编程软件的安装与使用36

2.5.1 STEP 7的版本与许可证密钥36

2.5.2 STEP 7的安装与卸载38

2.5.3 项目的创建40

2.5.4 STEP 7与PLC通信连接的组态43

2.6 硬件组态45

2.6.1 硬件组态概述45

2.6.2 多机架系统的组态48

2.6.3 L/O模块的地址分配49

2.6.4 CPU模块的参数设置53

2.6.5 STEP 7的帮助功能与防止误操作的措施59

2.7 输入／输出模块59

2.7.1 数字量输入模块60

2.7.2 数字量输出模块63

2.7.3 模拟量输入模块67

2.7.4 模拟量输入模块的参数设置71

2.7.5 将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量73

2.7.6 模拟量输出模块与模拟量输入／输出模块75

2.7.7 其他信号模块与前连接器77

2.8 功能模块78

2.8.1 计数器模块78

2.8.2 位置控制与位置检测模块79

2.8.3 闭环控制模块81

2.8.4 称重模块与S5智能I/O模块82

2.9 ET 200分布式I/O83

2.9.1 ET 200的特点83

2.9.2 ET 200的分类84

2.10 S7-300/400的维护86

第3章 S7-300/400的编程语言与指令系统87

3.1 S7-300/400的编程语言87

3.1.1 PLC编程语言的国际标准87

3.1.2 STEP 7的编程语言87

3.2 S7-300/400 CPU的存储区90

3.2.1 数制90

3.2.2 基本数据类型91

3.2.3 系统存储器93

3.2.4 CPU中的寄存器95

3.3 位逻辑指令98

3.3.1 触点指令98

3.3.2 输出类指令100

3.3.3 其他指令101

3.4 定时器与计数器指令103

3.4.1 定时器指令103

3.4.2 计数器指令109

3.5 数据处理指令112

3.5.1 装入指令与传送指令112

3.5.2 比较指令117

3.5.3 数据转换指令118

3.6 数学运算指令122

3.6.1 整数数学运算指令122

3.6.2 浮点数数学运算指令125

3.6.3 移位指令128

3.6.4 循环移位指令130

3.6.5 字逻辑运算指令131

3.6.6 累加器指令132

3.7 逻辑控制指令134

3.7.1 跳转指令与状态位触点指令134

3.7.2 循环指令137

3.8 程序控制指令137

3.8.1 与逻辑块有关的指令139

3.8.2 主控继电器指令与数据块指令139

3.8.3 梯形图的编程规则140

第4章 STEP 7在编程与调试中的应用142

4.1 符号表与逻辑块142

4.1.1 符号表142

4.1.2 逻辑块144

4.1.3 项目管理149

4.2 S7-PLCSIM仿真软件在程序调试中的应用149

4.2.1 S7-PLCSIM的主要功能150

4.2.2 S7-PLCSIM快速入门150

4.2.3 视图对象152

4.2.4 仿真软件的设置与存档153

4.2.5 仿真PLC与实际PLC的区别154

4.3 程序的下载与上载154

4.3.1 在线连接的建立与在线操作155

4.3.2 下载与上载157

4.4 用STEP 7调试程序158

4.4.1 系统调试的基本步骤158

4.4.2 用程序状态功能调试程序159

4.4.3 用变量表调试程序160

4.4.4 单步与断点功能的使用164

4.5 故障诊断166

4.5.1 故障诊断的基本方法166

4.5.2 模块信息在故障诊断中的应用167

4.5.3 诊断故障的其他方法169

4.6 显示参考数据170

4.6.1 参考数据的生成与显示170

4.6.2 交叉参考表170

4.6.3 程序结构172

4.6.4 其他参考数据173

4.6.5 在程序中快速查找地址的位置174

4.7 时间标记冲突与一致性检查176

4.8 被控对象仿真软件SIMIT简介177

4.8.1 被控对象仿真的方法177

4.8.2 SIMIT仿真软件的安装与项目管理179

4.8.3 组态操作窗口180

4.8.4 SIMIT的控制程序设计182

4.8.5 仿真的操作183

第5章 数字量控制系统梯形图设计方法184

5.1 梯形图的经验设计法与继电器电路转换法184

5.1.1 梯形图的经验设计法184

5.1.2 根据继电器电路图设计梯形图188

5.2 顺序控制设计法与顺序功能图191

5.2.1 顺序控制设计法191

5.2.2 步与动作192

5.2.3 有向连线与转换193

5.2.4 顺序功能图的基本结构194

5.2.5 顺序功能图中转换实现的基本规则196

5.3 使用起保停电路的顺序控制梯形图编程方法198

5.3.1 设计顺序控制梯形图的一些基本问题198

5.3.2 单序列的编程方法199

5.3.3 选择序列与并行序列的编程方法201

5.3.4 仅有两步的闭环的处理203

5.3.5 应用举例203

5.4 使用置位复位指令的顺序控制梯形图编程方法206

5.4.1 单序列的编程方法206

5.4.2 选择序列与并行序列的编程方法208

5.4.3 应用举例209

5.5 具有多种工作方式的系统的顺序控制编程方法211

5.5.1 机械手控制系统简介211

5.5.2 使用起保停电路的编程方法212

5.5.3 使用置位复位指令的编程方法217

5.6 顺序功能图语言S7 Graph的应用218

5.6.1 S7 Graph语言概述218

5.6.2 使用S7 Graph编程的例子221

5.6.3 顺序控制器的运行模式与监控操作226

5.6.4 顺序控制器中的动作227

5.6.5 顺序控制器中的条件230

5.6.6 S7 Graph功能块的参数设置232

5.6.7 用S7 Graph编写具有多种工作方式的控制程序235

第6章 S7-300/400的用户程序结构241

6.1 用户程序的基本结构241

6.1.1 用户程序中的块241

6.1.2 用户程序使用的堆栈244

6.2 功能块与功能的生成与调用245

6.2.1 发动机控制系统的程序结构245

6.2.2 功能块246

6.2.3 功能248

6.2.4 功能与功能块的调用250

6.2.5 参数类型252

6.3 共享数据块与复杂数据类型255

6.3.1 共享数据块的生成与使用255

6.3.2 复杂数据类型的生成与使用256

6.4 多重背景260

6.4.1 多重背景功能块261

6.4.2 在OB1中调用多重背景262

6.5 组织块与中断处理263

6.5.1 中断的基本概念263

6.5.2 日期时间中断组织块266

6.5.3 延时中断组织块268

6.5.4 循环中断组织块270

6.5.5 硬件中断组织块271

6.5.6 启动时使用的组织块274

6.5.7 异步错误组织块275

6.5.8 同步错误组织块278

6.5.9 其他组织块282

第7章 工业通信网络与S7-300/400的通信功能283

7.1 计算机的通信方式与串行通信接口283

7.1.1 计算机的通信方式283

7.1.2 串行通信接口标准284

7.2 计算机通信的国际标准286

7.2.1 开放系统互连模型286

7.2.2 IEEE 802通信标准287

7.2.3 现场总线及其国际标准288

7.3 S7-300/400的通信功能290

7.3.1 SIMATIC网络结构与通信服务简介290

7.3.2 PG/OP通信服务与S7通信服务292

7.4 MPI网络294

7.4.1 MPI网络简介294

7.4.2 全局数据通信与S7基本通信服务294

7.5 PROFIBUS的结构与硬件295

7.5.1 PROFIBUS概述295

7.5.2 PROFIBUS的物理层297

7.5.3 PROFIBUS-DP设备的分类299

7.5.4 PROFIBUS通信处理器301

7.5.5 GSD文件302

7.6 PROFIBUS的通信协议302

7.6.1 PROFIBUS的数据链路层302

7.6.2 PROFIBUS-DP304

7.6.3 PROFIBUS的通信服务306

7.7 工业以太网308

7.7.1 工业以太网简介308

7.7.2 工业以太网的网络方案309

7.7.3 工业以太网的交换技术311

7.7.4 工业以太网的通信处理器312

7.7.5 工业以太网交换机313

7.7.6 工业控制网络的信息安全314

7.8 基于工业以太网的PROFINET315

7.8.1 PROFINET概述315

7.8.2 PROFINET IO与PROFINETCBA318

7.9 工业以太网的通信服务319

7.9.1 S5兼容的通信服务319

7.9.2 IT通信服务321

7.9.3 OPC通信服务322

7.10 AS-i与KNX/EIB网络323

7.10.1 AS-i的数据传输方式与网络结构324

7.10.2 AS-i主站模块326

7.10.3 AS-i从站模块327

7.10.4 KNX/EIB328

7.11 其他网络与通信服务330

7.11.1 点对点通信330

7.11.2 工业无线局域网333

7.11.3 广域网335

第8章 工业通信网络的组态与编程337

8.1 MPI网络的组态与编程337

8.1.1 MPI网络的组态337

8.1.2 全局数据通信的组态338

8.1.3 事件驱动的全局数据通信341

8.1.4 用于S7基本通信的系统功能342

8.1.5 S7基本通信的编程344

8.2 基于MPI网络的S7通信347

8.2.1 S7通信在MPI网络中的应用347

8.2.2 用于S7通信的系统功能与系统功能块348

8.2.3 单向S7通信349

8.2.4 双向S7通信352

8.3 基于组态的PROFIBUS通信355

8.3.1 PROFIBUS-DP网络的组态355

8.3.2 非智能DP从站的组态358

8.3.3 与DP通信有关的中断的处理360

8.3.4 主站与第三方DP设备通信的组态361

8.4 PROFIBUS其他通信方式的组态与编程363

8.4.1 主站与智能从站主从通信方式的组态363

8.4.2 用SFC 14和SFC 15传输一致性数据367

8.4.3 直接数据交换通信方式的组态368

8.4.4 S7通信的组态与编程371

8.5 工业以太网通信的组态与编程373

8.5.1 以太网的地址373

8.5.2 基于以太网的S7通信374

8.5.3 基于以太网的S5兼容通信377

8.6 PROFINET IO组态379

第9章 S7-300/400在模拟量闭环控制中的应用384

9.1 模拟量闭环控制的基本概念384

9.1.1 模拟量闭环控制系统的组成384

9.1.2 闭环控制的主要性能指标385

9.1.3 闭环控制反馈极性的确定386

9.2 数字PID控制器386

9.2.1 PID控制器的优点386

9.2.2 PID控制器的数字化387

9.3 S7-300/400的模拟量闭环控制功能388

9.3.1 S7-300/400实现闭环控制的方法388

9.3.2 使用系统功能块实现闭环控制389

9.4 连续PID控制器SFB 41390

9.4.1 设定值与过程变量的处理390

9.4.2 PID控制算法391

9.4.3 控制器输出值的处理392

9.4.4 SFB 41的参数392

9.5 脉冲发生器SFB 43394

9.5.1 脉冲发生器的功能与结构394

9.5.2 三级控制器396

9.5.3 二级控制器398

9.5.4 SFB 43的参数398

9.6 步进PI控制器SFB 42399

9.6.1 步进控制器的结构399

9.6.2 步进控制器的功能分析401

9.6.3 SFB 42的参数402

9.7 PID控制器的示例程序403

9.7.1 系统简介403

9.7.2 程序设计404

9.7.3 程序运行监控407

9.8 PID控制器的参数整定方法409

9.8.1 PID参数与系统动静态性能的关系409

9.8.2 确定PID控制器参数初值的工程方法411

附录413

附录A S7-300/400的指令一览表413

附录B 组织块、系统功能与系统功能块一览表417

附录C 光盘说明424

附录D 常用缩写词427

参考文献431