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第一章 可编程序控制器的基础知识 1

第一节 PLC概述 1

一、PLC的产生与发展 1

二、PLC的特点 3

第二节 PLC的组成 3

第三节 PLC的工作原理 7

第四节 PLC的硬件基础 9

一、PLC的I/O模块 9

二、PLC的配置 11

第五节 PLC的软件基础 11

一、系统监控程序 11

二、用户应用程序 12

第六节 PLC的性能指标及分类 14

一、按结构形式分类 14

二、按功能分类 15

三、按I/O点数分类 15

第二章 西门子公司常用系统简介 16

第一节 SIMATIC PLC控制器 16

一、SIMATIC S7-200 16

二、SIMATIC S7-300 16

三、SIMATIC S7-400 17

第二节 工业通信 17

一、工业以太网 18

二、现场总线PROFIBUS 18

三、AS-i电缆连接 19

第三节 人机界面 19

第四节 SIMATIC工业软件 19

一、STEP 7 19

二、顺序控制编程软件S7-GRAPH 21

三、状态控制编程软件S7-HiGRAPH 21

四、高级编程语言S7-SCL 21

五、SIMATIC WinAC Basis 22

六、SIMATIC ProTool/Pro 23

七、HMI SIMATIC WinCC 23

八、PCS 7过程控制系统 24

第五节 驱动技术 24

一、低压电动机 24

二、SIMOVERT MASTERDRIVES变频器 25

三、标准变频器 25

四、SIMOREG直流调速器 25

第三章 S7-300/400 PLC的硬件配置 26

第一节 S7-300的基本组成 26

一、S7-300的概况 26

二、S7-300的系统结构 26

三、S7-300模块诊断与过程诊断 28

第二节 S7-300的功能模块 29

一、S7-300的CPU 29

二、S7-300的数字量模块 30

三、S7-300的模拟量模块 31

四、S7-300的电源模块 32

五、数字量的I/O编址 32

六、其他功能模块 33

第三节 S7-400系统简介 33

一、S7-400的系统结构 34

二、S7-400的优点 34

三、S7-400的通信功能 35

第四节 机架与接口模块 35

一、机架 35

二、接口模块 36

三、错误诊断 36

四、冗余设计 37

第五节 S7-300/400扩展机架的配置与说明 38

一、S7-300系统扩展 38

二、S7-400系统扩展 42

三、组态 51

第六节 多CPU处理及CPU模块 52

一、多CPU处理 52

二、CPU模块的元件 52

第四章 S7-300/400 PLC的常用指令 54

第一节 S7-300/400 PLC编程基础 54

一、编程语言 54

二、数据类型 55

三、存储器区域 57

四、寻址方式 60

五、编程的一般规则 65

第二节 S7-300/400 PLC的指令系统 65

一、位逻辑指令 66

二、比较指令 73

三、转换指令 75

四、计数器指令 83

五、数据块指令 87

六、逻辑控制指令 89

七、整型数学运算指令 98

八、浮点运算指令 104

九、装载和传送指令 112

十、程序控制指令 117

十一、移位和循环移位指令 130

十二、状态位（LAD）指令 140

十三、定时器指令 144

十四、字逻辑指令 158

十五、累加器（STL）指令 164

第五章 西门子编程软件STEP 7 168

第一节 STEP 7编程软件的使用简介 168

一、STEP 7概述 168

二、STEP 7标准软件包 168

三、STEP 7的授权 168

四、STEP 7的安装和硬件接口 169

五、STEP 7的编程功能 170

六、STEP 7的硬件组态与诊断功能 170

第二节 硬件组态与参数设置 171

一、项目的创建与项目的结构 171

二、硬件组态 172

三、CPU模块的参数设置 175

四、数字量输入模块的参数设置 175

五、数字量输出模块的参数设置 176

六、模拟量输入模块的参数设置 176

七、模拟量输出模块的参数设置 176

第三节 定义符号 177

第四节 创建逻辑块 179

一、块文件 179

二、逻辑块的创建 180

三、程序编辑器窗口的结构 180

四、程序指令输入 181

五、程序下载和上传 183

第五节 仿真软件使用与说明 185

一、与“真正”PLC的区别 186

二、起动仿真 189

三、S7-PLCSIM的使用 193

四、故障排除提示 196

第六节 调试 200

一、用变量表调试 200

二、用编程状态调试 203

第七节 故障诊断 206

一、故障诊断的基本方法 206

二、用快速视图和诊断视图诊断故障 207

三、调用模块信息诊断故障 209

第八节 显示参考数据 210

一、参考数据的生成与显示 210

二、交叉参考表 210

三、程序结构 211

四、赋值表 212

五、未使用的符号 212

六、不带符号的地址 213

第六章 S7-300/400用户程序结构与编程 214

第一节 用户程序的基本结构 214

一、用户程序中的块 214

二、用户程序使用的堆栈 216

三、STEP7编程方式 217

第二节 功能块与功能的调用 218

一、局域变量的类型 218

二、功能块与功能的调用 218

第三节 数据块 222

一、数据块的生成与使用 222

二、数据块中的数据类型 223

第四节 多重背景 224

一、多重背景功能块的生成 224

二、多重背景功能块的编程 225

三、在OB1中调用多重背景 227

第五节 组织块与中断处理 228

一、中断的基本概念 228

二、组织块的变量声明表 229

三、日期时间中断组织块（OB10～OB17） 229

四、时间延时中断组织块 230

五、循环中断组织块 230

六、硬件中断组织块 231

七、背景组织块 231

八、起动组织块OB100/OB101/OB102 232

九、故障处理组织块 233

十、同步错误组织块 234

十一、常用OB组织块的使用举例 235

第六节 常用模拟量的处理 258

一、模拟量模块的用途 258

二、模拟量寻址 260

三、模拟输入量的规范化 264

四、模拟量输出的规范化 265

第七节 在STEP7中实现PID控制 267

一、概述 267

二、PID系统控制器的选择 271

三、布线 272

四、参数赋值工具介绍 272

五、在用户程序中实现 273

六、功能块介绍 274

七、功能块举例 290

第七章 S7-300/400的通信及网络 291

第一节 通信及网络基础 291

一、数据通信方式 291

二、信道和信道参数 293

三、传送介质 294

四、网络传输设备 295

第二节 通信网络结构 297

一、网络概述 297

二、网络体系结构——IEEE802参考模型和ISO标准 297

三、数据通信的网络拓扑结构 301

四、现场总线 303

第三节 S7-300/400的通信网络 304

一、工业自动化网络 304

二、S7-300/400的通信网络 305

三、通信的分类 307

四、MPI全局数据通信 307

五、MPI网络的组建 308

六、MPI网络组态 310

第四节 PROFIBUS概述 313

一、PROFIBUS的组成 313

二、PROFIBUS的物理层 313

三、PROFIBUS-DP设备的分类 314

四、PROFIBUS的通信协议 314

五、基于组态的PROFIBUS通信 316

第五节 执行器传感器接口网络 319

一、AS-i的寻址模式 320

二、AS-i网络接口部件 320

三、AS-i主站模块 321

四、从站模块 321

五、AS-i的主从通信方式 323

六、AS-i的工作模式 323

第六节 点对点通信 324

一、点对点通信处理器与集成的点对点通信接口 324

二、ASCII Driver通信协议 325

三、3964（R）通信协议 325

四、用于CPU 31xC-2PtP点对点通信的系统功能块 326

第七节 工业以太网 327

一、工业以太网介绍 327

二、工业以太网的网络方案 328

三、工业以太网的交换技术 329

第八章 PLC工程应用开发 330

第一节 工程设计原则 330

第二节 需求分析 331

第三节 硬件设计 331

一、PLC机型选择 331

二、确定容量参数 332

三、系统软、硬件选择 333

第四节 软件设计 333

一、控制程序的设计 333

二、控制系统的设计 335

第五节 系统调试 336

第六节 可靠性设计 338

一、影响现场输入给PLC信号出错的主要原因 338

二、影响执行机构出错的主要原因 338

三、硬件可靠性设计 338

四、软件可靠性设计 341

第七节 编程实例与工程应用 342

一、简单编程实例 343

二、运料小车控制系统 380

三、水塔水位控制 384

四、四节 传送带控制系统 386

五、电梯控制系统 390

六、机械手控制系统线性程序设计 399

第九章 常见故障现象与原因分析 404

第一节 常见故障的检查与处理 404

一、常见故障的总体检查与处理 404

二、电源故障检查与处理 404

三、异常故障检查与处理 404

四、通信故障检查与处理 405

五、I/O故障检查与处理 405

六、定期检修 406

七、PLC的故障处理 407

第二节 常见问题及解答 407

一、如何将二线制测量传感器连接到模拟量模块、紧凑型CPU或C7设备 407

二、S7-300模拟量输入模块测量温度时的测量误差 408

三、把一个PT 100温度传感器连接到SM331 408

四、将HART测量传感器连接到常规的S7-300模拟输入模块是可行的 409

五、有关SM 335正确接线的信息 409

六、怎样理解S7-400数据的存储及存储容量，如何查找CPU的存储器参数 409

七、如何利用OB81判断电源故障 410

八、如何能在不重新起动系统的情况下，改变PUT和GET SFBs（SFB14、15）的ID参数 411

九、使用系统功能块SFB12和SFB13（BSENDBRCV）时应注意些什么 411

十、为什么具有诊断功能的数字输出模块SM422-7BL的外部故障灯（EXTF），在清除输出与地短路的情况下仍常亮 412

十一、当测量值为“7FFF”时，如何分辨是断线故障还是测量值溢出 412

十二、为什么尽管插入一块新的备用电池还出现电池故障信号 412

十三、何时更换S7-300/400控制器的备用电池 412

十四、当采用交流电源供电时，应该选择哪种电源进线断路器 413

十五、当24v电源过载时S7-400有何反应，电源模块又如何反应 413

十六、300系列以太网CP模板有什么不同 413

十七、SIMATIC S7-300/400如何使用BSENDBRCV确保数据传输的一致性 415

十八、哪些IP地址与哪些子网掩码相互兼容 415

十九、如何在TCP/IP网络中分配IP地址和子网掩码 416

第十章 西门子PLC远程访问诊断方案 418

第一节 基于Modem拨号的TeleService 418

第二节 基于互联网的TeleService 418

一、有线连接方式 418

二、无线方式（CDMA/GPRS）建立VPN 425