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第1章 工业自动化系统概述 1

第2章 可编程序控制器基础 2

2.1可编程序控制器的产生和定义 2

2.2可编程序控制器的特点 3

2.3可编程序控制器的应用 3

2.4可编程序控制器的分类 4

2.4.1按照I/O点数容量分类 4

2.4.2按照结构形式分类 4

2.4.3按照使用情况分类 5

2.5可编程序控制器的组成 5

2.5.1中央处理单元 6

2.5.2存储器 6

2.5.3输入／输出单元 6

2.5.4电源 9

2.5.5I/O扩展接口 9

2.5.6通信接口 9

2.5.7智能单元 9

2.5.8外部设备 9

2.6可编程序控制器的工作特点 9

2.6.1 PLC循环扫描工作过程 9

2.6.2 PLC的扫描周期 11

2.6.3输入／输出映像寄存器 11

2.6.4 PLC的输入／输出滞后 11

第3章 自动化工程项目设计 13

3.1物料灌装自动生产线 13

3.2自动化控制系统设计流程 13

3.2.1确定系统控制任务与设计要求 14

3.2.2制定电气控制方案 14

3.2.3确定控制系统的输入／输出信号 15

3.2.4硬件选型与配置 15

3.2.5 1/O分配 15

3.2.6控制程序设计 15

3.2.7现场运行调试 16

3.2.8项目归档 16

3.3自动生产线控制要求 16

3.4自动生产线信号分析 17

3.5工程项目设计报告 18

3.6自动化项目设计软件STEP7 19

3.6.1 SIMATIC管理器 19

3.6.2创建用户项目 21

3.6.3 STEP7帮助系统 23

任务1新建物料灌装自动生产线项目 24

第4章PLC的硬件设计 25

4.1 S7-300/400硬件模块 25

4.1.1机架 25

4.1.2电源模块 26

4.1.3 CPU模块 26

4.1.4接口模块 29

4.1.5信号模块 30

4.1.6通信模块 31

4.1.7功能模块 31

4.1.8占位模块 32

4.1.9仿真器模块 32

4.2硬件安装 33

4.2.1 S7-300系列模块的安装规范 33

4.2.2 S7-400系列模块的安装规范 34

4.3更换模块 34

4.3.1更换S7-300的SM模块 34

4.3.2更换S7-400的SM模块 34

4.4硬件组态 34

4.4.1组态硬件模块 35

4.4.2 配置模块参数 36

4.4.3保存、下载和上传组态参数 42

4.4.4更新硬件目录 44

4.4.5复位CPU和暖启动 46

4.5自动生产线硬件设计 46

4.5.1硬件模块选择与配置 46

4.5.2 I/O分配表 47

4.5.3 I/O接线图 48

任务2物料灌装自动生产线项目硬件设计 50

第5章PLC的软件设计 51

5.1STEP7编程基础 51

5.1.1数制和编码 51

5.1.2数据类型及表示格式 52

5.1.3 S7-300/400的内部资源 54

5.1.4存储区的寻址方式 56

5.1.5 STEP7编程语言 58

5.2程序结构设计 61

5.2.1程序块类型 61

5.2.2程序结构形式 62

5.2.3工程项目程序结构 63

5.3程序块的编辑 64

5.3.1新建用户程序块 64

5.3.2 LAD/STL/FBD编辑器 65

5.3.3程序块的调用 66

5.3.4 下载块到CPU 66

5.3.5监视程序运行 67

任务3设计手动运行程序 68

5.4符号表 68

5.4.1定义全局符号 68

5.4.2使用全局符号 69

任务4编辑项目的符号表 71

5.5开关量的控制 72

5.5.1逻辑与、或、异或指令 72

5.5.2置位、复位指令 73

5.5.3触发器的置位／复位指令 74

5.5.4影响RLO的指令 74

5.5.5边沿检测指令 74

任务5设计启动物料灌装生产线运行的程序 76

5.6数据传送指令 77

5.7计数器的使用——计数统计 77

5.7.1计数器各端口的功能 77

5.7.2加减计数器的功能图 78

5.8定时器的使用——时间控制 79

5.8.1接通延时定时器ODT 79

5.8.2带保持的接通延时定时器ODTS 81

5.8.3关断延时定时器OFFDT 81

5.8.4脉冲定时器PULSE 82

5.8.5扩展脉冲定时器PEXT 83

任务6设计物料灌装生产线自动运行的程序 84

5.9数据的运算操作 85

5.9.1基本数学运算指令 85

5.9.2比较指令 86

5.9.3转换指令 86

任务7生产线数据处理 88

5.10程序调试方法 88

5.10.1 S7-PLCSIM仿真软件 88

5.10.2使用程序编辑器调试程序 89

5.10.3使用变量表调试程序 90

5.11数据块的使用 92

5.111数据的类型 92

5.11.2定义全局数据块 93

5.11.3完全表示方法访问数据块 94

5.11.4数据块的应用 95

5.11.5恢复数据块的初值 98

任务8应用数据块进行计数统计 98

5.12编写带形参的函数 99

5.12.1任务要求——故障报警 99

5.12.2编写带形参的FC 99

5.12.3编写带形参的FB 101

5.12.4调用修改了参数的函数FC或FB 104

任务9生产线故障报警 105

5.13故障诊断 105

5.13.1模块信息 106

5.13.2硬件诊断 107

5.13.3参考数据 109

5.13.4重新接线 114

任务10重新接线点动传送带电动机 118

5.14组织块与中断系统 119

5.14.1组织块的类型与优先级 119

5.14.2启动组织块 119

5.14.3中断组织块 120

5.14.4组织块的启动信息 124

任务11日期时间中断组织块的应用 125

5.15 模拟量的处理方法 126

5.15.1模拟量模板的用途 126

5.15.2量程卡的设置 126

5.15.3 AI/AO地址分配 126

5.15.4模拟量输入模块的组态 127

5.15.5模拟量输出模块的组态 129

5.15.6模拟量转换的数值表达方式 131

5.15.7模拟量的规范化 132

任务12模拟量液位值的处理 134

第6章PLC的网络通信技术及应用 135

6.1通信基础知识 135

6.1.1数据传输方式 135

6.1.2数据传送方向 135

6.1.3传输介质 136

6.1.4串行通信接口 136

6.1.5西门子工业网络通信 137

6.2 PROFIBUS网络概述 138

6.2.1 PROFIBUS的优点 138

6.2.2 PROFIBUS的访问机理 139

6.2.3 PROFIBUS的通信协议 139

6.2.4 PROFIBUS的网络特性 140

6.2.5 PROFIBUS网络连接部件 141

6.3 PROFIBUS-DP网络的主站与从站 143

6.3.1 PROFIBUS-DP网络中的主站 143

6.3.2 PROFIBUS-DP网络中的从站 143

6.3.3 PROFIBUS通信处理器 145

6.4建立 PROFIBUS-DP网络 146

6.4.1集成DP接口的CPU作主站 146

6.4.2 CP342-5作为主站 150

任务13组态PROFIBUS-DP网络 157

6.5 PROFIBUS-DP网络故障诊断 157

6.5.1故障指示灯LED 157

6.5.2用STEP7软件进行网络诊断 158

6.5.3通过组织块OB86进行诊断 159

6.5.4用BT200进行硬件测试与诊断 162

第7章WinCC监控系统 164

7.1人机界面概述 164

7.1.1 HMI的主要任务 164

7.1.2 HMI产品 164

7.1.3 WinCC的特点 165

7.1.4 HMI项目设计方法 165

7.2项目管理器 166

7.2.1启动WinCC项目管理器 166

7.2.2 WinCC项目管理器的结构 166

7.2.3项目类型 167

7.2.4创建和编辑项目 168

7.2.5运行项目 174

7.2.6复制项目 175

任务14建立物料灌装自动生产线监控项目 175

7.3组态变量 175

7.3.1变量管理器 176

7.3.2通信驱动程序 177

7.3.3创建和编辑变量 180

任务15建立WinCC与PLC的通信连接 181

7.4创建过程画面 182

7.4.1 WinCC图形编辑器 182

7.4.2组态过程画面 186

7.4.3对象动态化举例 191

任务16组态物料灌装白动生产线监控画面 216

7.5过程值归档 216

7.5.1组态过程值归档 216

7.5.2显示过程数据 219

7.5.3使用WinCC变量模拟器 223

任务17显示液位值和温度值趋势图 225

7.6消息系统 226

7.6.1组态报警系统 227

7.6.2报警显示 234

任务18编辑监控系统报警消息 236

7.7报表系统 236

7.7.1报表系统概述 236

7.7.2组态报警消息报表 236

7.7.3组态过程值表格报表 239

7.7.4组态过程值趋势图报表 241

7.8用户管理 242

任务19组态用户管理系统 245

7.9基于OPC的数据访问 245

7.9.1 OPC的概念 245

7.9.2 WinCC支持的OPC服务器规范 246

7.9.3 WinCC作为OPC DA服务器 247

7.9.4 WinCC作为OPC DA客户机 251

任务20组态WinCC与Microsoft Excel的连接 255

附录 任务分析与讨论 256

任务3设计手动运行程序 256

任务5设计启动物料灌装生产线运行的程序 257

任务6设计物料灌装生产线自动运行的程序 258

任务7生产线数据处理 261

任务11日期时间中断组织块的应用 264

任务12模拟量液位值的处理 265

参考文献 268