西门子S7-300/400 PLC工程应用技术2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

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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产生及定义2

1.2.2 PLC特点3

1.2.3 PLC控制系统的组成5

1.2.4 PLC的发展趋势7

1.2.5 PLC在工业自动化中的地位9

1.3 西门子PLC产品发展历程9

1.4 获取资料、软件和帮助10

1.5 习题10

第2章 PLC控制系统基础知识11

2.1 自动控制系统11

2.1.1 控制系统分类11

2.1.2 自动控制系统性能要求12

2.1.3 自动控制系统举例13

2.2 常用低压电器13

2.3 传感器15

2.3.1 传感器的分类15

2.3.2 常用传感器简介15

2.3.3 传感器应用举例16

2.4 隔离栅和浪涌保护器17

2.4.1 隔离栅的应用17

2.4.2 浪涌保护器的应用21

2.5 执行装置23

2.5.1 执行器分类23

2.5.2 常用的执行器简介23

2.5.3 执行器应用举例25

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控制系统电源与接地35

2.7.1 PLC控制系统的电源35

2.7.2 PLC控制系统的接地36

2.8 习题39

第3章 PLC的组成和工作原理40

3.1 PLC的组成40

3.1.1 中央处理单元41

3.1.2 存储器41

3.1.3 输入／输出部件42

3.1.4 通信接口42

3.1.5 电源42

3.1.6 编程器42

3.2 PLC的工作原理43

3.2.1 PLC的等效电路43

3.2.2 PLC的工作模式44

3.2.3 PLC的工作过程45

3.2.4 PLC对输入输出的处理规则47

3.2.5 PLC输入／输出时间滞后47

3.2.6 PLC输入信号频率48

3.3 PLC的分类48

3.4 习题50

第4章 S7-300/400 PLC硬件系统51

4.1 S7-300/400概况51

4.2 机架52

4.2.1 S7-300机架52

4.2.2 S7-400机架52

4.3 电源模块54

4.3.1 S7-300电源模块54

4.3.2 S7-400电源模块56

4.4 CPU模块57

4.4.1 S7-300 CPU模块57

4.4.2 S7-400 CPU模块72

4.5 信号模块75

4.5.1 数字量输入模块76

4.5.2 数字量输出模块78

4.5.3 数字量输入／输出模块80

4.5.4 模拟量输入模块81

4.5.5 模拟量输出模块92

4.5.6 模拟量输入／输出模块95

4.5.7 Ex系列输入／输出模块和F系列输入／输出模块96

4.5.8 特殊信号模块97

4.6 功能模块99

4.7 通信模块101

4.8 接口模块103

4.8.1 S7-300接口模块103

4.8.2 S7-400接口模块104

4.8.3 PROFIBUS-DP主站接口模块104

4.9 宽温产品选型105

4.10 模块安装和扩展106

4.10.1 S7-300模块安装和扩展106

4.10.2 S7-400模块安装和扩展108

4.11 ET 200分布式I/O110

4.11.1 ET 200分布式I/O简介110

4.11.2 ET 200分类111

4.12 习题114

第5章 S7-300/400 PLC网络通信115

5.1 网络通信基础知识115

5.1.1 单工通信、半双工通信及全双工通信115

5.1.2 串行传输和并行传输116

5.1.3 异步传输和同步传输116

5.1.4 串行通信接口116

5.1.5 传输速率117

5.1.6 OSI参考模型117

5.2 SIMATIC通信基础117

5.2.1 SIMATIC NET117

5.2.2 SIMATIC通信基本概念119

5.3 MPI网络通信122

5.3.1 基本概述122

5.3.2 全局数据包通信123

5.3.3 S7基本通信125

5.3.4 S7通信127

5.4 PROFIBUS网络通信132

5.4.1 PROFIBUS协议132

5.4.2 PROFIBUS设备分类134

5.4.3 DP主站系统中的地址135

5.4.4 PROFIBUS网络连接设备136

5.4.5 PROFIBUS通信处理器136

5.5 工业以太网通信138

5.5.1 工业以太网概述138

5.5.2 工业以太网的特点及优势138

5.5.3 S7-300/S7-400工业以太网通信处理器138

5.5.4 带PN接口的CPU139

5.5.5 PROFINET概述140

5.5.6 PROFINET的主要应用140

5.6 AS-Ⅰ网络通信142

5.7 串行网络通信143

5.7.1 基本概述143

5.7.2 ASCII通信协议143

5.7.3 PLC与驱动装置串行通信（USS协议）144

5.8 习题147

第6章 S7-300/400 PLC软件基础148

6.1 IEC61131-3国际标准简介148

6.2 S7-300/400编程语言简介150

6.2.1 梯形图LAD151

6.2.2 语句表STL152

6.2.3 功能块图FBD153

6.2.4 结构控制语言SCL153

6.2.5 顺序功能图SFC153

6.2.6 S7 HIGRAPH编程语言154

6.2.7 S7 CFC编程语言154

6.3 S7-300/400编程资源及其编址155

6.3.1 S7-300/400编程资源155

6.3.2 PLC存储区的划分158

6.3.3 S7-300/400模块的编址159

6.4 变量、常量和数据类型161

6.4.1 变量和常量161

6.4.2 基本数据类型164

6.4.3 复合数据类型165

6.4.4 参数数据类型168

6.4.5 用户自定义数据类型169

6.5 S7-300/400寻址方式170

6.5.1 寻址方式简介170

6.5.2 立即寻址171

6.5.3 直接寻址171

6.5.4 存储器间接寻址172

6.5.5 寄存器间接寻址173

6.6 习题175

第7章 SIMATIC管理器176

7.1 SIMATIC管理器简介176

7.1.1 SIMATIC管理器概述176

7.1.2 STEP 7的订货版本177

7.1.3 STEP 7与硬件的接口177

7.1.4 STEP 7的安装178

7.1.5 STEP 7标准软件包182

7.1.6 STEP 7扩展软件包183

7.2 创建和管理项目185

7.2.1 启动SIMATIC Manager185

7.2.2 创建与编辑项目186

7.2.3 创建一个STEP 7项目188

7.3 硬件组态191

7.3.1 硬件组态的任务191

7.3.2 硬件组态的步骤192

7.3.3 硬件组态举例193

7.3.4 CPU模块的参数设置194

7.3.5 数字量I/O模块的参数设置201

7.3.6 模拟量I/O模块的参数设置203

7.4 网络组态205

7.4.1 网络组态工具NetPro205

7.4.2 连接表206

7.5 符号表创建与逻辑块编辑207

7.5.1 符号表207

7.5.2 逻辑块210

7.6 应用PLCSIM软PLC调试用户程序214

7.6.1 PLCSIM的主要功能214

7.6.2 PLCSIM快速入门215

7.6.3 视图对象217

7.6.4 仿真软件的设置与存档218

7.6.5 软PLC与真实PLC比较219

7.6.6 PLCSIM通信仿真220

7.7 下载与上载程序221

7.8 调试程序226

7.8.1 PLC应用系统调试的基本步骤226

7.8.2 用程序状态功能调试程序227

7.8.3 用变量表调试程序230

7.8.4 使用单步与断点功能调试程序234

7.9 故障诊断236

7.10 参考数据及其应用236

7.10.1 参考数据的作用236

7.10.2 参考数据的生成与显示237

7.10.3 程序结构239

7.10.4 赋值表241

7.10.5 未使用的符号242

7.10.6 没有在符号表中定义的地址242

7.10.7 在程序中快速查找地址的位置242

7.11 被控对象仿真软件SIMIT简介246

7.11.1 被控对象的仿真方法246

7.11.2 SIMIT仿真软件的安装与项目管理247

7.11.3 组态操作窗口248

7.11.4 SIMIT的控制程序设计250

7.11.5 仿真的操作252

7.12 习题252

第8章 S7-300/400 PLC指令系统253

8.1 位逻辑指令253

8.1.1 触点与线圈254

8.1.2 基本逻辑指令255

8.1.3 取反指令256

8.1.4 SAVE指令258

8.1.5 置位与复位指令258

8.1.6 RS和SR触发器指令261

8.1.7 边沿检测指令262

8.2 定时器指令264

8.2.1 S7-300/400定时器简介264

8.2.2 定时器功能指令267

8.2.3 定时器位指令277

8.2.4 IEC定时器280

8.3 计数器指令283

8.3.1 计数器简介283

8.3.2 计数器功能指令284

8.3.3 计数器线圈指令289

8.3.4 IEC计数器289

8.4 数据处理指令294

8.4.1 装入L和传送T指令294

8.4.2 比较指令296

8.4.3 移位和循环指令299

8.4.4 字逻辑运算指令302

8.5 运算指令304

8.5.1 转换指令304

8.5.2 数学运算指令311

8.6 程序控制指令315

8.6.1 跳转指令315

8.6.2 状态位指令318

8.6.3 主控继电器指令320

8.6.4 数据块指令322

8.7 库分类及应用325

8.7.1 库的分类325

8.7.2 库的应用325

8.7.3 库的生成326

8.7.4 库中FC、FB、SFC及SFB的使用327

8.8 习题327

第9章 S7-300/400 PLC程序结构329

9.1 系统程序和用户程序329

9.1.1 操作系统程序329

9.1.2 用户程序330

9.2 用户程序结构330

9.2.1 用户程序编程方法330

9.2.2 用户程序分层调用331

9.2.3 用户程序使用的堆栈332

9.3 用户程序块334

9.4 组织块OB334

9.4.1 OB组织块的分类及优先级335

9.4.2 组织块的变量声明表337

9.4.3 启动组织块337

9.4.4 循环执行组织块341

9.4.5 时间中断组织块344

9.4.6 事件驱动组织块357

9.4.7 背景组织块367

9.4.8 其他组织块367

9.5 功能FC和功能块FB369

9.5.1 发动机控制系统的程序结构369

9.5.2 符号表与变量声明表370

9.5.3 功能与功能块的生成371

9.5.4 功能FC与功能块FB的调用374

9.5.5 时间标记冲突与一致性检查376

9.6 数据块DB378

9.6.1 数据块的生成378

9.6.2 数据块的访问380

9.7 多重背景381

9.7.1 生成多重背景功能块381

9.7.2 生成多重背景数据块385

9.7.3 在OB1中调用多重背景385

9.7.4 FC、FB与OB的区别385

9.8 系统块386

9.8.1 系统功能（SFC）和功能块（SFB）386

9.8.2 系统数据块（SDB）388

9.9 标准库中的FC、FB388

9.10 习题388

第10章 PLC应用程序设计389

10.1 PLC典型常用程序389

10.1.1 位逻辑指令应用例389

10.1.2 定时器／计数器指令应用例393

10.1.3 移位指令应用例401

10.1.4 跳转指令应用例403

10.1.5 运算指令应用例404

10.1.6 模拟量采集滤波例406

10.2 PLC程序设计方法408

10.2.1 图解法408

10.2.2 经验设计法409

10.2.3 状态表程序设计法410

10.2.4 顺序功能图设计方法413

10.3 PLC顺序逻辑控制程序设计416

10.3.1 平台介绍417

10.3.2 硬件设计419

10.3.3 软件设计420

10.3.4 仿真调试424

10.4 PLC过程控制程序设计425

10.4.1 平台介绍425

10.4.2 硬件设计426

10.4.3 软件设计427

10.4.4 仿真调试432

10.5 PLC脉冲量控制程序设计432

10.5.1 平台介绍433

10.5.2 硬件设计433

10.5.3 软件设计437

10.6 习题442

第11章 S7-300/400 PLC SCL编程444

11.1 SCL语言简介444

11.2 S7 SCL软件包安装444

11.2.1 SCL的安装444

11.2.2 S7 SCL软件兼容性444

11.3 SCL源文件编译器445

11.4 SCL编程语言446

11.4.1 基本S7 SCL术语446

11.4.2 变量和参数声明450

11.4.3 常量声明451

11.4.4 运算符452

11.4.5 表达式453

11.4.6 赋值455

11.4.7 控制语句455

11.4.8 SCL块458

11.5 SCL编程应用实例461

11.5.1 单神经元PID算法原理461

11.5.2 单神经元PID算法SCL编程462

11.6 习题464

第12章 S7-300/400 PLC GRAPH编程465

12.1 顺序逻辑控制及顺序功能图465

12.2 S7-GRAPH简介465

12.2.1 顺序控制程序的结构465

12.2.2 S7-GRAPH编译器466

12.2.3 步及相关动作命令467

12.2.4 转换条件469

12.2.5 S7-GRAPH的功能参数集470

12.3 S7-GRAPH程序设计流程473

12.4 S7-GRAPH编程举例473

12.4.1 被控对象分析473

12.4.2 系统总体设计475

12.4.3 系统硬件设计475

12.4.4 系统软件设计479

12.4.5 系统调试482

12.5 习题486

第13章 S7-300/400 PLC HIGRAPH编程488

13.1 S7-HIGRAPH简介488

13.1.1 S7-HIGRAPH发展背景及应用488

13.1.2 S7-HIGRAPH特点488

13.1.3 S7-HIGRAPH与S7-GRAPH比较488

13.1.4 S7-HIGRAPH优点488

13.2 S7-HIGRAPH软件包安装489

13.2.1 S7-HIGRAPH安装与使用489

13.2.2 S7-HIGRAPH软件兼容性489

13.3 S7-HIGRAPH基本概念489

13.3.1 S7-HIGRAPH程序构成489

13.3.2 S7-HIGRAPH程序结构490

13.3.3 S7-HIGRAPH项目流程490

13.4 S7-HIGRAPH基础与编程491

13.4.1 用户界面491

13.4.2 状态图编程492

13.4.3 指令编程495

13.4.4 等待／监控／延迟时间编程497

13.4.5 操作模式编程497

13.4.6 图表组编程498

13.4.7 状态图消息交换编程498

13.4.8 程序编译499

13.4.9 程序的调用／下载／调试500

13.5 S7-HIGRAPH应用实例500

13.5.1 被控对象分析与描述500

13.5.2 S7-HIGRAPH编程501

13.5.3 编译及调试506

13.6 习题510

第14章 S7-300/400 PLC CFC编程511

14.1 S7-CFC简介511

14.1.1 S7-CFC发展背景及应用511

14.1.2 S7-CFC特点511

14.2 S7-CFC软件包安装511

14.2.1 S7-CFC安装与使用511

14.2.2 S7-CFC软件兼容性511

14.3 S7-CFC程序构成元素512

14.3.1 Charts（图表）512

14.3.2 Chart Partitions（图表分区）512

14.3.3 Sheet（页）及Sheet Bars（页边条）513

14.3.4 Overflow Page（溢出页）513

14.3.5 Nested Charts（嵌套图表）513

14.4 S7-CFC功能块操作514

14.4.1 功能块导入514

14.4.2 功能块清除与更新514

14.4.3 功能块编辑515

14.5 S7-CFC程序编程及运行操作516

14.5.1 连接关系516

14.5.2 运行时间设置518

14.5.3 数据归档518

14.5.4 编译519

14.5.5 下载520

14.5.6 回读520

14.5.7 测试521

14.6 S7-CFC编程应用实例522

14.6.1 被控对象分析与描述522

14.6.2 系统总体方案设计523

14.6.3 控制算法设计与实现524

14.7 习题526

第15章 S7-300/400 PLC工程应用技术527

15.1 S7-300/400人机界面与组态应用技术527

15.1.1 S7-300/400人机界面应用技术527

15.1.2 S7-300/400 WinCC应用技术546

15.2 S7-300/400与变频器应用技术564

15.2.1 MM4系列变频器概述564

15.2.2 MM440变频器的调试569

15.2.3 S7-300/400与MM440应用实例578

15.3 S7-300/400网络通信应用技术596

15.3.1 MPI通信应用技术596

15.3.2 PROFIBUS通信应用技术636

15.3.3 工业以太网通信应用技术678

15.3.4 PLC与驱动装置串行通信应用技术712

15.4 习题715

第16章 故障诊断716

16.1 故障诊断基础知识716

16.1.1 故障分类716

16.1.2 故障诊断机理717

16.1.3 故障诊断方法718

16.2 LED灯故障诊断718

16.3 SIMATIC诊断软件723

16.4 STEP 7故障诊断724

16.4.1 诊断符号724

16.4.2 故障诊断过程725

16.4.3 模块信息726

16.4.4 硬件诊断732

16.4.5 Monitor/Modify Variables735

16.4.6 参考数据737

16.4.7 其他诊断功能739

16.5 OB和SFC故障诊断740

16.5.1 错误处理组织块740

16.5.2 同步错误处理组织块741

16.5.3 异步错误处理组织块748

16.6 重新接线功能的应用764

16.6.1 重新接线功能764

16.6.2 SIMATIC Manager重新接线765

16.6.3 地址与符号优先重新接线766

16.6.4 源程序优先程序接线769

16.7 习题771

第17章 S7-300/400 PLC模拟量闭环控制的实现772

17.1 模拟量闭环控制基础772

17.1.1 模拟量闭环控制系统组成772

17.1.2 闭环控制主要性能指标773

17.1.3 闭环控制反馈极性的确定774

17.2 数字PID控制器774

17.2.1 PID控制器优点774

17.2.2 PID控制器数字化775

17.3 S7-300/400模拟量闭环控制功能775

17.3.1 S7-300/400实现闭环控制方法775

17.3.2 使用闭环控制软件包中的功能块实现闭环控制776

17.3.3 模拟量输入及数值整定777

17.3.4 输入量软件滤波777

17.3.5 模拟量输出及整定780

17.4 连续PID控制器FB 41780

17.4.1 设定值和过程变量的处理780

17.4.2 PID控制算法782

17.4.3 控制器输出值的处理782

17.4.4 FB 41的参数783

17.5 步进PI控制器FB 42784

17.5.1 步进控制器的结构785

17.5.2 PI控制算法786

17.5.3 FB 42的参数787

17.6 脉冲发生器FB 43788

17.6.1 脉冲发生器工作原理789

17.6.2 三级控制器791

17.6.3 二级控制器793

17.6.4 FB 43的参数793

17.7 连续温度控制器FB 58794

17.7.1 设定值和过程变量的处理795

17.7.2 PID控制算法797

17.7.3 控制器输出值的处理799

17.7.4 保存和重新装载控制器参数800

17.7.5 脉冲输出方式801

17.7.6 脉冲输出和PID运算802

17.7.7 参数设置的经验法则803

17.7.8 自整定功能804

17.7.9 FB 58的参数805

17.8 步进温度控制器FB 59809

17.8.1 PI控制算法810

17.8.2 FB 59的参数811

17.9 编写模块实现闭环控制812

17.10 PID控制器工程实例程序813

17.11 PID参数自整定829

17.12 习题830

第18章 PLC控制系统设计831

18.1 PLC控制系统设计原则与流程831

18.1.1 PLC控制系统设计原则831

18.1.2 PLC控制系统设计流程832

18.2 PLC控制系统被控对象的分析与描述832

18.3 PLC控制系统总体设计833

18.4 PLC控制系统硬件设计835

18.4.1 传感器与执行器的确定835

18.4.2 PLC控制系统模块的选择835

18.4.3 控制柜设计837

18.4.4 I/O模块原理图设计837

18.5 PLC控制系统软件设计837

18.5.1 控制软件设计837

18.5.2 监控软件设计838

18.6 PLC控制系统的可靠性设计838

18.6.1 环境技术条件设计838

18.6.2 控制系统的冗余设计840

18.6.3 控制系统供电系统设计842

18.7 PLC控制系统的调试843

18.7.1 模拟调试843

18.7.2 现场调试844

18.8 习题844

第19章 PLC控制系统工程实例845

19.1 MPS虚拟仿真系统——供料站845

19.1.1 被控对象分析与描述845

19.1.2 系统总体设计847

19.1.3 系统硬件设计847

19.1.4 系统软件设计848

19.1.5 系统调试851

19.1.6 技术文档整理852

19.2 喷射机控制系统852

19.2.1 被控对象分析与描述852

19.2.2 系统总体设计853

19.2.3 系统硬件设计856

19.2.4 系统软件设计866

19.2.5 系统调试884

19.2.6 技术文档整理886

19.3 电厂废水处理控制系统886

19.3.1 被控对象分析与描述886

19.3.2 系统总体设计887

19.3.3 系统硬件设计889

19.3.4 系统软件设计903

19.3.5 系统调试916

19.3.6 技术文档整理919

19.4 习题919

附录920

附录A 实验指导书920

A.1 基础实验920

A.2 应用实验926

A.3 综合设计实验933

A.4 控制系统设计实验948

附录B S7-300/400硬件选型982

B.1 S7-300硬件选型982

B.2 S7-400硬件选型982

附录C S7-300/400 IO模块接线982

C.1 S7-300 IO模块接线982

C.2 S7-400 IO模块接线982

附录D S7-300 STL指令速查982

附录E 软件标准库速查988

E.1 软件标准库FC、FB速查988

E.2 软件标准库SFC、SFB速查993

参考文献999