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目录1

前言1

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2

1.1.3 PLC的应用领域3

1.1.4 怎样下载西门子公司PLC的资料和软件4

1.2 PLC的工作原理4

1.2.1 逻辑运算4

1.2.2 PLC的循环处理过程5

1.2.3 PLC的工作原理7

1.3 习题9

第2章 S7-300／400的硬件结构与性能指标10

2.1 S7-300系列PLC简介10

2.1.1 S7-300的概况10

2.1.2 S7-300的系统结构11

2.1.3 I／O模块地址的确定13

2.1.4 模块诊断与过程中断14

2.2 S7-300的CPU模块15

2.2.1 CPU模块的元件15

2.2.2 存储器17

2.2.3 CPU模块简介18

2.3 S7-300的输入／输出模块19

2.3.1 数字量输入模块19

2.3.2 数字量输出模块20

2.3.3 数字量输入／输出模块20

2.3.4 模拟量输入模块21

2.3.5 将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量23

2.3.6 模拟量输出模块24

2.3.7 模拟量模块的诊断与中断25

2.3.8 EX系列与F系列输入，输出模块26

2.4 S7-300的其他模块26

2.5.1 S7-400的基本结构与特点28

2.5 S7-400系列PLC的硬件组成28

2.5.2 机架与接口模块30

2.5.3 S7-400的通信功能31

2.5.4 冗余设计的容错自动化系统S7-400H31

2.5.5 安全型自动化系统S7-400F／FH32

2.5.6 多CPU处理33

2.5.7 CPU模块的元件33

2.5.8 CPU模块与电源模块34

2.5.9 输入／输出模块35

2.5.10 功能模块36

2.6 ET 200分布式I／O37

2.6.1 ET 200的特点37

2.6.2 ET 200的分类38

2.7 习题38

第3章 S7-300／400的编程语言与指令系统40

3.1 S7-300／400的编程语言40

3.1.1 PLC编程语言的国际标准40

3.1.2 STEP 7中的编程语言41

3.2 S7-300／400 CPU的存储区43

3.2.1 数制43

3.2.2 基本数据类型44

3.2.3 复合数据类型与参数类型46

3.2.4 CPU的存储区分布46

3.2.5 系统存储器47

3.2.6 CPU中的寄存器49

3.3 位逻辑指令51

3.3.1 触点指令52

3.3.2 输出类指令53

3.3.3 其他指令54

3.4 定时器与计数器指令56

3.4.1 定时器指令56

3.4.2 计数器指令61

3.5 数据处理指令63

3.5.1 装入指令与传送指令64

3.5.2 比较指令67

3.5.3 数据转换指令68

3.6.1 整数数学运算指令72

3.6 数学运算指令72

3.6.2 浮点数数学运算指令74

3.6.3 移位与循环移位指令77

3.6.4 字逻辑运算指令80

3.6.5 累加器指令81

3.7 逻辑控制指令83

3.7.1 跳转指令83

3.8 程序控制指令86

3.8.1 逻辑块指令86

3.7.3 循环指令86

3.7.2 梯形图中的状态位触点指令86

3.8.2 主控继电器指令89

3.8.3 数据块指令90

3.8.4 梯形图的编程规则91

3.9 习题92

4.1.3 STEP 7的授权94

4.1.2 STEP 7的硬件接口94

4.1 STEP 7编程软件简介94

4.1.1 STEP 7概述94

第4章 STEP 7编程软件的使用方法94

4.1.4 STEP 7的编程功能95

4.1.5 STEP 7的硬件组态与诊断功能95

4.2 硬件组态与参数设置96

4.2.1 项目的创建与项目的结构96

4.2.2 硬件组态97

4.2.3 CPU模块的参数设置99

4.2.4 数字量输入模块的参数设置101

4.2.5 数字量输出模块的参数设置101

4.2.6 模拟量输入模块的参数设置102

4.2.7 模拟量输出模块的参数设置104

4.3 符号表与逻辑块104

4.3.1 符号表104

4.3.2 逻辑块105

4.4.1 S7-PLCSIM的主要功能108

4.4.2 使用S7-PLCSIM仿真软件调试程序的步骤108

4.4 S7-PLCSIM仿真软件在程序调试中的应用108

4.4.3 应用举例109

4.4.4 视图对象与仿真软件的设置与存档110

4.5 STEP 7与PLC的在线连接与在线操作111

4.5.1 装载存储器与工作存储器111

4.5.2 在线连接的建立与在线操作111

4.5.3 下载与上载112

4.6.2 变量表的基本功能113

4.6.1 系统调试的基本步骤113

4.6 用变量表调试程序113

4.6.3 变量表的生成114

4.6.4 变量表的使用115

4.7 用程序状态功能调试程序116

4.7.1 程序状态功能的启动与显示116

4.7.2 单步与断点功能的使用117

4.8 故障诊断118

4.8.1 故障诊断的基本方法119

4.8.2 模块信息在故障诊断中的应用119

4.8.3 用快速视窗和诊断视窗诊断故障120

4.9 显示参考数据121

4.9.1 参考数据的生成与显示121

4.9.2 交叉参考表122

4.9.3 程序结构122

4.9.4 其他参考数据123

4.10 习题123

5.1.1 用经验法设计梯形图125

5.1 梯形图的经验设计法与继电器电路转换法125

设计方法125

第5章 数字量控制系统梯形图125

5.1.2 根据继电器电路图设计梯形图128

5.2 顺序控制设计法与顺序功能图132

5.2.1 顺序控制设计法132

5.2.2 步与动作133

5.2.3 有向连线与转换134

5.2.4 顺序功能图的基本结构135

5.2.5 顺序功能图中转换实现的基本规则137

5.3.1 设计顺序控制梯形图的一些基本问题139

5.2.6 顺序控制设计法的本质139

5.3 使用起保停电路的顺序控制梯形图编程方法139

5.3.2 单序列的编程方法141

5.3.3 选择序列与并行序列的编程方法142

5.3.4 应用举例144

5.4 使用置位复位指令的顺序控制梯形图编程方法146

5.4.1 单序列的编程方法146

5.4.2 选择序列与并行序列的编程方法148

5.4.3 应用举例149

5.5 具有多种工作方式的系统的顺序控制梯形图编程方法150

5.5.1 机械手控制系统简介150

5.5.2 使用起保停电路的编程方法151

5.5.3 使用置位复位指令的编程方法155

5.6 顺序功能图语言S7 Graph的应用156

5.6.1 S7 Graph语言概述156

5.6.2 使用s7 Graph编程的例子158

5.6.3 顺序控制器的运行模式与监控操作162

5.6.4 顺序控制器中的动作163

5.6.6 用S7 Graph编写具有多种工作方式的控制程序165

5.6.5 顺序控制器中的条件165

5.7 习题169

第6章 S7-300／400的用户程序结构172

6.1 用户程序的基本结构172

6.1.1 用户程序中的块172

6.1.2 用户程序使用的堆栈175

6.1.3 线性化编程与结构化编程176

6.2.1 发动机控制系统的用户程序结构177

6.2 功能块与功能的生成与调用177

6.2.2 符号表与变量声明表178

6.2.3 功能块与功能181

6.2.4 功能块与功能的调用181

6.2.5 时间标记冲突与一致性检查183

6.3 数据块184

6.3.1 数据块中的数据类型184

6.3.2 数据块的生成与使用185

6.4 多重背景186

6.4.1 多重背景功能块与多重背景数据块187

6.4.2 在OBI中调用多重背景188

6.5 组织块与中断处理189

6.5.1 中断的基本概念189

6.5.2 组织块的变量声明表190

6.5.3 日期时间中断组织块191

6.5.4 延时中断组织块193

6.5.5 循环中断组织块195

6.5.6 硬件中断组织块196

6.5.7 启动时使用的组织块198

6.5.8 异步错误组织块200

6.5.9 同步错误组织块202

6.5.10 背景组织块204

6.6 习题205

第7章 计算机通信网络与S7-300／400的通信功能206

7.1 计算机通信方式与串行通信接口206

7.1.1 计算机的通信方式206

7.1.2 串行通信接口的标准207

7.2.1 开放系统互联模型208

7.2 计算机通信的国际标准208

7.2.2 IEEE 802通信标准209

7.2.3 现场总线及其国际标准211

7.3 S7-300／400的通信功能212

7.3.1 工厂自动化网络结构212

7.3.2 S7-300／400的通信网络213

7.3.3 S7通信的分类215

7.4.2 MPI网络的组态216

7.4 MPI网络与全局数据通信216

7.4.1 MPI网络与全局数据包216

7.4.3 全局数据表217

7.4.4 事件驱动的全局数据通信220

7.4.5 不用连接组态的MPI通信220

7.5 PROFIBUS的结构与硬件221

7.5.1 PROFIBUS的组成221

7.5.2 PROFIBUS的物理层222

7.5.3 PROFIBUS-DP设备的分类224

7.5.4 PROFIBUS通信处理器225

7.6 PROFIBUS的通信协议226

7.6.1 PROFIBUS的数据链路层226

7.6.2 PROFIBUS-DP228

7.6.3 PROFINet230

7.7 基于组态的PROFIBUS通信231

7.7.1 PROFIBUS-DP从站的分类232

7.7.2 PROFIBUS-DP网络的组态232

7.7.3 主站与智能从站主从通信方式的组态235

7.7.4 直接数据交换通信方式的组态237

7.8 用于PROFIBUS通信的系统功能与系统功能块240

7.8.1 用于PROFIBUS通信的系统功能与系统功能块240

7.8.2 用SFC 14和SFC 15传输连续的数据241

7.8.3 分布式I／O触发主站的硬件中断244

7.8.4 一组从站的输出同步与输入锁定246

7.9 点对点通信251

7.9.1 点对点通信处理器与集成的点对点通信接口251

7.9.2 ASCII Driver通信协议252

7.9.3 3964（R）通信协议253

7.9.4 用于CPU 3IxC-2PtP点对点通信的系统功能块256

7.9.5 用于点对点通信处理器的功能块258

7.10 PRODAVE通信软件在点对点通信中的应用259

7.10.1 PRODAVE简介259

7.10.2 PRODAVE的硬件配置260

7.10.3 建立与断开连接260

7.10.4 PRODAVE的通信函数261

7.11 习题263

7.10.5 PRODAVE在水轮发电机组监控系统中的应用263

第8章 S7-300／400在模拟量闭环控制中的应用265

8.1 闭环控制与PID控制器265

8.1.1 模拟量闭环控制系统265

8.1.2 闭环控制反馈极性的确定266

8.1.3 PID控制器的优点267

8.1.4 PID控制器的数字化267

8.2.1 设定值与过程变量的处理269

8.1.5 使用系统功能块实现闭环控制269

8.2 连续PID控制器SFB 41269

8.2.2 PID控制算法271

8.2.3 控制器输出值的处理271

8.2.4 SFB 4l的参数272

8.3 步进PID控制器SFB 42273

8.3.1 步进PID控制器的结构273

8.3.2 步进控制器的功能分析275

8.4 脉冲发生器SFB 43276

8.4.1 脉冲发生器的功能与结构276

8.4.2 三级控制器278

8.4.3 二级控制器278

8.5 PID控制器的参数整定方法279

8.5.1 PID制器的参数与系统动静态性能的关系279

8.5.2 确定PID控制器参数初值的工程方法279

8.6 习题280

A.1 STEP 7编程软件与仿真软件应用实验282

附录A 实验指导书282

附录282

A.2 顺序控制程序的编程实验283

A.3 复杂的顺序控制程序的编程实验283

A.4 具有多种工作方式的系统的顺序控制程序的编程实验283

A.5 顺序功能图语言S7 Graph的编程实验284

A.8 循环中断实验285

A.9 硬件中断实验285

A.7 延时中断实验285

A.6 日期时间中断实验285

A.10 同步错误中断实验286

A.11 程序结构实验286

A.12 MPI网络全局数据通信的组态实验287

A.13 DP网络主从通信的组态实验287

附录B S7-300／400的指令一览表287

附录C 组织块、系统功能与系统功能块—览表292

附录D 常用缩写词298

参考文献301