西门子S7-1200/1500 PLC学习手册——基于LAD和SCL编程

本书从基础和实用出发,全面详细介绍了西门子S7-1200/1500 PLC编程及应用。全书共分两部分:部分为基础入门篇,主要介绍西门子S7-1200/1500的硬件和接线,TIA博途软件的使用,PLC的编程语言、编程方法与调试;第二部分为应用精通篇,包括西门子S7-1200/1500 PLC的通信及其应用,工艺功能及其应用 ,西门子人机界面(HMI)应用,S7-1200/1500 PLC的故障诊断技术和工程应用。
本书内容全面系统、重点突出,强调知识的实用性,为便于读者更深入理解并掌握西门子S7-1200/1500 PLC编程及应用,本书配有大量实用案例,实例都有详细的软硬件配置清单,并配有接线图和程序,读者可以模仿学习。
为方便读者学习,书中的重点内容还专门配有视频及程序源文件,读者用手机扫描书中二维码即可观看和下载,辅助学习书本内容。
本书可供从事西门子PLC技术学习和应用的人员使用,也可作为高等院校相关专业的教材使用。

?本书全面系统介绍了西门子S7-1200/1500 PLC技术和TIA博途软件的使用，主要特点如下：
1.西门子S7-1200/1500 PLC轻松入门。内容由浅入深、由基础到应用，理论联系实际，既适合初学者学习使用，也可供有一定基础的读者结合书中大量实例，深入学习西门子S7-1200/1500 PLC工程应用。
?2.以实例引导读者学习。书中内容配合精选实例进行讲解，所有实例都包含软硬件配置清单、接线图和程序，且程序已经在PLC上运行通过。
?3.二维码视频学习。对于复杂的例子本书配有学习资源，读者扫描书中二维码即可观看视频和下载程序源文件，对学习书本知识起到辅助作用。

随着计算机技术的发展,以可编程控制器、变频器调速、计算机通信和组态软件等技术为主体的新型电气控制系统已经逐渐取代传统的继电器电气控制系统,并广泛应用于各行业。由于西门子PLC具有卓越的性能,因此在工控市场占有非常大的份额,应用十分广泛。虽然西门子大中型PLC被大多数技术人员所接受,但长期以来,西门子大中型PLC一直是公认比较难入门的。本书力求详略得当,用较多的小例子引领读者入门,让读者读完基础入门部分后,能完成简单的工程。应用精通部分精选工程实际案例,供读者模仿学习,提高读者解决实际问题的能力。
为了使读者能系统地掌握西门子S7-1200/1500 PLC相关知识,我们在总结长期的教学经验和工程实践的基础上,联合相关企业人员,共同编写了本书,力争使读者通过“看书”就能学会S7-1200/1500 PLC编程及应用。
在编写过程中,除了全面系统介绍西门子PLC技术知识外,还结合实际应用,将一些生动的操作实例融入到书中,以提高读者的学习兴趣。本书与其他相关书籍相比,具有以下特点。
(1)内容由浅入深、由基础到应用,理论联系实际,重点突出,既适合初学者学习使用,也可供有一定基础的人结合书中大量实例深入学习西门子S7-1200/1500 PLC工程应用。
(2)用实例引导读者学习。书中的大部分章节采用精选的例子讲解。例如,用例子说明现场总线通信实现的全过程。实例包含软硬件配置清单、接线图和程序,而且为确保程序的正确性,程序已经在PLC上运行通过。
(3)二维码视频学习。对于比较复杂的例子,均配有学习资源,包括视频和程序源文件,如工业以太网通信的硬件组态较复杂,书中就配有编者的组态过程的视频。读者用手机扫描书中二维码即可观看相关视频(视频为案例的操作步骤演示,音频解说,只为辅助学习使用),同时读者可以扫描二维码下载书中所讲案例的程序源文件,对学习书本知识起到辅助作用。
本书共分14章。第1章和第2章由唐克彬编写;第3~6章由锡职业技术学院的向晓汉编写;第7章和第8章由锡职业技术学院的李润海编写;第9章由陕西工业职业技术学院的张文亭编写;第10章由锡雷华科技有限公司的欧阳思惠和陆彬编写;第11章由锡雪浪环保科技有限公司的刘摇摇编写;第12章由锡雪浪环保科技有限公司的王飞飞编写;第13章由锡雪浪环保科技有限公司的曹英强编写;第14章由桂林电子科技大学的向定汉编写,付东升也参与了本书部分章节内容的编写工作。本书由向晓汉和李润海任主编,唐克彬和张文亭任副主编,锡职业技术学院的林伟任主审。
由于编者水平有限,不足之处在所难免,敬请读者批评指正,编者将万分感激!
编者

第1 篇基础入门篇
第1 章可编程序控制器（PLC）基础 2
1.1概述 2
1.1.1PLC 的发展历史 2
1.1.2PLC 的主要特点 3
1.1.3PLC 的应用范围 3
1.1.4PLC 的分类与性能指标 4
1.1.5PLC 与继电器系统的比较 5
1.1.6PLC 与微机的比较 5
1.1.7PLC 的发展趋势 6
1.1.8国内PLC 的应用 6
1.2PLC 的结构和工作原理 7
1.2.1PLC 的硬件组成 7
1.2.2PLC 的工作原理 10
1.2.3PLC 的立即输入、输出功能 12
第2 章S7-1200 PLC 的硬件 13
2.1S7-1200 PLC 概述 13
2.1.1西门子PLC 简介 13
2.1.2S7-1200 PLC 的性能特点 14
2.2S7-1200 PLC 常用模块及其接线 15
2.2.1S7-1200 PLC 的CPU 模块及接线 16
2.2.2S7-1200 PLC 数字量扩展模块及接线 21
2.2.3S7-1200 PLC 模拟量模块 25
2.2.4S7-1200 PLC 信号板及接线 31
2.2.5S7-1200 PLC 通信模块 33
2.2.6其他模块 33
第3 章S7-1500 PLC 的硬件 35
3.1S7-1500 PLC 的性能特点 35
3.2S7-1500 PLC 常用模块及其接线 36
3.2.1电源模块 36
3.2.2S7-1500 PLC 的CPU 模块及其附件 37
3.2.3S7-1500 PLC 信号模块及其接线 45
3.2.4S7-1500 PLC 通信模块 55
3.2.5S7-1500 PLC 工艺模块及接线 56
3.2.6S7-1500 PLC 分布式模块 57
3.3S7-1500 PLC 的硬件安装 60
3.3.1硬件配置 60
3.3.2硬件安装 62
3.3.3接线 63
第4 章TIA 博途（Portal）软件使用入门 65
4.1TIA 博途软件简介 65
4.1.1初识TIA 博途软件 65
4.1.2安装TIA 博途软件的软硬件条件 66
4.1.3安装TIA 博途软件的注意事项 67
4.1.4安装和卸载TIA 博途软件 68
4.2TIA Portal 视图与项目视图 74
4.2.1TIA Portal 视图结构 74
4.2.2项目视图 75
4.2.3项目树 77
4.3创建和编辑项目 78
4.3.1创建项目 78
4.3.2添加设备 79
4.3.3编辑项目（打开、保存、另存为、关闭和删除） 81
4.4CPU 参数配置 83
4.4.1常规 83
4.4.2PROFINET 接口 83
4.4.3启动 89
4.4.4周期 90
4.4.5通信负载 90
4.4.6系统和时钟存储器 90
4.4.7系统诊断 91
4.4.8显示 92
4.4.9保护 93
4.4.10系统电源 94
4.4.11连接资源 94
4.4.12地址总览 95
4.5S7-1500的I/O 参数配置 95
4.5.1数字量输入模块参数的配置 95
4.5.2数字量输出模块参数的配置 98
4.5.3模拟量输入模块参数的配置 99
4.5.4模拟量输出模块参数的配置 101
4.6下载和上传 102
4.6.1下载 102
4.6.2上传 105
4.7软件编程 108
4.7.1一个简单程序的输入和编译 108
4.7.2使用快捷键 110
4.8打印和归档 111
4.8.1打印 111
4.8.2归档 112
4.9用TIA 博途软件创建一个完整的项目 114
4.10使用帮助 121
4.10.1查找关键字或者功能 121
4.10.2使用帮助 122
4.11安装支持包和GSD 文件 123
4.11.1安装支持包 123
4.11.2安装GSD 文件 125
第5 章S7-1200/1500 PLC 的编程语言 127
5.1S7-1200/1500 PLC 的编程基础知识 127
5.1.1数制 127
5.1.2数据类型 128
5.1.3S7-1200/1500 PLC 的存储区 136
5.1.4全局变量与区域变量 141
5.1.5编程语言 141
5.2变量表、监控表和强制表的应用 142
5.2.1变量表 142
5.2.2监控表 145
5.2.3强制表 149
5.3位逻辑运算指令 150
5.4定时器和计数器指令 161
5.4.1SIMATIC 定时器 161
5.4.2IEC 定时器 170
5.4.3SIMATIC 计数器 173
5.4.4IEC 计数器 177
5.5移动操作指令 180
5.6比较指令 185
5.7转换指令 188
5.8数学函数指令 195
5.9移位和循环指令 204
5.10字逻辑运算指令 209
5.11程序控制指令 213
5.12实例 214
5.12.1电动机的控制 214
5.12.2定时器和计数器应用 221
第6 章S7-1200/1500 PLC 的程序结构 225
6.1TIA 博途软件编程方法简介 225
6.2函数、数据块和函数块 226
6.2.1块的概述 226
6.2.2函数（FC）及其应用 227
6.2.3数据块（DB）及其应用 232
6.2.4PLC 定义数据类型（UDT）及其应用 236
6.2.5函数块（FB）及其应用 238
6.3多重背景 241
6.3.1多重背景的简介 241
6.3.2多重背景的应用 242
6.4组织块（OB）及其应用 247
6.4.1中断的概述 247
6.4.2启动组织块及其应用 248
6.4.3主程序（OB1） 249
6.4.4循环中断组织块及其应用 249
6.4.5时间中断组织块及其应用 251
6.4.6延时中断组织块及其应用 253
6.4.7硬件中断组织块及其应用 255
6.4.8错误处理组织块 255
6.5实例 257
第7 章S7-1200/1500 PLC 的编程方法与调试 261
7.1功能图 261
7.1.1功能图的画法 261
7.1.2梯形图编程的原则 267
7.2逻辑控制的梯形图编程方法 268
7.2.1经验设计法 268
7.2.2功能图设计法 270
7.3S7-1500 PLC 的调试方法 280
7.3.1程序信息 280
7.3.2交叉引用 282
7.3.3比较功能 283
7.3.4用变量表进行调试 286
7.3.5用监控表进行调试 290
7.3.6用强制表进行调试 293
7.3.7使用PLCSIM 软件进行调试 295
7.3.8使用Trace 跟踪变量 300
7.4实例 303
第8 章西门子PLC 的SCL 和GRAPH 编程 310
8.1西门子PLC 的SCL 编程 310
8.1.1S7-SCL 简介 310
8.1.2S7-SCL 程序编辑器 311
8.1.3S7-SCL 编程语言基础 312
8.1.4寻址 318
8.1.5控制语句 321
8.1.6SCL 块 323
8.1.7S7-SCL 应用举例 323
8.2西门子PLC 的GRAPH 编程 331
8.2.1S7-GRAPH 简介 331
8.2.2S7-GRAPH 应用基础 332
8.2.3S7-GRAPH 应用举例 338
第2 篇应用精通篇
第9 章S7-1200/1500 PLC 的通信及其应用 344
9.1通信基础知识 344
9.1.1通信的基本概念 344
9.1.2PLC 网络的术语解释 345
9.1.3RS-485 标准串行接口 347
9.1.4OSI 参考模型 348
9.2现场总线概述 349
9.2.1现场总线的概念 349
9.2.2主流现场总线的简介 349
9.2.3现场总线的特点 350
9.2.4现场总线的现状 350
9.2.5现场总线的发展 350
9.3PROFIBUS 通信及其应用 351
9.3.1PROFIBUS 通信概述 351
9.3.2PROFIBUS 总线拓扑结构 352
9.3.3S7-1500 PLC 与ET200MP 的PROFIBUS-DP 通信 355
9.3.4S7-1500 PLC 与S7-1500 PLC 间的PROFIBUS-DP 通信 360
9.4以太网通信及其应用 366
9.4.1以太网通信基础 366
9.4.2S7-1500 PLC 的以太网通信方式 369
9.4.3S7-1500 PLC 之间的OUC 通信及其应用 370
9.4.4S7-1500 PLC 与S7-1200 PLC 之间的OUC 通信（TCP）及其应用 377
9.4.5S7-1200 PLC 与S7-1200 PLC 之间的OUC 通信（UDP）及其应用 383
9.4.6S7-1500 PLC 之间的S7 通信及其应用 392
9.4.7S7-1500 PLC 与S7-1200 PLC 之间的S7 通信及其应用 398
9.4.8S7-1500 PLC 与远程IO 模块的PROFINET IO 通信及其应用 402
9.4.9S7-1500 PLC 之间的PROFINET IO 通信及其应用 409
9.4.10S7-1500 PLC 之间的MODBUS TCP 通信及其应用 412
9.4.11S7-1500 PLC 与S7-1200 PLC 之间的MODBUS TCP 通信及其应用 421
9.5串行通信 426
9.5.1S7-1200 PLC 与S7-1200 PLC 之间的Modbus RTU 通信 426
9.5.2S7-1200 PLC 与SINAMICS G120变频器之间的USS 通信 433
第10 章工艺功能及其应用 442
10.1PLC 的高速计数器及其应用 442
10.1.1高速计数器简介 442
10.1.2高速计数器的应用 445
10.2PLC 在运动控制中的应用 451
10.2.1运动控制简介 451
10.2.2伺服控制简介 452
10.2.3S7-1200 PLC 的运动控制功能 453
10.2.4S7-1200 PLC 的运动控制指令 454
10.2.5S7-1200 PLC 的运动控制实例 456
10.3PWM 471
10.3.1PWM 功能简介 471
10.3.2PWM 功能应用举例 471
10.4PLC 在过程控制中的应用 475
10.4.1PID 控制原理简介 475
10.4.2PID 控制器的参数整定 478
10.4.3PID 指令简介 480
10.4.4PID 控制应用 481
第11 章西门子人机界面（HMI）应用 491
11.1人机界面简介 491
11.1.1初识人机界面 491
11.1.2西门子常用触摸屏的产品简介 491
11.1.3触摸屏的通信连接 492
11.2使用变量与系统函数 493
11.2.1变量分类与创建 493
11.2.2系统函数 494
11.3画面组态 497
11.3.1按钮组态 497
11.3.2I/O 域组态 499
11.3.3开关组态 500
11.3.4图形输入输出对象组态 502
11.3.5时钟和日期的组态 502
11.3.6符号I/O 域组态 503
11.3.7图形I/O 域组态 504
11.3.8画面的切换 506
11.4用户管理 509
11.4.1用户管理的基本概念 509
11.4.2用户管理的组态 509
11.5报警组态 514
11.5.1报警组态简介 514
11.5.2离散量报警组态 515
11.6创建一个简单的HMI 项目 518
11.6.1一个简单的HMI 项目技术要求描述 518
11.6.2一个简单的HMI 项目创建步骤 518
第12 章S7-1200/1500 PLC 的故障诊断技术 527
12.1PLC 控制系统的故障诊断概述 527
12.1.1引发PLC 故障的外部因素 527
12.1.2PLC 的故障类型和故障信息 528
12.1.3PLC 故障诊断方法 529
12.1.4PLC 外部故障诊断方法 529
12.1.5S7-1500 PLC 诊断简介 533
12.2通过模块或通道的LED 灯诊断故障 533
12.2.1通过模块的LED 灯诊断故障 533
12.2.2通过模块通道的LED 灯诊断故障 534
12.3通过TIA 博途软件的PG/PC 诊断故障 534
12.4通过PLC 的Web 服务器诊断故障 536
12.5通过PLC 的显示屏诊断故障 541
12.5.1显示屏面板简介 541
12.5.2用显示屏面板诊断故障 541
12.6通过用户程序诊断故障 542
12.6.1用LED 指令诊断故障 543
12.6.2用DeviceStates 指令诊断故障 544
12.6.3用ModuleStates 指令诊断故障 546
12.7通过报警指令诊断故障 548
12.8在HMI 上通过调用诊断控件诊断故障 552
12.9利用WinCC 诊断故障 555
12.10通过自带诊断功能的模块诊断故障 559
12.11利用诊断面板诊断故障 562
12.12通过SIMATIC Automation Tool 诊断故障 563
12.12.1SIMATIC Automation Tool 功能 563
12.12.2SIMATIC Automation Tool 诊断故障 564
第13 章TIA 博途软件的其他常用功能 566
13.1移植 566
13.1.1移植S7-300/400 PLC 项目到TIA 博途软件的必要条件 566
13.1.2从S7-300/400 PLC 的项目移植到S7-1500 PLC 项目 567
13.1.3从WinCC Flexible 2008 项目移植到TIA 博途软件 572
13.2库功能 576
13.2.1库的概念 576
13.2.2项目库类型的使用 576
13.2.3项目库主模板的使用 578
13.2.4全局库的使用 579
第14 章S7-1200/1500 PLC 工程应用 581
14.1送料小车自动往复运动的PLC 控制 581
14.1.1系统软硬件配置 582
14.1.2编写程序 583
14.2啤酒灌装线系统的PLC 控制 587
14.2.1系统软硬件配置 587
14.2.2编写程序 588
14.3刨床的PLC 控制 593
14.3.1系统软硬件配置 593
14.3.2编写程序 599
参考文献 604