可编程控制器原理及应用

目　录

第1章　概述　1

1．1　PLC的产生、定义和特点　1

1．2　PLC的分类和功能　3

1．3　PLC的基本结构和工作原理　5

1．4　习题　8

第2章　西门子S7-300/400PLC的系统结构　9

2．1　西门子公司的S7系列PLC　9

2．2　CPU模块　10

2．2．1　CPU模块的分类　10

2．2．2　CPU31x的技术特性　12

2．2．3　CPU31x的工作模式和状态指示　13

2．2．4　CPU41x的技术特性　14

2．2．5　CPU41x的特殊功能　15

2．3　数字量模块　17

2．3．1　数字量输入模块SM321　17

2．3．2　数字量输出模块SM322　18

2．3．3　数字量输入输出模块SM323/SM327　20

2．4　模拟量模块　20

2．4．1　模拟量输入模块SM331　21

2．4．2　模拟量输出模块SM332　25

2．4．3　模拟量输入输出模块SM334　27

2．4．4　模拟量通道的量程设置和测量方法　28

2．4．5　传感器和AI的连接　28

2．5　电源模块　31

2．5．1　系统功率计算　32

2．5．2　供电与接地　32

2．6　其他模块　32

2．6．1　通信模块　33

2．6．2　接口模块　36

2．6．3　功能模块　38

2．7　S7-300/400 PLC控制系统组成　42

2．7．1　系统模块结构　42

2．7．2　模块地址分配　43

2．7．3　SIMATIC S7-300的硬件组态　44

2．7．4　安装一个典型的S7-300 PLC硬件系统　46

2．8　习题　47

第3章　编程软件——STEP 7的使用　48

3．1　STEP 7编程软件简介　48

3．1．1　编程通信方式　48

3．1．2　STEP 7的安装和卸载　49

3．1．3　STEP 7的授权　51

3．2　STEP 7软件开发步骤　51

3．2．1　项目的建立与编辑　52

3．2．2　通信设置　53

3．2．3　硬件组态和参数设置　53

3．2．4　程序编写　55

3．2．5　下载与上传　56

3．3　仿真软件S7-PLCSIM　57

3．3．1　仿真软件S7-PLCSIM的使用步骤　57

3．3．2　仿真PLC与实际PLC的区别　61

3．4　习题　61

第4章　指令系统　63

4．1　CPU的存储区　63

4．1．1　数据类型　63

4．1．2　CPU中的寄存器　65

4．1．3　CPU的存储器　66

4．2　寻址方式　68

4．3　位逻辑指令　69

4．3．1　位逻辑运算指令　69

4．3．2　比较指令　74

4．3．3　状态位指令　76

4．4　定时器和计数器指令　77

4．4．1　定时器指令　77

4．4．2　计数器指令　85

4．5　数学运算指令　87

4．5．1　数据转换指令　87

4．5．2　数据传送(赋值)指令　91

4．5．3　整数数学运算指令　91

4．5．4　浮点数运算指令　93

4．5．5　字逻辑指令　93

4．5．6　移位和循环移位指令　94

4．6　控制指令　97

4．6．1　逻辑控制指令　97

4．6．2　程序控制指令　98

4．7　指令应用实例　100

4．7．1　自保持(自锁)程序实例　100

4．7．2　互锁程序实例　100

4．7．3　基本延时程序实例　101

4．7．4　分支程序实例　101

4．7．5　洗衣机控制实例　101

4．8　习题　103

第5章　程序结构与程序设计　104

5．1　用户程序的基本结构　104

5．2　数据块　106

5．2．1　数据块的数据类型　106

5．2．2　数据块的建立与访问　107

5．3　逻辑块　108

5．3．1　符号定义与变量声明　108

5．3．2　功能(FC)的结构与编程　112

5．3．3　功能块(FB)的结构与编程　114

5．4　组织块与中断处理　121

5．4．1　组织块的类型与优先级　121

5．4．2　循环执行的组织块OB1　123

5．4．3　日期时间中断组织块(OB10～OB17)　123

5．4．4　延时中断组织块(OB20～OB23)　125

5．4．5　循环中断组织块(OB30～OB38)　126

5．4．6　硬件中断组织块(OB40～OB47)　128

5．4．7　异步错误中断组织块(OB80～OB87)　131

5．4．8　同步错误中断组织块(OB121～OB122)　131

5．4．9　启动组织块(OB100～OB102)　131

5．5　程序调试　132

5．5．1　用变量表调试程序　132

5．5．2　用程序状态功能调试程序　134

5．6　设计实例　136

5．6．1　十字路口交通信号灯的控制　136

5．6．2　搅拌系统控制　139

5．7　习题　145

第6章　组态软件初步　146

6．1　组态软件　146

6．1．1　常用组态软件简介　146

6．1．2　组态软件的发展趋势　148

6．2　WinCC组态软件　149

6．2．1　WinCC组态软件简介　149

6．2．2　WinCC v7．0组态软件的安装　150

6．2．3　WinCC系统构成　155

6．2．4　WinCC 选件　156

6．2．5　组态一个工程的基本步骤　156

6．2．6　钢包底吹氩系统组态工程文件的建立　157

6．2．7　钢包底吹氩系统组态变量的建立　159

6．2．8　钢包底吹氩系统组态画面的创建　162

6．3　习题　180

第7章　网络与通信　181

7．1　网络通信简介　181

7．2　PROFIBUS-DP通信　182

7．2．1　点对点通信(1个CPU对1个CPU)　182

7．2．2　一点对多点通信(1个CPU对多个CPU)　188

7．2．3　1个CPU对1个ET200　188

7．2．4　1个CPU对多个ET200　190

7．3　PROFINET通信　191

7．4　习题　195

第8章　控制实例　196

8．1　S7-300控制系统设计概述　196

8．1．1　PLC控制系统的设计原则　196

8．1．2　PLC控制系统的设计内容　197

8．1．3　PLC控制系统的设计方法与过程　200

8．2　S7-300PLC的开关量控制　201

8．3　S7-300 PLC的模拟量控制　206

8．3．1　模拟量I/O模块　206

8．3．2　模拟量控制系统设计　208

8．4　乒乓控制和PID控制　213

8．4．1　乒乓控制　213

8．4．2　PID控制　214

8．5　单回路液位控制系统　222

8．5．1　系统组成　222

8．5．2　硬件系统设计　223

8．5．3　软件系统设计　224

8．6　钢包底吹氩控制系统　227

8．6．1　工艺流程分析　228

8．6．2　控制方案的确定　228

8．6．3　硬件系统设计　229

8．6．4　软件系统设计　231

8．7　伺服电机控制系统　237

8．7．1　控制方案的确定　237

8．7．2　硬件系统设计　238

8．7．3　软件系统设计　240

8．8　习题　242

第9章　PLC选型与可靠性设计　244

9．1　选型的基本原则　244

9．2　选型实例　247

9．3　PLC系统可靠性设计　251

9．3．1　PLC系统中干扰的主要来源　251

9．3．2　PLC系统的抗干扰设计　252

9．3．3　提高PLC控制系统可靠性的有效措施　252

9．3．4　系统通信网络的搭建　253

9．4　常见故障分析　254

9．5　习题　255

参考文献　256

本教材以普通高校自动化、电气工程及自动化、机电一体化等相关专业的本科生为对象，以国内市场占有率较高的SIEMENS公司的S7-300/400系列PLC为样机，从实践应用出发，本着培养工程应用型人才的目标，通过更加合理的工程实例和表现形式，由浅入深地讲授了可编程控制器的基本结构、工作原理、指令系统、最新编程软件的使用、程序设计方法、通信技术、工程应用实例及选型等内容。
　　本书精心编写了大量的例题及其实现程序，每一个程序都用仿真软件PLCSIM或在PLC上做了验证。精心挑选的各个工程实例都有较为详细的设计步骤，对从事自动化系统设计、系统成套的工程师也有一定的帮助。同时，本书每章都附有习题，并提供课件与习题答案。
　　本书可作为大专院校自动化、机电一体化、电气工程及自动化及其相关专业的教材，也可供有关技术人员学习和参考。