西门子S7-300/400PLC应用案例解析

第1章 PLC概述 1

1.1 PLC发展概况 1

1.1.1 PLC的产生 1

1.1.2 PLC的发展历史 2

1.1.3 PLC的发展趋势 2

1.2 PLC的分类及特点 3

1.2.1 PLC的分类 3

1.2.2 PLC的特点 4

1.2.3 PLC的应用 6

1.3 PLC的结构与工作原理 7

1.3.1 PLC的基本结构 7

1.3.2 PLC的工作原理 9

1.4 S7系列PLC简介 10

1.5 PLC控制系统设计 11

第2章 S7-300/400 PLC的硬件与安装 14

2.1 S7-300 PLC概述 14

2.1.1 S7-300 PLC的分类 14

2.1.2 S7-300 PLC的结构 20

2.1.3 S7-300 PLC的组成 22

2.1.4 S7-300 CPU模块的面板 22

2.1.5 S7-300 CPU模块的外部连接 25

2.2 S7-300 PLC的信号模块 26

2.2.1 数字量模块 27

2.2.2 模拟量模块 33

2.2.3 模拟量输入模块与传感器的连接 38

2.2.4 传感器的连接 40

2.2.5 热电偶的连接 42

2.2.6 模拟量输出模块的连接 43

2.2.7 模拟量模块的诊断与中断 45

2.3 电源模块 45

2.4 通信及功能模块 47

2.4.1 通信处理器（CP）模块 47

2.4.2 功能模块 49

2.5 人机操作界面（HMI）与分布式I/O 54

2.5.1 人机操作界面HMI 54

2.5.2 分布式I/O 55

2.6 硬件模块的安装与编址 57

2.6.1 硬件模块的安装 57

2.6.2 S7-300的编址 60

2.7 S7-400 PLC简介 62

2.7.1 产品分类 64

2.7.2 S7-400 PLC的基本结构 67

2.8 S7-400的电源与CPU模块 70

2.8.1 S7-400的电源模块 70

2.8.2 S7-400的CPU模块 72

2.9 S7-400 PLC的信号与功能模块 78

2.9.1 数字量I/O模块 78

2.9.2 模拟量I/O模块 80

2.9.3 功能模块 82

2.10 S7-400 PLC的通信及接口模块 83

2.10.1 通信模块 83

2.10.2 接口模块 85

2.11 S7-400 PLC的扩展 86

2.11.1 扩展配置要求 86

2.11.2 扩展形式 86

第3章 S7-300/400 PLC的指令系统 91

3.1 PLC编程语言与内部资源 91

3.1.1 STEP 7编程语言 91

3.1.2 PLC的内部资源 94

3.1.3 CPU中的寄存器 98

3.2 S7-300/400 PLC的编程基础 100

3.2.1 数据类型和格式标记 100

3.2.2 操作数 106

3.2.3 寻址方式 107

3.3 位逻辑指令 111

3.3.1 触点指令 112

3.3.2 线圈指令 116

3.3.3 RLO操作指令 118

3.3.4 立即读与立即写 118

3.4 定时器与计数器指令 120

3.4.1 定时器指令 120

3.4.2 计数器指令 125

3.5 数据处理指令 128

3.5.1 装入与传送指令 128

3.5.2 比较指令 132

3.5.3 转换指令 135

3.6 数学运算指令 137

3.6.1 整数运算指令 138

3.6.2 浮点数运算指令 139

3.6.3 字逻辑运算指令 141

3.6.4 累加器指令 143

3.6.5 移位和循环移位指令 145

3.7 控制指令 149

3.7.1 逻辑控制指令 149

3.7.2 梯形图中的状态位触点指令 152

3.7.3 循环指令 156

3.7.4 程序控制指令 157

3.7.5 主控继电器指令 160

3.7.6 数据块指令 162

3.8 梯形图编程规则 164

3.8.1 梯形图的优化 164

3.8.2 典型梯形图的设计 164

第4章 S7-300/400PLC的用户程序结构及结构化编程 170

4.1 概述 170

4.1.1 结构化编程 170

4.1.2 用户程序中的块 171

4.1.3 用户程序使用的堆栈 174

4.2 功能块与功能的调用 175

4.2.1 功能块的组成 175

4.2.2 功能块局部变量声明 176

4.2.3 功能块的调用及内存分配 177

4.2.4 功能块与功能的应用举例 179

4.3 数据块 181

4.3.1 数据块的分类及使用 181

4.3.2 访问数据块 183

4.3.3 建立数据块 185

4.4 结构化程序设计 187

4.4.1 逻辑块的编程 187

4.4.2 FC和FB程序设计实例 192

4.5 使用有参功能的结构化程序设计方法 198

4.5.1 编辑有参功能 199

4.5.2 在OB1中调用有参功能 201

4.6 组织块与中断处理 202

4.6.1 中断的基本概念与组织块的变量 202

4.6.2 日期时间中断组织块（OB10～OB17） 203

4.6.3 时间延时中断组织块 205

4.6.4 循环中断组织块 207

4.6.5 硬件中断组织块与背景组织块 208

4.6.6 启动组织块OB100/OB101/OB102 211

4.6.7 故障处理组织块 213

4.6.8 同步错误组织块 218

第5章 STEP 7编程软件的使用 219

5.1 概述 219

5.1.1 STEP 7标准软件包 219

5.1.2 STEP 7的安装和硬卡接口 220

5.1.3 STEP 7软件安装 220

5.2 SIMATIC管理器 225

5.3 STEP 7快速入门 227

5.3.1 项目的创建与项目的结构 227

5.3.2 定义符号 232

5.3.3 创建逻辑块 234

5.4 STEP 7编程技术 236

5.4.1 创建一个具有功能块和数据块的程序 236

5.4.2 对功能FC的编程 240

5.4.3 对共享数据块的编程 243

5.4.4 使用多重背景编程 244

5.5 S7-PLCSIM仿真软件 248

5.5.1 S7-PLCSIM的主要功能 248

5.5.2 S7-PLCSIM的使用方法 248

5.5.3 S7-PLCSIM的应用举例 250

5.5.4 仿真PLC与真实PLC的区别 251

第6章 S7-300/400 PLC的通信与网络 252

6.1 S7-300/400的集成通信网络 252

6.1.1 工厂自动化系统的典型结构 252

6.1.2 S7-300/400 PLC的通信网络 253

6.1.3 S7通信的分类 255

6.2 MPI网络通信 256

6.2.l MPI网络 256

6.2.2 全局数据包（GD）通信方式 260

6.2.3 无组态连接的MPI通信方式 268

6.2.4 需要组态连接的通信方式 270

6.3 工业以太网技术 272

6.3.1 工业以太网概述 272

6.3.2 工业以太网的连接 274

6.3.3 工业以太网的交换技术 276

6.3.4 工业以太网的网卡与通信处理器 276

6.3.5 工业以太网的通信 278

6.4 PROFIBUS现场总线技术 281

6.4.1 PROFIBUS的主要构成 281

6.4.2 PROFIBUS协议及通信方式 283

6.4.3 PROFIBUS的数据传输与总线拓扑 287

6.4.4 PROFIBUS-DP 290

6.4.5 PROFIBUS-DP的主从通信 293

6.4.6 通过DP接口连接远程I/O站和模拟量模块 299

6.4.7 DP从站之间的DX方式通信 306

第7章 S7-300/400 PLC工程应用实例 312

7.1 S7-300 PLC在料车卷扬调速系统中的应用 312

7.1.1 系统概述 312

7.1.2 主要设备的选择 313

7.1.3 PLC控制与变频调速系统设计 314

7.2 S7-300 PLC在中厚板精整控制系统中的应用 318

7.2.1 系统概述 318

7.2.2 总线连接 318

7.2.3 变频器的设置 318

7.2.4 PROFIBUS-DP的电磁干扰 320

7.3 S7-400H冗余系统在透平机转速控制中的应用 320

7.3.1 系统概述 320

7.3.2 控制系统的组成 320

7.3.3 透平机的启动升速调节 322

7.3.4 升速过程的控制 323

7.4 S7-300 PLC在深孔镀铬控制系统中的应用 325

7.4.1 原控制系统简介 325

7.4.2 控制内容及要求 326

7.4.3 系统总体设计 326

7.4.4 控制程序的设计 328

7.5 S7-300 PLC在包装机同步控制系统中的应用 330

7.5.1 包装机工作原理及控制要点 330

7.5.2 控制系统设计 331

7.5.3 同步控制实现方法 333

7.6 S7-300 PLC在定氧加铝控制系统中的应用 334

7.6.1 系统概述 334

7.6.2 定氧加铝自动控制系统 335

7.6.3 MM440变频器的控制 337

7.7 S7-300 PLC在钢铁生产线中的应用 339

7.7.1 系统概述 339

7.7.2 系统网络结构及配置 340

7.7.3 PLC程序设计 341

7.7.4 变频器参数设置及系统分析 341

7.8 S7-300 PLC在提升机调速系统中的应用 343

7.8.1 系统概述 343

7.8.2 系统硬件组成 344

7.8.3 S曲线速度给定与实现 346

附录A 348

参考文献 352

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