內容簡介

可編程控制器是以微處理器為核心，融合計算機技術、自動控制技術和網絡通信技術，廣泛應用于工業自動化領域的控制裝置。

本書全面介紹了S7-200的硬件結構、指令系統和編程軟件的使用方法；通過大量的實例，介紹了功能指令的使用；介紹了一整套先進、完整的數字量控制梯形圖的設計方法。通過工程實例，深入淺出地介紹了觸摸屏的組態和應用、組態軟件在系統監控和被控對象仿真中的應用，介紹了PLC、觸摸屏和變頻器的綜合工程應用方法。各章均配有習題。

本書堅持以“夠用、實用、會用”為原則，在內容的安排上，理論要求簡明扼要，加強實踐內容，突出針對性、實用性和先進性，重點幫助讀者提升PLC應用能力，更好地滿足生產實際的需要。

本書適合作為高等學校電氣工程、自動化和其他專業的教材，也可作為自學者的參考書，還可作為電氣控制領域工程技術人員的參考書。

前    言

　　可編程控制器是以微處理器為核心，融合計算機技術、自動控制技術和網絡通信技術，廣泛應用于工業自動化領域的控制裝置。目前市場上可編程控制器種類繁多，本書以主流品牌西門子系列產品為講解對象。

　　本書共分7章，主要為兩大部分，分別介紹S7-200系列的基本結構、工作原理及編程指令，以及觸摸屏和組態軟件的應用等。

　　本書針對PLC與人機界面(HMI)，以詳細的工程實例，深入淺出地講解PLC與觸摸屏相結合的系統設計方法。

　　第1~4章：講解西門子S7-200系列PLC的編程基礎、基本指令和程序設計基本方法，通過工程實例詳細介紹S7-200的基本指令和功能指令。

　　第5章：介紹觸摸屏的基礎知識。

　　第6章：介紹組態軟件的基本功能和設置方法，并采用項目式的應用實例對組態的基本步驟進行詳細講解。

　　第7章：介紹PLC、觸摸屏和變頻器的綜合應用，涉及畫面對象組態、報警功能使用以及配方組態等。

　　本書的特點如下。

　　(1) 遵循學生的認知規律，打破傳統的學科課程體系，堅持以任務為引領，以相關知識和技能為支撐，以教師為主導，以學生為主體，采用項目式教學形式對PLC知識與技能進行重構，讓學生在完成工作任務的過程中學習相關知識，突出學生技能的培養和職業習慣的養成，力求做到教、學、做合一，理論與實踐一體化。

　　(2) 以就業為導向，堅持以“夠用、實用、會用”為原則，在內容的安排上，理論要求簡明扼要，加強實踐內容，突出針對性、實用性和先進性，重點培養學生的PLC應用能力，更好地滿足企業崗位的需要。

　　(3) 全書內容盡可能多地采用圖、表來展示各個知識點與任務，做到圖文并茂，增強直觀效果，提高教材的可讀性與可操作性。

　　(4) 編寫內容貼近生產實際，書中所舉案例多來自生產設備電氣控制的實際電路，每個任務編寫完整，不僅有完成的硬件設計、軟件設計，還有詳細的調試過程。

　　本書由湖南城市學院陽同光博士、湖南信息學院李德英老師擔任主編，三一重工股份有限公司陳鋼、湖南城市學院蔣冬初教授、湖州師范學院荀倩老師擔任副主編；同時要感謝長沙理工大學付強博士對本書給予的大力支持和幫助。由于編者水平有限，書中難免存在不足與疏漏之處，希望廣大讀者朋友給予批評指正。

　　　

 

　　編  者 

目    錄

 

第1章  可編程控制器概述 1

1.1  PLC的產生及發展 1

1.1.1  PLC的產生 1

1.1.2  PLC的特點 2

1.1.3  PLC的發展 4

1.2  PLC的基本組成 4

1.2.1  PLC的硬件組成 4

1.2.2  PLC的軟件組成 6

1.2.3  PLC與繼電器控制系統的

比較 6

1.3  PLC的工作原理 7

1.3.1  掃描工作方式 7

1.3.2  工作過程 8

1.4  PLC的主要性能指標 9

本章小結 9

習題 10

第2章  西門子S7系列PLC編程

基礎 11

2.1  概述 11

2.1.1  西門子S7家族 11

2.1.2  S7-200系列CPU單元的外部

結構 14

2.1.3  S7-200的主要技術指標 15

2.1.4  PLC的外部端子 15

2.1.5  可編程控制器的硬件組成 17

2.2  S7-200系列PLC的內部元器件 19

2.2.1  數據存儲類型 20

2.2.2  數據的編址方式 21

2.2.3  PLC內部元器件及編址 21

2.3  S7-200 CPU存儲器區域的尋址

方式 24

2.3.1  CPU存儲區域的直接尋址

方式 24

2.3.2  CPU存儲區域的間接尋址

方式 25

本章小結 26

習題 27

第3章  S7-200系列PLC的指令

及應用 28

3.1  基本邏輯指令 28

3.1.1  位邏輯指令 29

3.1.2  邏輯堆棧指令 31

3.1.3  定時器指令 33

3.1.4  計數器 36

3.1.5  比較指令 38

3.2  程序控制指令 39

3.2.1  跳轉及標號指令 40

3.2.2  結束及暫停指令 40

3.2.3  看門狗指令 41

3.2.4  循環指令 42

3.2.5  子程序 44

3.2.6  與ENO指令 47

3.3  功能指令 47

3.3.1  數據處理指令 47

3.3.2  運算和數學指令 52

3.4  梯形圖編程的基本規則 60

3.5  應用舉例：三相電動機點動PLC

控制系統 61

本章小結 73

習題 74

第4章  PLC應用系統的設計 77

4.1  PLC系統設計的內容和步驟 77

4.1.1  PLC系統設計的原則和內容 77

4.1.2  PLC系統設計的步驟 78

4.2  PLC的硬件與軟件設計 79

4.2.1  PLC的硬件設計 79

4.2.2  PLC的軟件設計 81

4.3  PLC程序的設計方法 82

4.3.1  圖解法編程 82

4.3.2  經驗設計法 83

4.3.3  邏輯設計法 84

4.4  應用舉例 84

4.4.1  交通燈控制系統 84

4.4.2  混料罐控制系統 87

本章小結 90

習題 91

第5章  觸摸屏基礎 92

5.1  人機界面的概述 92

5.2  人機界面的功能 92

5.3  西門子人機界面設備簡介 93

5.4  應用舉例：用觸摸屏實現電動機

啟動/停止控制 97

本章小結 102

習題 102

第6章  觸摸屏組態軟件 103

6.1  WinCC flexible簡介 103

6.2  觸摸屏的組態與運行 106

6.3  組態項目：變量組態 106

6.4  畫面對象組態 107

6.4.1  IO域組態 107

6.4.2  按鈕組態 110

6.4.3  指示燈組態 114

6.4.4  文本列表和圖形列表組態 116

6.4.5  棒圖組態 119

6.4.6  管道與閥門組態 121

6.4.7  趨勢視圖組態 122

6.4.8  配方組態 123

6.4.9  動畫組態 124

6.4.10  變量指針組態 126

6.5  報警與用戶管理 130

6.5.1  報警組態 132

6.5.2  用戶管理組態 133

6.6  應用實例 137

6.6.1  循環燈控制 137

6.6.2  用觸摸屏實現參數的設置與

故障報警 142

6.6.3  多種液體的混合模擬控制 153

6.6.4  PLC與觸摸屏的綜合運用 160

本章小結 168

習題 168

第7章  觸摸屏、PLC、變頻器的綜合

應用 170

7.1  電動機變頻調速與故障報警 170

7.2  基于PLC、觸摸屏的溫度控制 183

7.3  基于PLC、變頻器和觸摸屏的水位

控制 193

7.4  基于PLC和觸摸屏的混凝土

攪拌站的控制 206

本章小結 218

習題 219

參考文獻 220