PLC应用技术与项目实践（西门子S7-300）

目录

第1模块 基础应用 1

项目一 小车控制系统 1

1.1任务1——认识S7-300PLC 2

任务描述与分析 2

相关知识与技能 2

1.1.1 S7-300的系统结构 2

任务实施与拓展 12

1.1.2 S7-300的硬件安装 12

1.1.3 S7-300的硬件维护 15

1.2任务2——安装STEP7和仿真软件PLCSIM 17

任务描述与分析 17

相关知识与技能（STEP7和PLCSIM简介） 17

1.2.1 STEP7简介 17

1.2.2 S7-PLCSIM简介 17

任务实施与拓展 18

1.2.3 安装STEP 7 18

1.2.4 安装S7-PLCSIM 21

1.3任务3——小车控制系统的项目生成与硬件组态 22

任务描述与分析 22

相关知识与技能（项目生成与硬件组态简介） 22

1.3.1项目生成 22

1.3.2硬件组态 24

任务实施与拓展 28

1.3.3小车控制系统的硬件电路 28

1.3.4小车控制系统的项目生成与硬件组态 29

1.4任务4——小车控制系统的控制程序 29

任务描述与分析 29

相关知识与技能——PLC的循环处理过程、位指令 29

1.4.1 PLC的循环处理过程 29

1.4.2位逻辑指令 31

任务实施与拓展 38

1.4.3小车控制系统用户程序的生成 38

1.5任务5——小车控制系统的调试与运行 40

任务描述与分析 40

相关知识与技能 40

1.5.1仿真调试 40

1.5.2硬件PLC的在线操作 40

1.5.3仿真PLC与实际PLC的区别 40

任务实施与拓展 41

1.5.4小车控制系统的仿真调试 41

1.5.5小车控制系统的硬件PLC在线操作 43

项目小结 43

能力测试 43

思考练习 44

项目二 运输带控制系统 45

2.1任务1——运输带控制系统的项目生成与硬件组态 45

任务描述与分析 45

任务实施与拓展 46

2.1.1控制系统的硬件电路 46

2.1.2控制系统的项目生成与硬件组态 47

2.2任务2——运输带控制系统的控制程序 47

任务描述与分析 47

相关知识与技能——定时器指令 47

2.2.1定时器指令 47

2.2.2定时器指令的应用举例 53

任务实施与拓展 55

2.2.3 运输带控制系统程序设计 55

任务拓展 57

2.3任务3——运输带控制系统的调试与运行 63

任务描述与分析 63

相关知识与技能——用仿真软件调试仓库存储控制系统程序 63

任务实施与拓展 64

项目小结 65

能力测试 66

思考练习 66

项目三 仓库存储控制系统 68

3.1任务1——仓库存储控制系统的项目生成与硬件组态 69

任务描述与分析 69

相关知识与技能——光电开关 69

3.1.1光电开关 69

任务实施与拓展 70

3.1.2控制系统的硬件电路 70

3.1.3控制系统的项目生成与硬件组态 72

3.2任务2——仓库存储控制系统的控制程序 72

任务描述与分析 72

相关知识与技能——计数器指令、转换指令、算术指令、比较指令 72

3.2.1计数器指令 72

3.2.2转换指令 78

3.2.3算术指令 88

3.2.4比较指令 99

任务实施与拓展 101

3.2.5仓库存储控制系统梯形图程序 101

3.2.6任务拓展 105

3.3任务3——仓库存储控制系统的调试与运行 108

任务描述与分析 108

相关知识与技能——用程序状态功能调试程序 108

3.3.1程序状态功能的起动与显示 108

任务实施与拓展 108

3.3.2用程序状态功能调试仓库存储控制系统程序 108

3.3.3用仿真软件调试仓库存储控制系统程序 111

项目小结 112

能力测试 112

思考练习 113

项目四 工业机械手顺序控制系统 114

4.1任务1——工业机械手顺序控制系统的项目生成与硬件组态 115

任务描述与分析 115

相关知识与技能——电磁阀 115

4.1.1电磁阀 116

任务实施与拓展 117

4.1.2控制系统的硬件电路 117

4.1.3控制系统的项目生成与硬件组态 119

4.2任务2——工业机械手顺序控制系统的控制程序 119

任务描述与分析 119

相关知识与技能——顺序控制设计法 120

4.2.1顺序控制设计法 120

4.2.2顺序功能图的基本结构 120

任务实施与拓展 121

4.2.2工业机械手顺序控制系统梯形图程序 121

4.2.3任务拓展——绘制顺序功能图的注意事项 130

4.3任务3——工业机械手顺序控制系统的调试与运行 131

任务描述与分析 131

相关知识与技能——用变量表调试程序 131

4.3.1变量表的基本功能 131

4.3.2变量表的生成 131

4.3.3变量表的使用 132

任务实施与拓展 134

4.3.4用变量表调试工业机械手顺序控制系统程序 134

4.3.5用仿真软件调试工业机械手控制系统程序 136

项目小结 137

能力测试 137

思考练习 138

项目五 四台电机顺序控制系统 138

5.1任务1——四台电机顺序控制系统的硬件组态 139

任务描述与分析 139

任务实施与拓展 139

5.1.1控制系统的硬件电路 139

5.1.2控制系统的项目生成与硬件组态 141

5.2任务2——四台电机顺序控制系统的控制程序 141

任务描述与分析 141

相关知识与技能——用户程序结构 141

5.2.1用户程序结构 142

任务实施与拓展 143

5.2.2编辑四台电机顺序控制系统的功能（FC） 143

5.2.3在OB1中调用有参功能（FC）实现四台电机顺序启停控制 145

5.3任务3——四台电机顺序控制系统的调试与运行 149

任务描述与分析 149

相关知识与技能——用变量表调试程序 149

5.3.1用变量表调试程序的基本步骤 149

任务实施与拓展 150

5.3.2用变量表调试四台电机顺序控制系统程序 150

5.3.3用仿真软件调试四台电机顺序控制系统程序 152

项目小结 153

能力测试 153

思考练习 154

项目六 交通信号灯控制系统 154

6.1任务1——交通信号灯控制系统的硬件组态 155

任务描述与分析 156

任务实施与拓展 156

6.1.1控制系统的硬件电路 156

6.1.2控制系统的项目生成与硬件组态 157

6.2任务2——交通信号灯控制系统的控制程序 157

任务描述与分析 157

相关知识与技能——功能块、数据块、背景数据块 157

6.2.1功能块 158

6.2.2数据块 158

6.2.3背景数据块 158

任务实施与拓展 158

6.2.4编辑交通信号灯控制系统的功能块（FB1） 158

6.2.5编辑启动组织块OB100 163

6.2.6在OB1中调用功能块（FB1）实现交通信号灯的控制 164

6.3任务3——交通信号灯控制系统的调试与运行 167

任务描述与分析 167

相关知识与技能——背景数据块的监视 167

6.3.1背景数据块的监视 168

任务实施与拓展 168

6.3.2用监视背景数据块来调试交通信号灯控制系统程序 168

6.3.3用仿真软件调试交通信号灯控制系统程序 169

项目小结 169

能力测试 170

思考练习 170

第2模块 综合应用 171

项目七 S7-300PLC的通信 171

7.1任务1——SIMATIC S7-300 PLC的AS-Interface 通信 172

任务描述与分析 172

相关知识与技能 172

7.1.1 AS-i的特点与功能 173

7.1.2 AS-i的组成 173

7.1.3 AS-i 的硬件设置 174

7.1.4 AS-i的硬件配置 175

任务实施与拓展 184

7.2任务2——S7-300PLC的PROFIBUS 现场总线通信 186

7.2.1 SIMATIC S7-300 PLC PROFIBUS DP分布式I/O通信 186

任务描述与分析 186

相关知识与技能 186

任务实施与拓展 187

7.2.2 SIMATIC S7-300 PLC PROFIBUS DP与S7-200PLC的通信 189

相关知识与技能 190

任务实施与拓展 190

7.2.3 SIMATIC S7-300 PLC PROFIBUS DP主站与智能从站的通信 193

任务描述与分析 193

相关知识与技能 193

任务实施与拓展 194

7.3 任务3——SIMATIC S7-300 PLC的以太网通信 201

任务描述与分析 202

相关知识与技能 202

7.3.1 以太网技术 202

7.3.2 工业以太网与传统以太网络的比较 202

7.3.3 西门子工业以太网技术 203

7.3.4 S7-300PLC的工业以太网通信方法 204

7.3.5 S7-300PLC利用S5兼容的通信协议进行工业以太网通信 205

7.3.6 S7-300PLC利用S7通信协议进行工业以太网通信 219

任务实施与拓展 225

项目小结 227

能力测试 227

思考练习 227

项目八 基于MM440与S7-300的自动生产线多段速控制系统 228

8.1任务1——自动生产线多段速控制系统的硬件设计 230

任务描述与分析 230

相关知识与技能——MM440简介及相关参数设置 230

8.1.1 MM440简介及相关参数设置 230

任务实施与拓展 236

8.1.2 自动生产线多段速控制系统的硬件电路 236

8.1.3控制系统的项目生成与硬件组态 238

8.2任务2——自动生产线多段速控制的软件设计 238

任务描述与分析 238

相关知识与技能——自动生产线多段速控制的工作原理 238

8.2.1自动生产线多段速控制的工作原理 238

任务实施与拓展 239

8.2.2自动生产线多段速控制系统的梯形图程序 239

8.3 任务3——自动生产线的多段速控制系统的调试与运行 248

任务描述与分析 248

任务实施与拓展 248

8.3.1自动生产线多段速控制系统的调试与运行 248

项目小结 249

能力测试 250

思考练习 250

项目九 基于S7-300、变频器、触摸屏的水箱水位控制系统 251

9.1任务1——水箱水位控制系统中的数据采集 253

任务描述与分析 253

相关知识与技能——压力传感器、模拟输入输出量的数据采集 253

9.1.1 压力传感器 253

9.1.2模拟输入输出量的数据采集 253

9.1.3 MM440变频器的模拟信号控制 257

任务实施与拓展 258

9.1.4系统的硬件电路 258

9.1.5控制系统的项目生成与硬件组态 259

9.2任务2——水箱水位控制系统中的数据处理 260

任务描述与分析 260

相关知识与技能——模拟输入输出量的规范化 260

9.2.1模拟输入输出量的规范化 260

任务实施与拓展 262

9.2.2水箱水位控制系统的模拟量输入控制 262

9.3 任务3——基于PLC的水箱水位控制实现 263

任务描述与分析 263

相关知识与技能——组织块与中断 263

9.3.1组织块与中断 263

9.3.2 SFB41/FB41指令 265

任务实施与拓展 268

9.3.3水箱水位控制系统的PID控制梯形图 268

9.4 任务4——水箱水位控制系统人机界面的设计 271

任务描述与分析 271

相关知识与技能——SIMATIC人机界面与组态软件 271

9.4.1 SIMATIC人机界面与组态软件 271

任务实施与拓展 272

9.4.2 创建项目和HMI站点 272

9.4.3 组态指示灯 274

9.4.4 组态按钮 275

9.4.5 组态文本域与IO域 276

9.5任务5——基于S7-300、变频器、触摸屏的水箱水位控制系统的调试与运行 276

任务描述与分析 277

相关知识与技能——PLC与人机界面的模拟调试 277

9.5.1 PLC与人机界面的模拟调试 277

任务实施与拓展 277

9.5.2模拟调试 277

9.5.3硬件调试 278

项目小结 279

能力测试 279

思考练习 280

全书以S7-300为样机，以SIMATIC STEP7 v5.5软件为平台，从工程应用出发，以典型项目案例为媒介，按照""项目引导、任务驱动”为中心，将PLC的相关知识与技能划分为9个项目、31个任务之中，力争通过一系列项目的学习与训练，使学员逐步掌握S7-300/400 PLC硬件系统配置及硬件调试，STEP7软件的应用及仿真，PLC程序结构、LAD语言程序设计及系统调试，顺序功能图的结构、顺序功能图的设计及调试，PROFIBUS DP网络组态及网络调试的方法和技巧，并具备可编程控制器程序设计员(师）所要求的基本能力。

基于西门子的S7-300/400系列PLC，以实践为导向，以实用为目标介绍PLC。在介绍PLC的基本概念和西门子的S7-300/400系列PLC基础知识的同时，重点介绍如何用STEP7软件编程实现这些典型及常用算法，并结合实际应用，介绍哈尔滨工程大学HRBEU-SIEMENS先进自动化技术示范实验室近年来在研究中总结出来的一些经典案例，尽量做到理论、应用与实际编程的紧密结合，使读者掌握使用PLC的基本方法和技巧。

分为12章，主要内容包括西门子S7-300/400系列PLC的简介、指令系统、用户程序结构、STEP7编程软件的使用方法，西门子S7-300/400的通信功能、编程方法、基本数字电路程序、梯形图编程方法应用、网络通信实例、机床控制系统及机械设备应用实例等。以“条理清晰、系统全面、由浅入深、实例引导、贴近实用”为宗旨，精选了多个具有代表性的西门子PLC应用程序设计实例，实例类型丰富，覆盖面广，分析到位，工程指导性强。全书注重理论与实践相联系，以培养读者的工程应用能力。另外，本书还配有完整实例程序，便于自学。本书适合作为普通高等院校自动化、电气工程、测控技术与仪器、电子科学与技术、微电子学以及光信息科学与技术等专业的本科生教材，也可作为相关工程技术人员的学习参考用书。

出版说明

前言

第1章　PLC概述

第2章　S7－300　PLC的系统特性

第3章　STEP7使用初步

第4章　S7－300　PLC的编程语言和指令系统

第5章　S7程序结构与程序设计

第6章　顺序控制与S7GRAP编程

第7章　西门子PLC通信技术2100433B