S7-200PLC编程及应用（第3版）

前言

第1章 PLC的硬件与工作原理1

1.1　概述1

1.2 S7-200系列PLC3

1.2.1　S7-200的特点3

1.2.2　CPU模块4

1.2.3 数字量输入与数字量输出6

1.2.4　扩展模块8

1.3 I/O地址分配与外部接线10

1.4 S7-200 SMART简介12

1.5 逻辑运算与PLC的工作原理14

1.5.1 用触点和线圈实现逻辑运算14

1.5.2 PLC的工作原理15

1.6 PLC控制系统的硬件可靠性措施18

1.7 习题21

第2章 STEP 7-Micro/WIN编程软件使用指南23

2.1 编程软件概述23

2.1.1 编程软件的安装与项目的组成23

2.1.2 帮助功能的使用与S7-200的出错处理25

2.2 程序的编写与传送26

2.2.1 生成用户程序26

2.2.2 下载与调试用户程序30

2.3 符号表与符号地址的使用33

2.4 用编程软件监控与调试程序36

2.4.1 用程序状态监控与调试程序36

2.4.2 用状态表监控与调试程序39

2.4.3 写入与强制数据40

2.4.4 调试用户程序的其他方法42

2.5 使用系统块设置PLC的参数43

2.5.1 断电数据保持的设置与编程43

2.5.2 创建与使用密码45

2.5.3 组态输入输出参数47

2.6 习题48

第3章 S7-200编程基础50

3.1 PLC的编程语言与程序结构50

3.1.1 PLC编程语言的国际标准50

3.1.2 S7-200的程序结构52

3.2 数据类型与寻址方式52

3.2.1 数制52

3.2.2 数据类型54

3.2.3 CPU的存储区56

3.2.4 直接寻址与间接寻址58

3.3 位逻辑指令60

3.3.1 触点指令与逻辑堆栈指令60

3.3.2 输出类指令与其他指令64

3.4 定时器指令与计数器指令66

3.4.1 定时器指令66

3.4.2 计数器指令69

3.5 习题70

第4章 S7-200的功能指令73

4.1 功能指令概述73

4.1.1 怎样学习功能指令73

4.1.2 S7-200的指令规约74

4.2 数据处理指令75

4.2.1 比较指令与数据传送指令75

4.2.2 移位指令与循环移位指令78

4.2.3 数据转换指令79

4.2.4 表格指令81

4.2.5 实时时钟指令83

4.3 数学运算指令85

4.3.1 整数运算指令85

4.3.2 浮点数函数运算指令86

4.3.3 逻辑运算指令87

4.4 程序控制指令89

4.4.1 跳转指令89

4.4.2 循环指令91

4.4.3 其他指令92

4.5 局部变量与子程序93

4.5.1 局部变量93

4.5.2 子程序的编写与调用95

4.6 中断程序与中断指令99

4.6.1 中断的基本概念与中断事件99

4.6.2 中断指令101

4.6.3 中断程序举例102

4.7 高速计数器与高速脉冲输出104

4.7.1 高速计数器的工作模式与外部输入信号105

4.7.2 高速计数器的程序设计107

4.7.3 高速脉冲输出与开环位置控制110

4.8 数据块应用与字符串指令112

4.8.1 数据块概述112

4.8.2 字符、字符串与数据的转换指令113

4.8.3 字符串指令117

4.9 习题118

第5章 数字量控制系统梯形图程序设计方法120

5.1 梯形图的经验设计法120

5.2 顺序控制设计法与顺序功能图125

5.2.1 步与动作125

5.2.2 有向连线与转换条件127

5.2.3 顺序功能图的基本结构128

5.2.4 顺序功能图中转换实现的基本规则130

5.3 使用置位复位指令的顺序控制梯形图设计方法131

5.3.1 单序列的编程方法131

5.3.2 选择序列与并行序列的编程方法133

5.3.3 应用举例134

5.4 使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法137

5.4.1 顺序控制继电器指令的应用137

5.4.2 选择序列与并行序列的编程方法139

5.4.3 应用举例140

5.5 具有多种工作方式的系统的顺序控制梯形图设计方法142

5.5.1 系统的硬件结构与工作方式142

5.5.2 公用程序与手动程序144

5.5.3 自动程序146

5.6 习题149

第6章 PLC的通信与自动化通信网络153

6.1 计算机通信概述153

6.1.1 串行通信153

6.1.2 IEEE 802通信标准154

6.1.3 现场总线及其国际标准155

6.2 西门子的工业自动化通信网络156

6.3 S7-200的通信功能与串行通信网络158

6.3.1 S7-200的网络通信协议158

6.3.2 S7-200的通信功能159

6.3.3 S7-200的串行通信网络160

6.4 使用网络读写指令的通信161

6.5 自由端口模式通信164

6.5.1 自由端口模式通信的参数设置164

6.5.2 使用接收完成中断的通信程序设计167

6.5.3 自由端口模式通信实验169

6.6 Modbus协议通信170

6.6.1 Modbus RTU通信协议170

6.6.2 Modbus RTU从站协议通信的编程171

6.6.3 Modbus RTU主站协议通信的编程与调试173

6.7 S7-200与变频器的USS协议通信176

6.7.1 硬件接线与V20变频器参数设置176

6.7.2 USS通信的编程179

6.7.3 S7-200与V20变频器USS通信的实验180

6.8 习题182

第7章 PLC在模拟量闭环控制中的应用184

7.1 闭环控制与PID控制器184

7.1.1 模拟量闭环控制系统184

7.1.2 PID控制器的数字化187

7.1.3 PID指令向导的应用189

7.2 PID参数的整定方法191

7.2.1 PID参数的物理意义191

7.2.2 PID参数整定的规则194

7.2.3 PID参数整定的实验195

7.3 PID参数自整定200

7.3.1 自整定的基本方法与自整定过程200

7.3.2 PID参数自整定实验201

7.4 习题203

附录205

附录A　实验指导书205

A.1　编程软件使用练习205

A.2　符号表应用实验206

A.3　用编程软件调试程序的实验207

A.4　位逻辑指令的功能与应用实验208

A.5　定时器应用实验209

A.6　计数器应用实验210

A.7　比较指令与传送指令应用实验210

A.8　移位指令与循环移位指令应用实验211

A.9　数据转换指令应用实验212

A.10　实时时钟指令应用实验213

A.11　数学运算指令应用实验213

A.12　逻辑运算指令应用实验214

A.13　跳转指令应用实验215

A.14　循环指令与看门狗复位指令实验216

A.15　子程序的编程实验216

A.16　中断程序的编程实验217

A.17　高速计数器与高速输出应用实验217

A.18　数据块与字符串指令应用实验218

A.19　定时器与计数器应用的编程实验219

A.20　自动往返的小车控制系统的编程实验219

A.21　使用置位复位指令的顺序控制程序的编程实验220

A.22　液体混合控制与剪板机控制系统的编程实验220

A.23　使用SCR指令的顺序控制程序的编程实验221

A.24　内胎硫化机与专用钻床控制系统的编程实验222

A.25　具有多种工作方式的系统的控制程序调试实验222

A.26　使用网络读写指令的通信实验223

A.27　使用接收完成中断的通信实验223

A.28　使用Modbus RTU协议的通信实验224

A.29　PLC与变频器的USS协议通信实验225

A.30　PID控制器参数手动整定实验225

A.31　PID控制器参数自整定实验225

附录B　常用特殊存储器位226

附录C　S7-200 指令表索引227

附录D　配套资源说明227

参考文献2292100433B

本书全面介绍了S7-200的硬件结构、指令系统和编程软件的使用方法；通过大量的实例，介绍了功能指令的使用方法；介绍了设计数字量控制梯形图的顺序控制设计法，这种设计方法易学易用，可以节约大量的设计时间；介绍了S7-200的通信网络、通信功能和通信程序的设计方法，以及PLC之间、PLC与变频器之间的通信的编程和实现的方法；还介绍了PID控制和PID参数的整定方法和提高系统可靠性的措施。各章均配有习题，附录中有30多个实验的实验指导书。 读者可以扫描本书封底的二维码，获取下载链接，下载本书配套的S7-200编程软件、指令库、触摸屏组态软件、PLC串口通信调试软件、用户手册和产品样本、30多个免费视频教程和40多个例程。 本书可以作为大专院校的电类和机电一体化专业的教材，也可以供工程技术人员自学。

本书以我国目前应用非常广泛的SIMATIC S7-300系列PLC为样机，从工程应用的角度出发，介绍了PLC的工作原理和S7-300系列PLC的应用，突出应用性和实践性。全书共8章，分别为：可编程控制器概述、常用控制电器与电气控制线路、可编程控制器的组成和工作原理、S7-300的指令系统及编程、S7-300的组织块及中断处理、西门子PLC工业通信网络简介、可编程控制器应用系统的设计和PLC控制技术课程设计指导。另外，本书配备电子课件和实验指导书。 本书可作为高等院校自动化、电气技术、机电一体化、计算机应用等相关专业的教学用书，也可作为电大、职大相近专业的教材。对于广大的电气工程技术人员，则是一本有价值的参考书。

初航副教授，具有丰富的PLC教育培训与科研实践经验，著有《三菱FX2N系列PLC入门与应用实例》、《三菱FX系列PLC编程及应用》等多部论著。

第1章 可编程控制器概述

1.1 可编程控制器的产生、控制思想

1.1.1 电气系统的继电器-接触器控制

1.1.2 PLC的产生

1.1.3 PLC控制的基本思想

1.2 可编程控制器的定义、分类

1.2.1 可编程控制器的定义

1.2.2 可编程控制器的分类

1.3 可编程控制器的特点及主要功能

1.3.1 PLC的一般特点

1.3.2 PLC的主要功能

1.4 可编程控制器的应用及发展趋势

1.4.1 可编程控制器的应用现状

1.4.2 可编程控制器的发展趋势

本章小结

习题1

第2章 常用控制电器与电气控制线路

2.1 常用低压控制电器

2.1.1 手动电器

2.1.2 自动电器

2.2 电气控制线路图

2.2.1 电气控制线路常用图形、文字符号

2.2.2 电气原理图

2.2.3 电器元件布置图

2.2.4 电气安装接线图

2.3 三相鼠笼式电动机启动控制

2.3.1 直接启动

2.3.2 降压启动

2.4 三相异步电动机的制动控制

2.4.1 机械制动

2.4.2 电气制动

本章小结

习题2

第3章 可编程控制器的组成和工作原理

3.1 可编程控制器的基本结构

3.1.1 可编程控制器的硬件系统

3.1.2 可编程序控制器的软件系统

3.2 可编程控制器的工作原理

3.2.1 可编程控制器的等效工作电路

3.2.2 可编程控制器的工作过程

3.2.3 PLC对输入/输出的处理规则

3.2.4 PLC的扫描周期及滞后响应

3.3 可编程控制器的编程语言和程序结构

3.3.1 可编程控制器的编程语言

3.3.2 可编程控制器的程序结构

3.4 SIMATIC S7-300 PLC的硬件组成及硬件组态

3.4.1 S7-300系列PLC系统硬件组成

3.4.2 S7-300的模块简介

3.4.3 S7-300系列PLC的编程元件

3.4.4 S7-300的组态

3.5 S7-300的编程软件STEP 7

3.5.1 STEP 7的组成及功能

3.5.2 启动STEP 7 并创建一个项目

3.5.3 STEP 7 的下载和程序调试

3.5.4 S7-PLC 模拟软件S7-PLCSIM简介

本章小结

习题3

第4章　S7-300的指令系统及编程

4.1 STEP 7的数据类型和指令结构

4.1.1 STEP 7的数据类型

4.1.2 STEP 7的指令结构

4.2 位逻辑指令

4.2.1 位逻辑运算指令

4.2.2 位逻辑运算指令应用举例

4.3 定时器与计数器指令

4.3.1 定时器指令

4.3.2 时钟存储器

4.3.3 计数器指令

4.3.4 定时器与计数器的编程举例

4.4 数据传送与转换指令

4.4.1 数据装入和传送指令

4.4.2 转换指令

4.5 运算指令

4.5.1 算术运算指令

4.5.2 字逻辑运算指令

4.5.3 数据运算指令应用举例

4.6 移位指令

4.6.1 移位指令介绍

4.6.2 移位指令应用（编辑步进架）

4.7 累加器操作和地址寄存器操作指令

4.8 控制指令

4.8.1 逻辑控制指令

4.8.2 程序控制指令

4.8.3 主控继电器指令

4.9 S7-300的系统功能模块简介

本章小结

习题4

第5章 S7-300的组织块及中断处理

5.1 组织块概述

5.1.1 组织块的组成

5.1.2 组织块的分类

5.2 循环执行的组织块

5.3 定期执行的组织块和中断处理

5.3.1 日期时间中断组织块

（OB10～OB17）

5.3.2 循环中断组织块

（OB30～OB38）

5.4 事件驱动的组织块和中断处理

5.4.1 延时中断组织块（OB20～OB23）

5.4.2 异步故障中断组织块（OB80～OB87）

本章小结

习题5

第6章 西门子PLC工业通信网络简介

6.1 PLC通信网络基础

6.1.1 PLC网络含义

6.1.2 PLC网络的结构

6.2 西门子S7的工业通信网络及分类

6.2.1 S7的通信网络

6.2.2 S7的通信分类

6.3 Profibus-DP通信举例

6.4 MPI通信举例

6.5 AS-I总线通信举例

本章小结

习题6

第7章 可编程控制器应用系统的设计

7.1 可编程控制器控制系统总体设计

7.1.1 PLC控制系统设计的原则与内容

7.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤

7.1.3 PLC控制系统的可靠性设计

7.1.4 系统调试

7.2 STEP 7的结构化程序设计

7.2.1 功能块及其组成

7.2.2 功能块局部变量声明表

7.2.3 形式参数与实际参数

7.2.4 局部变量的数据类型

7.2.5 功能块（或功能）的编程及调用举例

7.3 程序设计应用举例

7.3.1 十字路口交通信号灯的控制

7.3.2 立体仓库的结构化程序设计

7.4 模拟量的检测和控制

7.4.1 模拟量的检测

7.4.2 模拟量的控制——连续PID控制器SFB41

本章小结

习题7

第8章 PLC控制技术课程设计指导

8.1 课程设计的目的、要求和主要内容

8.1.1 课程设计的目的

8.1.2 课程设计的基本要求

8.1.3 课程设计任务书

8.1.4 课程设计报告的主要内容

8.2 课程设计举例

8.2.1 课程设计任务书

8.2.2 系统配置及输入/输出继电器地址分配

8.2.3 系统的I/O接线图

8.2.4 系统的流程图

8.2.5 用STEP 7编程语言进行软件设计

8.3 课程设计选题

8.3.1 智力抢答器的PLC控制

8.3.2 自动售货机的PLC控制

8.3.3 注塑机的PLC控制

8.3.4 污水净化处理系统的PLC控制

8.3.5 花式喷泉的PLC控制

8.3.6 脉冲除尘器的PLC控制

8.3.7 水塔水位的PLC控制

8.3.8 包装生产线的PLC控制

8.3.9 装卸料小车多方式运行的PLC控制

8.3.10 五层电梯的PLC控制

8.3.11 变频调速恒压供水系统中的PLC控制

附录A STEP 7语句表指令一览表

附录B 实验指导书

实验1 STEP-7编程软件的熟悉及基本指令练习

实验2 异步电动机可逆运行控制

实验3 异步电动机Y-△降压启动控制

实验4 异步电动机反接制动控制

实验5 定时器、计数器功能实验

实验6 移位指令练习

实验7 数据处理指令练习

实验8 结构化编程应用

实验9 S7-300组织块与中断

实验10 现场总线应用

参考文献