零点起飞学西门子S7-PLC编程 pdf下载

《零点起飞学西门子S7-1200 PLC编程》深入浅出地介绍了西门子公司推出的S7-1200 PLC的编程与应用。全书共分为10章，分别介绍了常用的低压电器、电气控制电路、PLC的基础知识、S7-1200 PLC的硬件结构、指令、博途软件的使用、用户程序结构、程序设计方法、通信网络、精简面板。并结合实际工程应用，介绍了PLC控制系统设计原则和流程。最后通过3个综合实训，熟悉博途软件的使用，掌握S7-1200 PLC的硬件组态、编程、下载、调试及故障诊断等，达到具备设计和调试自动化工程的应用能力。

《零点起飞学西门子S7-1200 PLC编程》可供初学者及工程技术人员使用，也可作为高等院校、高职高专相关专业的教材。

目录

第1章电气控制基础1

1.1常用低压电器1

1.1.1基本知识1

1.1.2主令电器2

1.1.3继电器7

1.2电气控制电路13

1.2.1电路图图形、文字符号及绘制原则13

1.2.2基本控制电路17

1.2.3降压启动控制线路22

1.2.4制动控制线路25

1.2.5电气控制线路的设计方法28

1.3习题31

第2章S7-1200PLC概述33

2.1PLC概述33

2.1.1PLC的产生33

2.1.2PLC的发展趋势34

2.1.3PLC的用途35

2.2PLC的特点、分类及技术指标36

2.2.1PLC的特点36

2.2.2PLC的分类37

2.2.3PLC的技术指标39

2.3S7-1200的硬件41

2.3.1S7-1200的硬件结构41

2.3.2CPU模块43

2.3.3信号板与信号模块46

2.3.4集成的PROFINET接口47

2.4S7-1200PLC的编程语言49

2.5PLC的工作原理与逻辑运算50

2.5.1PLC的工作原理50

2.5.2逻辑运算54

2.6数据类型与系统存储区55

2.6.1CPU的存储器55

2.6.2数制与数据类型56

2.6.3全局数据块与其他数据类型59

2.6.4系统存储区66

2.7习题68

第3章TIA博途软件的使用70

3.1TIA博途软件基本操作70

3.1.1TIA博途软件常用操作71

3.1.2TIA博途软件的窗口76

3.2STEP7博途软件轻松使用81

3.3TIA博途软件编程入门88

3.3.1创建项目88

3.3.2为CPU的输入/输出创建变量89

3.3.3在用户程序中创建一个简单程序段90

3.3.4使用变量表中的PLC变量对指令进行寻址91

3.3.5添加“功能框”指令92

3.3.6为复杂数学等式使用CALCULATE指令93

3.3.7在项目中添加HMI设备95

3.3.8在CPU和HMI设备之间创建网络连接97

3.3.9创建HMI连接以共享变量97

3.3.10创建HMI画面97

3.3.11为HMI元素选择PLC变量98

3.4习题99

第4章S7-1200的指令100

4.1位逻辑指令100

4.2定时器与计数器指令105

4.2.1定时器指令105

4.2.2计数器指令108

4.3数据处理指令111

4.3.1比较指令111

4.3.2使能输入与使能输出指令112

4.3.3转换操作指令113

4.3.4移动操作指令116

4.3.5移位与循环移位指令117

4.4数学运算指令118

4.4.1数学函数指令118

4.4.2字逻辑运算指令122

4.5程序控制操作指令123

4.6日期和时间指令127

4.7字符串与字符指令130

4.7.1String数据130

4.7.2字符串转换指令131

4.7.3字符串操作指令134

4.8高速脉冲输出与高速计数器136

4.8.1高速脉冲输出137

4.8.2高速计数器140

4.8.3高速脉冲输出与高速计数器实验141

4.8.4用高速计数器测量频率的实验146

4.9习题148

第5章S7-1200的用户程序结构149

5.1用户程序结构149

5.2函数与函数块151

5.2.1生成与调用函数151

5.2.2生成与调用函数块154

5.2.3多重背景156

5.3数据类型与间接寻址160

5.3.1数据类型160

5.3.2间接寻址161

5.4中断事件与中断指令164

5.4.1中断事件与组织块164

5.4.2初始化组织块与循环中断组织块166

5.4.3时间中断组织块169

5.4.4硬件中断组织块170

5.4.5中断连接指令与中断分离指令172

5.4.6延时中断组织块174

5.5习题176

第6章数字量控制系统梯形图程序设计方法177

6.1梯形图的经验设计法177

6.1.1梯形图编程的基本规则177

6.1.2常用典型实例179

6.2顺序控制设计法与顺序功能图181

6.2.1顺序功能图的基本原件182

6.2.2顺序功能图的基本结构183

6.2.3顺序功能图中转换实现的基本规则184

6.3使用置位复位指令的顺序控制梯形图编程实例185

6.3.1控制电路的硬件设计186

6.3.2软件设计186

6.4习题194

第7章S7-1200的通信196

7.1S7-1200PLC以太网通信概述196

7.1.1支持的协议196

7.1.2与编程设备通信198

7.2S7-1200PLC之间的以太网通信203

7.2.1组态两个CPU之间的逻辑网络连接203

7.2.2组态传送（发送）和接收参数204

7.2.3S7-1200与S7-200PLC的通信208

7.2.4S7-1200与S7-300/400PLC的通信213

7.3S7-1200PLC的串口通信217

7.3.1自由口通信协议218

7.3.2ModbusRTU协议通信223

7.4S7-1200与变频器的USS协议通信230

7.4.1硬件接线与变频器参数设置230

7.4.2S7-1200的组态与编程231

7.4.3S7-1200与变频器通信的实验233

7.5习题235

第8章精简系列面板的组态与应用236

8.1精简系列面板236

8.2精简系列面板的画面组态237

8.2.1使用HMI设备向导生成HMI设备237

8.2.2项目设备组态241

8.2.3调试运行246

8.3习题247

第9章S7-1200控制系统设计与应用实例248

9.1S7-1200控制系统的设计原则与流程248

9.1.1设计原则248

9.1.2设计流程249

9.2S7-1200控制系统应用实例249

9.2.1三相异步电动机的星-三角降压启动实例249

9.2.2抢答器设计实例252

9.2.3液体混合控制系统设计实例257

9.2.4运料小车控制系统设计实例264

9.2.5旋转机械控制实例270

9.3习题273

第10章综合实训274

10.1CPU1214C通过以太网控制变频器G120274

10.2机械手PLC控制301

10.3气缸往复运动PLC控制309

10.4小结314

参考文献315

第3章 TIA博途软件的使用

　　西门子公司的TIA（Totally Integrated Automation）博途软件是业内首个全集成自动化概念下的自动化软件。西门子新型PLC的不断推出以及博途软件的问世标志着全集成自动化概念的成熟，代表了自动化技术的发展方向。TIA博途软件可以将所有西门子SIMATIC S7产品统一集成起来，进行相应的配置、编程和调试。它使得各个设备的组态、配置和编程工作高度集成，使得各部分的数据集成并统一管理，使得所有部件间的通信集成配置和管理。

3.1 TIA博途软件基本操作

　　TIA博途软件可对西门子全集成自动化中涉及的所有自动化和驱动产品进行组态、编程和调试，如用于SIMATIC控制器的新型SIMATIC STEP7 V11自动化软件以及用于SIMATIC人机界面和过程可视化应用的SIMATIC WinCCV11。作为西门子所有软件工程组态包的一个集成组件，TIA博途平台在所有组态界面间提供高级共享服务，向用户提供统一的导航并确保系统操作的一致性。例如，自动化系统中的所有设备和网络可在一个共享编辑器内进行组态。在此共享软件平台中，项目导航、库概念、数据管理、项目存储、诊断和在线功能等作为标准配置提供给用户。统一的软件开发环境由可编程控制器、人机界面和驱动装置组成，有利于提高整个自动化项目的效率。此外，TIA博途在控制参数、程序块、变量、消息等数据管理方面，所有数据只需输入一次，大大减少了自动化项目的软件工程组态时间，降低了成本。TIA博途的设计基于面向对象和集中数据管理，避免了数据输入错误，实现了无缝的数据一致性。使用项目范围的交叉索引系统可在整个自动化项目内轻松查找数据和程序块，极大地缩短了软件项目的故障诊断和调试时间。

　　TIA博途软件采用新型、统一软件框架，可在同一开发环境中组态西门子的所有可编程控制器、人机界面和驱动装置。在控制器、驱动装置和人机界面之间建立通信时的共享任务，可大大降低连接和组态成本。例如，用户可方便地将变量从可编程控制器拖放到人机界面设备的画面中，然后在人机界面内即时分配变量，并在后台自动建立控制器与人机界面的连接，无须手动组态。

　　STEP 7是TIA Portal中的编程和组态软件。STEP 7软件提供了一个用户友好的环境，供用户开发、编辑和监视控制应用所需的逻辑，其中包括用于管理和组态项目中所有设备（如控制器和HMI等设备）的工具。为了帮助用户查找需要的信息，STEP 7提供了内容丰富的在线帮助系统。

　　S7-1200用TIA博途中的STEP 7 Basic（基本版）或STEP 7 Professional（专业版） 编程。

　　STEP 7提供了标准编程语言，用于方便高效地开发适合用户具体应用的控制程序。

* LAD（梯形图逻辑）：是一种图形编程语言。它使用基于电路图的表示法。

* FBD（函数块图）：是基于布尔代数中使用的图形逻辑符号的编程语言。

* SCL（结构化控制语言）：是一种基于文本的高级编程语言。

　　创建代码块时，应选择该块要使用的编程语言。用户程序可以使用由任意或所有编程语言创建的代码块。

　　为帮助用户提高效率，STEP 7博途软件提供了两种不同的项目视图：一是根据工具 功能组织的面向任务的视图（Portal视图），二是项目中各元素组成的面向项目的视图 （项目视图）。请选择能让工作最高效的视图。只需通过单击就可以切换博途视图和项目 视图。

3.1.1 TIA博途软件常用操作

　　下面讲述TIA博途软件的一些常用操作。

　　1．项目的操作

　　1）软件视图

　　在TIA博途软件安装完毕后，双击图标，打开TIA博途软件，进入 Portal视图，如图3-1所示。

图3-1 Portal视图

　　在软件界面的左下角有“项目视图”按钮，单击该按钮，进入项目视图，如图3-2 所示。

图3-2 项目视图

　　在项目视图中，单击左下角的“Portal视图”按钮，可以切换回Portal视图。这两个视图都可以完成很多功能，但通常的操作都是在项目视图中完成的。

　　2）项目操作

　　在项目视图中，不仅可以完成项目的创建、打开、关闭、移植、归档、恢复等操作，还有帮助系统、撤销功能以及软件的升级功能。

　　在项目视图中，单击工具栏中的“新建项目”命令按钮，弹出“创建新项目”对话框，如图3-3所示，在其中填写项目名称、路径、作者和注释，然后单击“创建”按钮即可完成项目的创建。

　　同样在项目视图中，单击工具栏中的“打开项目”命令按钮，弹出“打开项目”对话框，如图3-4所示。在这个对话框中，会列出最近打开过的项目。选中要打开的项目，单击“打开”按钮即可打开。如果要删除项目，选中后单击“移除”按钮即可。单击“浏览”按钮可以查看其他目录下的项目。

　　在项目视图中执行“项目关闭”命令，可以关闭当前打开的项目，如图3-5所示。

　　项目的移植是指将经典STEP 7的项目自动转换为TIA博途软件中的项目。在项目视图中执行“项目移植项目”命令，如图3-6所示，弹出“项目移植”对话框，如图3-7所示。

　　

图3-3 新建项目

图3-4 打开项目

图3-5 关闭项目 图3-6 项目移植

图3-7 “移植项目”对话框

　　需要填写原经典STEP 7下的项目名称和源路径，单击“源路径”右侧的按钮，弹出的对话框中显示准备移植的原始项目，选择欲移植的项目后，该项目名称会自动填写在“项目名称”处。单击“目标路径”右侧的按钮，在弹出的对话框中选择存放地址，然后单击“移植”按钮，程序开始自动移植。在项目移植过程中，需要等待一段时间，软件会显示出移植的进度。移植完成后会自动打开刚移植好的项目。

　　由于TIA博途软件下的指令系统和硬件驱动都重新进行了规划和调整，在移植过程中难免会出现不兼容的地方。一般有可能是原有项目下有一些库程序不再支持（通常移植过程中，软件会自动将不再支持的库程序替换为同等功能的新指令，但有时也无法自动替换），或者有一些硬件模块不再支持，这时需要使用者根据相应的提示替换（或去除）这些不支持的硬件或程序。

　　TIA博途软件具有压缩和解压缩功能。TIA博途软件中的项目由相应目录下的多个文件组成，不利于项目的复制和存档。TIA博途软件提供了压缩功能，可以将一个项目压缩为一个文件。在项目视图中执行“项目归档”命令，如图3-8所示，在弹出的对话框中输入压缩文件的名称并选择存放的路径后保存，即可完成文件的压缩。

　　解压缩的过程与压缩过程相反。在项目视图中执行“项目恢复”命令，如图3-9所示，在弹出的对话框中选择一个已经压缩好的项目文件，单击“打开”按钮后，即可完成文件的解压缩。

图3-8 项目的归档 图3-9 项目的恢复

　　这种解压缩的功能除了便于项目的复制和存档以外，还起到了项目重组的作用。这是一个更为实用的功能。项目中的错误和一些与当前软件安装包不匹配的信息会通过这种方式得到清楚的提示。

　　2．系统帮助和软件升级

　　在TIA博途软件中，对按钮、选项、指令、控件、配置参数等元素都可以自由方便地调出帮助信息。

　　当需要调出帮助信息时，将光标悬停在相应的元素上，软件会弹出简要信息，该信息会用一句话解释该元素的功能。如果光标继续静止或者单击这句简要信息，会有更加详细的解释。在这个解释中，单击其中的超链接，软件将打开帮助系统窗口，给予完整的解释。用户也可以在“帮助”菜单中，选择需要的帮助信息，如图3-10所示。

　　在TIA博途软件运行后，任务栏右侧常驻图标中可以找到TIA博途软件的自动更新程序，或者执行“帮助已安装的产品”命令，在弹出的对话框中单击“检查更新”按钮，如图3-11所示。

图3-10 帮助系统 图3-11 软件更新

3.1.2 TIA博途软件的窗口

　　博途软件的项目视图提供访问项目中任意组件的途径。有菜单、工具栏、项目树、工作区、任务卡、巡视窗口、切换到门户视图、编辑器栏等。

　　这些组件在一个视图中，用户可以方便地访问项目的各个方面，例如，巡视窗口显示了用户在工作区中所选对象的属性和信息。当用户选择不同的对象时，巡视窗口会显示用户可组态的属性。巡视窗口包含用户查看诊断信息和其他消息的选项卡。

　　编辑器栏会显示所有打开的编辑器，从而帮助用户更快速和高效地工作。要在打开的编辑器之间进行切换，只需单击不同的编辑器。

　　1．窗口界面

　　在项目视图中，打开一个测试项目，并且打开主程序块OB1，打开后的界面如图3-12所示。

前 言

　　随着计算机技术的发展，可编程控制器作为通用的工业控制计算机，是存储逻辑在工业领域应用的代表性成果。自从1969年第一台可编程控制器研制成功，应用到汽车制造自动装配生产线上以来，可编程控制器不断更新换代，特别是近20年来，发展迅速，功能日益强大，在生产过程中应用十分广泛，作为工业自动化技术的三大支柱之一在经济领域发挥着越来越重要的作用。

　　西门子是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程控制器在欧洲处于领先地位。其第一代PLC产品最早是1975年投放市场的SIMATIC S3，50年来，SIMATIC控制器从S3系列发展到S7系列，已经成为中国自动化用户最为信赖和熟知的 品牌。

　　西门子的PLC产品包括LOGO、S7-200、S7-300、S7-400、S7-1200/1500、工业网络、HMI人机界面、工业软件等。

　　S7-1200 PLC是一款可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），可以控制各种自动化应用。S7-1200设计紧凑、成本低廉且具有功能强大的指令集，这些特点使它成为控制各种应用的完美解决方案。

　　本书是从零基础开始全面介绍S7-1200 PLC的书籍，全面介绍了S7-1200 PLC的硬件、编程语言、编程软件的使用、指令、用户程序结构、程序设计方法、通信和精简面板。通过应用实例，介绍了S7-1200控制系统的设计。最后通过综合实训，加强读者对全书知识的理解，提高读者的PLC的综合应用和创新实践能力。

　　本书由佳木斯大学赵化启主编，佳木斯大学徐斌山、崔继仁、窦艳芳、杜旭、张明强共同编写。赵化启编写了第5章以及第4章的2～3节，徐斌山编写了第2、10章，崔继仁编写了第3、6、9章，窦艳芳编写了第1章以及第4章的第4～5节，杜旭编写了第7章，张明强编写了第8章以及第4章的第1节、第6～9节。参加编写工作的老师还有宋一兵、管殿柱、王献红、李文秋，在此一并感谢。

　　因作者水平有限，书中难免有欠妥和疏忽之处，恳请读者批评指正。