第1章低壓電器及基本控制電路/001

1.1常用低壓電器001

1.1.1刀開關002

1.1.2熔斷器004

1.1.3斷路器006

1.1.4接觸器007

1.1.5繼電器009

1.1.6主令電器014

1.2電氣圖形符號和文字符號017

1.2.1電氣文字符號017

1.2.2電氣圖形符號018

1.3電氣控制電路圖繪制原則022

1.4三相異步電動機的基本控制電路025

1.4.1基本控制環節025

1.4.2三相異步電動機啟動控制028

1.4.3三相異步電動機制動控制030

1.4.4三相異步電動機調速控制電路031

項目訓練一三相異步電動機星-三角降壓啟動控制032

習題033



第2章可編程序控制器（PLC）概述/034

2.1PLC的介紹與特點  034

2.1.1PLC的產生034

2.1.2PLC的定義035

2.1.3PLC的分類035

2.1.4PLC的發展037

2.1.5PLC的特點037

2.1.6PLC性能指標039

2.2PLC硬件組成039

2.3PLC開發環境和工作原理042

2.3.1PLC編程語言及編程軟件042

2.3.2PLC的工作原理043

2.4PLC應用及發展趨勢045

2.5PLC產品概況046

2.5.1國外PLC品牌046

2.5.2國產PLC品牌047

2.6西門子自動化產品介紹047

2.7我國工業自動化發展現狀049

項目訓練二查閱資料，調研PLC市場及應用現狀050

習題050



第3章S7-1500 PLC硬件繫統/051

3.1S7-1500 PLC產品概述051

3.2S7-1500 PLC產品新功能051

3.3S7-1500 PLC組成052

3.4S7-1500電源模塊052

3.4.1PS電源模塊052

3.4.2PM電源模塊054

3.4.3為模板供電的配置方式054

3.5S7-1500 CPU模塊054

3.5.1CPU模塊概述054

3.5.2CPU模塊外觀055

3.5.3CPU操作模式055

3.5.4CPU存儲器復位056

3.5.5CPU狀態與故障顯示燈057

3.5.6CPU的顯示屏058

3.6SIMATIC存儲卡061

3.7S7-1500信號模塊062

3.7.1數字量模塊062

3.7.2模擬量模塊064

3.8通信模塊和工藝模塊067

3.8.1通信模塊067

3.8.2工藝模塊068

3.9分布式模塊068

3.9.1ET 200SP簡介068

3.9.2ET 200SP接口模塊069

3.9.3ET 200SP的I/O模塊070

3.10接近開關與數字量模塊接線070

項目訓練三S7-1500的硬件配置、安裝與接線071

習題076



第4章西門子TIA博途軟件概述/077

4.1TIA博途軟件介紹077

4.2TIA博途軟件組成078

4.3TIA博途軟件安裝079

4.4TIA博途軟件授權087

4.5TIA博途軟件卸載088

4.6TIA博途軟件升級094

4.7TIA博途軟件特性096

4.8TIA博途基本設置097

4.9TIA博途Trace特性098

4.9.1創建和配置Trace098

4.9.2Trace的操作100

4.10TIA博途授權安裝101

4.11TIA博途幫助功能102

4.12TIA博途硬件配置相關功能106

4.12.1硬件庫的更新106

4.12.2GSD文件加載與Profinet通信配置106

習題115



第5章TIA博途軟件的使用/116

5.1TIA博途軟件界面介紹116

5.2TIA博途項目創建118

5.3TIA博途硬件組態121

5.4自動配置S7-1500中央機架125

5.5CPU模塊屬性設置126

5.6I/O模塊屬性設置135

5.6.1數字量輸入模塊參數設置135

5.6.2模擬量輸入模塊參數設置138

5.7PC與PLC通信的建立139

5.8仿真器SIMATIC S7-PLCSIM141

5.8.1SIMATIC S7-PLCSIM軟件安裝141

5.8.2硬件組態下載到仿真軟件142

5.8.3仿真器項目視圖146

項目訓練四電機啟保停項目的建立、程序下載與調試147

習題157



第6章S7-1500 PLC編程基礎/158

6.1PLC編程語言158

6.1.1PLC編程語言的國際標準158

6.1.2編程語言介紹159

6.1.3PLC編程原則162

6.2S7-1500 PLC數據類型162

6.2.1數制與編碼162

6.2.2基本數據類型164

6.2.3復合數據類型170

6.2.4參數數據類型172

6.2.5繫統數據類型172

6.2.6硬件數據類型173

6.2.7數據類型轉換174

6.3存儲器與尋址方式174

6.3.1S7-1500 PLC存儲區174

6.3.2S7-1500 PLC繫統存儲區176

6.3.3全局變量與局部變量179

6.3.4全局常量與局部常量179

6.3.5尋址方式179

6.4UDT數據類型應用181

6.5變量表、監控表、強制表185

6.5.1變量表185

6.5.2監控表和強制表187

習題188



第7章S7-1500 PLC指令繫統及編程應用/189

7.1位邏輯指令189

7.1.1位邏輯指令概述189

7.1.2位邏輯指令189

7.1.3邊沿檢測指令比較193

7.1.4位邏輯指令綜合應用195

7.2定時器指令199

7.2.1定時器指令概述199

7.2.2SIMATIC定時器指令201

7.2.3IEC定時器指令208

項目訓練五振蕩電路的設計213

7.3計數器指令216

7.3.1計數器指令概述216

7.3.2SIMATIC計數器指令217

7.3.3IEC計數器指令220

項目訓練六計數器指令綜合應用222

7.4數據處理指令223

7.4.1比較器指令223

7.4.2轉換操作指令225

7.4.3移動操作指令229

7.5運算指令231

7.5.1數學函數指令231

7.5.2字邏輯運算指令233

7.6移位和循環移位指令233

7.6.1移位指令233

7.6.2循環移位指令234

7.7程序控制指令235

項目訓練七多功能流水燈控制繫統設計238

習題241



第8章S7-1500 PLC的用戶程序結構/243

8.1編程方式和程序結構243

8.1.1編程方式243

8.1.2程序結構244

8.2組織塊245

8.2.1組織塊的類型與優先級245

8.2.2添加組織塊246

8.2.3循環程序組織塊246

8.2.4啟動組織塊247

8.2.5時間中斷組織塊247

8.2.6循環中斷組織塊248

8.2.7硬件中斷組織塊249

8.3數據塊250

8.3.1數據塊的創建250

8.3.2數據塊的編輯252

8.3.3數據塊的訪問253

8.4函數（FC）257

8.4.1函數的創建與密碼保護258

8.4.2函數的接口區260

8.4.3函數的調用261

8.4.4函數接口參數修改263

8.4.5設置函數的調用環境進行調試265

8.5函數塊（FB）266

8.5.1函數塊的創建266

8.5.2函數塊的接口區267

8.5.3函數塊的調用267

8.5.4多重背景的使用271

8.6交叉引用表和程序信息274

8.6.1交叉引用表274

8.6.2程序信息276

項目訓練八多級分頻器繫統設計278

習題281



第9章S7-1500 PLC模擬量處理與PID控制技術/282

9.1模擬量處理基礎282

9.1.1模擬量介紹282

9.1.2模擬量模塊282

9.1.3模擬量模塊的接線283

9.1.4模擬量模塊的參數分配288

9.1.5模擬量模塊的地址分配289

9.1.6模擬量轉換值的表示291

9.2模擬量采集處理296

9.2.1模擬量值的規範化296

9.2.2模擬量值的處理298

9.3PID控制器299

9.3.1PID控制的基本原理299

9.3.2PID控制器的數字化300

9.3.3PID控制器參數與繫統性能關繫301

9.3.4PID指令301

9.3.5PID_Compact指令調用305

9.3.6PID組態305

9.3.7PID調試309

項目訓練九加熱爐溫度模擬量控制繫統設計313

項目訓練十恆壓供水控制繫統設計316

習題324



第10章西門子人機界面HMI的組態與設計/325

10.1人機界面與組態軟件介紹325

10.1.1人機界面與觸摸屏326

10.1.2人機界面的組成326

10.1.3SIMATIC人機界面326

10.1.4組態軟件介紹328

10.1.5PC機通用組態軟件328

10.1.6創建HMI監控界面工作流程329

10.2精智繫列面板WinCC項目組態329

10.2.1WinCC（TIA Portal）簡介329

10.2.2直接生成HMI設備331

10.2.3使用HMI設備向導生成畫面332

10.2.4WinCC項目組態界面336

10.3精智面板TP 700 Comfort的通信連接338

10.3.1TP 700 Comfort介紹338

10.3.2TP 700 Comfort的硬件連接339

10.3.3TP 700 Comfort與組態PC通信設置340

10.3.4TP 700 Comfort與S7-1500 PLC通信設置342

10.3.5下載HMI組態344

10.4TP 700 Comfort畫面創建與管理345

10.4.1畫面結構與布局345

10.4.2TP 700 Comfort畫面屬性設置347

10.4.3畫面管理348

10.5TP 700 Comfort畫面設計359

10.5.1基本素的使用359

10.5.2庫和圖形的使用367

10.5.3組態I/O域368

10.5.4變量的管理369

10.6精智面板的仿真、運行與用戶管理372

10.6.1HMI仿真調試方法372

10.6.2HMI的離線仿真調試372

10.6.3HMI的在線仿真調試374

10.6.4用戶管理的組態與使用378

項目訓練十一十字路口交通燈控制人機界面設計384

習題385



第11章S7-1500 PLC繫統設計與診斷/386

11.1控制繫統設計386

11.1.1設計原則386

11.1.2設計內容387

11.1.3設計步驟387

11.2硬件設計388

11.2.1PLC的選型388

11.2.2I/O模塊的選型388

11.2.3PLC容量估算389

11.3軟件設計390

11.3.1設計前準備工作390

11.3.2編寫程序390

11.3.3程序測試390

11.4繫統調試390

11.4.1調試步驟390

11.4.2調試方法391

11.4.3繫統開發技巧391

11.5繫統診斷392

11.5.1繫統診斷含義392

11.5.2繫統診斷顯示393

11.5.3通過Web服務器進行診斷故障399

11.5.4通過HMI診斷視圖進行診斷故障401

11.5.5通過過程映像輸入進行繫統診斷405

11.5.6通過編寫程序進行故障診斷406

11.5.7通過用戶自定義報警診斷程序實現診斷408

項目訓練十二物流線倉庫庫存控制繫統設計416

習題418



參考文獻/419

工業制造是國民經濟的主體，近年來隨著“工業4.0”和“中國制造2025”等戰略的提出，工業自動化技術開始了新一輪的革命，可編程序控制器（PLC）技術在這次革命中起著至關重要的作用。PLC以其控制能力強、可靠性高、配置靈活、編程簡單、使用方便、易於擴展等優點，已經成為工業控制領域中增長速度迅猛的工業控制設備，也是現代工業自動化的三大支柱之一，在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業等領域得到了廣泛的應用。

德國西門子S7繫列PLC是國內應用較廣、市場占有率非常高的PLC。2012年11月29日，西門子公司推出全新的SIMATIC S7-1500 PLC在德國正式亮相，S7-1500 PLC包含了多種創新技術，能夠與全集成自動化TIA Portal軟件實現無縫集成，限度地提高生產效率，創造出工程效益，符合今後PLC的發展方向。因此本書以德國西門子公司S7-1500 PLC為主，從工程應用的角度出發，突出應用性和實踐性，通過通俗易懂的語言和大量的項目案例，使學習和實踐能融會貫通。通過編程技術的介紹，提供給讀者易於學習掌握的平臺和清晰的編程思路，使讀者在實踐中循序漸進，掌握S7-1500 PLC的知識體繫和應用。同時結合微視頻講解，讀者在學習過程中可以隨時掃碼觀看實際操作，提高學習興趣，在短時間內掌握相關知識。

全書共分為11章，繫統地介紹了西門子S7-1500 PLC控制器的相關知識。第1章介紹低壓電器及基本控制電路，可供沒有電氣控制基礎的相關讀者進行選學；第2章介紹可編程序控制器的發展、定義和工作原理；第3章介紹S7-1500 PLC的硬件體繫和模塊特性；第4章介紹西門子集成開發環境TIA博途軟件；第5章介紹TIA博途軟件的項目應用和調試方法；第6章介紹S7-1500 PLC的相關編程基礎；第7章介紹S7-1500 PLC的編程語言與指令繫統；第8章介紹S7-1500 PLC的用戶程序結構；第9章介紹模擬量處理及閉環控制技術；第10章介紹西門子人機界面HMI的組態和設計；第11章結合工程實例給出了PLC控制繫統的設計原則、內容和步驟。

本書由南陽理工學院劉忠超任主編，劉尚爭、範靈燕、王海紅任副主編。書中第1章、第2章、第5章、第10章由劉忠超編寫，第3章、第4章、第7章、第11章由範靈燕編寫，第6章6.1~6.2節由翟天嵩編寫、6.3~6.5節由蓋曉華編寫，第8章由王海紅編寫，第9章由劉尚爭編寫。劉忠超負責本書的結構和組織安排，並對全書進行了整理和統稿。朱清慧對本書進行了通讀、校對並提出了寶貴的意見。本書還得到了範偉強、李曉宇的指導與幫助，在此一並表示衷心的感謝！

本書的出版獲得了河南省“十四五”普通高等教育規劃教材建設立項、《可編程序控制器》河南省一流本科課程建設項目、南陽理工學院一流課程建設項目《可編程序控制器》、南陽理工學院新工科專題教改項目（NIT2020XGKJY-05）和南陽理工學院教育教學改革研究項目（NIT2020JY-106、NIT2020JY-107）的資助，特此感謝！

由於水平和時間有限，書中難免有疏漏和不足之處，懇請廣大讀者批評指正。



編者