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008

1.1.5繼電器009

1.1.6主令電器016

1.2電氣圖形符號和文字符號019

1.2.1電氣文字符號019

1.2.2電氣圖形符號020

1.3電氣控制電路圖繪制原則024

1.4三相異步電動機的基本控制電路027

1.4.1基本控制環節027

1.4.2三相異步電動機啟動控制030

1.4.3三相異步電動機制動控制033

1.4.4三相異步電動機調速控制電路034

項目訓練一三相異步電動機星-三角降壓啟動控制035



第2章可編程序控制器（PLC）概述/037

2.1PLC的介紹與特點037

2.1.1PLC的產生037

2.1.2PLC的定義038

2.1.3PLC的分類038

2.1.4PLC的發展040

2.1.5PLC的特點041

2.1.6PLC性能指標042

2.2PLC硬件組成042

2.3PLC開發環境和工作原理045

2.3.1PLC編程語言及編程軟件045

2.3.2PLC的工作原理047

2.4PLC應用及發展趨勢048

2.5PLC產品概況050

2.5.1國外PLC品牌050

2.5.2國產PLC品牌051

2.6西門子自動化產品介紹051



第3章S7-1500 PLC硬件繫統/054

3.1S7-1500 PLC產品概述054

3.2S7-1500 PLC產品新功能054

3.3S7-1500 PLC組成055

3.4S7-1500電源模塊055

3.4.1PS電源模塊055

3.4.2PM電源模塊056

3.4.3為模板供電的配置方式057

3.5S7-1500 CPU模塊058

3.5.1CPU模塊概述058

3.5.2CPU模塊外觀058

3.5.3CPU操作模式059

3.5.4CPU存儲器復位060

3.5.5CPU狀態與故障顯示燈060

3.5.6CPU的顯示屏061

3.6SIMATIC存儲卡065

3.7S7-1500信號模塊066

3.7.1數字量模塊066

3.7.2模擬量模塊069

3.8通信模塊和工藝模塊072

3.8.1通信模塊072

3.8.2工藝模塊072

3.9分布式模塊072

3.9.1ET 200SP簡介073

3.9.2ET 200SP接口模塊074

3.9.3ET 200SP的I/O模塊074

項目訓練二S7-1500的硬件配置、安裝與接線075



第4章西門子TIA博途軟件概述/081

4.1TIA博途軟件介紹081

4.2TIA博途軟件組成081

4.3TIA博途軟件安裝083

4.4TIA博途軟件授權091

4.5TIA博途軟件卸載093

4.6TIA博途軟件升級099

4.7TIA博途軟件特性101



第5章TIA博途軟件使用/102

5.1TIA博途軟件界面介紹102

5.2TIA博途項目創建105

5.3TIA博途硬件組態108

5.4自動配置S7-1500中央機架112

5.5CPU模塊屬性設置112

5.6I/O模塊屬性設置122

5.6.1數字量輸入模塊參數設置122

5.6.2模擬量輸入模塊參數設置125

5.7PC與PLC通信的建立126

5.8仿真器SIMATIC S7-PLCSIM127

5.8.1SIMATIC S7-PLC SIM軟件安裝128

5.8.2硬件組態下載到仿真軟件129

5.8.3仿真器項目視圖134

項目訓練三電機啟保停項目的建立、程序下載與調試134



第6章S7-1500 PLC編程基礎/145

6.1PLC編程語言145

6.1.1PLC編程語言的國際標準145

6.1.2編程語言介紹146

6.1.3PLC編程原則149

6.2S7-1500 PLC數據類型149

6.2.1數制與編碼149

6.2.2基本數據類型151

6.2.3復合數據類型157

6.2.4參數數據類型159

6.2.5繫統數據類型159

6.2.6硬件數據類型160

6.2.7數據類型轉換161

6.3存儲器與尋址方式161

6.3.1S7-1500 PLC存儲區161

6.3.2S7-1500 PLC繫統存儲區164

6.3.3全局變量與局部變量166

6.3.4全局常量與局部常量166

6.3.5尋址方式167



第7章S7-1500 PLC指令繫統及編程應用/170

7.1位邏輯指令170

7.1.1位邏輯指令概述170

7.1.2位邏輯指令170

7.1.3邊沿檢測指令比較174

7.1.4位邏輯指令綜合應用176

7.2定時器指令180

7.2.1定時器指令概述180

7.2.2SIMATIC定時器指令183

7.2.3IEC定時器指令190

項目訓練四振蕩電路的設計195

7.3計數器指令198

7.3.1計數器指令概述198

7.3.2SIMATIC計數器指令199

7.3.3IEC計數器指令203

項目訓練五計數器指令綜合應用205

7.4數據處理指令206

7.4.1比較器指令206

7.4.2轉換操作指令208

7.4.3移動操作指令212

7.5運算指令214

7.5.1數學函數指令214

7.5.2字邏輯運算指令216

7.6移位和循環指令217

7.6.1移位指令217

7.6.2循環移位指令218

7.7程序控制指令219

項目訓練六多功能流水燈控制繫統設計222



第8章S7-1500 PLC的用戶程序結構/226

8.1編程方式和程序結構226

8.1.1編程方式226

8.1.2程序結構227

8.2組織塊228

8.2.1組織塊的類型與優先級228

8.2.2添加組織塊229

8.2.3循環程序組織塊230

8.2.4啟動組織塊230

8.2.5時間中斷組織塊230

8.2.6循環中斷組織塊230

8.2.7硬件中斷組織塊233

8.3數據塊234

8.3.1數據塊的創建234

8.3.2數據塊的編輯237

8.3.3數據塊的訪問238

8.4函數（FC）242

8.4.1函數的創建與密碼保護242

8.4.2函數的接口區244

8.4.3函數的調用245

8.4.4函數接口參數修改248

8.4.5設置函數的調用環境進行調試249

8.5函數塊（FB）251

8.5.1函數塊的創建251

8.5.2函數塊的接口區251

8.5.3函數塊的調用252

8.5.4多重背景的使用256

8.6交叉引用表和程序信息258

8.6.1交叉引用表258

8.6.2程序信息260

項目訓練七多級分頻器繫統設計262



第9章S7-1500 PLC模擬量處理與PID控制技術/267

9.1模擬量處理基礎267

9.1.1模擬量介紹267

9.1.2模擬量模塊267

9.1.3模擬量模塊的接線268

9.1.4模擬量模塊的參數分配273

9.1.5模擬量模塊的地址分配274

9.1.6模擬量轉換值的表示276

9.2模擬量采集處理282

9.2.1模擬量值的規範化282

9.2.2模擬量值的處理284

9.3PID控制器285

9.3.1PID控制的基本原理285

9.3.2PID控制器的數字化285

9.3.3PID控制器參數與繫統性能關繫286

9.3.4PID指令287

9.3.5PID_Compact指令調用290

9.3.6PID組態292

9.3.7PID調試295

項目訓練八加熱爐溫度模擬量控制繫統設計299



第10章西門子人機界面HMI的組態與設計/302

10.1人機界面與組態軟件介紹302

10.1.1人機界面與觸摸屏303

10.1.2人機界面的組成303

10.1.3SIMATIC人機界面303

10.1.4組態軟件介紹305

10.1.5PC機通用組態軟件305

10.2精智繫列面板WinCC項目組態306

10.2.1WinCC（TIA Portal）簡介306

10.2.2直接生成HMI設備308

10.2.3使用HMI設備向導生成畫面309

10.2.4WinCC項目組態界面313

10.3精智面板TP 700 Comfort的通信連接315

10.3.1TP 700 Comfort介紹315

10.3.2TP 700 Comfort的硬件連接317

10.3.3TP 700 Comfort與組態PC通信設置317

10.3.4TP 700 Comfort與S7-1500 PLC通信設置320

10.3.5下載HMI組態322

10.4TP 700 Comfort畫面創建與管理324

10.4.1畫面結構與布局324

10.4.2TP 700 Comfort畫面屬性設置325

10.4.3畫面管理326

10.5TP 700 Comfort畫面設計337

10.5.1基本素的使用337

10.5.2庫和圖形的使用345

10.5.3組態I/O域347

10.5.4變量的管理348

10.6精智面板的仿真、運行與用戶管理350

10.6.1HMI仿真調試方法350

10.6.2HMI的離線仿真調試351

10.6.3HMI的在線仿真調試353

10.6.4用戶管理的組態與使用355

項目訓練九十字路口交通燈控制人機界面設計363



第11章S7-1500 PLC繫統設計與診斷/365

11.1繫統設計的原則和內容365

11.1.1設計原則365

11.1.2設計內容365

11.1.3設計步驟366

11.2硬件設計367

11.2.1PLC的選型367

11.2.2I/O模塊的選型367

11.2.3PLC容量估算368

11.3軟件設計369

11.3.1設計前準備工作369

11.3.2編寫程序369

11.3.3程序測試369

11.4繫統調試370

11.4.1調試步驟370

11.4.2調試方法370

11.4.3繫統開發技巧371

11.5繫統診斷371

11.5.1繫統診斷含義371

11.5.2繫統診斷顯示372

11.5.3通過Web服務器進行診斷故障379

11.5.4通過HMI診斷視圖進行診斷故障382

11.5.5通過過程映像輸入進行繫統診斷385

項目訓練十物流線倉庫庫存控制繫統設計386



參考文獻/390

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”等概念的提出，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繫列是國內應用廣、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，程度地提高生產效率，創造出工程效益，符合今後PLC的發展方向。但很多工程技術人員都覺得西門子繫列PLC不容易自學，入門比較困難。目前市面上大部分圖書主要介紹S7-300/400 PLC，繫統而又比較詳細地介紹SIMATIC S7-1500 PLC的書籍還相對較少，因此本書以西門子公司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。通過案例編程技術的介紹，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。

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章介紹了低壓電器及基本控制線路，可供沒有電氣控制基礎的相關讀者進行選學；第2章主要介紹可編程控制器的發展、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、肖東嶽任主編，蓋曉華、範靈燕、熊雷、王海紅任副主編。第1章、第6章由肖東嶽編寫，第2章、第11章由蓋曉華編寫，第3章、第9章由王海紅編寫，第4章、第5章由範靈燕編寫，第7章由熊雷編寫，第8章、第10章由劉忠超編寫。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。翟天嵩教授對本書進行了通讀、校對並提出了寶貴的意見。本書還得到了範偉強、劉忠靜、於平、劉尚爭、殷華文、崔世林、楊旭、劉增磊、劉源、劉勇軍的指導與幫助。全書由朱清慧教授主審。在此一並表示衷心的感謝！

本書配套了電子課件和相關電子素材，讀者如果需要請發送電子郵件至liuzhongchao2008@sina.com聯繫索取。

本書的出版獲得了《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、南陽理工學院新工科專題教改項目（NIT2020XGKJY-05）和南陽理工學院青年學術骨干項目的資助，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