第1篇 基礎入門篇
第1章 可編程序控制器（PLC）基礎 2
1．1 概述 2
1．1．1 PLC的發展歷史 2
1．1．2 PLC的主要特點 3
1．1．3 PLC的應用範圍 3
1．1．4 PLC的分類與性能指標 4
1．1．5 PLC與繼電器繫統的比較 5
1．1．6 PLC與微機的比較 5
1．1．7 PLC的發展趨勢 6
1．1．8 國內PLC的應用 6
1．2 可編程序控制器的結構和工作原理 6
1．2．1 可編程序控制器的硬件組成 6
1．2．2 可編程序控制器的工作原理 10
1．2．3 可編程序控制器的立即輸入、輸出功能 11
第2章 SIMATIC S7-1500 PLC的硬件 12
2．1 SIMATIC S7-1500 PLC定位和性能特點 12
2．1．1 西門子SIMATIC控制器簡介 12
2．1．2 SIMATIC S7-1500 PLC的性能特點 13
2．2 SIMATIC S7-1500 PLC常用模塊及其接線 14
2．2．1 電源模塊 14
2．2．2 SIMATIC S7-1500 PLC模塊及其附件 15
2．2．3 SIMATIC S7-1500 PLC信號模塊及其接線 22
2．2．4 SIMATIC S7-1500 PLC通信模塊 33
2．2．5 SIMATIC S7-1500 PLC工藝模塊及接線 33
2．2．6 SIMATIC S7-1500 PLC分布式模塊 34
2．3 SIMATIC S7-1500 PLC的硬件安裝 37
2．3．1 硬件配置 37
2．3．2 硬件安裝 39
2．3．3 接線 40
第3章 TIA博途（TIA Portal）軟件使用入門 42
3．1 TIA博途 (TIA Portal)簡介 42
3．1．1 初識TIA博途 (TIA Portal) 42
3．1．2 安裝TIA博途的軟硬件條件 43
3．1．3 安裝TIA博途軟件的注意事項 44
3．1．4 安裝和卸載TIA博途軟件 45
3．2 TIA Portal視圖與項目視圖 51
3．2．1 TIA Portal視圖結構 51
3．2．2 項目視圖 52
3．2．3 項目樹 54
3．3 創建和編輯項目 55
3．3．1 創建項目 55
3．3．2 添加設備 57
3．3．3 編輯項目（打開，保存，另存為，關閉，刪除） 57
3．4 CPU參數配置 61
3．4．1 常規 61
3．4．2 PROFINET接口 62
3．4．3 啟動 67
3．4．4 周期 68
3．4．5 通信負載 68
3．4．6 繫統和時鐘存儲器 68
3．4．7 繫統診斷 69
3．4．8 顯示 69
3．4．9 保護 71
3．4．10 繫統電源 72
3．4．11 連接資源 72
3．4．12 地址總覽 72
3．5 S7-1500的I/O參數的配置 73
3．5．1 數字量輸入模塊參數的配置 73
3．5．2 數字量輸出模塊參數的配置 76
3．5．3 模擬量輸入模塊參數的配置 77
3．5．4 模擬量輸出模塊參數的配置 79
3．6 下載和上傳 80
3．6．1 下載 80
3．6．2 上傳 84
3．7 軟件編程 87
3．7．1 一個最簡單的程序的輸入和編譯 87
3．7．2 使用快捷鍵 89
3．8 打印和歸檔 90
3．8．1 打印 90
3．8．2 歸檔 90
3．9 用TIA博途創建一個完整的項目 93
3．10 使用幫助 101
3．10．1 查找關鍵字或者功能 101
3．10．2 使用指令 101
3．11 安裝支持包和GSD文件 103
3．11．1 安裝支持包 103
3．11．2 安裝GSD文件 105
第4章 SIMATIC S7-1500 PLC的編程語言 107
4．1 SIMATIC S7-1500 PLC的編程基礎知識 107
4．1．1 數制 107
4．1．2 數據類型 108
4．1．3 SIMATIC S7-1500 PLC的存儲區 116
4．1．4 全局變量與區域變量 120
4．1．5 編程語言 120
4．2 變量表、監控表和強制表的應用 121
4．2．1 變量表（Tag Table） 121
4．2．2 監控表 124
4．2．3 強制表 126
4．3 位邏輯運算指令 128
4．4 定時器和計數器指令 137
4．4．1 SIMATIC定時器 137
4．4．2 IEC定時器 147
4．4．3 SIMATIC計數器 149
4．4．4 IEC計數器 152
4．5 移動操作指令 156
4．6 比較指令 159
4．7 轉換指令 162
4．8 數學函數指令 169
4．9 移位和循環指令 178
4．10 字邏輯運算指令 182
4．11 程序控制指令 186
4．12 實例 188
4．12．1 電動機的控制 188
4．12．2 定時器和計數器應用 193
第5章 SIMATIC S7-1500 PLC的程序結構 196
5．1 TIA博途軟件編程方法簡介 196
5．2 函數、數據塊和函數塊 197
5．2．1 塊的概述 197
5．2．2 函數（FC）及其應用 198
5．2．3 數據塊（DB）及其應用 202
5．2．4 PLC定義數據類型（UDT）及其應用 205
5．2．5 函數塊（FB）及其應用 207
5．3 多重背景 209
5．3．1 多重背景的簡介 209
5．3．2 多重背景的應用 210
5．4 組織塊（OB）及其應用 214
5．4．1 中斷的概述 214
5．4．2 啟動組織塊及其應用 215
5．4．3 主程序（OB1） 216
5．4．4 循環中斷組織塊及其應用 216
5．4．5 時間中斷組織塊及其應用 218
5．4．6 延時中斷組織塊及其應用 220
5．4．7 硬件中斷組織塊及其應用 222
5．4．8 錯誤處理組織塊 223
5．5 實例 224
第6章 SIMATIC S7-1500 PLC的編程方法與調試 227
6．1 功能圖 227
6．1．1 功能圖的畫法 227
6．1．2 梯形圖編程的原則 233
6．2 邏輯控制的梯形圖編程方法 235
6．2．1 經驗設計法 235
6．2．2 功能圖設計法 236
6．3 SIMATIC S7-1500 PLC的調試方法 244
6．3．1 程序信息 244
6．3．2 交叉引用 247
6．3．3 比較功能 248
6．3．4 用變量監控表進行調試 251
6．3．5 用監控表進行調試 254
6．3．6 用強制表進行調試 257
6．3．7 使用PLCSIM軟件進行調試 258
6．3．8 使用Trace跟蹤變量 264
6．4 實例 266

第2篇 應用精通篇
第7章 SIMATIC S7-1500 PLC的通信及其應用 274
7．1 通信基礎知識 274
7．1．1 通信的基本概念 274
7．1．2 PLC網絡的術語解釋 275
7．1．3 RS-485標準串行接口 277
7．1．4 OSI參考模型 278
7．2 現場總線概述 279
7．2．1 現場總線的概念 279
7．2．2 主流現場總線的簡介 279
7．2．3 現場總線的特點 280
7．2．4 現場總線的現狀 280
7．2．5 現場總線的發展 280
7．3 PROFIBUS通信及其應用 281
7．3．1 PROFIBUS通信概述 281
7．3．2 PROFIBUS總線拓撲結構 283
7．3．3 SIMATIC S7-1500 PLC與ET200MP的PROFIBUS-DP通信 285
7．3．4 SIMATIC S7-1500 PLC與SIMATIC S7-1500 PLC間的PROFIBUS-DP通信 291
7．4 以太網通信及其應用 298
7．4．1 以太網通信基礎 298
7．4．2 SIMATIC S7-1500 PLC的以太網通信方式 301
7．4．3 SIMATIC S7-1500 PLC之間的OUC通信及其應用 302
7．4．4 SIMATIC S7-1500 PLC與S7-1200PLC之間的OUC通信及其應用 309
7．4．5 SIMATIC S7-1500 PLC之間的S7通信及其應用 315
7．4．6 SIMATIC S7-1500 PLC與S7-1200PLC之間的S7通信及其應用 320
7．4．7 SIMATIC S7-1500 PLC與遠程IO模塊的PROFINET IO通信及其應用 325
7．4．8 SIMATIC S7-1500 PLC之間的PROFINET IO通信及其應用 331
7．4．9 SIMATIC S7-1500 PLC之間的MODBUS TCP通信及其應用 335
7．4．10 SIMATIC S7-1500 PLC與S7-1200PLC之間的MODBU TCP通信及其應用 343
第8章 西門子PLC的SCL和GRAPH編程 349
8．1 西門子PLC的SCL編程 349
8．1．1 S7-SCL簡介 349
8．1．2 S7-SCL程序編輯器 350
8．1．3 S7-SCL編程語言基礎 351
8．1．4 尋址 357
8．1．5 控制語句 358
8．1．6 SCL塊 360
8．1．7 S7-SCL應用舉例 362
8．2 西門子PLC的GRAPH編程 367
8．2．1 S7-GRAPH簡介 368
8．2．2 S7-GRAPH的應用基礎 368
8．2．3 S7-GRAPH的應用舉例 375
第9章 西門子人機界面（HMI）應用 379
9．1 人機界面簡介 379
9．1．1 初識人機界面 379
9．1．2 西門子常用觸摸屏的產品簡介 379
9．1．3 觸摸屏的通信連接 380
9．2 使用變量與繫統函數 381
9．2．1 變量分類與創建 381
9．2．2 繫統函數 382
9．3 畫面組態 385
9．3．1 按鈕組態 385
9．3．2 I/O域組態 387
9．3．3 開關組態 387
9．3．4 圖形輸入輸出對像組態 389
9．3．5 時鐘和日期的組態 390
9．3．6 符號I/O域組態 390
9．3．7 圖形I/O域組態 391
9．3．8 畫面的切換 393
9．4 用戶管理 396
9．4．1 用戶管理的基本概念 396
9．4．2 用戶管理的組態 396
9．5 報警組態 400
9．5．1 報警組態簡介 400
9．5．2 離散量報警組態 401
9．6 創建一個簡單的HMI項目 403
9．6．1 一個簡單的HMI項目技術要求描述 403
9．6．2 一個簡單的HMI項目創建步驟 403
第10章 SIMATIC S7-1500 PLC的故障診斷技術 412
10．1 PLC控制繫統的故障診斷概述 412
10．1．1 引發PLC故障的外部因素 412
10．1．2 PLC的故障類型和故障信息 413
10．1．3 PLC故障診斷方法 414
10．1．4 PLC外部故障診斷方法 414
10．1．5 SIMATIC S7-1500 PLC診斷簡介 417
10．2 通過模塊或者通道的LED燈診斷故障 418
10．2．1 通過模塊的LED燈診斷故障 418
10．2．2 通過模塊通道的LED燈診斷故障 419
10．3 通過TIA 博途軟件的PG/PC診斷故障 419
10．4 通過PLC的Web服務器診斷故障 422
10．5 通過PLC的顯示屏診斷故障 427
10．5．1 顯示屏面板簡介 427
10．5．2 用顯示屏面板診斷故障 428
10．6 通過用戶程序診斷故障 429
10．6．1 用LED指令診斷故障 429
10．6．2 用DeviceStates指令診斷故障 429
10．6．3 用ModuleStates指令診斷故障 432
10．7 通過報警指令診斷故障 434
10．8 在HMI上通過調用診斷控件診斷故障 439
10．9 利用WinCC診斷故障 441
10．10 通過自帶診斷功能的模塊診斷故障 446
第11章 SIMATIC S7-1500 PLC工程應用 449
11．1 啤酒灌裝線繫統的PLC控制 449
11．1．1 繫統軟硬件配置 450
11．1．2 編寫程序 450
11．2 刨床的PLC控制 455
11．2．1 繫統軟硬件配置 455
11．2．2 編寫程序 461
第12章 TIA博途軟件的其他常用功能 466
12．1 移植 466
12．1．1 移植S7-300/400 PLC項目到TIA博途軟件的必要條件 466
12．1．2 從S7-300/400 PLC的項目移植到SIMATIC S7-1500項目 467
12．1．3 從WinCC Flexible 2008項目移植到TIA博途軟件 473
12．2 庫功能 477
12．2．1 庫的概念 477
12．2．2 項目庫類型的使用 477
12．2．3 項目庫主模板的使用 479
12．2．4 全局庫的使用 480

參考文獻 482

隨著計算機技術的發展，以可編程控制器、變頻器調速、計算機通信和組態軟件等技術為主體的新型電氣控制繫統已經逐漸取代傳統的繼電器電氣控制繫統，並廣泛應用於各行業。德國的西門子（SIEMENS）公司是歐洲的電子和電氣設備制造商之一，生產的SIMATIC（西門子自動化）可編程控制器在歐洲處於領先地位，西門子PLC具有卓越的性能，因此在工控市場占有非常大的份額，應用十分廣泛。SIMATIC S7-1500 PLC是西門子公司推出的一款中高端控制繫統的PLC，除了包含多種創新技術之外，還設定了新標準，程度提高生產效率。論是小型設備還是對速度和準確性要求較高的復雜設備裝置，都一一適用。SIMATIC S7-1500 PLC 縫集成到TIA 博途中，極大地提高了工程組態的效率。
SIMATIC S7-1500 PLC控制繫統相對比較復雜，想要入門並熟練掌握PLC的技術應用，對技術人員來說相對比較困難。為幫助讀者繫統掌握SIMATIC S7-1500 PLC編程及實際應用，我們在總結教學經驗和工程實踐的基礎上，聯合生產企業的相關技術人員，共同編寫了本書。
我們在編寫過程中，除了全面繫統地介紹西門子PLC技術的基礎知識外，還結合實際應用，將一些生動的操作實例融入到書中，以提高讀者的學習興趣。本書具有以下特點。
（1）內容由淺入深、由基礎到應用，理論聯繫實際，既適合初學者學習使用，也可以供有一定基礎的人結合書中大量的實例，深入學習西門子 S7-1500 PLC的工程應用。
（2）用實例引導讀者學習。本書的內容全部用精選的例子來講解，例如，用例子說明現場總線通信的實現全過程。同時，所有的例子都包含軟硬件的配置方案圖、接線圖和程序，而且為確保程序的正確性，程序已經在PLC上運行通過。
（3）二維碼視頻學習。對於比較復雜的例子，均配有學習資源，包含視頻和程序源文件。讀者可以用手機掃描書中的二維碼觀看相關視頻（視頻為案例的操作步驟演示，音頻解說，隻為輔助學習使用），同時讀者可以掃描此處二維碼下載書中所講案例的程序源文件，對讀者學習書本知識起到輔助作用。
本書由向曉漢主編，曹英強副主編。全書共分12章，第1章由唐克彬編寫；第2章由錫雷華科技有限公司的歐陽思惠和陸彬編寫；第3章由錫雪浪環保科技有限公司的劉搖搖編寫；第4～7章由錫職業技術學院的向曉漢編寫；第8章由錫雪浪環保科技有限公司的王飛飛編寫；第9章由錫雪浪環保科技有限公司的曹英強編寫；第10、11章由桂林電子科技大學的向定漢編寫；第12章由蘇高峰編寫；付東升也參與了本書部分章節內容的編寫工作。本書由錫職業技術學院的林偉任主審。
由於編者水平有限，不妥之處在所難免，敬請讀者批評指正，編者將萬分感激！

編 者