S7-300/400 PLC应用技术（第4版）

目 录

前言

第1章 概述 1

1.1　PLC的基本概念 1

1.2 PLC的工作原理 3

1.2.1 逻辑运算与PLC的循环处理过程 3

1.2.2 PLC的工作原理 5

第2章 S7-300/400的硬件与STEP 7使用入门 7

2.1　SIMATIC自动控制系统的组成 7

2.2　S7-300系列PLC简介 9

2.3 S7-300的CPU模块与电源模块 11

2.3.1 CPU模块与电源模块 11

2.3.2 CPU的存储器 14

2.3.3 CPU模块的技术规范 15

2.4 S7-400系列PLC简介 17

2.4.1 S7-400的基本结构与特点 17

2.4.2 S7-400的硬件 19

2.4.3 冗余设计的容错自动化系统S7-400H 23

2.4.4 安全型自动化系统S7-400F/FH与多CPU处理 25

2.5 编程软件STEP 7的安装与使用入门 26

2.5.1 安装STEP 7与PLCSIM 26

2.5.2 项目的创建 29

2.6 硬件组态 32

2.6.1 硬件组态概述 32

2.6.2 I/O模块的地址分配 35

2.6.3 CPU模块的参数设置 36

2.6.4 STEP 7的帮助功能与防止误操作的措施 40

2.7 输入/输出模块与功能模块 41

2.7.1 数字量输入输出模块 41

2.7.2 模拟量输入模块 45

2.7.3 模拟量输入模块的参数设置 46

2.7.4 模拟量输出模块 48

2.7.5 其他信号模块与前连接器 50

2.7.6 功能模块 51

2.8 STEP 7与PLC通信的组态 52

2.8.1 使用MPI和DP接口通信的组态 52

2.8.2 以太网基础知识 57

2.8.3 使用以太网接口通信的组态 57

2.9 PLC控制系统的可靠性措施 59

第3章 S7-300/400编程基础与STEP 7的使用方法 63

3.1 程序的生成与仿真实验 63

3.1.1 STEP 7的编程语言 63

3.1.2 生成用户程序 65

3.1.3 用仿真软件调试程序 69

3.2 数据类型与存储区 73

3.2.1 数制 73

3.2.2 基本数据类型 74

3.2.3 系统存储器 77

3.2.4 CPU中的寄存器 79

3.3 STEP 7在编程与调试中的应用 83

3.3.1 符号表 83

3.3.2 程序编辑器 84

3.3.3 项目管理 85

3.3.4 用变量表监控程序 86

3.3.5 数据传送指令与程序状态监控 89

3.3.6 在线操作 92

3.4 位逻辑指令 95

3.5 定时器与计数器指令 102

3.5.1 定时器指令 102

3.5.2 计数器指令 110

3.6 逻辑控制指令与间接寻址 114

3.6.1 逻辑控制指令 114

3.6.2 寻址方式与间接寻址 116

3.6.3 循环指令 120

3.7 数据处理指令 121

3.7.1 比较指令 121

3.7.2 数据转换指令 122

3.7.3 移位与循环移位指令 125

3.8 数学运算指令 126

3.8.1 整型数学运算指令 127

3.8.2 浮点型数学运算指令 128

3.8.3 字逻辑运算指令 132

3.9 其他指令 133

第4章 S7-300/400的用户程序结构 136

4.1 用户程序的基本结构 136

4.1.1 用户程序中的块 136

4.1.2 用户程序使用的堆栈 138

4.2 共享数据块与复杂数据类型 139

4.2.1 共享数据块与数据类型 139

4.2.2 复杂数据类型的生成与应用 141

4.3 功能块与功能的生成与调用 144

4.3.1 功能块 145

4.3.2 功能 147

4.3.3 功能与功能块的调用 148

4.3.4 复杂数据类型作块的输入参数 153

4.3.5 时间标记冲突与一致性检查 153

4.3.6 单步与断点功能的使用 154

4.4 多重背景 156

4.5 寄存器间接寻址与参数类型 158

4.5.1 寄存器间接寻址 158

4.5.2 参数类型POINTER的应用 161

4.5.3 参数类型ANY的应用 164

4.6 组织块与中断处理 166

4.6.1 中断的基本概念 167

4.6.2 启动组织块与循环中断组织块 169

4.6.3 时间中断组织块 170

4.6.4 硬件中断组织块 173

4.6.5 延时中断组织块 175

4.6.6 错误处理组织块与其他组织块 177

4.7 显示参考数据 178

4.7.1 参考数据的生成与显示 178

4.7.2 在程序中快速查找地址的位置 180

第5章 数字量控制系统梯形图设计方法 183

5.1 梯形图的经验设计法 183

5.2 顺序控制设计法与顺序功能图 185

5.2.1 顺序控制设计法 185

5.2.2 顺序功能图的基本元件 186

5.2.3 顺序功能图的基本结构 188

5.2.4 顺序功能图中转换实现的基本规则 190

5.3 使用置位复位指令的顺序控制梯形图编程方法 192

5.3.1 单序列的编程方法 192

5.3.2 选择序列与并行序列的编程方法 195

5.3.3 3条运输带顺序控制程序设计 196

5.3.4 专用钻床顺序控制程序设计 197

5.4 具有多种工作方式的系统的顺序控制编程方法 200

5.4.1 系统的硬件结构与工作方式 200

5.4.2 公用程序与手动程序 203

5.4.3 自动程序 204

5.5 顺序功能图语言S7-Graph的应用 207

5.5.1 S7-Graph语言概述 207

5.5.2 使用S7-Graph编程的例子 209

5.5.3 顺序器的运行模式与监控操作 215

5.5.4 顺序器中的动作与条件 216

5.5.5 用S7-Graph 编写具有多种工作方式的控制程序 219

第6章 网络通信基础与PROFIBUS-DP网络通信 225

6.1 串行通信接口 225

6.2 计算机通信的国际标准 227

6.2.1 开放系统互连模型 227

6.2.2 IEEE 802通信标准 228

6.2.3 现场总线及其国际标准 229

6.3 SIMATIC通信网络与通信服务 230

6.4 PROFIBUS网络 232

6.4.1 PROFIBUS的物理层 233

6.4.2 PROFIBUS的通信服务 235

6.4.3 PROFIBUS-DP的功能 237

6.4.4 PROFIBUS-DP设备 238

6.4.5 ET 200 240

6.5 主站与标准DP从站通信的组态 241

6.5.1 组态PROFIBUS-DP网络 241

6.5.2 主站与ET 200通信的组态 244

6.5.3 主站通过EM 277与S7-200通信的组态 246

6.6 DP主站与智能从站通信的组态 249

6.6.1 DP主站与智能从站主从通信的组态 249

6.6.2 设计验证通信的程序 252

6.6.3 用SFC14和SFC15传输一致性数据 254

6.7 PLC与变频器DP通信的组态与编程 255

6.7.1 S7-300通过DP网络监控变频器 255

6.7.2 周期性通信读写变频器的参数 259

6.8 DP网络其他通信方式的组态与编程 262

6.8.1 S7通信的组态与编程 262

6.8.2 PROFIBUS通信的其他应用 267

第7章 PROFIBUS-DP网络控制系统的故障诊断 270

7.1 使用STEP 7和中断组织块诊断故障 270

7.1.1 与网络通信有关的中断组织块 270

7.1.2 DP从站的故障诊断 273

7.1.3 自动显示有故障的DP从站 277

7.1.4 DP从站中信号模块的故障诊断 280

7.2 用报告系统错误功能诊断和显示硬件故障 285

7.2.1 生成PLC的故障诊断程序 285

7.2.2 人机界面的组态与故障诊断实验 288

7.3 故障诊断的其他问题 291

7.3.1 用模块上的LED诊断故障 291

7.3.2 编程错误的诊断 292

7.3.3 项目的上传 294

第8章 工业以太网的组态编程与故障诊断 297

8.1 工业以太网 297

8.1.1 工业以太网概述 297

8.1.2 SIMATIC工业以太网的硬件 299

8.2 基于以太网的S5兼容通信与S7通信 301

8.2.1 S5兼容的通信 301

8.2.2 TCP连接通信的组态与编程 302

8.2.3 基于以太网的S7-300之间的双向S7通信 306

8.2.4 S7-300/400与其他PLC的S7通信 310

8.3 S7-300/400与S7-1200的开放式用户通信 314

8.4 PROFINET通信的组态 319

8.4.1 PROFINET概述 319

8.4.2 PROFINET通信组态 321

8.5 PROFINET网络控制系统的故障诊断 325

8.5.1 使用STEP 7诊断故障 325

8.5.2 自动显示有故障的PROFINET IO设备 331

8.5.3 用报告系统错误功能和Web诊断和显示硬件故障 333

8.5.4 用OB82检测需要维护的状态 334

第9章 S7-300/400的其他通信方式 337

9.1 MPI网络通信 337

9.1.1 MPI网络概述 337

9.1.2 全局数据通信的组态 337

9.1.3 S7基本通信 342

9.1.4 其他MPI网络通信与通信软件PRODAVE 345

9.2 其他通信网络与通信服务 346

9.2.1 AS-i网络 346

9.2.2 点对点通信 349

9.2.3 S7路由功能 353

9.2.4 OPC通信服务 357

9.2.5 工业无线局域网 358

第10章 S7-300/400在模拟量闭环控制中的应用 360

10.1 模拟量闭环控制与PID控制器 360

10.1.1 模拟量闭环控制系统的组成 360

10.1.2 PID控制器的数字化 363

10.1.3 S7-300/400实现PID闭环控制的方法 368

10.2 连续PID控制器FB41 369

10.2.1 设定值与过程变量的处理 369

10.2.2 PID控制算法与输出值的处理 369

10.3 PID控制器的示例程序 372

10.3.1 闭环控制系统的组成 372

10.3.2 程序设计 373

10.4 PID控制器的参数整定方法与仿真实验 377

10.4.1 PID控制器的参数整定方法 377

10.4.2 PID控制器参数整定的仿真实验 378

10. 5 脉冲发生器FB43 381

10.5.1 脉冲发生器的功能与结构 381

10.5.2 三步控制器与两步控制器 383

10.6 步进PI控制器FB42 388

10.6.1 步进控制器的结构 388

10.6.2 步进控制器的功能分析 389

附录 391

附录A S7-300/400指令一览表 391

附录B 随书光盘简要说明 395

附录C 常用缩写词 398

参考文献 402