西门子S7-1200 PLC学习手册：基于LAD和SCL编程

第1篇　基础入门篇
第1章　可编程序控制器（PLC）基础 2
　1.1　概述 2
　　1.1.1　PLC 的发展历史 2
　　1.1.2　PLC 的主要特点 3
　　1.1.3　PLC 的应用范围 4
　　1.1.4　PLC 的分类与性能指标 4
　　1.1.5　PLC 与继电器系统的比较 5
　　1.1.6　PLC 与微机的比较 5
　　1.1.7　PLC 的发展趋势 6
　　1.1.8　国内PLC 的应用 6
　1.2　PLC 的结构和工作原理 7
　　1.2.1　PLC 的硬件组成 7
　　1.2.2　PLC 的工作原理 11
　　1.2.3　PLC 的立即输入、输出功能 12
第2章　S7-1200 PLC 的硬件 13
　2.1　S7-1200 PLC 概述 13
　　2.1.1　西门子PLC 简介 13
　　2.1.2　S7-1200 PLC 的性能特点 14
　2.2　S7-1200 PLC 常用模块及其接线 15
　　2.2.1　S7-1200 PLC 的CPU 模块及接线 16
　　2.2.2　S7-1200 PLC 数字量扩展模块及接线 21
　　2.2.3　S7-1200 PLC 模拟量模块 24
　　2.2.4　S7-1200 PLC 信号板及接线 30
　　2.2.5　S7-1200 PLC 通信模块 32
　　2.2.6　其他模块 34
　2.3　S7-1200 PLC 的硬件安装 34
　　2.3.1　安装的预留空间 34
　　2.3.2　安装CPU 模块 34
第3章　TIA 博途（Portal）软件使用入门 36
　3.1　TIA 博途（Portal）软件简介 36
　　3.1.1　初识TIA 博途（Portal）软件 36
　　3.1.2　安装TIA 博途软件的软硬件条件 38
　　3.1.3　安装TIA 博途软件的注意事项 39
　　3.1.4　安装和卸载TIA 博途软件 39
　3.2　TIA Portal 视图与项目视图 45
　 3.2.1　TIA Portal 视图结构 45
　　3.2.2　项目视图 46
　　3.2.3　项目树 48
　3.3　创建和编辑项目 49
　　3.3.1　创建项目 49
　　3.3.2　添加设备 49
　　3.3.3　编辑项目（打开、保存、另存为、关闭和删除） 49
　3.4　CPU 参数配置 54
　　3.4.1　常规 54
　　3.4.2　PROFINET 接口 55
　　3.4.3　启动 60
　　3.4.4　循环 61
　　3.4.5　通信负载 61
　　3.4.6　系统和时钟存储器 61
　　3.4.7　DI 14/DQ 10 62
　　3.4.8　AI 2 63
　　3.4.9　保护与安全 63
　　3.4.10　连接资源 65
　　3.4.11　地址总览 65
　3.5　S7-1200 PLC 的I/O 参数配置 66
　　3.5.1　数字量输入模块参数的配置 66
　　3.5.2　数字量输出模块参数的配置 67
　　3.5.3　模拟量输入模块参数的配置 68
　　3.5.4　模拟量输出模块参数的配置 69
　3.6　下载和上传 70
　　3.6.1　下载 70
　　3.6.2　上传 72
　3.7　软件编程 74
　　3.7.1　一个简单程序的输入和编译 75
　　3.7.2　使用快捷键 79
　3.8　打印和归档 79
　　3.8.1　打印 80
　　3.8.2　归档 81
　3.9　用TIA 博途软件创建一个完整的项目 82
　3.10　使用帮助 88
　　3.10.1　查找关键字或者功能 88
　　3.10.2　使用指令 88
　3.11　安装支持包和GSD 文件 90
　　3.11.1　安装支持包 90
　　3.11.2　安装GSD 文件 92
第4章　S7-1200 PLC 的编程语言 94
　4.1　S7-1200 PLC 的编程基础知识 94
　 4.1.1　数制 94
　　4.1.2　数据类型 95
　　4.1.3　S7-1200 PLC 的存储区 102
　　4.1.4　全局变量与区域变量 106
　　4.1.5　编程语言 106
　4.2　变量表、监控表和强制表的应用 107
　　4.2.1　变量表（Tag Table） 107
　　4.2.2　监控表 111
　　4.2.3　强制表 114
　4.3　位逻辑运算指令 115
　4.4　定时器和计数器指令 126
　　4.4.1　IEC 定时器 126
　　4.4.2　IEC 计数器 136
　4.5　移动操作指令 139
　4.6　比较指令 144
　4.7　转换指令 148
　4.8　数学函数指令 153
　4.9　移位和循环指令 163
　4.10　字逻辑运算指令 168
　4.11　程序控制指令 171
　4.12　实例 173
　　4.12.1　电动机的控制 173
　　4.12.2　定时器和计数器应用 180
第5章　S7-1200 PLC 的程序结构 186
　5.1　TIA 博途软件编程方法简介 186
　5.2　函数、数据块和函数块 187
　　5.2.1　块的概述 187
　　5.2.2　函数（FC）及其应用 188
　　5.2.3　数据块（DB）及其应用 193
　　5.2.4　PLC 定义数据类型（UDT）及其应用 196
　　5.2.5　函数块（FB）及其应用 197
　5.3　多重背景 203
　　5.3.1　多重背景的简介 203
　　5.3.2　多重背景的应用 203
　5.4　组织块（OB）及其应用 209
　　5.4.1　中断的概述 209
　　5.4.2　启动组织块及其应用 210
　　5.4.3　主程序（OB1） 210
　　5.4.4　循环中断组织块及其应用 210
　　5.4.5　时间中断组织块及其应用 213
　　5.4.6　延时中断组织块及其应用 215
　　5.4.7　硬件中断组织块及其应用 216
　 5.4.8　错误处理组织块 217
　5.5　实例 219
第6章　S7-1200 PLC 的编程方法与调试 223
　6.1　功能图 223
　　6.1.1　功能图的画法 223
　　6.1.2　梯形图编程的原则 229
　6.2　逻辑控制的梯形图编程方法 230
　　6.2.1　经验设计法 230
　　6.2.2　功能图设计法 232
　6.3　S7-1200 PLC 的调试方法 242
　　6.3.1　程序信息 242
　　6.3.2　交叉引用 244
　　6.3.3　比较功能 246
　　6.3.4　用变量表进行调试 248
　　6.3.5　用监控表进行调试 252
　　6.3.6　用强制表进行调试 256
　　6.3.7　使用PLCSIM 软件进行调试 257
　　6.3.8　使用Trace 跟踪变量 264
　6.4　实例 267
第7章　西门子PLC 的SCL 编程 273
　7.1　西门子PLC 的SCL 编程 273
　　7.1.1　SCL 简介 273
　　7.1.2　SCL 程序编辑器 274
　　7.1.3　SCL 编程语言基础 275
　　7.1.4　寻址 281
　　7.1.5　控制语句 284
　　7.1.6　SCL 块 287
　7.2　SCL 应用举例 289

第2篇　应用精通篇
第8章　S7-1200 PLC 的通信及其应用 298
　8.1　通信基础知识 298
　　8.1.1　通信的基本概念 298
　　8.1.2　PLC 网络的术语解释 299
　　8.1.3　RS-485 标准串行接口 301
　　8.1.4　OSI 参考模型 302
　8.2　现场总线概述 303
　　8.2.1　现场总线的概念 303
　　8.2.2　主流现场总线的简介 303
　　8.2.3　现场总线的特点 304
　　8.2.4　现场总线的现状 304
　　8.2.5　现场总线的发展 305
　8.3　PROFIBUS 通信及其应用 305
　　8.3.1　PROFIBUS 通信概述 305
　　8.3.2　PROFIBUS 总线拓扑结构 307
　　8.3.3　S7-1500 PLC 与S7-1200 PLC 的PROFIBUS-DP 通信 309
　　8.3.4　S7-1200 PLC 与S7-1200 PLC 间的PROFIBUS-DP 通信 314
　8.4　以太网通信及其应用 321
　　8.4.1　以太网通信基础 321
　　8.4.2　S7-1200 PLC 的以太网通信方式 324
　　8.4.3　S7-1200 PLC 之间的OUC 通信及其应用 324
　　8.4.4　S7-1500 PLC 与S7-1200 PLC 之间的OUC 通信（TCP）及其应用 332
　　8.4.5　S7-1200 PLC 与S7-1200 PLC 之间的OUC 通信（UDP）及其应用 338
　　8.4.6　S7-1200 PLC 之间的S7 通信及其应用 347
　　8.4.7　S7-1500 PLC 与S7-1200 PLC 之间的S7 通信及其应用 353
　　8.4.8　S7-1200 PLC 与远程IO 模块的PROFINET IO 通信及其应用 358
　　8.4.9　S7-1200 PLC 之间的PROFINET IO 通信及其应用 364
　　8.4.10　S7-1500 PLC 与S7-1200 PLC 之间的MODBUS TCP 通信及其应用 368
　8.5　串行通信 377
　　8.5.1　S7-1200 PLC 与S7-1200 PLC 之间的Modbus RTU 通信 377
　　8.5.2　S7-1200 PLC 与SINAMICS G120变频器之间的USS 通信 383
　　8.5.3　S7-1200 PLC 之间的自由口通信 391
第9章　S7-1200 PLC 的工艺功能及其应用 396
　9.1　PLC 的高速计数器及其应用 396
　　9.1.1　高速计数器简介 396
　　9.1.2　高速计数器的应用 399
　9.2　PLC 在运动控制中的应用 406
　　9.2.1　运动控制简介 406
　　9.2.2　伺服控制简介 407
　　9.2.3　S7-1200 PLC 的运动控制功能 408
　　9.2.4　S7-1200 PLC 的运动控制指令 409
　　9.2.5　S7-1200 PLC 的运动控制实例 411
　9.3　PWM 427
　　9.3.1　PWM 功能简介 427
　　9.3.2　PWM 功能应用举例 427
　9.4　PLC 在过程控制中的应用 431
　　9.4.1　PID 控制原理简介 431
　　9.4.2　PID 控制器的参数整定 433
　　9.4.3　PID 指令简介 435
　　9.4.4　PID 控制应用 436
第10章　西门子人机界面（HMI）应用 447
　10.1　人机界面简介 447
　　10.1.1　初识人机界面 447
　　10.1.2　西门子常用触摸屏的产品简介 447
　 10.1.3　触摸屏的通信连接 448
　10.2　使用变量与系统函数 449
　　10.2.1　变量分类与创建 449
　　10.2.2　系统函数 450
　10.3　画面组态 453
　　10.3.1　按钮组态 453
　　10.3.2　I/O 域组态 455
　　10.3.3　开关组态 456
　　10.3.4　图形输入输出对象组态 458
　　10.3.5　时钟和日期的组态 459
　　10.3.6　符号I/O 域组态 460
　　10.3.7　图形I/O 域组态 461
　　10.3.8　画面的切换 463
　10.4　用户管理 465
　　10.4.1　用户管理的基本概念 465
　　10.4.2　用户管理的配置 466
　10.5　报警组态 471
　　10.5.1　报警组态简介 471
　　10.5.2　离散量报警组态 471
　10.6　创建一个简单的HMI 项目 474
　　10.6.1　一个简单的HMI 项目技术要求描述 474
　　10.6.2　一个简单的HMI 项目创建步骤 474
第11章　S7-1200 PLC 的故障诊断技术 483
　11.1　PLC 控制系统的故障诊断概述 483
　　11.1.1　引发PLC 故障的外部因素 483
　　11.1.2　PLC 的故障类型和故障信息 484
　　11.1.3　PLC 故障诊断方法 485
　　11.1.4　PLC 外部故障诊断方法 485
　　11.1.5　S7-1200 PLC 诊断简介 489
　11.2　通过模块或通道的LED 灯诊断故障 490
　　11.2.1　通过CPU 模块的LED 灯诊断故障 490
　　11.2.2　通过SM 模块或者通道LED 灯诊断故障 491
　11.3　通过TIA 博途软件的PG/PC 诊断故障 491
　11.4　通过PLC 的Web 服务器诊断故障 493
　11.5　通过用户程序诊断故障 498
　　11.5.1　用LED 指令诊断故障 498
　　11.5.2　用DeviceStates 指令诊断故障 499
　　11.5.3　用ModuleStates 指令诊断故障 502
　11.6　在HMI 上通过调用诊断控件诊断故障 505
　11.7　通过自带诊断功能的模块诊断故障 507
　11.8　利用运动控制诊断面板诊断故障 510
　11.9　通过SIMATIC Automation Tool 诊断故障 511
11.9.1　SIMATIC Automation Tool 功能 511
　　11.9.2　SIMATIC Automation Tool 诊断故障 511
第12章　TIA 博途软件的库功能 514
　12.1　库的概念 514
　12.2　项目库类型的使用 515
　12.3　项目库主模板的使用 517
　12.4　全局库的使用 517
第13章　S7-1200 PLC 工程应用 520
　13.1　送料小车自动往复运动的PLC 控制 520
　　13.1.1　系统软硬件配置 520
　　13.1.2　编写程序 521
　13.2　啤酒灌装线系统的PLC 控制 525
　　13.2.1　系统软硬件配置 526
　　13.2.2　编写程序 527
　13.3　刨床的PLC 控制 531
　　13.3.1　系统软硬件配置 532
　　13.3.2　编写程序 536
　13.4　定长剪切机PLC 控制 541
　　13.4.1　系统软硬件配置 541
　　13.4.2　编写程序 542

参考文献 550