西门子S7-1200 PLC学习手册——基于LAD和SCL编程

随着计算机技术的发展,以可编程控制器、变频器调速、计算机通信和组态软件等技术为主体的新型电气控制系统已经逐渐取代传统的继电器电气控制系统,并广泛应用于各行业。德国的西门子(SIEMENS)公司是欧洲*的电子和电气设备制造商之一,其生产的SIMATIC (西门子自动化)可编程控制器(PLC)在欧洲处于领先地位。西门子PLC具有卓越的性能,因此在工控市场占有非常大的份额,应用十分广泛。S7-1200 PLC是西门子公司2009年推出的一款功能较强的小型PLC,除了包含许多创新技术外,还设定了新标准,极大地提高了工程效率。

 西门子S7-1200 PLC技术相对比较复杂,要想入门并熟练掌握PLC应用技术,对技术人员来说相对比较困难。为帮助读者系统掌握S7-1200 PLC编程及实际应用,我们在总结长期的教学经验和工程实践的基础上,联合相关企业人员,共同编写了本书。

 在编写过程中,除了全面系统介绍西门子PLC技术的基础知识外,还结合实际应用,将一些生动的操作实例融入到书中,以提高读者的学习兴趣。本书具有以下特点。

 (1)内容由浅入深、由基础到应用,理论联系实际,既适合初学者学习使用,也适合有一定技术基础的读者结合书中大量实例深入学习西门子S7-1200 PLC工程应用。

 (2)用实例引导读者学习。书中大部分章节采用精选的例子讲解。例如,用例子说明现场总线通信实现的全过程。实例包含软硬件配置清单、接线图和程序,而且为确保程序的正确性,程序已经在PLC上运行通过。

 (3)二维码视频学习。对于比较复杂的例子均配有学习资源,包括视频和程序源代码,读者用手机扫描书中二维码即可观看相关视频(视频为案例的操作步骤演示,无音频解说,只为辅助学习使用),同时,读者可以扫描二维码下载书中所讲案例的程序源代码,对学习书本内容起到辅助作用。

 本书由向晓汉主编,全书共分13章。第1章由杜华敏编写;第2章由无锡雷华科技有限公司的欧阳思惠和陆彬编写;第3章由无锡雪浪环保科技有限公司的刘摇摇编写;第4、5和8章由无锡职业技术学院的向晓汉编写;第6章由无锡雪浪环保科技有限公司的王飞飞编写;第7章由无锡雪浪环保科技有限公司的曹英强编写;第9章由无锡职业技术学院的董艳梅编写;第10章和11章由桂林电子科技大学的向定汉编写;第12章由苏高峰编写;第13章由无锡职业技术学院的华旭奋编写。付东升和唐克彬等也参与了本书部分章节的编写工作。本书由无锡职业技术学院的林伟任主审。

 由于编者水平有限,不足之处在所难免,敬请读者批评指正,编者将万分感激!

 编者

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

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