TIA博途软件与西门子S7-1500 PLC编程从零基础到项目实战

可编程控制器（PLC）将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，因其具有高可靠性、灵活通用、易于编程等特点，被广泛应用在各个领域。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。西门子S7-1500 PLC是西门子公司推出的一款中高端控制系统的PLC，除了包含多种创新技术外，还设定了新标准，最大程度提高生产效率，而且西门子S7-1500 PLC可以集成到TIA博途中，提高了工程组态的效率。

西门子S7-1500 PLC控制系统比较复杂，为了帮助读者系统地掌握西门子S7-1500 PLC编程与实际应用，我们编写了本书。本书从基础、应用与竞赛的角度出发，全面详细地介绍了TIA博途软件与西门子S7-1500 PLC的组态、编程、仿真及基本应用，并且详细介绍了世界技能大赛工业控制项目样题操作步骤和方法。

本书有以下特点：

1.内容由浅入深、由基础到应用，理论结合实际，深入浅出地介绍了相关的PLC控制程序。

2. 本书通过不同形式的图片和表格，让读者轻松、快速、直观地学习PLC的有关知识，尽快掌握PLC技术。

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4.本书全面详细地介绍了世界技能大赛工业控制项目的样题，可供读者了解大赛，促进高技能人才的快速转换。

本书由徐玉华、高相兰、王鹏主编，参与编写的还有李长军、周华、卢旭辰、高培金、咸晓燕、王海群、秦桐。全书共13章，第1章由临沂市技师学院卢旭辰编写，第2章由泰山职业技术学院高培金编写，第3～5章由鲁南技师学院高相兰编写，第6～8章由山东省特种设备检验研究院临沂分院徐玉华编写，第9章、第10章由临沂市技师学院王鹏编写，第11章、第13章和第14章由临沂市技师学院李长军、周华、卢旭辰和秦桐编写，第12章由临沂市技师学院咸晓燕、王海群编写，全书由临沂市技师学院王海群主审。

在编写中，由于作者水平有限，书中不足之处在所难免，恳切希望广大读者对本书提出宝贵的意见和建议。读者可将意见和建议发送到邮箱lydgxh@163.com，以便今后对图书内容加以修改完善。

编 者

本书全面系统地介绍了TIA博途软件与西门子S7-1500 PLC编程的基础知识和应用案例。全书内容包括西门子S7-1500 PLC的常用模块、TIA博途软件V15的安装与使用、 S7-1500 PLC硬件设备组态、S7-1500 PLC编程基础、S7-1500 PLC的常用指令及应用、S7-1500 PLC的程序块、S7-1500 PLC的程序调试、S7-1500 PLC的通信及应用、西门子PLC的SCL编程语言、西门子PLC的GRAPH编程、西门子人机界面（HMI）应用、S7-1500 PLC的故障诊断功能、TIA博途软件的库功能和世界技能大赛工业控制项目案例分析。

本书讲解全面详细，内容由浅入深，语言通俗易懂，对重要知识点和技能配置了视频讲解，读者只需要用手机扫描二维码就可以观看视频，学习更加直观便捷。

本书可供学习PLC编程的工程技术人员使用，也可供大中专院校及职业院校相关专业的师生学习使用。

第1章 西门子S7-1500 PLC的常用模块 /001

1.1 西门子S7-1500 PLC CPU模块 /001

1.1.1 S7-1500 PLC中CPU模块简介 /001

1.1.2 CPU 1516F-3 PN/DP模块 /010

1.1.3 CPU模块中的存储器 /018

1.1.4 紧凑型CPU 1511C-1 PN模块 /021

1.2 西门子S7-1500 PLC电源模块 /029

1.2.1 负载电源（PM） /029

1.2.2 系统电源（PS） /031

1.3 西门子S7-1500 PLC信号模块 /033

1.3.1 数字量输入模块 /034

1.3.2 数字量输出模块 /037

1.3.3 数字量输入/输出模块 /040

1.3.4 模拟量输入模块 /041

1.3.5 模拟量输出模块 /046

1.3.6 模拟量输入／输出模块 /047

1.4 西门子S7-1500 PLC通信模块 /049

1.4.1 点对点通信模块 /049

1.4.2 PROFIBUS通信模块 /050

1.4.3 PROFINET/ETHERNET通信模块 /051

1.5 西门子S7-1500 PLC工艺模块 /052

1.5.1 高速计数器模块 /052

1.5.2 基于时间的I/O模块 /056

1.5.3 PTO工艺模块 /060

1.6 西门子S7-1500 PLC分布式模块 /061

1.6.1 ET 200SP分布式模块 /061

1.6.2 ET 200MP分布式模块 /074

第2章 TIA博途软件V15的安装与使用 /075

2.1 TIA博途软件V15的安装 /075

2.1.1 TIA博途软件介绍 /075

2.1.2 TIA博途软件的安装条件 /077

2.1.3 TIA博途软件的安装步骤及注意事项 /078

2.1.4 TIA博途软件的卸载步骤 /087

2.2 S7-PLCSIM V15仿真软件的安装 /089

2.3 TIA博途软件的使用入门 /096

2.3.1 编程软件界面 /096

2.3.2 TIA Portal的基本设定 /098

2.3.3 创建新项目 /099

2.3.4 添加新设备 /100

2.3.5 项目保存与删除 /103

2.3.6 程序的编辑 /103

2.3.7 下载与上传 /106

2.3.8 打印与归档 /109

第3章 西门子S7-1500 PLC硬件设备组态 /116

3.1 配置一个西门子S7-1500 PLC站点 /116

3.1.1 添加一个S7-1500 PLC新设备 /116

3.1.2 配置S7-1500 PLC硬件模块 /118

3.1.3 使用硬件检测功能配置S7-1500的中央机架 /122

3.2 CPU模块的参数设置 /122

3.2.1 常规 /123

3.2.2 Fail-Safe（故障安全） /124

3.2.3 PROFINET接口［X1］与[X2] /125

3.2.4 DP接口［X3］ /130

3.2.5 启动 /132

3.2.6 循环 /133

3.2.7 通信负载 /133

3.2.8 系统和时钟存储器 /134

3.2.9 SIMATIC 存储卡 /135

3.2.10 系统诊断 /135

3.2.11 PLC报警 /136

3.2.12 Web服务器 /136

3.2.13 显示 /138

3.2.14 支持多语言 /140

3.2.15 时间 /141

3.2.16 防护与安全 /141

3.2.17 系统电源 /143

3.2.18 组态控制 /143

3.2.19 连接资源 /144

3.2.20 地址总览 /144

3.3 SIMATIC S7-1500 PLC I/O模块参数 /144

3.3.1 数字量输入模块参数设置 /144

3.3.2 数字量输出模块参数设置 /153

3.3.3 模拟量输入模块参数设置 /155

3.3.4 模拟量输出模块参数设置 /159

3.4 配置分布式I/O站点 /161

3.4.1 配置PROFINET分布式I/O设备 /161

3.4.2 使用I/O硬件检测功能自动配置I/O设备 /163

3.4.3 分布式I/O设备参数设置 /164

3.4.4 配置PROFIBUS分布式I/O设备 /168

3.5 硬件组态实例 /170

第4章 西门子S7-1500 PLC编程基础 /181

4.1 PLC中常用数制及转换 /181

4.1.1 常用数制 /181

4.1.2 数制转换 /182

4.2　西门子S7-1500 PLC的数据类型 /183

4.2.1 基本数据类型 /183

4.2.2　复合数据类型 /188

4.2.3　PLC数据类型 /190

4.2.4　参数数据类型 /192

4.2.5　系统数据类型 /192

4.2.6 硬件数据类型 /194

4.3 西门子S7-1500 PLC的编程语言 /195

4.4　西门子S7-1500 PLC的地址区 /197

4.4.1 CPU地址区的划分及寻址方法 /197

4.4.2 全局变量与局部变量 /203

4.4.3 全局常量与局部常量 /203

4.5 变量表、监控表与强制表 /204

4.5.1 变量表 /204

4.5.2　监控表与强制表 /207

第5章 西门子S7-1500 PLC的常用指令及应用 /211

5.1 基本指令 /211

5.1.1 位逻辑运算指令 /211

5.1.2 定时器指令 /226

5.1.3 计数器指令 /234

5.1.4　比较指令 /239

5.1.5　数学函数指令 /248

5.1.6 移动操作指令 /272

5.1.7 转换指令 /277

5.1.8 程序控制操作指令 /284

5.1.9 字逻辑运算指令 /289

5.1.10 移位和循环移位指令 /299

5.2 扩展指令 /305

5.2.1 日期与时间指令 /305

5.2.2 字符串与字符指令 /324

5.3 西门子S7-1500 PLC基本应用实例 /342

5.3.1 电动机正反转控制 /342

5.3.2 三台电动机的顺序控制 /347

5.3.3 电动机星三角降压启动控制 /351

5.3.4 运料小车的PLC控制 /355

5.3.5 液体混合装置的PLC控制 /359

5.3.6 自动生产线的物料分拣PLC控制 /364

第6章 西门子S7-1500 PLC的程序块 /369

6.1 程序块的概述 /369

6.1.1 用户程序块的介绍 /369

6.1.2 块的结构 /370

6.2 组织块(OB) /371

6.2.1 组织块(OB)简介 /371

6.2.2 程序循环组织块（主程序）的应用 /372

6.2.3 循环中断组织块及应用 /376

6.2.4 时间中断组织块 /383

6.2.5 延时中断组织块 /387

6.2.6 硬件中断组织块 /389

6.3 函数（FC） /391

6.3.1 函数（FC）简介 /391

6.3.2 函数（FC）的应用 /393

6.4 函数块（FB） /397

6.4.1 函数块（FB）与背景数据块（DB）简介 /397

6.4.2 函数块（FB）的应用 /398

6.4.3 多重背景及应用 /402

6.5 数据块（DB） /408

6.5.1 数据块（DB）简介 /408

6.5.2 数据块(DB)的应用 /410

6.6 PLC定义数据类型（UDT） /411

6.6.1 UDT简介 /411

6.6.2 UDT的应用 /412

第7章 西门子S7-1500 PLC的程序调试 /415

7.1 程序信息 /415

7.1.1 调用结构 /415

7.1.2 从属性结构 /416

7.1.3 分配列表 /416

7.1.4 资源 /417

7.2 交叉引用 /417

7.2.1 交叉引用的概述 /417

7.2.2 交叉引用的使用 /418

7.3 比较功能 /419

7.3.1 离线/离线比较 /421

7.3.2 离线/在线比较 /423

7.4 使用变量监控与强制表进行调试 /425

7.4.1 使用监控表调试 /425

7.4.2 使用强制表调试 /427

7.5 使用S7-PLCSIM仿真软件进行调试 /429

7.5.1 S7- PLCSIM的简介 /429

7.5.2 S7-PLCSIM仿真软件的应用 /431

7.6 使用Trace变量跟踪 /438

7.6.1 配置Trace /438

7.6.2 Trace的应用 /440

第8章 西门子S7-1500 PLC的通信及应用 /443

8.1 工业以太网与PROFINET /443

8.1.1 工业以太网通信基础 /443

8.1.2 工业以太网支持的通信服务 /444

8.2 西门子S7-1500 PLC的OUC通信 /445

8.2.1 S7-1500 PLC的OUC通信概述 /445

8.2.2 OUC通信指令 /446

8.2.3 OUC通信实例 /448

8.3 西门子S7-1500 PLC的S7通信 /468

8.3.1 S7-1500 PLC的S7通信概述 /468

8.3.2 S7通信指令 /469

8.3.3 S7通信实例 /472

8.4 西门子S7-1500 PLC的路由通信 /479

8.4.1 S7-1500 PLC的路由通信概述 /479

8.4.2 S7路由通信实例 /481

8.5 西门子S7-1500 PLC的PROFINET I/O通信 /484

8.5.1 PROFINET I/O通信概述 /484

8.5.2 PROFINET I/O通信实例 /484

8.6 西门子S7-1500 PLC的PROFIBUS通信 /493

8.6.1 PROFIBUS通信概述 /493

8.6.2 PROFIBUS DP通信实例 /500

第9章 西门子PLC的SCL编程语言 /511

9.1 SCL编程语言简介 /511

9.1.1 SCL编程语言的特点 /511

9.1.2 SCL编辑界面 /511

9.1.3 SCL指令输入方法与规则 /511

9.2 SCL编程语言中基本指令 /513

9.2.1 赋值指令 /513

9.2.2 数学运算指令 /515

9.2.3 “指令”任务卡中的指令 /515

9.2.4 程序控制指令 /518

9.3 SCL编程实例 /529

9.3.1 启保停电路 /529

9.3.2 定时器指令应用 /531

9.3.3 函数块中的SCL编程 /532

第10章 西门子PLC的GRAPH编程 /534

10.1 S7-GRAPH编程语言概述 /534

10.1.1 S7-GRAPH的程序构成 /534

10.1.2 S7-GRAPH编程器 /535

10.2 顺序控制器（顺控器） /539

10.2.1 顺序控制器执行原则 /539

10.2.2 顺序控制程序结构 /539

10.2.3 步的构成与编程 /540

10.2.4 单步编程 /544

10.3 S7-GRAPH编程应用 /547

10.3.1 单流程结构的编程实例 /547

10.3.2 选择性分支流程结构的编程实例 /549

10.3.3 并行分支流程结构的编程实例 /552

第11章 西门子人机界面（HMI）应用 /555

11.1 人机界面基本知识 /555

11.1.1 触摸屏简介 /555

11.1.2 认识西门子常用触摸屏 /556

11.1.3 创建HMI监控界面工作流程 /560

11.1.4 触摸屏、PLC与电脑之间的通信硬件连接 /560

11.1.5 触摸屏与PLC 之间的通信设置 /561

11.1.6 HMI组态项目下载 /567

11.1.7 HMI变量 /571

11.2 简单画面组态 /572

11.2.1 按钮与指示灯组态 /573

11.2.2 开关组态 /581

11.2.3 I/O域组态 /585

11.2.4 符号I/O域组态 /587

11.2.5 符号库的使用 /590

11.2.6 画面切换 /591

11.2.7 日期/时间域和时钟的组态 /596

11.2.8 棒图组态 /597

11.2.9 量表组态 /601

11.3 报警组态 /602

11.3.1 报警类型与报警组态步骤 /602

11.3.2 组态离散量报警 /605

11.3.3 组态模拟量报警 /607

11.4 用户管理 /610

11.4.1 用户管理的基本概念 /610

11.4.2 用户管理的组态 /611

11.4.3 计划任务 /614

11.5 HMI与PLC的基本应用 /621

11.5.1 HMI与PLC控制电动机运转 /621

11.5.2 HMI与PLC控制十字路口交通灯 /628

第12章 西门子S7-1500 PLC的故障诊断功能 /636

12.1 PLC故障诊断概述 /636

12.2 西门子S7-1500 PLC诊断功能介绍 /637

12.2.1 通过LED状态指示灯实现诊断 /637

12.2.2 通过S7-1500 PLC CPU自带的显示屏实现诊断 /639

12.2.3 通过TIA博途软件查看诊断信息 /639

12.2.4 通过I/O模块自带诊断功能进行诊断 /643

12.2.5 通过S7-1500 PLC的Web服务器查看诊断 /643

12.2.6 在HMI上通过调用系统诊断控件实现诊断 /648

12.2.7 通过用户自定义报警诊断程序实现诊断 /650

12.2.8 通过模块的值状态功能进行诊断 /653

12.2.9 通过编写程序实现诊断 /654

第13章 TIA博途软件的库功能 /663

13.1 库的概述 /663

13.2 项目库的应用 /665

13.2.1 项目库类型的应用 /665

13.2.2 项目库主模板的应用 /668

13.3 全局库的应用 /669

第14章 世界技能大赛工业控制项目案例分析 /671

14.1 世界技能大赛工业控制项目简介 /671

14.2 设备安装与接线 /674

14.3 设备组态 /687

14.4 HMI画面制作 /698

14.5 编写PLC程序 /705

1.内容由浅入深、由基础到应用，理论结合实际，深入浅出地介绍了相关的经典控制程序。

2. 本书通过用不同形式的图片和表格，让读者轻松、快速、直观地学习PLC的有关知识，尽快掌握专业技术的需求。

3. 本书配有“微视频”二维码教学视频，提高读者的学习兴趣，帮助读者较短的时间内掌握西门子S7-1500 PLC编程的知识和应用。

4.本书全面详细的介绍了世界技能大赛工业控制项目的样题，可供读者了解大赛，促进高技能人才的快速转换。