西门子S7-1200 PLC编程与应用实例

西门子S7-1200是一款紧凑型、模块化的PLC，具有支持小型运动控制系统、过程控制系统的高级应用功能，可以完成简单逻辑控制、高级逻辑控制、HMI和网络通信等任务，是中小型自动化系统的完美解决方案。对于需要网络通信功能和单屏或多屏HMI的自动化系统，S7-1200 PLC易于设计和实施。
S7-1200 PLC上市多年，由于其成本低、运行稳定，在工业自动化控制领域得到了非常广泛的应用，尤其在各大高校实验室得到了普及，是市场占有率最大的PLC之一。
S7-1200 PLC集成了高速脉冲计数、PID、运动控制等功能，在中小型PLC控制系统中具有工程集成度高、实现简单的特点。同时借助西门子新一代框架结构的TIA博途软件，可以在同一开发环境下组态开发PLC、HMI和驱动系统等。统一的数据库使各个系统之间易于快速地进行互联互通，真正达到了控制系统的全集成自动化。本书深入浅出地介绍了在TIA博途V15SP1环境下如何组态和使用S7-1200 PLC的PROFINET、Modbus RTU、Modbus TCP通信，以及编程Web服务器、PID控制、高速计数、运动控制、轨迹追踪等。
为便于读者更轻松地掌握本书内容，本书还针对核心内容提供了教学视频，教学视频的内容另行编排，并不书中的章节完全对应，但初学者可以借助观看教学视频，提高学习效率，降低学习难度，从而达到快速上手之目的。
本书既适合新手快速入门，也可供有一定经验的工程师借鉴和参考，还可用作高等院校相关专业的教材。
希望读者通过阅读本书都能有所收益。如果你在阅读本书时遇到问题或有良好的建议请发邮件至：booksaga@126.com。
编  者 
2023年8月

《西门子S7-1200 PLC编程与应用实例》对西门子S7-1200 PLC的硬件和编程软件的功能进行详细讲解，内容包括PLC编程基础、博途TIA软件入门、指令介绍、PID控制器、变频器通信、伺服电机的控制，以及各种通信协议的使用等。书中内容配合精选示例进行讲解，示例包含软硬件配置清单、接线图和程序，且程序都来自实际工控现场。 《西门子S7-1200 PLC编程与应用实例》还提供了核心内容的教学视频，读者扫描本书的二维码即可在移动设备上观看。 《西门子S7-1200 PLC编程与应用实例》内容由浅入深，由基础到应用，理论联系工程实际，极具实用性，既适合初学者学习使用，也可供有一定基础的工程师借鉴和参考，还可作为高等院校自动化和机电专业的教材。

张跟华，从事工业自动控制相关工作15年，高级工程师，目前就职于某科技公司担任项目经理。在工业控制领域有自己的建树，
参与过智能制造、轨道交通、市政燃气、石油石化、智慧矿山、光伏发电、火力发电、钢铁冶金、医药制造等行业的项目，项目经验丰富。

目    录

第1章　PLC编程基础1

1.1　PLC概述1

1.1.1　PLC工作原理1

1.1.2　西门子S7-1200 PLC介绍2

1.2　硬件介绍2

1.2.1　模块概述2

1.2.2　CPU模块功能3

1.2.3　CPU选型4

1.2.4　CPU支持的块5

1.3　PLC数据访问6

1.3.1　数据存储6

1.3.2　访问PLC中的数据7

1.3.3　组态IO9

1.4　数据类型介绍10

1.4.1　基本数据类型11

1.4.2　结构数据类型（Struct）13

1.4.3　PLC数据类型（UDT）15

1.4.4　数组数据类型（ARRAY）17

1.4.5　系统数据类型（SDT）19

1.4.6　参数数据类型（Variant）20

1.4.7　日期和时间数据类型（DTL）22

1.4.8　指针数据类型 25

第 2 章　博途TIA软件入门28

2.1　软件概述与安装28

2.1.1　软件安装对系统的要求28

2.1.2　与其他STEP产品的兼容性29

2.1.3　所支持的虚拟系统29

2.1.4　博途V15.1软件的安装30

2.2　博途软件界面介绍33

2.2.1　Portal视图33

2.2.2　项目视图34

2.3　项目树35

2.4　程序编译和下载37

2.5　程序上传40

2.5.1　设备作为新站上传程序40

2.5.2　已知设备型号，上传软件程序41

2.6　程序比较43

第 3 章　S7-1200 PLC编程基本指令46

3.1　位逻辑指令46

3.1.1　指令说明46

3.1.2　应用示例49

3.2　定时器指令 49

3.2.1　生成脉冲定时器指令50

3.2.2　接通延时定时器指令50

3.2.3　关断延时定时器指令51

3.2.4　时间累加器指令52

3.2.5　应用示例：电机星形转三角形启动53

3.3　计数器指令54

3.3.1　加计数器指令54

3.3.2　减计数器指令55

3.3.3　加减计数器指令56

3.3.4　应用示例：饮料装箱程序57

3.4　比较指令59

3.4.1　指令说明59

3.4.2　应用示例：养殖场自动清洗程序59

3.5　数学函数指令60

3.5.1　计算指令61

3.5.2　数学函数指令说明61

3.5.3　应用示例：编写模拟量运算程序64

3.6　数据移动指令65

3.7　移位和循环指令66

3.7.1　指令说明66

3.7.2　应用示例：流水灯控制程序67

3.8　数据转换指令68

3.8.1　指令说明68

3.8.2　应用示例：温度传感器控制69

3.9　字逻辑运算指令70

第 4 章　组织块、函数块和数据块 73

4.1　组织块73

4.1.1　组织块的概念73

4.1.2　组织块的功能74

4.1.3　组织块的类型75

4.1.4　组织块的创建76

4.2　数据块77

4.2.1　数据块的概念77

4.2.2　数据块的创建78

4.2.3　数据块的访问80

4.2.4　数据块的优化访问80

4.3　函数和函数块82

4.3.1　函数的概念82

4.3.2　函数块的概念82

4.3.3　函数和函数块的区别83

4.3.4　函数或函数块的创建83

第 5 章　S7-PLCSIM仿真软件的使用84

5.1　S7-PLCSIM软件简介84

5.2　精简视图和项目视图86

5.2.1　精简视图86

5.2.2　项目视图86

5.2.3　在精简视图和项目视图之间进行切换87

5.2.4　分离仿真和项目87

5.2.5　启动和停止仿真 87

5.2.6　仿真状态89

5.2.7　仿真PLC与真实PLC之间的区别89

第 6 章　以太网通信及应用示例99

6.1　PROFINET接口简介99

6.2　PROFINET通信100

6.2.1　PROFINET通信介绍100

6.2.2　PROFINET的3种传输方式101

6.2.3　S7-1200 PLC PROFINET的通信能力101

6.2.4　PROFINET通信应用示例102

6.3　开放式用户（TCP）通信105

6.3.1　TCON指令105

6.3.2　TSEND指令108

6.3.3　TRCV指令110

6.3.4　应用示例112

6.4　Modbus TCP通信121

6.4.1　Modbus TCP概述121

6.4.2　Modbus TCP通信的特点121

6.4.3　Modbus TCP客户端通信示例122

6.5　ISO on TCP通信125

6.5.1　ISO on TCP通信概述125

6.5.2　ISO on TCP通信应用示例125

6.6　S7通信134

6.6.1　S7通信概述134

6.6.2　S7通信应用示例135

第 7 章　串行通信及应用实例139

7.1　模块介绍139

7.2　PtP接线方式141

7.3　PtP通信指令介绍143

7.4　Modbus RTU协议介绍145

7.4.1　Modbus功能代码145

7.4.2　指令说明146

7.4.3　Modbus RTU通信示例155

第 8 章　S7-1200与HMI通信163

8.1　HMI介绍163

8.2　HMI画面制作165

第 9 章　PID控制器应用实例170

9.1　S7-1200 PID功能概述170

9.2　创建PID指令171

9.3　如何选择PID指令174

9.4　PID Compact V2指令介绍175

9.5　调用PID Compact V2的步骤178

9.5.1　基本设置179

9.5.2　过程值设置180

9.5.3　高级设置181

9.6　PID自整定功能186

9.6.1　功能介绍186

9.6.2　PID_3Step V2指令介绍189

9.6.3　S7-1200 PID_3Step V2组态步骤及设置194

第 10 章　S7-1200与G120变频器进行USS通信201

10.1　USS概述201

10.1.1　USS协议介绍201

10.1.2　USS协议的通信数据格式202

10.2　USS通信原理与函数块编程203

10.2.1　S7-1200 PLC与G120通过USS通信的基本原理203

10.2.2　USS函数块编辑204

10.2.3　工程实例208

第 11 章　S7-1200与智能仪表通信215

11.1　SENTRON PAC3200仪表介绍215

11.2　SENTRON PAC3200与S7-1200进行通信217

第 12 章　创建数据日志225

12.1　数据日志的指令概述225

12.2　创建数据日志226

12.2.1　操作步骤226

12.2.2　完整程序232

第 13 章　工程案例分析234

13.1　案例1：运动控制234

13.1.1　对轴进行组态237

13.1.2　控制程序241

13.2　案例2：水箱水位控制系统246

13.3　案例3：电梯控制系统255

13.4　案例4：伺服电机控制系统263

13.5　案例5：物料分拣控制系统273

参考文献283

《西门子S7-1200 PLC编程与应用实例》对西门子S7-1200 PLC的硬件和编程软件的功能进行详细讲解，内容包括PLC编程基础、博途TIA软件入门、指令介绍、PID控制器、变频器通信、伺服电机的控制，以及各种通信协议的使用等。书中内容配合精选示例进行讲解，示例包含软硬件配置清单、接线图和程序，且程序都来自实际工控现场。 《西门子S7-1200 PLC编程与应用实例》还提供了核心内容的教学视频，读者扫描本书的二维码即可在移动设备上观看。 《西门子S7-1200 PLC编程与应用实例》内容由浅入深，由基础到应用，理论联系工程实际，极具实用性，既适合初学者学习使用，也可供有一定基础的工程师借鉴和参考，还可作为高等院校自动化和机电专业的教材。

张跟华，从事工业自动控制相关工作15年，高级工程师，目前就职于某科技公司担任项目经理。在工业控制领域有自己的建树，
参与过智能制造、轨道交通、市政燃气、石油石化、智慧矿山、光伏发电、火力发电、钢铁冶金、医药制造等行业的项目，项目经验丰富。