西门子S7-300/400 PLC控制系统设计与应用

随着我国经济的快速发展，在工业控制领域，数控机床在硬件方面取得了显著的成绩，与此相应的数控系统也得到了迅速的发展，各个品牌的数控系统也相继进入我国市场，如日本的FANUC数控系统、德国西门子数控系统等。

数控机床综合了计算机、自动控制、机电一体化、PLC、液压、传感器等技术，并以其可靠性高、生产效率高、劳动强度低等优点而迅速成为现代制造业中广泛使用的设备。数控机床的使用极大地推动了数控技术的发展，而PLC是当前工业控制领域中不可或缺的一部分，也是广大相关专业师生和机械工程控制技术人员需要掌握的内容。

数控仿真是在三维空间进行的动态仿真，利用仿真系统可以对设计的程序进行精确的验证，从而获得优良的制造精度，数控技术已经从普通的简单功能发展到了更具柔性的现代制造技术。

本书特点

在语言上，本书尽量以浅显易懂的语言进行讲解，去掉了一些实际工程应用中的晦涩词汇，使表达更加简洁明了。

在内容上，本书在介绍S7-300/400 PLC的基础知识及应用时，减少了工程中过于复杂、难以理解的内容，并增加了PLC模拟仿真软件的介绍及相应的实例。

在结构安排上，本书的编写更加贴近读者的思维习惯，易于掌握。每章开始都有本章导读，结尾都有本章小结及相应的思考练习题，有助于读者把握学习重点。

主要内容

我国工业控制领域中使用较多的西门子S7-300/400 PLC进行介绍。在全书的写作过程中，力求体现理论联系实际、学以致用。其中，既有简明扼要的理论介绍，又有典型的S7-300/400 PLC的应用实例，使读者能很快掌握S7-300/400 PLC的工作方式、功能模块、编程技术等知识。

本书共分为9章，内容如下。

第1章：可编程逻辑控制器简介。

第2章：S7-300/400硬件模块。

第3章：PLC的工作方式。

第4章：S7-300/400的指令系统。

第5章：S7-300/400的编程过程。

第6章：S7系列编程软件介绍。

第7章：S7-300/400 PLC的通信。

第8章：S7-PLCSIM的运用。

第9章：S7-300/400的应用实例。

本书可作为高等院校及高职机电类专业教材，也可供西门子S7-300/400 PLC工程技术人员及自学者参考和学习。

编写分工

本书由陈平、陈章平、戴金、杨泽等编著，荣智涛审校。其中，第1、4、9章由戴金、陈章平、杨泽、姚林、沈国宇、李锦共同编写完成；第2章由杨泽编写；第3章由罗华编写；第5章由姚林编写；第6、7、8章由陈章平编写。本书在编写过程中得到了四川大学罗华副教授的大力支持，并参考了部分文献资料，在此向相关文献作者表示衷心的感谢。

参与本书编写的还有王治国、冯强、曾德惠、许庆华、程亮、周聪、黄志平、胡松、邢永峰、邵军、边海龙、刘达因、赵婷、马鸿娟、候桐、赵光明、李胜、李辉、候杰、王红研、王磊、闫守红、康涌泉、李欢、蒋杼倩、王小东、张正亮、宋利梅、何群芬、程瑶等，在此一并向他们的辛勤工作表示感谢。

由于水平所限，加之时间仓促，书中难免会有错误和不妥之处，恳请广大读者批评指正。

配套服务

为充分体现本书特色，帮助读者深刻理解本书编写意图和内涵，进一步提高对本书教学的使用效率，我们制作了精美电子教案和实例仿真文件，相关内容可到清华大学出版社网站）下载。欢迎读者将本书使用过程中的问题与各种探讨、建议反馈给我们，我们将竭诚为您服务

编 者

第1章 可编程逻辑控制器简介 1

1.1 PLC的概述 1

1.1.1 PLC的概念 1

1.1.2 PLC的功能 2

1.2 逻辑控制的发展 3

1.2.1 继电器逻辑控制 3

1.2.2 可编程逻辑控制 10

1.3 主流PLC简介 12

1.4 本章小结 14

思考练习题 14

第2章 S7-300/400硬件模块 15

2.1 CPU 15

2.1.1 S7-300的CPU介绍 15

2.1.2 S7-400的CPU介绍 18

2.1.3 CPU模块的面板 20

2.2 输入模块 21

2.2.1 数字量输入模块 22

2.2.2 模拟量输入模块 24

2.3 输出模块 26

2.3.1 数字量输出模块 26

2.3.2 模拟量输出模块 28

2.4 其他模块 29

2.4.1 电源模块 29

2.4.2 通信模块 31

2.4.3 功能模块 34

2.5 本章小结 36

思考练习题 36

第3章 PLC的工作方式 38

3.1 PLC的循环工作方式 38

3.1.1 PLC工作阶段划分 38

3.1.2 PLC的自诊断阶段 39

3.1.3 PLC的定时输入和实时输入 39

3.1.4 PLC的用户程序执行 40

3.1.5 PLC的定时输出和实时输出 40

3.1.6 PLC的相互通信 43

3.2 PLC工作的时序分析 43

3.3 本章小结 45

思考练习题 45

第4章 S7-300/400的指令系统 46

4.1 指令系统的基础 46

4.1.1 数据和数据类型 46

4.1.2 数据的表示格式 48

4.1.3 指令的组成 49

4.1.4 寻址方式 51

4.2 逻辑运算指令 53

4.2.1 位逻辑运算指令 53

4.2.2 字逻辑运算指令 57

4.3 算术运算指令 58

4.3.1 整数运算指令 58

4.3.2 浮点数运算指令 59

4.4 比较指令 60

4.5 移位指令 61

4.5.1 单步移位指令 61

4.5.2 循环移位指令 62

4.6 计数器指令 63

4.7 定时器指令 64

4.8 转换指令 68

4.8.1 转换指令作用分析 68

4.8.2 具体转换指令介绍 68

4.9 数据传送指令 74

4.9.1 MOVE指令 74

4.9.2 STL语言的数据传递指令 75

4.10 块操作指令 76

4.10.1 S7-300/400系统提供的块类型 76

4.10.2 程序块的功能及相关指令 79

4.10.3 数据块的功能及相关指令 80

4.11 程序控制指令 81

4.11.1 跳转指令 81

4.11.2 子程序定义、调用及结束指令 86

4.11.3 主程序结束指令 88

4.12 本章小结 89

思考练习题 89

第5章 S7-300/400的编程过程 91

5.1 概述 91

5.2 梯形图 94

5.3 顺序控制的编程 95

5.3.1 顺序控制的特点 95

5.3.2 顺序控制编程的实现 96

5.4 顺序控制流程图的组成与构建 96

5.4.1 步 96

5.4.2 转换 97

5.4.3 路径 98

5.4.4 顺序功能流程图的构建 98

5.5 本章小结 105

思考练习题 105

第6章 S7系列编程软件介绍 106

6.1 编程软件STEP7简介 106

6.2 STEP7标准软件包 107

6.2.1 硬件配置 107

6.2.2 编程工具 107

6.2.3 符号编辑器 109

6.2.4 硬件诊断 109

6.3 STEP7扩展软件包 109

6.3.1 工程软件 110

6.3.2 运行版软件 111

6.3.3 人机接口 111

6.4 STEP7软件的安装 112

6.4.1 安装的硬件要求 112

6.4.2 安装的软件要求 112

6.4.3 软件安装过程 112

6.5 STEP 7软件的使用 114

6.5.1 项目的建立 115

6.5.2 硬件配置 121

6.5.3 主、扩机架体系的建立 122

6.5.4 主机架中CPU属性设置 123

6.5.5 主、扩机架中I/O模块的属性设置 130

6.5.6 节点主站系统建立 133

6.5.7 程序块的生成和运用 135

6.5.8 生成源文件 140

6.5.9 建立符号表 142

6.5.10 块比较功能 145

6.5.11 编程设备与PLC设备的连接 146

6.5.12 STEP7软件与设备的连接 146

6.5.13 程序的下载和上传 147

6.5.14 程序的调试 149

6.6 本章小结 151

思考练习题 152

第7章 S7-300/400"para" label-module="para">

7.1 PLC网络的特点和基本通信功能 153

7.1.1 PLC网络的基本特点 153

7.1.2 PLC网络的通信功能 154

7.2 通信方式 155

7.2.1 以数据传输的形式划分 155

7.2.2 以传输数据的过程划分 155

7.3 通信标准 156

7.4 S7-300/400"para" label-module="para">

7.5 基于工业以太网的通信 158

7.5.1 工业以太网概述 159

7.5.2 工业以太网的物理部件 159

7.5.3 工业以太网子网络的组成 160

7.6 基于PROFIBUS的通信 161

7.6.1 PROFIBUS概述 162

7.6.2 PROFIBUS协议的分类 162

7.6.3 PROFIBUS协议的物理部件 163

7.6.4 PROFIBUS子网络的组建 164

7.7 基于MPI的通信 167

7.7.1 MPI网络概述 168

7.7.2 MPI网络的部件 168

7.7.3 MPI子网络的组建 169

7.8 基于点对点的通信 171

7.8.1 点对点通信的硬件要求 171

7.8.2 点对点子网络的组建 172

7.9 基于AS-i的通信 172

7.9.1 AS-i网络概述 172

7.9.2 AS-i网络的物理部件 172

7.9.3 AS-i子网络的组建原理分析 173

7.10 本章小结 173

思考练习题 174

第8章 S7-PLCSIM的运用 175

8.1 S7-PLCSIM概述 175

8.2 S7-PLCSIM软件介绍 176

8.2.1 S7-PLCSIM的特点 176

8.2.2 S7-PLCSIM的硬、软件需求 176

8.2.3 S7-PLCSIM的具体安装 176

8.3 S7-PLCSIM软件的基本操作 178

8.3.1 编写用户程序 178

8.3.2 模拟PLC设置 179

8.3.3 模拟仿真 180

8.4 本章小结 184

思考练习题 184

第9章 S7-300/400的应用实例 185

9.1 PLC在冲床控制系统中的应用 185

9.1.1 冲床自动送料机介绍 186

9.1.2 冲床自动送料机的结构设计 186

9.1.3 冲床自动送料机的PLC控制 186

9.2 PLC在剪板机控制系统中的应用 191

9.2.1 剪板机介绍及分类 191

9.2.2 全自动剪板机的PLC控制系统设计 192

9.3 PLC在自控轧钢机中的应用 198

9.3.1 轧机设备和技术介绍 198

9.3.2 轧制过程分析 199

9.3.3 自控轧钢机结构分析 199

9.3.4 PLC系统运用于轧制过程的控制 200

9.4 PLC在抢答器系统中的应用 203

9.4.1 抢答系统介绍 204

9.4.2 抢答系统的PLC控制 204

9.5 PLC污水处理系统中的应用 206

9.5.1 污水处理系统的工艺流程 206

9.5.2 污水处理系统的PLC控制 207

9.6 PLC在花式喷泉系统中的应用 210

9.6.1 花式喷泉的控制要求 210

9.6.2 流程图与编程 211

9.7 本章小结 215

思考练习题 2152100433B

本书从工程应用的角度出发，以当前我国使用较多的西门子S7-300/400 PLC为对象，系统地介绍了西门子S7-300/400 PLC的主要构成、设计方法及具体应用。

本书针对西门子S7-300/400 PLC控制系统的基础应用，分别介绍了可编程逻辑控制器、S7-300/400硬件模块、PLC的工作方式、S7-300/400的指令系统、S7-300/400的编程过程、S7系列编程软件介绍、S7-300/400 PLC的通信、S7-PLCSIM的运用等内容；最后是综合运用所学知识的动手实践环节，结合具体工程应用实例详细描述了从问题的分析到编写出PLC控制程序的整个过程。

本书内容完整、通俗易懂、实用性强，可作为高等院校及高职机电类专业教材，也可供西门子S7-300/400 PLC工程技术人员及自学者参考和学习。

《零基础学西门子S7-300/400PLC》分为3篇，共15章：PLC概述、PLC的组成与原理、PLC控制系统设计、S7-300/400系列PLC、S7.3 00/400系列PLC的硬件组成、S7-300/400系列PLC指令系统、S7-300/400系列PLC用户程序的组织结构、STEP7编程软件及其应用、S7-300/400系列PLC的通信功能、PCS7软件及其应用、数字量控制系统梯形图设计、PLC控制系统可靠性设计、网络通信实例、运动控制实例、过程控制实例等。

《零基础学西门子S7-300/400PLC》重点突出，层次分明，注重知识的系统性、针对性和先进性；注重理论与实践联系，培养工程应用能力。另外，《零基础学西门子S7-300/400PLC》配套光盘给出了书中的实例文件、开发过程的操作录像文件、常用元器件及芯片等丰富的拓展资源，极大地方便了读者自学，动手实践。

《零基础学西门子S7-300/400PLC》可作为普通高等院校自动化、电气工程、测控技术与仪器等专业的本科生教材，也可作为相关工程技术人员的学习参考用书。

本书分为3篇，共15章：PLC概述、PLC的组成与原理、PLC控制系统设计、S7-300/400系列PLC、S7-300/400系列PLC的硬件组成、S7-300/400系列PLC指令系统、S7-300/400系列PLC用户程序的组织结构、STEP 7编程软件及其应用、S7-300/400系列PLC的通信功能、PCS 7软件及其应用、数字量控制系统梯形图设计、PLC控制系统可靠性设计、网络通信实例、运动控制实例、过程控制实例等。

本书重点突出，层次分明，注重知识的系统性、针对性和先进性；注重理论与实践联系，培养工程应用能力。另外，本书配套光盘给出了书中的实例文件、开发过程的操作录像文件、常用元器件及芯片等丰富的拓展资源，极大地方便了读者自学，动手实践。

本书可作为普通高等院校自动化、电气工程、测控技术与仪器等专业的本科生教材，也可作为相关工程技术人员的学习参考用书。

本书主要介绍了西门子S7系列PLC的概念、基本原理、指令系统和硬件结构等相关知识，其中重点介绍了S7-300/400 PLC在工程上的实际应用方法和控制系统软硬件设计方法。本书的特点是通过实例向读者讲解相应的知识点，使读者能够通过完整的工程实例快速、有效地掌握S7-300/400 PLC控制系统的设计步骤和编程方法。