老向讲工控--西门子S7-1500 PLC编程从入门到精通

编者结合十余年的企业工作经验和十余年的教学经验编写了《老向讲工控》丛书，具体包括： (1)《三菱FX5UPLC编程从入门到精通》 (2)《三菱FX3UPLC完全精通教程(第2版)》 (3)《西门子SINAMICSV90伺服系统编程从入门到精通》 (4)《西门子S7-1500PLC编程从入门到精通》 (5)《PLC编程手册》 (6)《西门子S7-1200/1500PLC编程从入门到精通》 (7)《三菱iQ-RPLC编程从入门到精通》 (8)《三菱MR-J4/JE伺服系统完全精通教程》 丛书具有以下特点： (1)内容全面，知识系统。既适合初学者全面掌握工控技术，也适合有一定基础的读者结合实例深入学习工控技术。 (2)实例引导学习。大部分知识点采用实例讲解，便于读者举一反三，快速掌握编程技巧及应用。 (3)案例丰富，实用性强。精选大量工程实用案例，便于读者模仿应用，重点实例都包含软硬件配置清单、原理图和程序，且程序已经在 PLC 上运行通过。 (4)对于重点及复杂内容，配有大量微课视频。读者扫描书中二维码即可观看，配合文字讲解，学习效果更好。

随着计算机技术的发展，以可编程控制器（ PLC）、变频器、伺服驱动系统和计算机通信及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控制系统，并广泛应用于各个行业。其中，西门子和三菱的 PLC、变频器、触摸屏及伺服驱动系统具有卓越的性能，且有很高的性价比，因此在工控市场占有非常大的份额，应用十分广泛。
笔者与化学工业出版社合作已有十个年头，其间出版了一系列自动化专业的图书，深受广大读者的喜爱。最近几年，许多读者来电或者来函，希望能够编写风格统一的系列丛书。笔者也有意愿把十余年的企业工作经验和十余年的教学经验融入系列丛书，分享给广大读者，以回馈读者的厚爱。因此，我们决定编写丛书“老向讲工控”，包含以下图书：
（1）三菱 FX5U PLC编程从入门到精通
（2）三菱 FX系列 PLC完全精通教程（第 2版）
（3）西门子 SINAMICS V90伺服驱动系统从入门到精通
（4）西门子 S7-1500 PLC编程从入门到精通
（5）PLC编程手册
（6）西门子 S7-1200/1500 PLC编程从入门到精通
（7）三菱 iQ-R PLC编程从入门到精通
（8）三菱 MR-J4/JE伺服系统从入门到精通
丛书具有以下特点。
（1）内容全面，知识系统。既适合初学者全面掌握工控技术，也适合有一定基础的读者结合实例深入学习工控技术。
（2）实例引导学习。大部分知识点采用实例讲解，便于读者举一反三，快速掌握编程技巧及应用。
（3）案例丰富，实用性强。精选大量工程实用案例，便于读者模仿应用，重点实例都包含软硬件配置清单、原理图和程序，且程序已经在 PLC上运行通过。
（4）对于重点及复杂内容，配有大量微课视频。读者扫描书中二维码即可观看，配合文字讲解，学习效果更好。
本书为《西门子 S7-1500 PLC编程从入门到精通》。
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，除包含多种创
新技术之外，还设定了新标准，最大程度地提高生产效率。西门子 S7-1500 PLC无缝集成到 TIAPortal软件中，极大地提高了工程组态的效率。西门子大中型 PLC由于控制系统相对复杂，一直是公认比较难入门的，为了使读者能系统掌握西门子 S7-1500 PLC的编程及应用，我们在总结长期教学经验和工程实践的基础上，联合企业相关人员，共同编写了本书。
本书在编写时，力求详略得当，重点突出，并采用较多的小例子引领读者快速入门，同时精选典型工程实际案例，供读者模仿学习，提高解决实际问题的能力。本书内容新颖、先进、实用，重点知识配有视频详细讲解，读者扫描书中二维码即可观看学习。
全书共分 11章，其中第 1～ 3章由龙丽编写，第 4～ 8章由向晓汉编写，第 9、10章由桂林电子科技大学的向定汉教授编写，第 11章由无锡雪浪环境科技股份有限公司的刘摇摇编写。本书由向晓汉任主编，向定汉任副主编。商进博士主审。
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

本书从 PLC编程基础入手，以案例引导学习的方式，结合视频讲解，全面介绍了西门子 S7-1500 PLC编程及组态软件的应用技术。
全书分为基础入门和应用精通两大部分，主要内容包括 PLC基础，西门子 S7-1500 PLC的硬件和接线， TIAPortal软件的使用， S7-1500 PLC的编程语言、编程方法与调试，西门子 PLC SCL和 GRAPH编程； S7-1500 PLC的通信、工艺功能及其应用，PLC的故障诊断技术，PLC的工程应用。
本书双色图解，重点突出，内容全面实用，案例丰富，且实例包含详细的软硬件配置清单、接线图和程序，便于读者模仿学习。对重点内容本书还配有操作视频详细讲解，读者可以扫描书中二维码观看，辅助学习西门子 PLC编程及应用。
本书可供 PLC技术人员学习使用，也可作为大中专院校机电类、信息类专业的教材。

第1章 可编程控制器（PLC）基础 1
1.1 认识PLC 1
1.1.1 PLC 是什么 1
1.1.2 PLC 的发展历史 1
1.1.3 PLC 的应用范围 2
1.1.4 PLC 的分类与性能指标 3
1.1.5 知名PLC 品牌介绍 4
1.2 PLC 的结构和工作原理 4
1.2.1 PLC 的硬件组成 4
1.2.2 PLC 的工作原理 7
1.2.3 PLC 的立即输入、输出功能 9
1.3 传感器和变送器 9
1.4 隔离器 10
1.5 数制和编码 11
1.5.1 数制 11
1.5.2 编码 13

第2章 西门子S7-1500 PLC 的硬件 15
2.1 西门子S7-1500 PLC 定位和性能特点 15
2.1.1 西门子SIMATIC 控制器简介 15
2.1.2 S7-1500 PLC 的性能特点 16
2.2 西门子S7-1500 PLC 常用模块及其接线 17
2.2.1 电源模块 17
2.2.2 S7-1500 PLC 模块及其附件 17
2.2.3 S7-1500 PLC 信号模块及其接线 24
2.2.4 S7-1500 PLC 通信模块 32
2.2.5 S7-1500 PLC 分布式模块 33
2.3 西门子S7-1500 PLC 的硬件安装及接线 34
2.3.1 硬件配置 34
2.3.2 硬件安装 36
2.3.3 接线 38

第3章 TIA Portal（博途）软件使用入门 40
3.1 TIA Portal（博途）软件简介 40
3.1.1 初识TIA Portal（博途）软件 40
3.1.2 安装TIA Portal 软件的软硬件条件 41
3.1.3 安装TIA Portal 软件的注意事项 43
3.1.4 安装和卸载TIA Portal 软件 43
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 用离线硬件组态法创建一个完整的TIA Portal 项目 49
3.3.1 在博途视图中新建项目 49
3.3.2 添加设备 50
3.3.3 CPU 参数配置 51
3.3.4 S7-1500 的I/O 参数的配置 56
3.3.5 程序的输入 58
3.3.6 程序下载到仿真软件S7-PLCSIM 60
3.3.7 程序的监视 61
3.4 用在线检测法创建一个完整的TIA Portal 项目 62
3.4.1 在项目视图中新建项目 62
3.4.2 在线检测设备 62
3.4.3 程序下载到S7-1500 CPU模块 66
3.5 程序上载 69
3.6 使用快捷键 70
3.7 使用帮助 70
3.7.1 查找关键字或者功能 70
3.7.2 使用指令 71

第4章 西门子S7-1500 PLC 的编程语言 73
4.1 西门子S7-1500 PLC 的编程基础 73
4.1.1 数据类型 73
4.1.2 S7-1500 PLC 的存储区 80
4.1.3 全局变量与区域变量 84
4.1.4 编程语言 85
4.1.5 变量表 86
4.2 位逻辑运算指令 89
4.2.1 触点与线圈相关逻辑 89
4.2.2 复位、置位、复位域和置位域指令 94
4.2.3 RS /SR 触发器指令 95
4.2.4 上升沿和下降沿指令 96
4.3 定时器指令 100
4.3.1 通电延时定时器（TON） 100
4.3.2 断电延时定时器（TOF） 102
4.3.3 时间累加器（TONR） 105
4.3.4 原有定时器 106
4.4 计数器指令 110
4.4.1 加计数器（CTU） 110
4.4.2 减计数器（CTD） 111
4.4.3 原有计数器 112
4.5 传送指令、比较指令和转换指令 114
4.5.1 传送指令 114
4.5.2 比较指令 117
4.5.3 转换指令 119
4.6 数学函数指令、移位和循环指令 128
4.6.1 数学函数指令 128
4.6.2 移位和循环指令 135
4.7 应用实例 139

第5章 西门子S7-1500 PLC 的程序结构 144
5.1 块、函数和组织块 144
5.1.1 块的概述 144
5.1.2 函数（FC）及其应用 145
5.1.3 组织块（OB）及其应用 149
5.2 数据块和函数块 158
5.2.1 数据块（DB）及其应用 158
5.2.2 函数块（FB）及其应用 162
5.2.3 PLC 定义数据类型（UDT）及其应用 166
5.3 多重背景 169
5.3.1 多重背景的简介 169
5.3.2 多重背景的应用 169

第6章 西门子S7-1500 PLC 的编程方法与调试 175
6.1 功能图 175
6.1.1 功能图的设计方法 175
6.1.2 梯形图编程的原则 181
6.2 逻辑控制的梯形图编程方法 182
6.2.1 经验设计法 182
6.2.2 功能图设计法 183
6.3 西门子S7-1500 PLC 的调试方法 193
6.3.1 程序信息 193
6.3.2 交叉引用 195
6.3.3 比较功能 197
6.3.4 使用Trace 跟踪变量 199
6.3.5 用监控表进行调试 202
6.3.6 用强制表进行调试 205
6.3.7 其他调试方法 207

第7章 西门子PLC 的SCL 和GRAPH 编程 208
7.1 西门子PLC 的SCL 编程 208
7.1.1 S7-SCL 简介 208
7.1.2 S7-SCL 程序编辑器 209
7.1.3 S7-SCL 编程语言基础 209
7.1.4 寻址 214
7.1.5 控制语句 218
7.1.6 SCL 块 220
7.1.7 S7-SCL 应用举例 222
7.2 西门子PLC 的GRAPH 编程 228
7.2.1 S7-GRAPH 简介 228
7.2.2 S7-GRAPH 的应用基础 228
7.2.3 S7-GRAPH 的应用举例 235

第8章 西门子S7-1500 PLC 的通信应用 240
8.1 通信基础知识 240
8.1.1 通信的基本概念 240
8.1.2 PLC 网络的术语解释 241
8.1.3 OSI 参考模型 242
8.1.4 现场总线介绍 243
8.2 PROFIBUS 通信及其应用 244
8.2.1 PROFIBUS 通信概述 244
8.2.2 S7-1500 PLC 与ET200MP的PROFIBUS-DP 通信 245
8.2.3 S7-1500 PLC 与S7-1200PLC 间的PROFIBUS-DP 通信 250
8.3 西门子S7-1500 PLC 的以太网通信及其应用 256
8.3.1 以太网通信介绍 256
8.3.2 工业以太网通信介绍 258
8.3.3 S7-1500 PLC 的以太网通信方式 259
8.4 西门子S7-1500 PLC 的OUC通信及其应用 259
8.4.1 OUC 通信介绍 259
8.4.2 S7-1500 PLC 之间的TCP通信 260
8.5 西门子S7-1500 PLC 的Modbus-TCP 通信及其应用 267
8.5.1 Modbus-TCP 通信基础 267
8.5.2 S7-1500 PLC 与埃夫特机器人之间的Modbus-TCP 通信应用 268
8.6 西门子S7-1500 PLC 的S7通信及其应用 271
8.6.1 S7 通信基础 271
8.6.2 S7-1500 PLC 与S7-1200PLC 之间的S7 通信应用 272
8.7 PROFINET IO 通信 278
8.7.1 PROFINET IO 通信基础 278
8.7.2 S7-1500 PLC 与分布式模块ET200SP 之间的PROFINET通信 279
8.8 Modbus RTU 串行通信及其应用 283
8.8.1 Modbus RTU 通信介绍 284
8.8.2 S7-1500 PLC 与温度仪表的Modbus RTU 通信 286

第9章 西门子S7-1500 PLC 工艺功能及其应用 291
9.1 运动控制基础 291
9.1.1 运动控制简介 291
9.1.2 伺服驱动系统的参数设定 291
9.2 西门子S7-1500 PLC 的运动控制功能及其应用 293
9.2.1 S7-1500 PLC 的运动控制指令 293
9.2.2 S7-1500 PLC 的运动控制应用——速度控制 295
9.2.3 S7-1500 PLC 的运动控制应用——位置控制 300
9.3 西门子S7-1500 PLC 高速计数器及其应用 311
9.3.1 S7-1500 PLC 高速计数器基础 311
9.3.2 S7-1500 PLC 高速计数器应用 314
9.4 西门子S7-1500 的PID 控制及其应用 317
9.4.1 PID 控制原理简介 317
9.4.2 PID 指令简介 319
9.4.3 S7-1500 PLC 对电炉温度的控制 320

第10章 西门子S7-1500 PLC 的故障诊断技术 327
10.1 西门子S7-1500 PLC 诊断简介 327
10.2 通过模块或者通道的LED 灯诊断故障 328
10.2.1 通过模块的LED 灯诊断故障 328
10.2.2 通过模块的通道LED 灯诊断故障 328
10.3 通过TIA Portal 软件的PG/PC诊断故障 329
10.4 通过PLC 的Web 服务器诊断故障 331
10.5 通过PLC 的显示屏诊断故障 336
10.5.1 显示屏面板简介 336
10.5.2 用显示屏面板诊断故障 337
10.6 在HMI 上通过调用诊断控件诊断故障 338
10.7 通过自带诊断功能的模块诊断故障 340
10.8 利用诊断面板诊断故障 342
10.9 通过Automation Tool 诊断故障 343
10.9.1 Automation Tool 功能 343
10.9.2 Automation Tool 诊断故障 343
10.10 通过Proneta 诊断故障 345
10.10.1 Proneta 介绍 345
10.10.2 Proneta 诊断故障 345

第11章 PLC 工程应用 347
11.1 折边机的PLC 控制 347
11.2 刨床的PLC 控制 354
11.3 剪切机的PLC 控制 361

参考文献 373