具体描述
《西门子S7系列PLC电气控制精解》从PLC初学者的角度出发，详细介绍了西门子S7-200PLC、S7－300/400PLC在运动控制、生产流程控制、开关量控制、模拟量控制以及分布式I/0控制的应用，对于每一个应用项目，都从控制要求、电气设计、硬件配置和软件编程四大方面详细介绍。通过《西门子S7系列PLC电气控制精解》的学习，读者将掌握PLC控制系统设计过程、应完成的工作内容和具体设计方法，同时书中的案例也可在工程设计中灵活应用。
西门子S7系列PLC电气控制精解：深入实践与前沿应用 本书导读： 在当今快速发展的工业自动化领域，可编程逻辑控制器（PLC）无疑是核心驱动力之一。西门子S7系列作为全球应用最广泛的PLC平台之一，其技术的掌握程度直接决定了工程师在现代制造环境中的竞争力。本书《西门子S7系列PLC电气控制精解》，旨在提供一个系统化、深入且高度实用的学习路径，超越基础的指令集介绍，直抵高级应用、网络通信、故障诊断与前沿趋势。 本书核心内容框架： 本书的结构设计旨在兼顾初学者快速上手与资深工程师深化理解的需求，内容覆盖S7-300/400经典架构到S7-1200/1500新一代平台的全面技术栈。 第一部分：S7平台基础架构与编程环境精通 本部分重点在于夯实理解PLC硬件选型、系统集成和软件配置的基础。 1. S7系列硬件体系深度剖析： S7-300/400系列： 详细解析其模块化设计原理、DP/PA总线通信、冗余系统配置的关键技术点。重点讨论CPU选型原则（如循环时间优化、内存管理）。 S7-1200/1500系列（TIA Portal时代）： 全面介绍STEP 7 (TIA Portal) 环境下的硬件组态流程。对比不同CPU在性能、集成度、安全等级上的差异。讨论如何高效利用集成化的高速计数器、运动控制功能块。 电源与信号处理： 深入探讨DC/DC、AC/DC电源的选择标准，EMC/EMI防护设计。模拟量模块的精度校准、冷端补偿技术，以及高精度温度传感器（如热电偶、RTD）的线性化处理。 2. STEP 7 (TIA Portal) 高效编程实践： 编程语言的精炼运用： 不仅覆盖LAD/FBD的基础语法，更着重于SCL（结构化控制语言）在复杂算法、数据结构处理中的应用。讲解如何利用SCL实现面向对象式的程序设计思维。 组织块与模块化设计： 强调功能块（FB）、功能（FC）的标准化封装与复用。介绍如何构建健壮的、易于维护的程序架构，包括数据块（DB）的有效组织、实例数据区的管理。 数据类型与内存优化： 讲解标准数据类型、复合数据类型以及自定义用户数据类型的创建。针对大规模项目，详细介绍如何进行内存优化配置，减少扫描周期开销。 第二部分：高级控制技术与过程集成 本部分聚焦于复杂工业过程的实现，涉及运动控制、过程控制和安全控制的集成。 1. 高级运动控制与定位技术： 脉冲序列（PTO）与绝对值编码器接口： 详细介绍S7-1200/1500中T_CUP指令的应用，包括点位控制、插补运动的参数设定与调试。 集成式PID控制优化： 超越基础的模拟量PID块，讲解如何应用高级PID功能（如级联控制、前馈控制），以及如何利用“Autotuning”功能进行自适应参数整定。 同步与耦合控制： 介绍电子凸轮（Electronic Camming）的概念及在S7平台上的实现流程，适用于复杂机械同步要求。 2. 过程自动化与回路控制： 批次控制（S88标准）： 结合S7-400H或S7-1500，阐述如何使用标准化的配方管理和批次流程控制逻辑，满足制药、食品饮料行业的规范要求。 先进的顺序控制： 深入解析STEP 7中对SFC（顺序功能图）的工程化应用，用于管理复杂的启动、停止和故障恢复流程。 3. 功能安全（Safety Integrated）： F-CPU的选型与配置： 介绍S7-F系统的硬件区别（F-DI/DO模块）与软件编程规范（F-LAD/F-FBD）。 SIL等级与PL等级的理解： 讨论如何根据风险评估结果，正确配置和验证安全功能，包括安全联锁、急停电路的设计标准。 第三部分：工业网络通信与数据交换 现代自动化系统离不开高效可靠的网络通信。本部分是本书的重点之一，覆盖现场总线到工业以太网的全面技术。 1. PROFINET/PROFIBUS深度解析： PROFINET IO 通信： 详细讲解IRT（实时控制）、RT（实时）模式的区别与应用场景。如何在TIA Portal中进行IO设备的拓扑结构规划、诊断和故障恢复机制配置。 PROFIBUS DP 实践： 针对S7-300/400系统，讲解DP主站、DP从站（如ET200SP/M）的GSD文件导入、网络参数配置与波特率匹配。 网络诊断与优化： 教授使用在线诊断工具（如Wireshark的工业协议分析）来识别通信延迟、丢包和配置错误的方法。 2. 数据服务器与OPC UA集成： S7-1500的数据服务器功能： 详细介绍如何利用内置的OPC UA服务器功能，实现PLC数据的高效、安全地发布到MES/ERP系统。 MQTT与云端连接： 探讨S7 PLC如何通过特定的通信模块或软件网关（如MindSphere连接），实现数据向云端平台的消息队列传输，为工业物联网（IIoT）奠定基础。 3. 点对点通信（Point-to-Point）： MPI/RS232/USS驱动通信： 针对老旧设备或特定变频器（如S7-300连接USS协议的西门子MM4系列变频器），讲解点对点通信的编程实现与报文结构解析。 第四部分：系统集成、HMI/SCADA接口及故障诊断 本部分侧重于系统整体的集成与维护，培养解决实际问题的能力。 1. HMI（WinCC）与PLC的无缝集成： 标签驱动的工程化： 讲解如何利用TIA Portal中的“统一数据管理”特性，确保PLC变量与WinCC/Comfort Panel/Mobile Panel之间的数据同步和类型安全。 报警管理与事件日志： 掌握如何构建高效、分级的报警系统，包括报警的存储、确认机制以及历史趋势图的配置。 2. 高级故障诊断与排除： 在线监控与交叉引用： 熟练使用“在线与诊断”功能，追踪变量状态、监控执行流程。利用交叉引用快速定位程序中被引用的位置。 系统日志与硬件诊断： 深入解读CPU的系统事件日志（如存储卡错误、看门狗超时、时钟错误）。理解硬件冗余系统（如S7-400H）的切换机制与故障定位。 程序结构化故障排查法： 针对复杂故障，教授自上而下（从I/O诊断到功能块逻辑）的系统性排查流程。 3. 系统备份、迁移与升级： 版本控制与归档： 介绍TIA Portal项目文件的最佳备份策略，包括固件版本、硬件描述文件（HSP）的管理。 S7-300/400向S7-1500的平滑迁移： 针对已有成熟系统的升级，讲解兼容性检查、指令集映射和通信协议转换的实用技巧。 结语：面向未来的自动化工程师 本书不仅是操作手册，更是一本面向工业4.0和智能制造的实践指南。通过对西门子S7平台的深入剖析，读者将能够构建出高性能、高可靠性、易于维护的自动化解决方案，从而在竞争激烈的工业控制领域占据领先地位。掌握本书内容，即是掌握了当前主流工业控制系统的核心技术钥匙。
作者简介
目录信息
第一章 PLC入门与S7-200 PLC电气控制基础 1 第一节 PLC基本知识 1 一、PLC的定义与进化 1 二、PLC的组成 2 三、PLC实现控制的过程 5 四、用户程序 7 第二节 PLC的基本应用与分类 7 一、PLC的基本应用 7 二、可编程控制器的基本类型 8 第三节 S7-200基础知识 9 一、西门子S7-200 PLC硬件基础 9 二、编程软件的安装 10 三、编程环境的项目组成 10 四、S7-200 PLC的数据类型 12 五、直接和间接编址 12 六、位逻辑指令 14 七、定时器 15 八、计数器 16 九、数据传送指令 17 第四节 简单电气控制线路的编程与运行 18 一、灯控线路应用 18 二、增氧泵控制应用 20 三、电动机正反转控制应用 21第二章 S7-200 PLC运动控制 25 第一节 S7-200 PLC运动控制基础 25 一、运动控制的基本架构 25 二、脉冲量输入和高速计数器 26 三、西门子S7-200的高速计数器 29 四、脉冲量输出 31 第二节 定长切割 32 一、控制要求 32 二、定长切割的软件编程 34 第三节 光电纠偏控制案例解析 39 一、光电纠偏控制系统概述 39 二、S7-200 PLC在光电纠偏控制系统中的硬件设计 40 三、S7-200 PLC在光电纠偏控制系统中的软件设计 41 第四节 电阻点焊机伺服控制 48 一、硬件构成 48 二、软件编程 49第三章 S7-200 PLC生产流程控制 59 第一节 生产流程控制基础 59 一、概述 59 二、S7-200的通用模拟量输入输出模块 60 三、S7-200的温度模拟量模块 61 四、模拟量模块的寻址 61 第二节 无铅波峰焊流程控制 62 一、无铅波峰焊接机的工作流程 62 二、无铅波峰焊接机的PLC控制线路 63 三、波峰焊的温度检测与控制 65 四、变频器速度控制 73 第三节 流量与液位控制 75 一、流量与液位控制概述 75 二、出口流量累计值的编程 76 三、恒液位PID控制 78 第四节 饼干生产线的配方使用 81 一、配方的概念 81 二、饼干配方的PLC编程 83第四章 S7-300/400 PLC电气控制基础 88 第一节 大中型PLC模块化控制系统 88 一、大中型PLC的模块化结构 88 二、大中型PLC系统的配置流程 89 三、西门子S7-300 PLC 90 四、西门子S7-400 PLC 92 五、西门子S7-300 PLC的电气安装举例 94 第二节 STEP 7编程软件介绍 97 一、STEP 7概述 97 二、STEP 7用户权限 101 三、安装STEP 7 103 四、STEP 7的其他编程语言 104 第三节 硬件配置与组态 107 一、STEP 7硬件配置介绍 107 二、模块的寻址 112 第四节 STEP 7程序结构 113 一、STEP 7程序结构的基本原理 113 二、组织块 113 三、功能块、功能和数据块 118 四、用户程序中的调用体系 119第五章 S7-300/400 PLC开关量控制 121 第一节 开关量控制基础 121 一、数字量输入和输出电路工作原理 121 二、S7-300的数字量输入输出 122 三、STEP 7位逻辑指令 123 四、STEP 7数据指令 124 第二节 简单开关量控制系统设计 128 一、送料机的交流电动机正反转控制 128 二、锅炉风机的控制 134 三、液体自动混合的控制 137 第三节 灌装生产线控制系统的设计 141 一、控制要求 141 二、硬件设计 142 三、软件流程设计 144第六章 S7-300/400 PLC模拟量控制 155 第一节 模拟量输入与输出基础 155 一、概述 155 二、S7-300模拟量输入输出 156 三、西门子S7-300温度模块 158 四、西门子S7-300闭环控制模块FM355闭环控制模块 159 五、FM355-2闭环温度控制模块 160 第二节 模拟量输入输出及规范化 160 一、液位传感器的接线及其硬件组态 160 二、实际液位值的工程转换与FC105功能 164 三、模拟量输出转换的数字表达方式 166 四、FC106程序块功能 171 五、模拟量控制中常用的浮点数运算指令介绍 172 第三节 恒液位PID控制 174 一、控制要求 174 二、PID控制 174 三、软件编程 177第七章 S7系列PLC的PROFIBUS通信控制 182 第一节 PROFIBUS通信控制基础 182 一、工厂自动化网络结构 182 二、PROFIBUS通信概述 182 三、PROFIBUS硬件 184 四、应用PROFIBUS的优点 187 五、设备数据库文件GSD 187 第二节 EM277的通信控制 191 一、EM277模块概述 191 二、EM277作为从站的硬件组态与软件编程 192 三、EM277模块的软件编程 196 第三节 化工厂现场仪表的通信控制 197 一、化工厂现场仪表概况 197 二、某化工厂现场仪表工程 199第八章 S7系列PLC分布式I/O应用 209 第一节 分布式I/O应用基础 209 一、概述 209 二、ET200的应用 212 三、ET200M的组成与安装 212 第二节 热轧工程ET200M硬件设计 216 一、钢铁热轧工程收集区概况 216 二、具体电气设计 217 第三节 热轧工程ET200M硬件配置 239 一、热轧工程的ET200M硬件配置 239 二、1#远程站的硬件配置 240 三、2#远程站的硬件配置 241 四、1#～7#远程站的SM模块配置 243 第四节 热轧工程ET200M软件编程 246 一、热轧工程收集区主程序 246 二、1#卸卷程序块 248 三、运卷程序块FC25 254参考文献 264
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