可編程控制器應用技術（高職）

本書以西門子公司的S7-200系列可編程控制器(PLC)為例，介紹了PLC的硬件結構和工作原理，PLC的存儲器數據類型、指令系統和編程軟件的使用方法，以及梯形圖的經驗設計法、根據繼電器電路圖設計梯形圖的方法和順序功能圖的編程方法。 ^[1]  這些設計方法很容易被初學者掌握，用它們可以迅速地設計出任意複雜的數字量控制系統的梯形圖。書中提供了大量的實驗內容，還介紹了PLC的人機界面、模擬量閉環控制、高速計數器、通信網絡、PLC通信程序的設計方法、PLC的參數設置、節省PLC輸入/輸出點數的方法、PLC控制系統的可靠性措施等。為方便教學和自學，各章均配有習題以供練習。

本書可作為大專院校工業自動化、電氣工程及其自動化、應用電子、計算機應用、機電一體化及其他有關專業的教材，也可供工程技術人員自學和作為培訓教材使用，對S7-200系列PLC的用户亦有很大的參考價值。 ^[1] 

第1章 可編程控制器概述 1

1.1 可編程控制器的產生和定義 1

1.2 PLC的特點與應用領域 2

1.2.1 PLC的特點 2

1.2.2 PLC的應用領域 3

1.3 PLC的分類 4

1.4 PLC與其他控制系統的比較 6

1.5 PLC的發展趨勢 8

習題 9

第2章 位操作指令 10

2.1 實訓1：電動機的正反轉控制 10

2.1.1 控制要求 10

2.1.2 資源分配 10

2.1.3 硬件接線 10

2.1.4 控制程序 11

2.2 位操作指令 12

2.2.1 觸點指令 12

2.2.2 線圈指令 13

2.2.3 觸點塊及堆棧操作指令 15

2.2.4 其他指令 15

2.3 相關知識：PLC的工作原理 16

2.3.1 PLC的硬件構成 16

2.3.2 PLC的編程元件 18

2.3.3 PLC尋址方式 23

2.3.4 PLC循環掃描原理 25

2.3.5 PLC的性能指標 28

2.4 實訓2：多地點控制 29

2.4.1 控制要求 29

2.4.2 資源分配 29

2.4.3 硬件接線 29

2.4.4 控制程序 30

習題 32 ^[1] 

第3章 定時器與計數器指令 33

3.1 實訓3：交通信號燈控制 33

3.1.1 控制要求 33

3.1.2 資源分配 34

3.1.3 控制程序 34

3.2 定時器與計數器指令 35

3.2.1 定時器指令 35

3.2.2 計數器指令 38

3.3 相關知識：西門子PLC的硬件資源 40

3.3.1 西門子PLC的發展 40

3.3.2 PLC的安裝 41

3.3.3 PLC的工作模式 43

3.3.4 CPU模塊技術指標 44

3.3.5 擴展模塊 48

3.4 實訓4：全自動洗衣機的控制 50

3.4.1 基本原理 50

3.4.2 控制要求 51

3.4.3 資源分配 52

3.4.4 控制程序 52

習題 55

第4章 數據處理指令 57

4.1 實訓5：天塔之光 57

4.1.1 控制要求 57

4.1.2 資源分配 57

4.1.3 控制程序 57

4.2 數據處理類指令 60

4.2.1 數據傳送指令 60

4.2.2 字節交換/填充指令 60

4.2.3 移位指令 61

4.2.4 比較指令 62

4.3 相關知識：PLC的指令系統 63

4.3.1 S7-200指令集 63

4.3.2 邏輯分析法編程 64

4.3.3 經驗法編程 65

4.3.4 順序控制設計法 67

4.4 實訓6：台車的呼叫控制 67

4.4.1 工藝過程與控制要求 67

4.4.2 PLC硬件安排及資源分配 67

4.4.3 程序編制 68

習題 70 ^[1] 

第5章 步進指令 71

5.1 實訓7：機械手的控制 71

5.1.1 控制要求 71

5.1.2 資源分配 72

5.1.3 控制程序 72

5.2 程序控制類指令 77

5.2.1 系統控制類指令 77

5.2.2 跳轉、循環指令 79

5.2.3 子程序調用指令 80

5.2.4 順序控制指令 83

5.3 相關知識：PLC的編程軟件 89

5.3.1 PLC的編程語言 89

5.3.2 PLC的程序結構 91

5.3.3 編程軟件STEP 7-Micro/Win 91

5.3.4 PLC編程規約 105

5.3.5 PLC仿真軟件 107

5.4 實訓8：運料小車的控制 109

5.4.1 控制要求 109

5.4.2 解決方案 109

習題 114

第6章 PLC人機界面 115

6.1 實訓9：搶答器的設計 115

6.1.1 控制要求 115

6.1.2 要求分析 115

6.1.3 梯形圖編程 116

6.2 八段數碼管的驅動 117

6.2.1 LED基本知識 117

6.2.2 八段數碼管的驅動 118

6.3 文本顯示器 119

6.3.1 文本顯示器概述 119

6.3.2 TD200的組態 121

6.3.3 文本顯示器的操作 129

6.4 觸摸屏與組態軟件 133

6.5 相關知識：字符串指令 137

6.6 實訓10：天塔之光的塔層顯示 138

習題 141

第7章 PLC在機械加工中的應用 142

7.1 PLC在Z3040搖臂鑽牀控制中的 應用 142

7.1.1 Z3040搖臂鑽牀電器設備的分佈及分工 142

7.1.2 Z3040搖臂鑽牀繼電器原理圖解讀 144

7.1.3 Z3040搖臂鑽牀的PLC控制方案 145 ^[1] 

7.2 PLC在X62W銑牀控制中的應用 147

7.2.1 X62W銑牀的加工運動及電氣分工 147

7.2.2 X62W萬能銑牀繼電控制電路圖解讀 149

7.2.3 X62W萬能銑牀PLC控制方案 151

習題 153

第8章 PLC在電梯控制中的應用 155

8.1 電梯的構造及控制要求 155

8.1.1 電梯的構造 155

8.1.2 電梯控制要求 156

8.2 PLC在高速計數器定位電梯控制 中的應用 157

8.2.1 光電編碼器與高速計數器 158

8.2.2 基於高速計數器的轎廂位置 161

8.2.3 內呼外喚及定向信號的獲取 162

8.2.4 表功能指令 163

8.2.5 停層信號的獲取 164

8.2.6 採用模糊控制原理的平層控制 165

8.3 相關知識：中斷與高速處理指令 166

8.3.1 中斷程序與中斷指令 166

8.3.2 高速處理指令 171

習題 177

第9章 PLC在恆壓供水中的應用 178

9.1 恆壓供水系統的基本構成 178

9.2 變頻器及其控制 180

9.2.1 變頻器的基本結構 180

9.2.2 變頻器的分類及工作原理 181

9.2.3 變頻器的操作方式及使用 182

9.3 EM235的配置及應用 183

9.3.1 EM235的性能指標 183

9.3.2 EM235的配置及校準 185

9.3.3 EM235的安裝使用 188

9.4 PLC的PID控制 189

9.4.1 PID參數及其整定 189

9.4.2 PID指令 191

9.5 PLC控制的恆壓供水泵站實例 193

9.5.1 控制系統的I/O點及地址分配 194

9.5.2 PLC系統選型 194

9.5.3 電氣控制系統原理圖 195

9.5.4 系統程序設計 197

9.6 相關知識：數據處理類指令 205

9.6.1 數據轉換指令 205 ^[1] 

9.6.2 SIMATIC整數數學運算指令 210

9.6.3 SIMATIC浮點數數學運算指令 212

9.6.4 SIMATIC邏輯運算指令 213

9.6.5 讀、寫實時時鐘指令 214

習題 215

第10章 可編程控制器的網絡控制 216

10.1 實訓11：網絡讀寫控制 216

10.1.1 控制要求 216

10.1.2 地址設置 216

10.1.3 資源分配 216

10.1.4 控制程序 217

10.2 計算機通信簡介 218

10.2.1 通信方式 218

10.2.2 網絡結構 220

10.2.3 開放系統互連模型 221

10.2.4 IEEE802通信標準 222

10.2.5 網絡配置 223

10.3 西門子工業網絡 224

10.3.1 工業網絡系統結構 224

10.3.2 現場總線的國際標準 225

10.3.3 西門子工業網絡 227

10.4 S7-200的通信方式與通信參數 的設置 231

10.4.1 S7-200的通信方式 231

10.4.2 S7-200通信的硬件選擇 232

10.4.3 網絡部件 233

10.4.4 自由端口通信 235

10.4.5 在編程軟件中安裝與刪除通信接口 237

10.4.6 計算機使用的通信接口參數的設置 237

10.4.7 網絡性能與優化 238

10.5 PLC的通信指令 239

10.5.1 S7-200的網絡通信協議 239

10.5.2 網絡讀寫指令 241

10.5.3 發送指令與接收指令 242

10.6 PLC與Modbus計算機通信 250

10.6.1 Modbus從站協議 250

10.6.2 Modbus從站協議指令 252

10.6.3 使用Modbus從站協議的PLC程序設計 253

10.6.4 Modbus RTU通信幀的結構 254

10.7 S7-200與變頻器的通信 257

10.7.1 MM440/420變頻器簡介 258

10.7.2 USS通信協議 258

10.7.3 USS協議指令 259

10.7.4 MM420變頻器的參數設置 263 ^[1] 

10.8 調制解調器模塊EM241簡介 264

習題 266

第11章 淬火機控制系統設計 268

11.1 液壓淬火機的構造及控制要求 268

11.1.1 液壓系統的組成及功能 268

11.1.2 電氣控制系統的組成 269

11.1.3 系統控制要求 271

11.2 淬火機PLC軟件設計 272

11.2.1 PLC資源分配 272

11.2.2 系統控制流程圖 273

11.2.3 自動控制時序圖 273

11.2.4 梯形圖 274

11.2.5 系統改進措施 279

習題 280

第12章 PLC系統設計 281

12.1 PLC系統設計的主要內容 281

12.1.1 PLC控制系統設計的基本原則 281

12.1.2 PLC控制系統設計的主要內容 282

12.1.3 程序設計的步驟 282

12.1.4 系統調試 286

12.2 節省I/O點數的方法 289

12.2.1 節省輸入點數的方法 289

12.2.2 節省輸出點數的方法 291

12.3 PLC系統的抗干擾措施 293

12.3.1 抑制電源系統引入的干擾 293

12.3.2 抑制I/O電路引入的干擾 294

12.3.3 PLC的接地 294

12.4 配方 295

12.4.1 配方的基本概念 295

12.4.2 用配方向導生成配方集 295

12.4.3 在用户程序中讀出和修改配方 297

12.5 PLC的測試及維護 297

12.5.1 可編程控制器的測試 297

12.5.2 可編程控制器的日常維護 298

習題 299

附錄 300

附錄A S7-200的特殊存儲器(SM)標誌位 300

附錄B S7-200的SIMATIC指令集簡表 304

附錄C S7-200的錯誤代碼 310

附錄D PLC常用縮略語 312

參考文獻 315 ^[1]