西門子 S7-1200/1500 PLC 學習手冊－基於 LAD 和 SCL 編

第1 篇基礎入門篇
第1 章可編程式控制器（PLC）基礎 2
1.1概述 2
1.1.1PLC 的發展史 2
1.1.2PLC 的主要特點 3
1.1.3PLC 的應用範圍 3
1.1.4PLC 的分類與性能指標 4
1.1.5PLC 與繼電器系統的比較 5
1.1.6PLC 與微電腦的比較 5
1.1.7PLC 的發展趨勢 6
1.1.8國內PLC 的應用 6
1.2PLC 的結構與工作原理 7
1.2.1PLC 的硬體組成 7
1.2.2PLC 的工作原理 10
1.2.3PLC 的立即輸入、輸出功能 12
第2 章S7-1200 PLC 的硬體 13
2.1S7-1200 PLC 概述 13
2.1.1西門子PLC 簡介 13
2.1.2S7-1200 PLC 的性能特點 14
2.2S7-1200 PLC 常用模組及其接線 15
2.2.1S7-1200 PLC 的CPU 模組及接線 16
2.2.2S7-1200 PLC 數位量擴充模組及接線 21
2.2.3S7-1200 PLC 類比量模組 25
2.2.4S7-1200 PLC 訊號板及接線 31
2.2.5S7-1200 PLC 通訊模組 33
2.2.6其他模組 33
第3 章S7-1500 PLC 的硬體 35
3.1S7-1500 PLC 的性能特點 35
3.2S7-1500 PLC 常用模組及其接線 36
3.2.1電源模組 36
3.2.2S7-1500 PLC 的CPU 模組及其配件 37
3.2.3S7-1500 PLC 訊號模組及其接線 45
3.2.4S7-1500 PLC 通訊模組 55
3.2.5S7-1500 PLC 製程模組及接線 56
3.2.6S7-1500 PLC 分散式模組 57
3.3S7-1500 PLC 的硬體安裝 60
3.3.1硬體配置 60
3.3.2硬體安裝 62
3.3.3接線 63
第4 章TIA 博途（Portal）軟體使用入門 65
4.1TIA 博途軟體簡介 65
4.1.1初識TIA 博途軟體 65
4.1.2安裝TIA 博途軟體的軟硬體條件 66
4.1.3安裝TIA 博途軟體的注意事項 67
4.1.4安裝和卸載TIA 博途軟體 68
4.2TIA Portal 視圖與專案視圖 74
4.2.1TIA Portal 視圖結構 74
4.2.2項目視圖 75
4.2.3項目樹 77
4.3建立和編輯項目 78
4.3.1創建項目 78
4.3.2添加設備 79
4.3.3編輯項目（開啟、儲存、另存為、關閉和刪除） 81
4.4CPU 參數配置 83
4.4.1常規 83
4.4.2PROFINET 介面 83
4.4.3啟動 89
4.4.4週期 90
4.4.5通訊負載 90
4.4.6系統和時鐘記憶體 90
4.4.7系統診斷 91
4.4.8顯示 92
4.4.9保護 93
4.4.10系統電源 94
4.4.11連結資源 94
4.4.12地址總覽 95
4.5S7-1500的I/O 參數配置 95
4.5.1數位量輸入模組參數的配置 95
4.5.2數位量輸出模組參數的配置 98
4.5.3類比輸入模組參數的配置 99
4.5.4類比量輸出模組參數的配置 101
4.6下載和上傳 102
4.6.1下載 102
4.6.2上傳 105
4.7軟體編程 108
4.7.1一個簡單程式的輸入與編譯 108
4.7.2使用快捷鍵 110
4.8列印和歸檔 111
4.8.1列印 111
4.8.2歸檔 112
4.9用TIA 博途軟體創建一個完整的專案 114
4.10使用幫助 121
4.10.1找關鍵字或功能 121
4.10.2使用幫助 122
4.11安裝支援包和GSD 檔案 123
4.11.1安裝支援包 123
4.11.2安裝GSD 檔案 125
第5 章S7-1200/1500 PLC 的程式語言 127
5.1S7-1200/1500 PLC 的程式設計基礎 127
5.1.1數制 127
5.1.2資料類型 128
5.1.3S7-1200/1500 PLC 的儲存區 136
5.1.4全域變數與區域變數 141
5.1.5程式語言 141
5.2變數表、監控表和強製表的應用 142
5.2.1變數表 142
5.2.2監控表 145
5.2.3強製表 149
5.3位元邏輯運算指令 150
5.4定時器和計數器指令 161
5.4.1SIMATIC 定時器 161
5.4.2IEC 定時器 170
5.4.3SIMATIC 計數器 173
5.4.4IEC 計數器 177
5.5移動操作指令 180
5.6比較指令 185
5.7轉換指令 188
5.8數學函數指令 195
5.9移位和循環指令 204
5.10字邏輯運算指令 209
5.11程序控制指令 213
5.12實例 214
5.12.1電動機的控制 214
5.12.2定時器和計數器應用 221
第6 章S7-1200/1500 PLC 的程式結構 225
6.1TIA 博途軟體程式設計方法簡介 225
6.2函數、資料塊和函數塊 226
6.2.1塊的概述 226
6.2.2函數（FC）及其應用 227
6.2.3資料塊（DB）及其應用 232
6.2.4PLC 定義資料型態（UDT）及其應用 236
6.2.5函數塊（FB）及其應用 238
6.3多重背景 241
6.3.1多重背景的簡介 241
6.3.2多重背景的應用 242
6.4組織塊（OB）及其應用 247
6.4.1中斷的概述 247
6.4.2啟動組織塊及其應用 248
6.4.3主程式（OB1） 249
6.4.4循環中斷組織塊及其應用 249
6.4.5時間中斷組織塊及其應用 251
6.4.6延時中斷組織塊及其應用 253
6.4.7硬體中斷組織塊及其應用 255
6.4.8錯誤處理組織塊 255
6.5實例 257
第7 章S7-1200/1500 PLC 的程式方法與調試 261
7.1功能圖 261
7.1.1功能圖的畫法 261
7.1.2梯形圖程式設計的原則 267
7.2邏輯控制的梯形圖程式設計方法 268
7.2.1經驗設計法 268
7.2.2功能圖設計法 270
7.3S7-1500 PLC 的調試方法 280
7.3.1程序資訊 280
7.3.2交叉引用 282
7.3.3比較功能 283
7.3.4用變數表進行調試 286
7.3.5用監控表進行調試 290
7.3.6用強製表進行調試 293
7.3.7使用PLCSIM 軟體進行調試 295
7.3.8使用Trace 追蹤變數 300
7.4實例 303
第8 章西門子PLC 的SCL 與GRAPH 程式設計 310
8.1西門子PLC 的SCL 程式設計 310
8.1.1S7-SCL 簡介 310
8.1.2S7-SCL 程式編輯器 311
8.1.3S7-SCL 程式語言基礎 312
8.1.4尋址 318
8.1.5控制語句 321
8.1.6SCL 塊 323
8.1.7S7-SCL 應用範例 323
8.2西門子PLC 的GRAPH 編程 331
8.2.1S7-GRAPH 簡介 331
8.2.2S7-GRAPH 應用基礎 332
8.2.3S7-GRAPH 應用舉例 338
第2 篇應用精通篇
第9 章S7-1200/1500 PLC 的通訊及其應用 344
9.1通信基礎知識 344
9.1.1通信的基本概念 344
9.1.2PLC 網路的術語解釋 345
9.1.3RS-485 標準串列介面 347
9.1.4OSI 參考模型 348
9.2現場匯流排概述 349
9.2.1現場匯流排的概念 349
9.2.2主流現場匯流排的簡介 349
9.2.3現場匯流排的特性 350
9.2.4現場匯流排的現況 350
9.2.5現場匯流排的發展 350
9.3PROFIBUS 通訊及其應用 351
9.3.1PROFIBUS 通訊概述 351
9.3.2PROFIBUS 匯流排拓樸結構 352
9.3.3S7-1500 PLC 與ET200MP 的PROFIBUS-DP 通訊 355
9.3.4S7-1500 PLC 與S7-1500 PLC 間的PROFIBUS-DP 通訊 360
9.4乙太網路通訊及其應用 366
9.4.1乙太網路通訊基礎 366
9.4.2S7-1500 PLC 的乙太網路通訊方式 369
9.4.3S7-1500 PLC 之間的OUC 通訊及其應用 370
9.4.4S7-1500 PLC 與S7-1200 PLC 之間的OUC 通訊（TCP）及其應用 377
9.4.5S7-1200 PLC 與S7-1200 PLC 之間的OUC 通訊（UDP）及其應用 383
9.4.6S7-1500 PLC 之間的S7 通訊及其應用 392
9.4.7S7-1500 PLC 與S7-1200 PLC 之間的S7 通訊及其應用 398
9.4.8S7-1500 PLC 與遠端IO 模組的PROFINET IO 通訊及其應用 402
9.4.9S7-1500 PLC 之間的PROFINET IO 通訊及其應用 409
9.4.10S7-1500 PLC 之間的MODBUS TCP 通訊及其應用 412
9.4.11S7-1500 PLC 與S7-1200 PLC 之間的MODBUS TCP 通訊及其應用 421
9.5串行通訊 426
9.5.1S7-1200 PLC 與S7-1200 PLC 之間的Modbus RTU 通訊 426
9.5.2S7-1200 PLC 與SINAMICS G120變頻器之間的USS 通訊 433
第10 章製程功能及其應用 442
10.1PLC 的高速計數器及其應用 442
10.1.1高速計數器簡介 442
10.1.2高速計數器的應用 445
10.2PLC 在運動控制的應用 451
10.2.1運動控制簡介 451
10.2.2伺服控制簡介 452
10.2.3S7-1200 PLC 的運動控制功能 453
10.2.4S7-1200 PLC 的運動控制指令 454
10.2.5S7-1200 PLC 的運動控制實例 456
10.3PWM 471
10.3.1PWM 功能簡介 471
10.3.2PWM 功能應用範例 471
10.4PLC 在製程控制的應用 475
10.4.1PID 控制原理簡介 475
10.4.2PID 控制器的參數整定 478
10.4.3PID 指令簡介 480
10.4.4PID 控制應用 481
第11 章西門子人機介面（HMI）應用 491
11.1人機介面簡介 491
11.1.1初識人機介面 491
11.1.2西門子常用觸控螢幕的產品簡介 491
11.1.3觸控螢幕的通訊連接 492
11.2使用變數與系統函數 493
11.2.1變數分類與創建 493
11.2.2系統函數 494
11.3畫面組態 497
11.3.1按鈕組態 497
11.3.2I/O 域組態 499
11.3.3開關組態 500
11.3.4圖形輸入輸出物件組態 502
11.3.5時鐘和日期的組態 502
11.3.6符號I/O 域組態 503
11.3.7圖形I/O 域組態 504
11.3.8畫面的切換 506
11.4用戶管理 509
11.4.1使用者管理的基本概念 509
11.4.2用戶管理的群組態 509
11.5警報組態 514
11.5.1警報組態簡介 514
11.5.2離散量警報組態 515
11.6建立一個簡單的HMI 專案 518
11.6.1一個簡單的HMI 專案技術要求描述 518
11.6.2一個簡單的HMI 專案建立步驟 518
第12 章S7-1200/1500 PLC 的故障診斷技術 527
12.1PLC 控制系統的故障診斷概述 527
12.1.1引發PLC 故障的外在因素 527
12.1.2PLC 的故障類型和故障訊息 528
12.1.3PLC 故障診斷方法 529
12.1.4PLC 外部故障診斷方法 529
12.1.5S7-1500 PLC 診斷簡介 533
12.2透過模組或通道的LED 燈診斷故障 533
12.2.1透過模組的LED 燈診斷故障 533
12.2.2通過模組通道的LED 燈診斷故障 534
12.3透過TIA 博途軟體的PG/PC 診斷故障 534
12.4透過PLC 的Web 伺服器診斷故障 536
12.5透過PLC 的顯示器診斷故障 541
12.5.1顯示面板簡介 541
12.5.2用顯示面板診斷故障 541
12.6透過用戶程式診斷故障 542
12.6.1用LED 指令診斷故障 543
12.6.2用DeviceStates 指令診斷故障 544
12.6.3用ModuleStates 指令診斷故障 546
12.7透過警報指令診斷故障 548
12.8在HMI 上透過呼叫診斷控制項診斷故障 552
12.9利用WinCC 診斷故障 555
12.10透過自帶診斷功能的模組診斷故障 559
12.11利用診斷面板診斷故障 562
12.12透過SIMATIC Automation Tool 診斷故障 563
12.12.1SIMATIC Automation Tool 功能 563
12.12.2SIMATIC Automation Tool 診斷故障 564
第13 章TIA 博途軟體的其他常用功能 566
13.1移植 566
13.1.1移植S7-300/400 PLC 專案到TIA 博途軟體的必要條件 566
13.1.2從S7-300/400 PLC 的項目移植到S7-1500 PLC 項目 567
13.1.3從WinCC Flexible 2008 專案移植到TIA 博途軟體 572
13.2庫功能 576
13.2.1庫的概念 576
13.2.2項目庫類型的使用 576
13.2.3專案庫主範本的使用 578
13.2.4全域庫的使用 579
第14 章S7-1200/1500 PLC 工程應用 581
14.1送料小車自動往復運動的PLC 控制 581
14.1.1系統軟硬體配置 582
14.1.2編寫程式 583
14.2啤酒填充線系統的PLC 控制 587
14.2.1系統軟硬體配置 587
14.2.2編寫程式 588
14.3刨床的PLC 控制 593
14.3.1系統軟硬體配置 593
14.3.2編寫程式 599
參考文獻 604