德国西门子S7-200版PLC技术与套用理实一体化教程

本书以德国西门子S7-200 PLC为样机、基于“任务引领型课程”开发方法而编写。它凸显工学结合、学用一致、理实并重、“教、学、做”一体化的现代教学特色，从注重对职教学生进行高素质和高技能培养与提高的实用角度出发，将课程教学目标分解为11个学习任务：用PLC实现对电动机的“启-保-停”控制；用PLC实现对电动机的正反可逆运行控制；用PLC实现对电动机/△减压启动控制；自动轧钢机的PLC控制；小车自动往返运行的PLC控制；城市路口交通指挥灯的PLC控制；抢答器PLC的控制；搬运机械手PLC控制系统设计；典型工具机成套设备的PLC控制改造设计；PLC实现通信功能套用；PLC在温度控制过程中的套用。每一个任务又科学构建了“任务引入、任务分析、知识连结、任务实施、知识扩展、技能拓展（做一做）、思维拓展、思考与练习”等多个环节，使学生完成资讯、计画、决策、实施、检查、评价等一个完整的工作过程；经过教师启发式理论教学和学生们的强化实践训练，理实一体、师生互动，最终完成本课程的教学目标。本教程可作为职业教育院校相关专业教材及参考书；也适宜教学、科研和工矿企事业单位的工程技术人员学习参考，更是一部实用的自学专业教材。

序前言任务1用PLC实现对电动机的“启-保-停”控制【知识点】【能力目标】11任务引入12任务分析13知识连结131继电器控制基础132初识可程式序控制器（PLC）133S7-200 PLC快速入门134STEP7.Micro/WIN编程软体简介135PLC最常用的几条顺控指令14任务实施141I/O分配142绘製PLC硬体接线图及硬体连线143设计梯形图程式144电路工作过程分析145程式的编写、下载及运行调试15知识扩展151PLC硬体结构152PLC的工作原理153PLC的主要性能指标154PLC的安装与配线16技能拓展做一做：试进行一台电动机同时具有点动和长动控制的PLC改造设计161控制要求162操作过程163评价标準17思考与练习任务2用PLC实现对电动机的正反转可逆运行控制【知识点】【能力目标】21任务引入22任务分析23知识连结231S7-200PLC的13大编程元（器）件232S7-200PLC其他几条最常用的顺控指令233PLC梯形图的编程规则与技巧24任务实施241I/O分配242绘製PLC硬体接线图及硬体连线243设计PLC控制的流程图244使用编程软体编写用户控制程式25知识扩展251升级版STEP7.Micro/WIN 4.0编程软体的概述252升级版STEP7.Micro/WIN 4.0编程软体的使用26技能拓展做一做：试进行工具机工作檯自动循环控制的PLC改造设计、安装与调试261控制要求262操作过程263评价标準27思考与练习任务3用PLC实现对电动机Y/△减压启动控制【知识点】【能力目标】31任务引入32任务分析33知识连结331S7200系列PLC的定时器指令332S7200系列PLC的计数器指令333S7200系列PLC的逻辑堆叠操作指令34任务实施341I/O分配342绘製PLC硬体接线图及硬体连线343设计梯形图程式344电路工作过程分析35知识扩展351电动机串电阻减压启动和反接制动电路的PLC综合控制352三级带运输机PLC控制36技能拓展做一做：试进行电动机单管能耗制动控制电路的PLC控制361控制要求362操作过程363评价标準37思维拓展与实例:3台电动机Y/△减压正序启动逆序停止的PLC综合控制38思考与练习任务4自动轧钢机的PLC控制【知识点】【能力目标】41任务引入42任务分析43知识连结431RS触发器指令432边沿脉冲指令433NOT和NOP指令434结束及暂停指令44任务实施441I/O分配442绘製PLC硬体接线图及硬体连线443设计梯形图程式444程式调试与运行45知识扩展451数据比较指令452数据移位指令46技能拓展做一做：天塔之光的PLC控制461控制要求462操作过程463评价标準47思维拓展与实例471水塔水位的PLC自动控制472汽车清洗机的PLC自动控制473採用比较指令实现对三级带运输机控制的PLC程式474艺术彩灯的PLC控制48思考与练习任务5小车自动往返运行的PLC控制【知识点】【能力目标】51任务引入52任务分析53知识连结531顺序控制与顺序控制设计法532状态转移图533S7-200 PLC的顺序控制指令54任务实施541进行PLC的输入/输出点分配542画出PLC的硬体接线图543画出小车往返控制的状态图544画出小车往返控制的顺序功能图，设计PLC顺序控制梯形图程式545程式调试与运行55知识扩展551顺序功能图中转换实现的基本规则552绘製顺序功能图时的注意事项553顺序控制设计法的本质554仅有两步小闭环的处理56技能拓展做一做：两种液体混合的PLC控制561控制要求562操作过程563评价标準57思维拓展与实例571小车的複杂往返控制572大小球分拣传送设备的PLC控制573三种液体混合的PLC控制58思考与练习任务6城市路口交通指挥灯的PLC控制【知识点】【能力目标】61任务引入62任务分析63知识连结631S7-200 PLC系统中常用的基本控制电路环节632识读PLC梯形图和指令语句表的方法和步骤64任务实施641採用一般方法实现642採用顺序控制法实现65知识扩展：PLC控制系统的设计651PLC控制系统设计概要652PLC的接口电路设计653PLC的电源电路设计66技能拓展做一做：造粒机摇振的PLC控制设计661控制要求662设计过程663评价标準67思维拓展与实例671城市交通灯的另一种PLC有序控制672混凝土搅拌设备的PLC控制系统设计68思考与练习任务7四组抢答器的PLC控制【知识点】【能力目标】71任务引入72任务分析73知识连结731解码和编码指令732七段显示解码指令733跳转指令734循环指令735调用子程式指令736数据传送指令74任务实施741I/O分配742绘製PLC硬体接线图及硬体连线743编辑符号表744设计梯形图程式745程式调试与运行75知识扩展：PLC在工业套用中的若干注意问题751PLC型号选择与硬体配置的确定752降低PLC控制系统硬体费用的方法753提高PLC控制系统可靠性的措施76技能拓展做一做：简易四层电梯PLC控制实践761简要说明762实验板简介763简易电梯的控制功能764I/O分配表765编写PLC控制程式766评价标準77思维拓展与实例：较複杂四层电梯实验模型的PLC控制实验771本实验的宗旨772电梯实验模型结构简介773电梯控制要求774输入/输出电缆信号与I/O分配775电梯PLC控制可进行的实验内容776电梯PLC控制实验的参考程式78思考与练习任务8搬运机械手PLC控制系统设计【知识点】【能力目标】81任务引入82任务分析83知识连结831时钟指令832表功能指令833开关量控制系统的控制方式834複杂控制系统的设计方法84任务实施841PLC机型选择与I/O分配842建立记忆体变数分配表843PLC控制程式设计85知识扩展851增/减指令852乘/除指令853数据类型转换指令854PID迴路指令855模拟量输入/输出模组(EM235)86技能拓展做一做:双恆压无塔供水PLC控制系统设计861双恆压无塔供水的工艺过程862系统的控制要求863控制系统的I/O点及地址分配864PLC系统选型865系统的电气控制原理图866系统控制程式设计867评价标準87思维拓展与实例：具有多工况选择功能的搬运机械手PLC控制系统设计88思考与练习任务9典型工具机成套设备的PLC控制改造设计【知识点】【能力目标】91任务引入92任务分析93知识连结931C650型普通卧式车床的电气控制系统932利用PLC对工具机控制进行技术改造的基本思路933利用PLC对工具机控制进行技术改造的常用方法934将工具机电路图转换成为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图的主要步骤935识读和分析工具机PLC控制梯形图和语句表程式的常用方法和主要步骤94任务实施941PLC的I/O配置及接线942C650卧式工具机PLC控制的梯形图程式943电路工作过程分析95知识扩展：C5225型立式车床的PLC控制改造设计951C5225型立式车床的机械结构和主要运动952电控特点及拖动要求953C5225型立式车床的电气控制电路图954C5225型立式车床PLC控制系统设计96技能拓展做一做：Z3040摇臂钻床的PLC控制改造设计961控制要求962操作过程963评价标準97思维拓展与实例971B2012A型龙门刨床的电气与PLC控制972组合工具机的电气与PLC控制系统设计98思考与练习任务10PLC实现通信功能套用【知识点】【能力目标】101任务引入102任务分析103知识连结1031通信技术简介1032通信参数设定1033网路读/写命令1034网路读/写命令嚮导104任务实施1041利用NETR/NETW指令编程实现1042使用指令嚮导实现105知识拓展1051西门子的工业自动化通信网路1052S7200的串列通信网路1053S7200的通信指令106技能拓展做一做：PLC与印表机的通信1061S7200与印表机的连线图1062PLC与印表机的通信程式1063评价标準107思维拓展与实例1071多台S7200PLC实现PPI通信1072利用S7200的自由通信口从条形码接收数据1073利用S7200的自由通信口控制数据机1074利用S7200的自由通信口向上位机传送实时信息108思考与练习任务11PLC在温度控制过程中的套用【知识点】【能力目标】111任务引入112任务分析113知识连结1131高速计数器1132子程式1133中断服务程式114任务实施1141确定外围I/O设备1142选定PLC型号，编制编程元件地址分配表1143画出PLC接线图1144设计PLC控制程式115知识扩展：TD 200文本显示和操作界面简介1151TD 200概述1152TD 200的组态1153TD 200的操作1154TD 200套用举例116技能拓展做一做：养护窑中温度的桌球控制系统设计1161控制要求1162硬体设计1163程式设计1164评价标準117思维拓展与实例1171养护窑的PWM控制系统设计1172养护窑的PID控制系统设计118思考与练习附录附录AS7-200 PLC参考信息附录BS7-200系列PLC的系统配置附录CS7-200系列PLC的常用指令附录DS7-200特殊存储器(SM)标誌位附录ES7-200的错误代码附录FS7-200的SIMATIC指令集速查简表参考文献

本教程是国家重点职业示範学校建设“十二五”规划教材和精品课程配套教材，是海南省三亚高级技工学校所承担的国家职业教育改革发展示範学校建设计画项目（项目编号：HN201002）任务书中的重点建设任务之一。PLC是一种新型的具有极高可靠性的通用工业自动化控制装置。它以微处理器为核心，有机地将计算机技术、微电子技术、自动化控制技术及通信技术融为一体。它可以取代传统的“继电器-接触器”控制系统实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数等各种功能，大型高档PLC还能像微型计算机（PC）那样进行数字运算、数据处理、模拟量调节以及联网通信等。它具有高可靠性、灵活通用、编程简单、使用方便、控制能力强、易于扩展等优点，是当今工业控制的主要手段和重要的自动化控制设备，已广泛套用于机械製造、工具机、冶金、採矿、建材、石油、化工、汽车、电力、造纸、纺织、装卸、环境保护等各行各业，已在全球形成了强大的产业市场；已经分别超过了DCS、智慧型控制仪表、IPC等工控设备的市场份额。可以说，到目前为止，无论从可靠性上，还是从套用领域的广度和深度上，还没有任何一种控制设备能够与PLC相媲美。在工业控制领域，PLC技术与数控技术、CAD/CAM以及机器人技术是现代工业生产自动化的四大支柱并跃居榜首；尤其在机电一体化产品中的套用更越来越广泛，已成为改造和研发机电一体化产品最理想的首选控制器；其套用的深度和广度也代表了一个国家工业现代化的先进程度。随着中国日趋成为世界的加工中心，各类加工基地的建设，生产线、加工设备和加工中心的启用，PLC工程控制系统的套用还将进一步扩大。因此，学习PLC系统的意义十分重大，用好PLC的意义更为深远；学用PLC技术来实现对现代工程设备的稳定可靠控制、提升产品的竞争力，已成为目前推动这一技术发展的主要驱动力量。也是当今职业教育机电类学生必须要掌握的一项岗位技能。本教程的编写充分体现了职业教育的特点和理实一体化课程的内涵。它以实践操作的素质能力培养为主线，贯彻理论知识 “以实用为主、服务于实践”的教学原则。从培养PLC技工和技师的角度出发，按照“综合的技术套用能力”的要求，以就业岗位为引导，将教学目标设计为11个相对独立又完整的项目（学习单元），即用PLC实现对电动机的“启-保-停”控制；用PLC实现对电动机的正反可逆运行控制；用PLC实现对电动机/△减压启动控制；自动轧钢机的PLC控制；小车自动往返运行的PLC控制；城市路口交通指挥灯的PLC控制；抢答器PLC的控制；搬运机械手PLC控制系统设计；典型工具机成套设备的PLC控制改造设计；PLC实现通信功能套用；PLC在恆温控制过程中的套用。遵从成长规律，任务从简单到複杂，知识由基础到实用，技能从基本到综合，实现理论知识与实践知识的综合，让技能和知识“骨肉相连”。每一个任务又科学构建了“任务引入、任务分析、知识连结、任务实施、知识扩展、技能拓展（做一做）、思维拓展、思考与练习”等多个环节，使学生完成资讯、计画、决策、实施、检查、评价等一个完整的工作过程；搭建了“指导优先和构建优先融合”的架构；任务典型真实，每一个任务有着不同技能与知识要求，在工作任务的首段清晰地表达，明确任务，明确要求，带着任务学习，由相应实践设备完成任务，学习成就感强，整个任务的完成，形成较全面与系统的编程控制系统设计能力。同时也方便因材施教，根据学生的不同层次，灵活选用不同的工作任务（学习单元），设计构建不同的教学过程。本教程的编写是三亚高级技工学校创建国家级重点技术学校、国家中等职业教育改革发展示範建设学校、国家高技能人才培养示範基地的标誌性成果之一；也是三亚高级技工学校“十二五”新一轮发展规划所确定的“倾力打造职业航母，着手申办三亚技师学院和三亚职业技术学院，大力开展理实一体化教学，创建精品课程和样板教材”之急需。该教程的编写既是编者多年来从事教学研究和科研开发实践经验的概括和总结，又博採了目前各教材和着作之精华，参加该教程编写工作的有高安邦教授（策划、选题、立项、制定编写大纲、前言、任务10、附录和参考文献等）、刘曼华高级讲师/高级技师（任务9、11）、高家宏高级实习指导教师（任务7、8）、高鸿升讲师/工程师（任务5、6）、杜开星助讲（任务1、2）、王海丽助讲（任务3、4）。全书由海南省三亚高级技工学校特聘教授、哈尔滨理工大学教授、硕士生导师高安邦主持编写和负责统稿；聘请了曾荣获全国职教突出贡献奖及中国技工院校杰出校长称号的海南省三亚高级技工学校校长石磊、荣获了2012年第十一届国家技能人才培育突出贡献奖的副校长张晓辉、人事处长董泽斯进行审稿和作序，他们对本书的编写提供了大力支持并提出了宝贵的编写意见；淮安信息职业技术学院的硕士/青年讲师杨帅、薛岚、陈银燕、关士岩、陈玉华、毕洁廷、赵冉冉、刘晓艳、王玲、姚薇和学生邱少华、王宇航、马鑫、邱一启、张纺、武婷婷、司雪美、朱颖、陆智华、余彬等也为本书做了大量的辅助性工作；在此表示最衷心的感谢！该书的编写得到了海南省三亚高级技工学校、哈尔滨理工大学、淮安信息职业技术学院的大力支持，在此也表示最真诚的感激之意！任何一本新书的出版都是在认真总结和引用前人知识和智慧的基础上创新发展起来的，本书的编写无疑也参考和引用了许多前人优秀教材与研究成果的结晶和精华。在此向本书所参考和引用的资料、文献、教材和专着的编着者表示最诚挚的敬意和感谢！鑒于编者的水平和经验有限，书中错误、疏漏、不足之处肯定不少，恳请读者和专家们不吝批评指正，以便今后更好地完善、充实和提高。