本书从基础和应用出发，全面系统介绍了西门子S7-1500 PLC编程及应用。全书内容分两部分：*部分为基础入门篇，主要介绍西门子S7-1500 PLC的硬件和接线，TIA博途软件的使用，PLC的编程语言、程序结构、编程方法与调试；第二部分为应用精通篇，包括西门子S7-1500 PLC的通信及其应用，西门子S7-1500 PLC的SCL和GRAPH编程，西门子人机界面（HMI）应用，西门子S7-1500 PLC的故障诊断的应用，西门子S7-1500 PLC工程应用，TIA博途软件的其他常用功能。本书可供从事西门子PLC技术学习和应用的人员使用，也可以作为高等院校相关专业的教材使用。

本书内容基于TIA博途软件平台全面系统介绍SIMATIC S7-1500PLC编程与应用，具有以下特点。 （1）内容由浅入深、由基础到应用，理论联系实际，既适合初学者学习使用，也可以供有一定基础的人结合书中大量的实例，深入学习西门子 S7-1500 PLC的工程应用。 （2）用实例引导读者学习。本书的内容全部用精选的例子来讲解，例如，用例子说明现场总线通信的实现全过程。同时所有的例子都包含软硬件的配置方案图、接线图和程序，而且为确保程序的正确性，程序已经在PLC上运行通过。 （3）二维码视频学习。对于比较复杂的例子，均配有学习资源，包含视频和程序源代码。读者可以用手机扫描书中的二维码观看相关视频，同时读者可以到出版社网站http://download.cip.com.cn中的配书资源一栏中下载书中所讲案例的程序源代码，对读者学习书本知识起到辅助作用。

随着计算机技术的发展，以可编程控制器、变频器调速、计算机通信和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电气控制系统，并广泛应用于各行业。德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商之一，生产的SIMATIC（西门子自动化）可编程控制器在欧洲处于领先地位，西门子PLC具有卓越的性能，因此在工控市场占有非常大的份额，应用十分广泛。SIMATIC S7-1500 PLC是西门子公司推出的一款中高端控制系统的PLC，除了包含多种创新技术之外，还设定了新标准，最大程度提高生产效率。无论是小型设备还是对速度和准确性要求较高的复杂设备装置，都一一适用。SIMATIC S7-1500 PLC 无缝集成到TIA 博途中，极大地提高了工程组态的效率。SIMATIC S7-1500 PLC控制系统相对比较复杂，想要入门并熟练掌握PLC的技术应用，对技术人员来说相对比较困难。为帮助读者系统掌握SIMATIC S7-1500 PLC编程及实际应用，我们在总结教学经验和工程实践的基础上，联合生产企业的相关技术人员，共同编写了本书。我们在编写过程中，除了全面系统地介绍西门子PLC技术的基础知识外，还结合实际应用，将一些生动的操作实例融入到书中，以提高读者的学习兴趣。本书具有以下特点。（1）内容由浅入深、由基础到应用，理论联系实际，既适合初学者学习使用，也可以供有一定基础的人结合书中大量的实例，深入学习西门子 S7-1500 PLC的工程应用。（2）用实例引导读者学习。本书的内容全部用精选的例子来讲解，例如，用例子说明现场总线通信的实现全过程。同时，所有的例子都包含软硬件的配置方案图、接线图和程序，而且为确保程序的正确性，程序已经在PLC上运行通过。（3）二维码视频学习。对于比较复杂的例子，均配有学习资源，包含视频和程序源文件。读者可以用手机扫描书中的二维码观看相关视频（视频为案例的操作步骤演示，无音频解说，只为辅助学习使用），同时读者可以扫描此处二维码下载书中所讲案例的程序源文件，对读者学习书本知识起到辅助作用。本书由向晓汉主编，曹英强副主编。全书共分12章，第1章由唐克彬编写；第2章由无锡雷华科技有限公司的欧阳思惠和陆彬编写；第3章由无锡雪浪环保科技有限公司的刘摇摇编写；第4～7章由无锡职业技术学院的向晓汉编写；第8章由无锡雪浪环保科技有限公司的王飞飞编写；第9章由无锡雪浪环保科技有限公司的曹英强编写；第10、11章由桂林电子科技大学的向定汉编写；第12章由苏高峰编写；付东升也参与了本书部分章节内容的编写工作。本书由无锡职业技术学院的林伟任主审。由于编者水平有限，不妥之处在所难免，敬请读者批评指正，编者将万分感激！编 者

第1篇 基础入门篇

第1章 可编程序控制器（PLC）基础 2

1.1 概述 2

1.1.1 PLC的发展历史 2

1.1.2 PLC的主要特点 3

1.1.3 PLC的应用范围 3

1.1.4 PLC的分类与性能指标 4

1.1.5 PLC与继电器系统的比较 5

1.1.6 PLC与微机的比较 5

1.1.7 PLC的发展趋势 6

1.1.8 国内PLC的应用 6

1.2 可编程序控制器的结构和工作原理 6

1.2.1 可编程序控制器的硬件组成 6

1.2.2 可编程序控制器的工作原理 10

1.2.3 可编程序控制器的立即输入、输出功能 11

第2章 SIMATIC S7-1500 PLC的硬件 12

2.1 SIMATIC S7-1500 PLC定位和性能特点 12

2.1.1 西门子SIMATIC控制器简介 12

2.1.2 SIMATIC S7-1500 PLC的性能特点 13

2.2 SIMATIC S7-1500 PLC常用模块及其接线 14

2.2.1 电源模块 14

2.2.2 SIMATIC S7-1500 PLC模块及其附件 15

2.2.3 SIMATIC S7-1500 PLC信号模块及其接线 22

2.2.4 SIMATIC S7-1500 PLC通信模块 33

2.2.5 SIMATIC S7-1500 PLC工艺模块及接线 33

2.2.6 SIMATIC S7-1500 PLC分布式模块 34

2.3 SIMATIC S7-1500 PLC的硬件安装 37

2.3.1 硬件配置 37

2.3.2 硬件安装 39

2.3.3 接线 40

第3章 TIA博途（TIA Portal）软件使用入门 42

3.1 TIA博途 (TIA Portal)简介 42

3.1.1 初识TIA博途 (TIA Portal) 42

3.1.2 安装TIA博途的软硬件条件 43

3.1.3 安装TIA博途软件的注意事项 44

3.1.4 安装和卸载TIA博途软件 45

3.2 TIA Portal视图与项目视图 51

3.2.1 TIA Portal视图结构 51

3.2.2 项目视图 52

3.2.3 项目树 54

3.3 创建和编辑项目 55

3.3.1 创建项目 55

3.3.2 添加设备 57

3.3.3 编辑项目（打开，保存，另存为，关闭，删除） 57

3.4 CPU参数配置 61

3.4.1 常规 61

3.4.2 PROFINET接口 62

3.4.3 启动 67

3.4.4 周期 68

3.4.5 通信负载 68

3.4.6 系统和时钟存储器 68

3.4.7 系统诊断 69

3.4.8 显示 69

3.4.9 保护 71

3.4.10 系统电源 72

3.4.11 连接资源 72

3.4.12 地址总览 72

3.5 S7-1500的I/O参数的配置 73

3.5.1 数字量输入模块参数的配置 73

3.5.2 数字量输出模块参数的配置 76

3.5.3 模拟量输入模块参数的配置 77

3.5.4 模拟量输出模块参数的配置 79

3.6 下载和上传 80

3.6.1 下载 80

3.6.2 上传 84

3.7 软件编程 87

3.7.1 一个最简单的程序的输入和编译 87

3.7.2 使用快捷键 89

3.8 打印和归档 90

3.8.1 打印 90

3.8.2 归档 90

3.9 用TIA博途创建一个完整的项目 93

3.10 使用帮助 101

3.10.1 查找关键字或者功能 101

3.10.2 使用指令 101

3.11 安装支持包和GSD文件 103

3.11.1 安装支持包 103

3.11.2 安装GSD文件 105

第4章 SIMATIC S7-1500 PLC的编程语言 107

4.1 SIMATIC S7-1500 PLC的编程基础知识 107

4.1.1 数制 107

4.1.2 数据类型 108

4.1.3 SIMATIC S7-1500 PLC的存储区 116

4.1.4 全局变量与区域变量 120

4.1.5 编程语言 120

4.2 变量表、监控表和强制表的应用 121

4.2.1 变量表（Tag Table） 121

4.2.2 监控表 124

4.2.3 强制表 126

4.3 位逻辑运算指令 128

4.4 定时器和计数器指令 137

4.4.1 SIMATIC定时器 137

4.4.2 IEC定时器 147

4.4.3 SIMATIC计数器 149

4.4.4 IEC计数器 152

4.5 移动操作指令 156

4.6 比较指令 159

4.7 转换指令 162

4.8 数学函数指令 169

4.9 移位和循环指令 178

4.10 字逻辑运算指令 182

4.11 程序控制指令 186

4.12 实例 188

4.12.1 电动机的控制 188

4.12.2 定时器和计数器应用 193

第5章 SIMATIC S7-1500 PLC的程序结构 196

5.1 TIA博途软件编程方法简介 196

5.2 函数、数据块和函数块 197

5.2.1 块的概述 197

5.2.2 函数（FC）及其应用 198

5.2.3 数据块（DB）及其应用 202

5.2.4 PLC定义数据类型（UDT）及其应用 205

5.2.5 函数块（FB）及其应用 207

5.3 多重背景 209

5.3.1 多重背景的简介 209

5.3.2 多重背景的应用 210

5.4 组织块（OB）及其应用 214

5.4.1 中断的概述 214

5.4.2 启动组织块及其应用 215

5.4.3 主程序（OB1） 216

5.4.4 循环中断组织块及其应用 216

5.4.5 时间中断组织块及其应用 218

5.4.6 延时中断组织块及其应用 220

5.4.7 硬件中断组织块及其应用 222

5.4.8 错误处理组织块 223

5.5 实例 224

第6章 SIMATIC S7-1500 PLC的编程方法与调试 227

6.1 功能图 227

6.1.1 功能图的画法 227

6.1.2 梯形图编程的原则 233

6.2 逻辑控制的梯形图编程方法 235

6.2.1 经验设计法 235

6.2.2 功能图设计法 236

6.3 SIMATIC S7-1500 PLC的调试方法 244

6.3.1 程序信息 244

6.3.2 交叉引用 247

6.3.3 比较功能 248

6.3.4 用变量监控表进行调试 251

6.3.5 用监控表进行调试 254

6.3.6 用强制表进行调试 257

6.3.7 使用PLCSIM软件进行调试 258

6.3.8 使用Trace跟踪变量 264

6.4 实例 266



第2篇 应用精通篇

第7章 SIMATIC S7-1500 PLC的通信及其应用 274

7.1 通信基础知识 274

7.1.1 通信的基本概念 274

7.1.2 PLC网络的术语解释 275

7.1.3 RS-485标准串行接口 277

7.1.4 OSI参考模型 278

7.2 现场总线概述 279

7.2.1 现场总线的概念 279

7.2.2 主流现场总线的简介 279

7.2.3 现场总线的特点 280

7.2.4 现场总线的现状 280

7.2.5 现场总线的发展 280

7.3 PROFIBUS通信及其应用 281

7.3.1 PROFIBUS通信概述 281

7.3.2 PROFIBUS总线拓扑结构 283

7.3.3 SIMATIC S7-1500 PLC与ET200MP的PROFIBUS-DP通信 285

7.3.4 SIMATIC S7-1500 PLC与SIMATIC S7-1500 PLC间的PROFIBUS-DP通信 291

7.4 以太网通信及其应用 298

7.4.1 以太网通信基础 298

7.4.2 SIMATIC S7-1500 PLC的以太网通信方式 301

7.4.3 SIMATIC S7-1500 PLC之间的OUC通信及其应用 302

7.4.4 SIMATIC S7-1500 PLC与S7-1200PLC之间的OUC通信及其应用 309

7.4.5 SIMATIC S7-1500 PLC之间的S7通信及其应用 315

7.4.6 SIMATIC S7-1500 PLC与S7-1200PLC之间的S7通信及其应用 320

7.4.7 SIMATIC S7-1500 PLC与远程IO模块的PROFINET IO通信及其应用 325

7.4.8 SIMATIC S7-1500 PLC之间的PROFINET IO通信及其应用 331

7.4.9 SIMATIC S7-1500 PLC之间的MODBUS TCP通信及其应用 335

7.4.10 SIMATIC S7-1500 PLC与S7-1200PLC之间的MODBU TCP通信及其应用 343

第8章 西门子PLC的SCL和GRAPH编程 349

8.1 西门子PLC的SCL编程 349

8.1.1 S7-SCL简介 349

8.1.2 S7-SCL程序编辑器 350

8.1.3 S7-SCL编程语言基础 351

8.1.4 寻址 357

8.1.5 控制语句 358

8.1.6 SCL块 360

8.1.7 S7-SCL应用举例 362

8.2 西门子PLC的GRAPH编程 367

8.2.1 S7-GRAPH简介 368

8.2.2 S7-GRAPH的应用基础 368

8.2.3 S7-GRAPH的应用举例 375

第9章 西门子人机界面（HMI）应用 379

9.1 人机界面简介 379

9.1.1 初识人机界面 379

9.1.2 西门子常用触摸屏的产品简介 379

9.1.3 触摸屏的通信连接 380

9.2 使用变量与系统函数 381

9.2.1 变量分类与创建 381

9.2.2 系统函数 382

9.3 画面组态 385

9.3.1 按钮组态 385

9.3.2 I/O域组态 387

9.3.3 开关组态 387

9.3.4 图形输入输出对象组态 389

9.3.5 时钟和日期的组态 390

9.3.6 符号I/O域组态 390

9.3.7 图形I/O域组态 391

9.3.8 画面的切换 393

9.4 用户管理 396

9.4.1 用户管理的基本概念 396

9.4.2 用户管理的组态 396

9.5 报警组态 400

9.5.1 报警组态简介 400

9.5.2 离散量报警组态 401

9.6 创建一个简单的HMI项目 403

9.6.1 一个简单的HMI项目技术要求描述 403

9.6.2 一个简单的HMI项目创建步骤 403

第10章 SIMATIC S7-1500 PLC的故障诊断技术 412

10.1 PLC控制系统的故障诊断概述 412

10.1.1 引发PLC故障的外部因素 412

10.1.2 PLC的故障类型和故障信息 413

10.1.3 PLC故障诊断方法 414

10.1.4 PLC外部故障诊断方法 414

10.1.5 SIMATIC S7-1500 PLC诊断简介 417

10.2 通过模块或者通道的LED灯诊断故障 418

10.2.1 通过模块的LED灯诊断故障 418

10.2.2 通过模块通道的LED灯诊断故障 419

10.3 通过TIA 博途软件的PG/PC诊断故障 419

10.4 通过PLC的Web服务器诊断故障 422

10.5 通过PLC的显示屏诊断故障 427

10.5.1 显示屏面板简介 427

10.5.2 用显示屏面板诊断故障 428

10.6 通过用户程序诊断故障 429

10.6.1 用LED指令诊断故障 429

10.6.2 用DeviceStates指令诊断故障 429

10.6.3 用ModuleStates指令诊断故障 432

10.7 通过报警指令诊断故障 434

10.8 在HMI上通过调用诊断控件诊断故障 439

10.9 利用WinCC诊断故障 441

10.10 通过自带诊断功能的模块诊断故障 446

第11章 SIMATIC S7-1500 PLC工程应用 449

11.1 啤酒灌装线系统的PLC控制 449

11.1.1 系统软硬件配置 450

11.1.2 编写程序 450

11.2 刨床的PLC控制 455

11.2.1 系统软硬件配置 455

11.2.2 编写程序 461

第12章 TIA博途软件的其他常用功能 466

12.1 移植 466

12.1.1 移植S7-300/400 PLC项目到TIA博途软件的必要条件 466

12.1.2 从S7-300/400 PLC的项目移植到SIMATIC S7-1500项目 467

12.1.3 从WinCC Flexible 2008项目移植到TIA博途软件 473

12.2 库功能 477

12.2.1 库的概念 477

12.2.2 项目库类型的使用 477

12.2.3 项目库主模板的使用 479

12.2.4 全局库的使用 480



参考文献 482