本书为应用型本科院校电气工程、自动化、机械设计制造及其自动化等专业教材。本书紧扣工业数智化转型背景，以西门子S7-1200 PLC为核心教学载体，采用项目式教学模式，构建"理论讲解—项目设计—思政浸润”一体化教学体系。全书分为概述篇、应用篇、提高篇三大模块，共设8个核心工程项目，涵盖PLC基础认知、TIA博途软件实操、位逻辑与功能指令、通信技术、PID控制、数字孪生与虚拟仿真系统设计等内容。每个项目以工业实际工艺场景为依托，从控制要求分析、方案设计出发，系统讲解软硬件配置、程序开发、HMI组态、系统调试与试运行全流程，配套电机控制、抢答器、传送带、交通灯、液位控制等典型虚拟仿真案例，强化学生对PLC技术的工程应用能力与系统设计思维。
朱万浩，男，1986年3月出生，华南理工大学电气工程专业硕士，现任广州城市理工学院电气工程学院副教授、党支部委员。具备工程师、二级建造师、一级建造师等职业资格，具有扎实的工程实践背景与丰富的教学经验。作者长期从事工业自动化、PLC技术、电气工程等方向的教学与科研工作，主持广东省教育科学规划课题、广东省课程思政示范项目等多项教研项目，获第四届全国高校电气类专业青年教师实践教学设计创新大赛一等奖、第二届全国电子信息类专业高校教师智慧教学案例竞赛二等奖、第四届广东省高校教师教学创新大赛三等奖等省部级以上奖励十余项。是中国机械工程学会高级会员、武汉（南方十一省）电工理论学会广东省分会理事、广东省机械工程学会锻压分会理事。作者在工业自动化领域具有深厚的理论功底与工程实践能力，曾多次指导学生参加国家级、省级竞赛并获奖，具备编写高质量工程实践类教材的能力与经验。
项目1 认识PLC 1
任务1.1 初步认识PLC 2
知识点1.1.1 PLC产生、发展与应用领域 2
知识点1.1.2 PLC分类和特点 4
知识点1.1.3 西门子S7系列PLC 7
【思政案例】破局“卡脖子”：国产PLC从“跟跑”到“并跑”的自强之路 12
任务1.2 PLC硬件结构 13
知识点1.2.1 中央处理器（CPU） 14
知识点1.2.2 信号模块（SM） 15
知识点1.2.3 信号板模块（SB） 18
知识点1.2.4 通信模块 19
知识点1.2.5 电源模块 21
知识点1.2.6 存储卡与输入仿真器 22
任务1.3 PLC工作原理、模式与编程语言 24
知识点1.3.1 PLC工作原理 24
知识点1.3.2 CPU工作模式 25
知识点1.3.3 PLC编程语言 27
思考与练习 31
项目2 TIA博途软件入门 33
任务2.1 TIA博途软件安装 34
知识点2.1.1 TIA博途软件介绍 34
知识点2.1.2 TIA博途STEP7安装 36
知识点2.1.3 TIA博途PLCSIM安装 40
任务2.2 博途PLC设计界面 42
知识点2.2.1 博途软件操作界面 42
知识点2.2.2 博途项目创建方法 51
【思政案例】工业软件“O破卡”之路：核心技术自主与智造强国使命 55
任务2.3 博途HMI设计 56
知识点2.3.1 西门子人机界面介绍 56
知识点2.3.2 HMI系统设计界面 58
知识点2.3.3 HMI系统组态方法 65
思考与练习 74
第二部分 应用篇
项目3 电机控制虚拟仿真系统设计 76
任务3.1 数据类型、存储区和寻址 77
知识点3.1.1 数据类型 77
知识点3.1.2 存储区 80
知识点3.1.3 寻址 81
任务3.2 位逻辑指令 83
知识点3.2.1 触点指令与线圈指令 83
知识点3.2.2 上升沿与下降沿指令 84
知识点3.2.3 置位、复位指令与触发器 84
任务3.3 字逻辑运算指令 86
知识点3.3.1 与、或、异或与求反码指令 86
知识点3.3.2 解码与编码 87
知识点3.3.3 选择、多路复用与多路分用指令 88
任务3.4 电机控制虚拟仿真系统设计 89
知识点3.4.1 电机启停虚拟仿真系统设计 89
知识点3.4.2 电机正反转虚拟仿真系统设计 95
【思政案例】互锁筑防线，安全无小事 102
思考与练习 104
项目4 抢答器虚拟仿真系统设计 105
任务4.1 程序结构 106
知识点4.1.1 组织块（OB） 107
知识点4.1.2 函数块（FB） 109
知识点4.1.3 函数（FC） 109
知识点4.1.4 数据块（DB） 110
【思政案例】以程序模块化，悟团队合作道 111
任务4.2 移动、移位与循环移位指令 112
知识点4.2.1 移动指令 112
知识点4.2.2 移位指令 114
知识点4.2.3 循环移位指令 115
任务4.3 抢答器虚拟仿真系统设计 115
知识点4.3.1 输入/输出（I/O）地址分配 115
知识点4.3.2 PLC控制程序设计 116
知识点4.3.3 HMI监控界面设计 123
知识点4.3.4 系统调试与试运行 127
【思政案例】千回调试铸匠心，万般精研守初心 129
思考与练习 130
项目5 传送带虚拟仿真系统设计 132
任务5.1 程序控制指令 133
知识点5.1.1 JMP、JMPN、Label与JMP_LIST指令 133
知识点5.1.2 SWITCH、RET与STP指令 135
知识点5.1.3 RE_TRIGR、RUNTIME、GET_ERROR、GET_ ERROR_ID指令 137
任务5.2 定时器 138
知识点5.2.1 脉冲定时器 139
知识点5.2.2 接通延时定时器TON 139
知识点5.2.3 关断延时定时器TOF 140
知识点5.2.4 时间累加器TONR 141
【思政案例】精确定时守分秒，惜时笃行提效能 142
任务5.3 传送带虚拟仿真系统设计 143
知识点5.3.1 输入/输出（I/O）地址分配 143
知识点5.3.2 PLC控制程序设计 143
知识点5.3.3 HMI监控界面设计 150
知识点5.3.4 系统调试与试运行 154
【思政案例】界面设计融入人本，服务初心践于行 156
思考与练习 157
项目6 自动售货机虚拟仿真系统设计 159
任务6.1 数学函数与比较指令 160
知识点6.1.1 计算与四则运算指令 160
知识点6.1.2 递增、递减、最小值与最大值指令 162
知识点6.1.3 求余、取反、绝对值与限值指令 164
知识点6.1.4 指数、对数与三角函数等指令 165
知识点6.1.5 CMP等比较指令 168
【思政案例】严判阈值守技术规范，坚守底线铸职业初心 171
任务6.2 中断 171
知识点6.2.1 循环中断 172
知识点6.2.2 时间中断 174
知识点6.2.3 延时中断 176
知识点6.2.4 硬件中断 179
【思政案例】中断分级明先后之序，应急辨势分轻重之要 180
任务6.3 自动售货机虚拟仿真系统设计 182
知识点6.3.1 输入/输出（I/O）地址分配 182
知识点6.3.2 PLC控制程序设计 182
知识点6.3.3 HMI监控界面设计 188
知识点6.3.4 系统调试与试运行 192
思考与练习 194
第三部分 提高篇
项目7 交通灯虚拟仿真系统设计 196
任务7.1 PLC通信技术 197
知识点7.1.1 PROFINET IO通信 197
知识点7.1.2 S7协议通信 200
知识点7.1.3 TCP/IP协议开放式用户通信 208
任务7.2 PLC程序设计方法 214
知识点7.2.1 经验设计法 214
知识点7.2.2 顺序控制设计法 215
知识点7.2.3 使用置位复位指令的顺序控制设计方法 218
【思政案例】程序设计迭代优化，创新探索永无止境 220
任务7.3 计数器 221
知识点7.3.1 加计数器 222
知识点7.3.2 减计数器 222
知识点7.3.3 加减计数器 223
任务7.4 交通灯虚拟仿真系统设计 224
知识点7.4.1 输入/输出（I/O）地址分配 224
知识点7.4.2 PLC控制程序设计 225
知识点7.4.3 HMI监控界面设计 231
知识点7.4.4 系统调试与试运行 232
【思政案例】交通灯序明规则，法治修身行致远 234
思考与练习 235
项目8 基于Factory IO的液位控制虚拟仿真系统设计 237
任务8.1 认识Factory IO软件 238
知识点8.1.1 Factory IO介绍 238
知识点8.1.2 Factory IO界面 239
知识点8.1.3 部件设计 246
【思政案例】数字孪生赋智造，虚拟仿真助双碳 260
任务8.2 转换指令 261
知识点8.2.1 CONVERT指令 261
知识点8.2.2 ROUND和TRUNC指令 261
知识点8.2.3 SCALE_X和NORM_X指令 262
任务8.3 PID控制技术 263
知识点8.3.1 PID工作原理 263
知识点8.3.2 PID_Compact指令 266
知识点8.3.3 PID组态与调试 268
【思政案例】精准整定PID，辩证思维解难题 273
任务8.4 基于Factory IO的液位控制虚拟仿真系统设计 274
知识点8.4.1 博途PLC程序设计 274
知识点8.4.2 Factory IO画面设计 284
知识点8.4.3 HMI设计与仿真 288
思考与练习 292
参考文献 294
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