西门子S PLC编程及使用指南（第2版）

S7-1200 PLC上市多年,在工业自动化控制领域得到了广泛的应用。S7-1200 PLC集成了高速脉冲计数、PID、运动控制等功能，在中小型PLC控制系统中具有工程集成度高，实现简单的特点。同时借助西门子新一代框架结构的TIA博途软件，可在同一开发环境下组态开发PLC、HMI和驱动系统等，统一的数据库使各个系统之间轻松、快速地进行互连互通，真正达到了控制系统的全集成自动化。
本书深入浅出地介绍了在TIA博途V14 SP1环境下如何组态和使用S7-1200 PLC的PROFINET、PROFIBUS、Modbus RTU、Modbus TCP通信，以及编程、Web服务器、PID控制、高速计数、运动控制、轨迹追踪等功能，并且在每章都汇总了应用中的常见问题，为读者答疑解惑。
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本书适合新手快速入门，可供有一定经验的工程师借鉴和参考，也可用作大专院校相关专业师生的培训教材。

序
Preface
前言
缩略语
第1章TIA博途软件概述1
11TIA博途软件简介1
12TIA博途软件构成1
121TIA博途STEP 71
122TIA博途 WinCC2
13TIA博途软件的安装2
131硬件要求2
132支持的操作系统3
133兼容性3
134安装步骤4
14TIA博途软件的卸载6
15TIA博途软件的授权管理8
151自动化授权管理器8
152许可证类型9
153安装许可证9
16TIA博途软件的界面10
161Portal视图10
162项目视图10
163项目树11
17TIA博途软件应用的常见问题12
第2章S71200 PLC硬件系统14
21CPU概述14
22信号模块与信号板18
221数字信号模块（SM）18
222数字信号板（SB）20
223模拟量概述21
224模拟信号模块（SM）23
225模拟信号板（SB）25
226模拟量输入电压和电流的测量
范围26
227模拟量输出电压和电流的测量
范围27
228热电偶（TC）和热电阻（RTD）
概述27
229热电偶和RTD模块28
23通信接口概述31
231PROFIBUS31
232RS232、RS422和RS48531
24附件31
241电池板31
242扩展电缆32
243输入仿真器32
244电位器模块33
245存储卡33
25本体 I/O 能力与电源计算33
26接线35
261CPU供电接线35
262CPU传感器电源接线36
263数字量信号接线36
27S71200 PLC硬件系统的常见问题41
第3章S71200 PLC的基本组态44
31新建项目和硬件组态44
311新建项目44
312硬件组态44
313网络组态46
32CPU参数属性的配置47
321常规47
322PROFINET 接口47
323数字量输入输出48
324模拟量50
325高速计数器52
326脉冲发生器52
327启动52
328循环53
329通信负载53
3210系统和时钟存储器53
3211Web服务器54
3212支持多种语言54
3213时间54
3214防护与安全55
3215组态控制57
3216连接资源57
3217地址总览57
33I/O扩展模块的参数配置58
34基本组态的常见问题58
第4章S71200 PLC编程基础61
41CPU的基本原理61
411CPU的工作模式61
412过程映像62
413存储器机制62
414优先级与中断63
42数据类型63
421基本数据类型63
422复杂数据类型64
423PLC数据类型（UDT）67
424VARIANT68
425系统数据类型（SDT）69
426硬件数据类型70
427数据类型转换72
43S71200 CPU的数据访问72
431地址区72
432寻址73
433全局常量与局部常量76
44用户程序77
441程序结构77
442组织块（OB）78
443数据块（DB）83
444函数（FC）84
445函数块（FB）85
45库功能88
451库的基本功能88
452全局库89
453项目库91
46编程基础的常见问题93
第5章S71200 PLC指令99
51基本指令99
511位逻辑运算99
512定时器操作99
513计数器操作101
514比较操作102
515数学函数103
516移动操作104
517转换操作106
518程序控制指令106
519字逻辑运算107
5110移位和循环107
5111基本指令的常见问题108
52扩展指令116
521日期和时间116
522字符串 字符117
523分布式IO118
524中断118
525报警119
526诊断119
527数据块函数120
528寻址120
529扩展指令的常见问题120
53配方123
531配方指令124
532配方操作步骤124
533配方示例124
534管理配方文件127
535配方功能的常见问题128
54数据日志129
541数据日志指令129
542数据日志操作步骤130
543数据日志示例130
544查看数据日志133
545数据日志的常见问题134
55组态控制136
551组态控制介绍136
552组态控制功能范围及操作步骤137
553组态控制示例137
第6章S71200 PLC基本调试142
61程序信息142
611调用结构142
612从属性结构142
613分配列表143
614资源143
615交叉引用144
616项目的编译145
617程序信息的常见问题146
62建立TIA博途软件与PLC的连接147
621设置或修改PG/PC接口148
622建立在线连接150
623显示和改变PLC的工作模式151
624显示和设置PLC时钟151
625重置为出厂设置151
63项目的下载与上传152
631项目的下载152
632项目上传156
633项目下载与上传的常见问题157
64监控与强制158
641创建监控表158
642变量的监控和修改158
643变量的强制159
65调试程序160
651调试LAD/FBD程序160
652调试SCL程序160
653调试数据块160
654调用环境功能162
655删除程序块163
66比较功能163
661离线/在线比较164
662离线/离线比较165
67TRACE（轨迹）166
671TRACE配置166
672TRACE使用及分析168
673存储卡模式172
68PLCSIM173
681PLCSIM基本内容173
682PLCSIM的使用175
683设备组态、SIM表及序列177
69存储卡的使用179
691程序模式180
692传送模式180
693更新固件模式181
694存储卡常见问题181
610固件更新182
6101TIA博途软件的“在线和诊断”
工具进行固件更新182
6102使用Web服务器进行固件
更新184
6103更新固件常见问题186
611访问保护187
6111设置CPU Web服务器访问密码
及实现访问保护187
6112设置PLC的程序块的访问保护
功能187
612打印和项目归档189
6121打印简介189
6122项目归档简介193
第7章S71200 PLC以太网通信195
71以太网通信概述195
711通信介质和网络连接195
712CPU集成以太网接口的通信功能
和连接资源196
713以太网通信的常见问题199
72S7通信199
721S7通信概述199
722PUT/GET指令199
723S7通信示例202
724S7通信的常见问题208
73OUC通信210
731OUC通信概述210
732OUC通信指令211
733OUC通信示例218
734OUC通信的常见问题225
74Modbus TCP 通信227
741Modbus TCP 通信概述227
742Modbus TCP 通信指令227
743Modbus TCP 通信示例232
744Modbus TCP通信的常见问题235
75PROFINET IO通信235
751PROFINET IO通信概述235
752S71200 CPU 作为IO控制器236
753S71200 CPU 作为智能设备239
754S71200 CPU 作为共享设备244
755不带可更换介质时支持设备
更换248
756PROFINET IO通信的常见问题249
76Web服务器250
761标准的Web服务器页面251
762用户自定义页面252
77安全的开放式用户通信256
771安全通信概述256
772用于安全通信的系统数据类型258
773安全OUC通信示例258
774安全OUC通信常见问题264
第8章S71200 PLC的PROFIBUS
通信268
81PROFIBUS 概述268
811PROFIBUS DP的访问机制268
812PROFIBUS 网络269
82S71200 PLC PROFIBUS 通信271
821S71200 PLC PROFIBUS通信
功能271
822S71200 PLC PROFIBUS DP通信
性能数据272
823PROFIBUS DP分布式I/O从站
通信272
824PROFIBUS DP智能从站通信273
825数据一致性279
83PROFIBUS通信的常见问题279
第9章S71200 PLC的串口通信280
91串行通信概述280
92串口通信模块和通信板281
921串口通信模块和通信板281
922串口通信模块和通信板特征及
接线282
923串口通信模块和通信板端口
硬件标识符286
924串口通信概览286
93自由口通信287
931自由口通信模块的端口参数
设置287
932自由口通信发送参数设置292
933自由口通信接收参数设置293
934自由口通信指令298
935自由口通信示例299
936自由口通信的常见问题302
94Modbus RTU通信304
941Modbus RTU基本原理304
942Modbus RTU通信指令305
943Modbus RTU通信示例311
944Modbus RTU通信的常见问题316
95USS通信317
951USS通信基本原理317
952USS通信指令318
953USS通信示例319
954USS通信的常见问题325
第10章S71200 PLC与HMI设备
的通信326
101S71200 PLC与HMI设备在同一个
项目中实现通信326
102S71200 PLC与HMI设备在不同的
项目中实现通信327
103通过OPC访问S71200 PLC329
1031OPC概述329
1032PC Access作为OPC Server
访问S71200 PLC330
1033SIMATIC NET作为OPC SERVER
访问S71200 PLC331
104HMI通信的常见问题336
第11章S71200 PID控制338
111PID指令调用338
112PID_Compact指令339
1121PID_Compact指令339
1122PID_Compact组态340
1123PID_Compact调试343
113PID_3Step指令块346
1131PID_3Step指令346
1132PID_3Step组态347
1133PID_3Step调试350
1134PID_3Step示例程序351
114PID_Temp指令352
1141PID_Temp指令参数352
1142PID_Temp组态354
1143PID_Temp自整定356
1144PID_Temp级联控制358
115典型曲线的调节360
116PID的常见问题361
第12章S71200 PLC工艺功能366
121高速计数器概述366
1211高速计数器计数测量369
1212高速计数器周期测量372
1213高速计数器频率测量372
1214高速计数器指令373
1215应用示例375
1216常见问题377
122运动控制379
1221运动控制简述379
1222开环运动控制388
1223闭环运动控制399
1224轴控制面板410
1225工艺对象命令表412
1226编程415
1227运动控制中常见问题421
123PWM控制423
1231PWM硬件组态423
1232PWM指令423
124CTRL_PTO425
1241硬件组态425
1242CTRL_PTO指令426
1243常见问题427
第13章S71200 PLC的诊断功能429
131LED指示灯的诊断429
132TIA博途软件的诊断430
1321“设备视图”的在线诊断430
1322“网络视图”的在线诊断432
1323“拓扑视图”的在线诊断432
1324CPU诊断缓冲区的诊断433
133SIMATIC HMI的诊断控件诊断434
134Web服务器的诊断436
135通过用户程序的诊断438
1351故障的诊断438
1352程序执行错误的诊断449
1353过程报警453
136诊断功能的常见问题456
附录寻求帮助458
附录1在线帮助系统458
附录2网站支持458
附录3移动设备“FA资料中心” App
支持459
参考文献460

前言
SIMATIC S71200 PLC是西门子TIA博途平台中的新一代基本型控制器。自2009年上市以来，SIMATIC S71200 PLC 因其紧凑的外观设计、灵活的硬件扩展、强大的通信能力和丰富的功能等特点，深受用户欢迎，已广泛应用于纺织、包装、太阳能、暖通空调、陶瓷、电池、电子装配、智能楼宇、物流、热网等行业。SIMATIC S71200 PLC适合中小型设备和简单工艺段的控制， 对于更为复杂的应用，可使用 SIMATIC S71500 PLC，不仅无缝集成了 SIMATIC S71200 PLC的功能，而且确保统一的工程平台，提高了工程组态及操作维护效率。
自《西门子S7-1200PLC编程及应用指南》一书出版之后，获得读者们的广泛欢迎，第2版与第1版相比，新增加了包括组态控制、安全的开放式用户通信以及高速脉冲输出端CTPL_PTO指令的使用，可满足更多用户的应用场景。同时本书所介绍的示例程序也更新为博途v151版本。
特别感谢西门子（中国）有限公司数字化工厂集团工厂自动化部产品总监莫瑞茨（Moritz Mauer）先生为本书撰写序言。同时，本书得到了西门子工厂自动化工程有限公司工业客户服务部客户服务中心相关领导及众多同事的大力支持和指导。本书由段礼才主编，参加编写的有黄文钰、王广辉、朱玮、庞开航，他们对本书的编写和审校付出了辛勤劳动，在此一并表示感谢。
无论您是学习使用SIMATIC S71200 PLC的初学者还是有一定使用经验的工程师，或是大中专院校相关专业的师生，《西门子S71200 PLC编程及使用指南》都可以给您提供借鉴和参考，为您在工程或设备方面的工作顺利完成助一臂之力。
由于本书编写时间仓促，书中错误和不足之处在所难免。诚请各位专家、学者、工程技术人员以及所有读者批评指正，谢谢！

工厂自动化部TIA PLC 团队主管刘力康2020年4月西门子