老向讲工控–PLC编程手册

本手册共分为5篇17章，内容包括：

第1篇 西门子S7-1200/1500 PLC硬件和指令系统介绍，包括S7-200系列PLC硬件、S7-1200/1500系列PLC接线、1200/1500系列PLC编译软件和1200/1500系列PLC指令系统，章节中还有典型的工程应用实例讲解。

第2篇 三菱FX PLC硬件和指令系统介绍，包括FX系列PLC硬件、FX系列PLC接线、FX系列PLC编译软件和FX系列PLC指令系统等，章节中还有典型的工程应用实例讲解。

第3篇 欧姆龙CP1 PLC硬件和指令系统介绍，包括CP1系列PLC硬件、CP1系列PLC接线、CP1系列PLC编译软件和CP1系列PLC指令系统等，章节中还有典型的工程应用实例讲解。

第4篇 常用 PLC高级应用，包括PLC的编程方法与调试、PLC在的通信中应用（详尽讲解了自由口通信、MODBUS—RTU通信、PROFIBUS通信、并行通信、N:N通信、CC-LINK通信、USS通信、PU通信、S7通信、OUC通信和PROFINET）、PLC在运动控制中的应用和PLC在过程控制中的应用。

第5篇 PLC工程应用案例。这部分包括了PLC在工程应用中常见的重点和难点内容，是本书具特色的部分。

 

 

本书从PLC编程基础出发，以案例引导学习的方式，结合视频讲解，全面系统地介绍了西门子S7-1200/1500 PLC、三菱FX系列PLC和欧姆龙CP1系列PLC的编程和工程应用。全书共分为五个部分，前三部分主要讲解4种常用PLC的硬件和接线、编程软件的使用和PLC的编程语言；第四部分为高级应用篇，主要讲解PLC的编程方法与调试、PLC的通信、PLC在过程控制和运动中的应用；第五部分为PLC的工程应用案例。

本书采用双色图解，内容全面丰富，重点突出，且注重实用性，几乎每章都配有典型的实用案例，大部分实例都有详细的软、硬件配置清单，并配有接线图和程序，读者可以模仿学习。对重点和复杂内容还配有100多个微课视频，方便读者学习。

本书可供从事PLC编程及应用的工控技术人员学习和参考，也可作为大中专院校机电类、信息类专业的参考书和工具书。

 

第1 篇　西门子PLC 编程及应用

第1 章  西门子S7-1200 PLC 的硬件 2

1.1　西门子S7-1200 PLC 概述 2

1.1.1　西门子PLC 简介 2

1.1.2　西门子S7-1200 PLC 的性能特点 4

1.2　西门子S7-1200 PLC 常用模块及其接线4

1.2.1　西门子S7-1200 PLC 的CPU 模块及其接线 5

1.2.2　西门子S7-1200 PLC 数字量扩展模块及其接线 10

1.2.3　西门子S7-1200 PLC 模拟量模块14

1.2.4　西门子S7-1200 PLC 信号板及其接线19

1.2.5　西门子S7-1200 PLC 通信模块 20

1.2.6　其他模块21

第2 章  西门子S7-1500 PLC 的硬件 22

2.1　西门子S7-1500 PLC 的性能特点22

2.2　西门子S7-1500 PLC 常用模块及其接线23

2.2.1　电源模块23

2.2.2　西门子S7-1500 PLC 的CPU 模块及其附件24

2.2.3　西门子S7-1500 PLC 信号模块及其接线31

2.2.4　西门子S7-1500 PLC 通信模块41

2.2.5　西门子S7-1500 PLC 工艺模块及其接线41

2.2.6　西门子S7-1500 PLC 分布式模块43

2.3　西门子S7-1500 PLC 的硬件安装44

2.3.1　硬件配置45

2.3.2　硬件安装46

2.3.3　接线48

第3章  TIA博途（Portal）软件使用入门 50

3.1　TIA博途（Portal）软件简介50

3.1.1　初识TIA博途（Portal）软件50

3.1.2　安装TIA博途软件的软硬件条件52

3.1.3　安装TIA博途软件的注意事项53

3.1.4　安装和卸载TIA博途软件53

3.2　TIA Portal视图与项目视图60

3.2.1　TIA Portal视图结构60

3.2.2　项目视图60

3.2.3　项目树62

3.3　创建和编辑项目63

3.3.1　创建项目63

3.3.2　添加设备65

3.3.3　编辑项目（打开、保存、另存为、关闭和删除）66

3.4　CPU参数配置68

3.4.1　常规69

3.4.2　PROFINET接口69

3.4.3　启动74

3.4.4　循环75

3.4.5　通信负载75

3.4.6　系统和时钟存储器75

3.4.7　系统诊断77

3.4.8　显示77

3.4.9　保护78

3.4.10　系统电源79

3.4.11　连接资源80

3.4.12　地址总览80

3.5　西门子S7-1500 PLC的I/O参数的配置80

3.5.1　数字量输入模块参数的配置81

3.5.2　数字量输出模块参数的配置83

3.5.3　模拟量输入模块参数的配置84

3.5.4　模拟量输出模块参数的配置85

3.5.5　在“设备概览”选项卡中进行模块参数的配置87

3.6　编译、下载、上传和检测87

3.6.1　编译87

3.6.2　下载89

3.6.3　上传 93

3.6.4　硬件检测 96

3.7　软件编程 98

3.7.1　一个简单程序的输入和编译98

3.7.2　使用快捷键100

3.8　打印和归档101

3.8.1　打印101

3.8.2　归档103

3.9　用TIA博途软件创建一个完整的项目104

3.10　使用帮助111

3.10.1　查找关键字或者功能111

3.10.2　使用帮助112

3.11　安装支持包和GSD文件113

3.11.1　安装支持包113

3.11.2　安装GSD文件114

第4章  西门子S7-1200/1500 PLC的编程语言 116

4.1　西门子S7-1200/1500 PLC的编程基础知识116

4.1.1　数制116

4.1.2　数据类型118

4.1.3　西门子S7-1200/1500 PLC的存储区126

4.1.4　全局变量与区域变量132

4.1.5　编程语言132

4.2　变量表、监控表和强制表的应用133

4.2.1　变量表133

4.2.2　监控表137

4.2.3　强制表140

4.3　位逻辑运算指令141

4.4　定时器和计数器指令151

4.4.1　IEC定时器151

4.4.2　SIMATIC定时器161

4.4.3　IEC计数器165

4.4.4　SIMATIC计数器168

4.5　移动操作指令170

4.6　比较指令174

4.7　转换指令176

4.8　数学函数指令179

4.9　移位和循环指令189

4.10　字逻辑运算指令196

4.11　实例198

4.11.1　电动机的控制198

4.11.2　定时器和计数器应用203

第5章  西门子S7-1200/1500 PLC的程序结构 209

5.1　TIA博途软件编程方法简介209

5.2　函数、数据块和函数块210

5.2.1　块的概述210

5.2.2　函数（FC）及其应用211

5.2.3　数据块（DB）及其应用216

5.2.4　PLC定义数据类型（UDT）及其应用220

5.2.5　函数块（FB）及其应用222

5.3　多重背景225

5.3.1　多重背景的简介225

5.3.2　多重背景的应用226

5.4　组织块（OB）及其应用230

5.4.1　中断的概述230

5.4.2　启动组织块及其应用232

5.4.3　主程序（OB1）232

5.4.4　循环中断组织块及其应用233

5.4.5　时间中断组织块及其应用234

5.4.6　延时中断组织块及其应用236

5.4.7　硬件中断组织块及其应用238

5.4.8　错误处理组织块239

5.5　实例240

第2篇　三菱PLC编程及应用

第6章  三菱FX系列PLC的硬件 246

6.1　三菱可编程控制器简介246

6.1.1　三菱可编程控制器系列246

6.1.2　三菱FX系列可编程控制器的特点247

6.2　三菱FX系列PLC基本单元及其接线247

6.2.1　三菱FX系列PLC基本单元介绍247

6.2.2　三菱FX系列PLC基本单元的接线249

6.3　三菱FX系列PLC的扩展单元和扩展模块及其接线253

6.3.1　三菱FX系列PLC扩展单元及其接线253

6.3.2　三菱FX系列PLC扩展模块及其接线257

6.4　三菱FX系列PLC的模拟量模块及其接线258

6.4.1　三菱FX系列PLC模拟量输入模块（A/D）258

6.4.2　三菱FX系列PLC模拟量输出模块（D/A）264

6.4.3　三菱FX系列PLC模拟量输入输出模块267

第7章  三菱FX系列PLC的编程软件GX Works 270

7.1　GX Works编程软件的安装270

7.1.1　GX Works编程软件的概述270

7.1.2　GX Works编程软件的安装271

7.1.3　GX Works编程软件的卸载274

7.2　GX Works编程软件的使用275

7.2.1　GX Works编程软件工作界面的打开275

7.2.2　创建新工程276

7.2.3　保存工程276

7.2.4　打开工程276

7.2.5　改变程序类型278

7.2.6　程序的输入方法278

7.2.7　连线的输入和删除281

7.2.8　注释281

7.2.9　程序的复制、修改与清除284

7.2.10　软元件查找与替换286

7.2.11　常开常闭触点互换288

7.2.12　程序转换290

7.2.13　程序检查290

7.2.14　程序的下载和上传291

7.2.15　远程操作（RUN/STOP）294

7.2.16　在线监视295

7.2.17　当前值更改295

7.2.18　设置密码296

7.2.19　仿真 298

7.2.20　PLC诊断299

7.3　用GX Works建立一个完整的项目300

第8章  三菱FX系列PLC的指令及其应用 307

8.1　三菱FX系列PLC的编程基础307

8.1.1　数制307

8.1.2　编程语言简介307

8.1.3　三菱FX系列PLC内部软组件309

8.1.4　存储区的寻址方式320

8.2　三菱FX系列PLC的基本指令321

8.2.1　输入指令与输出指令（LD、LDI、OUT）321

8.2.2　触点的串联指令（AND、ANI）321

8.2.3　触点并联指令（OR、ORI）322

8.2.4　脉冲式触点指令（LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF）323

8.2.5　脉冲输出指令（PLS、PLF）323

8.2.6　置位与复位指令（SET、RST）325

8.2.7　逻辑反、空操作与结束指令（INV、NOP、END）326

8.3　基本指令应用326

8.3.1　单键启停控制（乒乓控制）326

8.3.2　定时器和计数器应用327

8.3.3　取代特殊继电器的梯形图330

8.3.4　电动机的控制331

8.4　三菱FX系列PLC的功能指令339

8.4.1　功能指令的格式340

8.4.2　传送指令341

8.4.3　程序流指令343

8.4.4　四则运算指令346

8.4.5　移位和循环指令349

8.4.6　数据处理指令350

8.4.7　高速处理指令352

8.4.8　方便指令353

8.4.9　外部I/O设备指令354

8.4.10　外部串口设备指令355

8.4.11　浮点数运算指令356

8.4.12　触点比较指令358

8.5　功能指令应用实例360

8.6　步进梯形图指令370

8.7　模拟量模块相关指令应用实例372

8.7.1　FX2N-4AD模块372

8.7.2　FX2N-4DA模块373

8.7.3　FX3U-4AD-ADP模块376

8.7.4　FX3U-3A-ADP模块378

第3篇　欧姆龙PLC编程及应用

第9章  欧姆龙CP1系列PLC的硬件 382

9.1　欧姆龙CP1系列PLC382

9.1.1　欧姆龙CP1系列PLC模块简介382

9.1.2　欧姆龙CP1系列PLC的性能特点383

9.2　欧姆龙CP1系列PLC的CPU模块及其接线383

9.2.1　欧姆龙CP1系列PLC的 CPU模块383

9.2.2　欧姆龙CP1L系列PLC的CPU的接线388

9.3　欧姆龙CP1系列PLC的扩展模块391

9.3.1　数字量I/O扩展模块391

9.3.2　模拟量I/O扩展模块393

9.3.3　其他扩展模块396

9.4　电源需求计算398

9.4.1　I/O配置398

9.4.2　电源需求计算398

第10章  欧姆龙CP1系列PLC编程软件CX-One 399

10.1　CX-One软件包的介绍399

10.2　CX-Programmer编程软件的安装400

10.2.1　CX-Programmer编程软件概述400

10.2.2　CX-Programmer编程软件的安装步骤401

10.3　CX-Programmer的使用405

10.3.1　CX-Programmer软件的打开405

10.3.2　CX-Programmer软件的界面介绍406

10.3.3　创建新工程 415

10.3.4　保存工程 416

10.3.5　打开工程 416

10.3.6　程序调试416

10.3.7　交叉引用表420

10.3.8　地址引用421

10.3.9　帮助菜单421

10.4　用CX-Programmer创建一个完整的工程421

10.5　CX-Simulator仿真软件426

10.5.1　仿真软件简介426

10.5.2　仿真软件CX-Simulator的使用426

第11章  欧姆龙CP1系列PLC的指令及其应用 428

11.1　欧姆龙CP1系列PLC的编程基础知识428

11.1.1　数据的存储类型428

11.1.2　I/O 存储器区域地址的指定方法428

11.1.3　欧姆龙 PLC 的编程语言432

11.2　基本逻辑指令433

11.2.1　时序输入指令433

11.2.2　时序输出指令438

11.3　定时器与计数器指令442

11.3.1　定时器指令442

11.3.2　计数器指令449

11.3.3　基本指令的应用实例453

11.4　功能指令460

11.4.1　比较指令461

11.4.2　数据传送指令464

11.4.3　移位与循环指令471

11.4.4　算术运算指令476

11.4.5　时钟及相关指令489

11.5　欧姆龙CP系列 PLC的时序控制指令及其应用496

11.5.1　NOP和END指令496

11.5.2　IL和ILC指令496

11.5.3　JMP和JME指令497

11.5.4　循环指令498

11.5.5　工序步进控制指令499

11.6　欧姆龙CP1系列PLC的子程序及其应用500

11.6.1　子程序指令501

11.6.2　功能块及其应用504

11.6.3　欧姆龙CP1系列PLC的中断功能508

11.6.4　欧姆龙CP1系列PLC的中断指令510

11.6.5　欧姆龙CP1系列PLC的定时模式中断512

11.6.6　欧姆龙CP1系列PLC的直接输入模式中断514

第4篇　PLC编程高级应用

第12章  PLC的编程方法与调试 518

12.1　功能图与编程原则518

12.1.1　功能图的画法518

12.1.2　梯形图编程的原则524

12.2　逻辑控制的梯形图编程方法525

12.2.1　经验设计法525

12.2.2　功能图设计法 527

12.3　西门子S7-1200/1500 PLC的调试方法537

12.3.1　程序信息537

12.3.2　交叉引用540

12.3.3　比较功能541

12.3.4　用变量监控表进行调试543

12.3.5　用监控表进行调试547

12.3.6　用强制表进行调试550

12.3.7　使用PLCSIM软件进行调试552

12.3.8　使用Trace跟踪变量557

第13章  PLC的通信及其应用 561

13.1　通信基础知识561

13.1.1　通信的基本概念561

13.1.2　PLC网络的术语解释562

13.1.3　RS-485标准串行接口564

13.1.4　OSI参考模型565

13.2　现场总线概述566

13.2.1　现场总线的概念566

13.2.2　主流现场总线的简介566

13.2.3　现场总线的特点567

13.2.4　现场总线的现状567

13.2.5　现场总线的发展568

13.3　PROFIBUS 通信及其应用568

13.3.1　PROFIBUS 通信概述568

13.3.2　西门子S7-1500 PLC与ET200MP的PROFIBUS-DP通信 570

13.3.3　西门子S7-1500 PLC与西门子S7-1500 PLC之间的PROFIBUS-DP通信574

13.4　以太网通信及其应用582

13.4.1　以太网通信基础582

13.4.2　西门子S7-1500 PLC的以太网通信方式585

13.4.3　西门子S7-1500 PLC之间的OUC通信及其应用586

13.4.4　西门子S7-1500 PLC与西门子S7-1200 PLC之间的OUC通信（TCP）及其应用593

13.4.5　西门子S7-1500 PLC之间的S7通信及其应用599

13.4.6　西门子S7-1500 PLC与西门子S7-1200 PLC之间的Modbus TCP通信及其应用606

13.5　PROFINET IO通信及其应用614

13.5.1　PROFINET IO通信基础614

13.5.2　西门子S7-1200 PLC与分布式IO模块的PROFINET IO通信及其应用614

13.5.3　S7-1200 PLC之间的PROFINET IO通信及其应用620

13.6　串行通信及其应用624

13.6.1　S7-1200 PLC与S7-1200 PLC之间的Modbus RTU通信624

13.6.2　西门子S7-1200 PLC之间的自由口通信630

13.7　三菱FX系列PLC的N:N网络通信及其应用634

13.7.1　相关的标志和数据寄存器的说明635

13.7.2　参数设置635

13.7.3　实例讲解636

13. 8　无协议通信及其应用　637

13.8.1　无协议通信基础637

13.8.2　 西门子S7-200 SMART PLC与三菱FX系列PLC之间的无协议通信638

13.9　CC-Link通信及其应用　　641

13.9.1　CC-Link家族641

13.9.2　CC-Link通信的应用642

13.10　PLC与变频器通信及其应用　649

13.10.1　 西门子S7-1200 PLC与SINAMICS G120变频器之间的USS通信649

13.10.2　三菱FX3U PLC与 FR-E740变频器之间的PU通信656

第14章  PLC在运动控制中的应用 660

14.1　运动控制基础660

14.1.1　运动控制简介660

14.1.2　伺服控制简介660

14.2　西门子S7-1200/1500 PLC的运动控制功能及其应用662

14.2.1　西门子S7-1200/1500 PLC的运动控制功能662

14.2.2　西门子S7-1200/1500 PLC的运动控制指令663

14.2.3　西门子S7-1200 PLC的运动控制应用——速度控制666

14.2.4　西门子S7-1500 PLC的运动控制应用——位置控制672

14.2.5　西门子S7-1200 PLC的PWM功能689

14.3　三菱FX3U系列PLC的运动控制功能及其应用692

14.3.1　三菱FX系列PLC的运动控制功能介绍692

14.3.2　三菱FX系列PLC的高速脉冲输出指令应用693

14.3.3　三菱FX系列PLC运动控制应用——速度控制695

14.3.4　三菱FX PLC运动控制应用——位置控制698

14.4　欧姆龙CP1系列PLC的运动控制功能及其应用701

14.4.1　欧姆龙CP1系列PLC运动控制功能介绍702

14.4.2　欧姆龙CP1系列PLC的高速脉冲输出指令应用703

14.4.3　欧姆龙CP1系列PLC运动控制应用707

第15章  PLC在过程控制中的应用 711

15.1　PID控制简介711

15.1.1　PID控制原理简介711

15.1.2　PID控制器的参数整定 714

15.1.3　PID指令简介716

15.2　用西门子S7-1500 PLC对电炉进行温度控制717

第16章  高速计数器功能及其应用 726

16.1　西门子S7-1200/1500 PLC的高速计数器及其应用726

16.1.1　西门子S7-1200/1500 PLC高速计数器的简介726

16.1.2　西门子S7-1200 PLC高速计数器的应用731

16.1.3　西门子S7-1500 PLC高速计数器的应用738

16.2　三菱FX系列PLC的高速计数器及其应用744

16.2.1　三菱FX系列PLC高速计数器的简介744

16.2.2　三菱FX系列PLC高速计数器的应用746

16.3　欧姆龙CP1系列PLC的高速计数器及其应用749

16.3.1　欧姆龙CP1系列PLC高速计数器的简介749

16.3.2　高速计数器指令754

16.3.3　CP1 PLC高速计数器的应用759

第5篇　PLC编程工程实践

第17章  PLC工程应用 764

17.1　送料小车自动往复运动的PLC控制 764

17.2　刨床的PLC控制773

17.3　剪切机的PLC控制783

17.4　物料搅拌机的PLC控制795

参考文献 805

 

随着计算机技术的发展，以可编程控制器（PLC）、变频器、伺服驱动系统和计算机通信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控制系统，并广泛应用于各个行业。其中，西门子、三菱和欧姆龙PLC及其变频器、触摸屏和伺服驱动系统具有卓越的性能，且有很高的性价比，因此在工控市场占有非常大的份额，应用十分广泛。笔者之前出过一系列西门子及三菱PLC方面的图书，内容全面实用，深受读者欢迎，并被很多学校选为教材。近年来，由于工控技术不断发展，产品更新换代，性能得到了进一步提升，为了更好地满足读者学习新技术的需求，我们组织编写了这套全新的“老向讲工控”丛书。

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（1）内容全面，知识系统。既适合初学者全面掌握PLC编程，也适合有一定基础的读者结合实例深入学习工控技术。

（2）实例引导学习。大部分知识点采用实例讲解，便于读者举一反三，快速掌握工控技术及应用。

（3）案例丰富，实用性强。精选大量工程实用案例，便于读者模仿应用，重点实例都包含软硬件配置清单、原理图和程序，且程序已经在PLC上运行通过。

（4）对于重点及复杂内容，配有大量微课视频。读者扫描书中二维码即可观看，配合文字讲解，学习效果更好。

本书为《PLC编程手册》，内容从PLC编程基础出发，全面系统地介绍了S7-1200 /1500 PLC、三菱FX系列PLC和欧姆龙CP1系列PLC的编程和工程应用，基本涵盖了工控市场应用比较广泛的主流机型。在编写过程中，将PLC共性部分合并讲解，各种PLC机型特色部分分别讲解。将常用的4种机型内容合并为一本手册，便于读者掌握各种机型的PLC，特别在通信部分、运动控制部分、过程控制部分和工程应用部分，往往同一个例子，用多种机型PLC解题，非常适合读者掌握不同机型PLC的应用特色。

本书采用双色图解，内容新颖、先进、实用，并用较多的小例子引领读者编程入门，使读者能完成简单的工程；应用部分精选工程实际案例，供读者模仿学习，提高读者解决实际问题的能力。为了使读者能更好地掌握相关知识，我们特别邀请了教学经验丰富的高校老师及实践经验丰富的企业专家参与讨论、提供案例和编写工作，并配套丰富的视频资源，力求使读者通过学习本书能够快速掌握常用PLC的编程及应用。

全书共分为5篇17章，内容包括：

第1篇　西门子S7-1200/1500 PLC硬件和指令系统介绍，包括S7-1200/1500系列PLC前 言编程手册编程手册硬件、S7-1200/1500 系列 PLC 接线、S7-1200/1500 系列 PLC 编程软件和 S7-1200/1500 系列PLC 指令系统，章节中还有典型的工程应用实例讲解。

第 2 篇　三菱FX PLC硬件和指令系统介绍，包括FX系列PLC硬件、FX系列PLC接线、FX 系列 PLC 编程软件和 FX 系列 PLC 指令系统等，章节中还有典型的工程应用实例讲解。

第 3 篇　欧姆龙 CP1 PLC 硬件和指令系统介绍，包括 CP1 系列 PLC 硬件、CP1 系列PLC 接线、CP1 系列 PLC 编程软件和 CP1 系列 PLC 指令系统等，章节中还有典型的工程应

用实例讲解。

第 4 篇　常用 PLC 高级应用，包括 PLC 的编程方法与调试、PLC 的通信及其应用（详尽讲解了自由口通信、Modbus RTU 通信、PROFIBUS 通信、并行通信、N∶N 通信、CC-Link

通信、USS 通信、PU 通信、S7 通信、OUC 通信和 PROFINET 通信）、PLC 在运动控制中的应用和 PLC 在过程控制中的应用。

第 5 篇　PLC 工程应用案例。这部分包括 PLC 在工程应用中常见的重点和难点内容，是本书的特色部分。

本书由向晓汉任主编，商进任副主编。第 1 ～ 6 章由无锡职业技术学院的向晓汉编写；第 7 章由无锡雷华科技有限公司的陆彬编写；第 8、9、11、12、15、16 章由龙丽编写；第10 章由无锡雪浪环境有限公司的刘摇摇编写；第 13、14 章由无锡职业技术学院的商进博士编写；第 17 章由向定汉编写。参加编写的还有付东升和唐克彬。全书由无锡职业技术学院的林伟主审。

由于编者水平有限，不足之处在所难免，敬请读者批评指正，笔者将万分感激！

编者