PLC编程从入门到精通

1.将市场上常用的两种机型西门子S7-200 SMART 和三菱FX系列合并成一本书，其中共性部分合并讲解，特色部分分别讲解，便于读者同时掌握两种不同机型的PLC应用技术

2.内容由浅入深、由基础到应用，既适合初学者学习使用，也可供有一定基础的读者结合书中大量实例深入学习西门子和三菱PLC工程应用。

3.用实例引导读者学习。本书大部分章节采用精选的例子讲解，重点的例子都包含软、硬件配置清单、原理图和程序，且程序已经在PLC上运行通过。

4.二维码辅助学习。对重点和复杂内容，配有微课视频讲解，读者扫码即可观看，辅助学习书本知识

 

 

本书从PLC 编程基础和实用出发，全面详细地介绍了电气控制基础、西门子PLC 及三菱PLC 编程及应用技术。全书共分4 篇，第1 篇为PLC 编程基础，主要讲解电气控制基础和PLC 基础；第2、3 篇分别讲解西门子PLC 和三菱PLC 编程入门，包括硬件和接线、编程软件的使用和PLC 的编程语言；第4 篇为PLC 编程高级应用，包括PLC 的编程方法与调试、PLC 的工艺功能及应用、PLC 在运动控制中的应用、PLC 的通信及其应用以及PLC、触摸屏、变频器和伺服系统编程综合应用。

本书内容全面系统、重点突出，强调知识的实用性。为便于读者更深入理解并掌握西门子PLC、三菱PLC 编程及应用，本书配有大量实用案例，实例包括详细的软、硬件配置清单、原理图和程序，便于读者模仿学习。另外每章还配有习题供读者训练之用。

为方便读者学习，书中的重点和复杂内容还专门配有微课讲解，读者用手机扫描书中二维码即可观看相关视频，辅助学习书本知识。

本书可供从事PLC 技术学习和应用的人员使用，也可作为高等院校相关专业的教材。

 

第1篇　PLC 编程基础

第1章　电气控制基础  2

1.1　低压开关电器 2

1.1.1　刀开关 2

1.1.2　低压断路器 3

1.1.3　剩余电流保护电器 8

1.2　接触器 10

1.2.1　接触器的功能 10

1.2.2　接触器的结构及其工作原理 10

1.2.3　常用的接触器 11

1.2.4　接触器的技术参数 12

1.2.5　接触器的选用 13

1.3　继电器 14

1.3.1　电磁继电器 15

1.3.2　时间继电器 18

1.3.3　计数继电器 22

1.3.4　电热继电器 23

1.3.5　其他继电器 26

1.4　熔断器 26

1.4.1　熔断器的种类、结构和工作原理 26

1.4.2　熔断器的技术参数 27

1.4.3　熔断器的选用 28

1.5　主令电器 29

1.5.1　按钮 29

1.5.2　行程开关 32

1.5.3　接近开关 33

1.6　变压器和电源 38

1.6.1　变压器 38

1.6.2　直流稳压电源 39

1.7　其他电器 40

1.7.1　传感器和变送器 40

1.7.2　隔离器 42

1.7.3　浪涌保护器 42

1.7.4　安全栅 43

1.8　电气控制线路图 43

1.9　继电接触器控制电路基本控制规律 46

1.9.1　点动运行控制线路 46

1.9.2　连续运行控制线路 46

1.9.3　正反转运行控制线路 46

1.9.4　多地控制线路 47

1.9.5　自动循环控制线路 48

1.10　三相异步电动机的启动控制线路 49

1.10.1　直接启动 49

1.10.2　星形- 三角形减压启动 49

1.10.3　自耦变压器减压启动 50

1.11　三相异步电动机的调速控制 51

1.11.1　改变转差率的调速 51

1.11.2　改变极对数的调速 52

1.11.3　变频调速 52

1.12　三相异步电动机的制动控制 56

1.12.1　机械制动 57

1.12.2　反接制动 57

1.12.3　能耗制动 58

1.13　电气控制系统常用的保护环节 59

1.13.1　电流保护 59

1.13.2　电压保护 61

1.13.3　其他保护 62

第2章　可编程控制器（PLC）基础  63

2.1　概述 63

2.1.1　PLC 的发展历史 63

2.1.2　PLC 的主要特点 64

2.1.3　PLC 的应用范围 65

2.1.4　PLC 的分类与性能指标 65

2.1.5　PLC 与继电器系统的比较 66

2.1.6　PLC 与微机的比较 67

2.1.7　PLC 的发展趋势 67

2.1.8　PLC 在我国的应用情况 67

2.2　PLC 的结构和工作原理 68

2.2.1　可编程控制器的硬件组成 68

2.2.2　PLC 的工作原理 72

2.2.3　PLC 的立即输入、输出功能 73

第2篇　西门子PLC 编程入门

第3章　西门子S7-200 SMART PLC的硬件  76

3.1　西门子S7-200 SMART PLC 概述 76

3.1.1　西门子S7 系列模块简介 76

3.1.2　西门子S7-200 SMART PLC 的产品特点
77

3.2　西门子S7-200 SMART CPU模块及其接线
78

3.2.1　西门子S7-200 SMART CPU模块的介绍
78

3.2.2　西门子S7-200 SMART CPU模块的接线
81

3.3　西门子S7-200 SMART PLC扩展模块及其接线
83

3.3.1　数字量输入和输出扩展模块 84

3.3.2　模拟量输入和输出扩展模块 85

3.3.3　其他扩展模块 87

3.4　西门子S7-200 SMART PLC的安装 90

3.4.1　安装的预留空间 90

3.4.2　安装CPU 模块 91

3.4.3　扩展模块的连接 91

3.4.4　信号板的安装 92

3.4.5　接线端子的拆卸和安装 92

3.5　最大输入和输出点配置与电源需求计算 93

3.5.1　模块的地址分配 93

3.5.2　最大输入和输出点配置 93

3.5.3　电源需求计算 94

第4章　西门子S7-200 SMART PLC的编程软件 96

4.1　 STEP7-Micro/WIN SMART编程软件简介与安装步骤 96

4.1.1　STEP7-Micro/WIN SMART编程软件简介 96

4.1.2　STEP7-Micro/WIN SMART编程软件的安装步骤 97

4.2　STEP7-Micro/WIN SMART软件的使用
99

4.2.1　STEP7-Micro/WIN SMART软件的打开 99

4.2.2　STEP7-Micro/WIN SMART软件的界面介绍 100

4.2.3　创建新项目 106

4.2.4　保存项目 107

4.2.5　打开项目 107

4.2.6　系统块 109

4.2.7　程序调试 118

4.2.8　交叉引用 121

4.2.9　工具 121

4.2.10　帮助菜单 122

4.2.11　使用快捷键 122

4.3　 用STEP7-Micro/WIN SMART软件建立一个完整的项目 123

4.4　仿真软件的使用 130

4.4.1　仿真软件简介 130

4.4.2　仿真软件S7-200 SIM 2.0的使用 131

第5章　西门子S7-200 SMART PLC的编程语言  133

5.1　西门子S7-200 SMART PLC的编程基础
133

5.1.1　数据的存储类型 133

5.1.2　元件的功能与地址分配 136

5.1.3　STEP7 中的编程语言 141

5.2　位逻辑指令 142

5.2.1　基本位操作指令 142

5.2.2　置位/ 复位指令 144

5.2.3　置位优先双稳态触发器和复位优先双稳态指令（SR/RS） 145

5.2.4　边沿触发指令 145

5.2.5　逻辑栈操作指令 147

5.2.6　取反指令（NOT） 147

5.3　定时器与计数器指令 148

5.3.1　定时器指令 148

5.3.2　计数器指令 155

5.3.3　基本指令的应用实例 159

5.4　功能指令 169

5.4.1　比较指令 169

5.4.2　数据处理指令 171

5.4.3　移位与循环指令 174

5.4.4　算术运算指令 180

5.4.5　功能指令的应用 195

5.5　西门子S7-200 SMART PLC的程序控制指令及其应用 199

5.5.1　跳转指令 200

5.5.2　指针 200

5.5.3　循环指令 201

5.5.4　子程序调用指令 202

5.5.5　中断指令 204

5.5.6　暂停指令 207

5.5.7　结束指令 209

5.5.8　顺控继电器指令 209

5.5.9　程序控制指令的应用 211

第3篇　三菱PLC 编程入门

第6章　三菱FX 系列PLC的硬件 
214

6.1　三菱PLC 简介 214

6.1.1　三菱PLC 系列 214

6.1.2　三菱FX 系列可编程控制器的特点 215

6.2　三菱FX 系列PLC 基本单元及其接线 216

6.2.1　三菱FX 系列PLC 基本单元介绍 216

6.2.2　三菱FX 系列PLC 基本单元的接线 218

6.3　三菱FX 系列PLC 的扩展单元和扩展模块及其接线 221

6.3.1　三菱FX 系列PLC 扩展单元及其接线 221

6.3.2　三菱FX 系列PLC 扩展模块及其接线 224

6.4　三菱FX 系列PLC 的模拟量模块及其接线 225

6.4.1　三菱FX 模拟量输入模块（A/D） 225

6.4.2　三菱FX 模拟量输出模块（D/A） 230

6.4.3　三菱FX 模拟量输入输出模块 234

第7章　三菱FX 系列PLC的编程软件 
237

7.1　GX Developer 编程软件的安装 237

7.1.1　GX Developer 编程软件的概述 237

7.1.2　GX Developer 编程软件的安装 239

7.2　GX Developer 编程软件的使用 241

7.2.1　GX Developer 编程软件工作界面的打开
241

7.2.2　创建新工程 242

7.2.3　保存工程 243

7.2.4　打开工程 244

7.2.5　改变程序类型 244

7.2.6　程序的输入方法 244

7.2.7　连线的输入和删除 246

7.2.8　注释 247

7.2.9　程序的复制、修改与清除 250

7.2.10　软元件查找与替换 252

7.2.11　常开常闭触点互换 253

7.2.12　程序变换 255

7.2.13　程序检查 256

7.2.14　程序的下载和上传 256

7.2.15　远程操作（RUN/STOP） 259

7.2.16　在线监视 260

7.2.17　软元件测试 260

7.2.18　设置密码 261

7.2.19　仿真 263

7.2.20　PLC 诊断 264

7.3　用GX Developer 建立一个完整的工程 264

7.4　GX Works 使用入门 272

7.4.1　GX Works3 的功能 272

7.4.2　GX Works3 的特点 273

7.4.3　GX Works3 的使用简介 273

第8章　三菱FX 系列PLC的指令及其应用 
280

8.1　编程基础 280

8.1.1　数制 280

8.1.2　编程语言简介 280

8.1.3　三菱FX 系列PLC 内部软组件 282

8.1.4　存储区的寻址方式 291

8.2　三菱FX 系列PLC 的基本指令 292

8.2.1　输入指令与输出指令（LD、LDI、OUT） 292

8.2.2　触点的串联指令（AND、ANI） 293

8.2.3　触点的并联指令（OR、ORI） 293

8.2.4　脉冲式触点指令（LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF） 294

8.2.5　脉冲输出指令（PLS、PLF） 294

8.2.6　置位与复位指令（SET、RST） 295

8.2.7　逻辑反、空操作与结束指令（INV、NOP、END） 296

8.3　基本指令应用 297

8.3.1　单键启停控制（乒乓控制） 297

8.3.2　定时器和计数器应用 298

8.3.3　取代特殊继电器的梯形图 300

8.3.4　电动机的控制 301

8.4　三菱FX 系列PLC 的功能指令 307

8.4.1　功能指令的格式 308

8.4.2　传送和比较指令 308

8.4.3　程序流指令 312

8.4.4　四则运算 316

8.4.5　移位和循环指令 319

8.4.6　数据处理指令 320

8.4.7　高速处理指令 321

8.4.8　方便指令 322

8.4.9　外部I/O 设备指令 323

8.4.10　外部串口设备指令 324

8.4.11　浮点数运算指令 325

8.4.12　触点比较指令 327

8.5　功能指令应用实例 329

8.6　步进梯形图指令 339

8.7　模拟量模块相关指令应用实例 341

8.7.1　FX2N-4AD 模块 341

8.7.2　FX2N-4DA 模块 342

8.7.3　FX3U-4AD-ADP 模块 344

8.7.4　FX3U-3A-ADP 模块 346

第4篇　PLC 编程高级应用

第9章　PLC的编程方法与调试  350

9.1　功能图 350

9.1.1　功能图的画法 350

9.1.2　梯形图编程的原则 355

9.2　逻辑控制的梯形图编程方法 357

9.2.1　经验设计法 357

9.2.2　功能图设计法 359

9.2.3　利用基本指令编写梯形图程序 359

9.2.4　利用功能指令编写逻辑控制程序 366

9.2.5　利用复位和置位指令编写逻辑控制程序 371

9.3　实例 376

第10章　PLC的工艺功能及应用  385

10.1　PID 控制简介 385

10.1.1　PID 控制原理简介 385

10.1.2　PID 控制器的参数整定 388

10.1.3　利用西门子S7-200SMART PLC 进行电炉的温度控制 391

10.2　高速计数器的应用 396

10.2.1　西门子S7-200 SMART PLC 高速计数器的简介 396

10.2.2　三菱FX 系列PLC 高速 计数器的简介 401

10.2.3　高速计数器的应用 403

10.2.4　高速计数器在转速测量中的应用 405

第11章　PLC在运动控制中的应用  416

11.1　西门子S7-200 SMART PLC的运动控制及其应用 416

11.1.1　西门子S7-200 SMARTPLC 的运动控制基础 416

11.1.2　西门子S7-200 SMART PLC 的高速输出点控制步进驱动系统 421

11.1.3　西门子S7-200 SMART PLC的高速输出点控制伺服系统 428

11.2　三菱FX PLC 的运动控制及其应用 452

11.2.1　三菱FX PLC 控制步进驱动系统 452

11.2.2　三菱FX PLC 控制伺服驱动系统 453

第12章　PLC的通信及其应用  457

12.1　通信基础知识 457

12.1.1　通信的基本概念 457

12.1.2　RS485 标准串行接口 458

12.1.3　PLC 网络的术语解释 459

12.2　西门子S7-200 SMART PLC 自由口通信
460

12.2.1　西门子S7-200 SMART PLC 自由口通信介绍 460

12.2.2　西门子S7-200 SMART PLC 之间的自由口通信 463

12.2.3　西门子S7-1200 PLC 与S7-200
SMART PLC 之间的自由口通信 468

12.3　以太网通信 471

12.3.1　工业以太网通信简介 471

12.3.2　西门子S7-200 SMART PLC 与HMI
之间的以太网通信 473

12.3.3　西门子S7-200 SMART PLC 之间的以太网通信 476

12.4　Modbus 通信 479

12.4.1　Modbus 通信概述 479

12.4.2　西门子S7-200 SMART PLC 之间的Modbus串行通信 480

12.4.3　西门子S7-200 SMART PLC 之间的Modbus_TCP通信 485

12.5　PROFIBUS 通信 490

12.5.1　PROFIBUS 通信概述 490

12.5.2　西门子S7-200 SMART PLC 与S7-300/400
PLC之间的PROFIBUS-DP通信 492

12.6　三菱FX 系列PLC 的N ∶ N网络通信 499

12.6.1　相关的标志和数据寄存器的说明 499

12.6.2　参数设置 500

12.6.3　实例讲解 500

12.7　无协议通信 501

12.7.1　无协议通信基础 501

12.7.2　西门子S7-200 SMART PLC与三菱FX
系列PLC 之间的无协议通信 503

12.8　CC-Link 通信 507

12.8.1　CC-Link 家族 507

12.8.2　CC-Link 通信的应用 508

12.9　PLC 与变频器通信 514

12.9.1　西门子S7-200 SMARTPLC 与G120
变频器之间的USS 通信 514

12.9.2　三菱FX3U PLC 与FR-E740变频器之间的PU 通信 519

第13章　PLC、触摸屏、变频器和伺服系统工程应用  522

13.1　行车呼叫系统PLC 控制 522

13.1.1　采用西门子S7-200 SMART PLC 方案
523

13.1.2　采用三菱FX3U PLC 方案 528

13.2　送料小车自动往复运动的PLC 控制 534

13.2.1　采用西门子S7-200 SMART PLC 方案
534

13.2.2　采用三菱FX3U PLC 方案 538

13.3　步进电动机自动正反转PLC 控制 540

13.3.1　采用西门子S7-200 SMART PLC 方案
540

13.3.2　采用三菱FX3U PLC 方案 548

13.4　定长剪切机PLC 控制 549

13.5　物料搅拌机的PLC 控制 555

13.5.1　硬件系统集成 555

13.5.2　编写PLC 程序 556

13.5.3　设计触摸屏项目 559

参考文献 562

 

随着计算机技术的发展，以可编程控制器、变频器、伺服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电气控制系统，并广泛应用于各行业。由于西门子S7-200 SMART PLC 和三菱FX 系列PLC 是中国市场主流机型，在工控市场占有非常大的份额，应用十分广泛。本书把PLC 共性部分合并讲解，各PLC 机型特色部分分别讲解，将常用的两种机型内容合并成一本书，便于读者同时学习两种机型的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，可以用两种机型PLC 解题，非常适合读者掌握不同机型PLC 的应用特色。

本书内容详略得当、重点突出，并用较多的小例子引领读者入门，使读者在掌握入门部分后，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，我们在总结长期的教学经验和工程实践的基础上，联合相关企业人员，共同编写了本书，使读者通过本书的学习就能学会西门子S7-200SMART PLC 和三菱FX 系列PLC 的编程和应用。

在编写过程中，我们将一些生动的操作实例融入书中，以提高读者的学习兴趣。本书具有以下特点。

（1）本书内容由浅入深、由基础到应用，理论与工程实际相结合，既适合初学者学习使用，也可供有一定基础的读者结合书中大量实例深入学习西门子S7-200 SMART PLC 和三菱FX 系列PLC 工程应用。

（2）用实例引导读者学习。本书大部分章节采用精选的例子讲解，例如，用例子说明现场通信实现的全过程。重点的例子都包含软、硬件配置清单、原理图和程序，而且为确保程序的正确性，程序已经在PLC 上运行通过。

（3）二维码辅助学习。对于重点和比较复杂的例子，本书专门配有微课视频讲解，读者用手机扫描书中二维码即可观看相关视频，辅助学习书本知识。

全书分为4 篇13 章，主要包括以下内容。

第1 篇　PLC 编程基础，包括低压电器的工作原理、图形符号、文字符号、功能和选型；低压电气基本控制回路；电气控制回路的识读；PLC 的发展历史、PLC 的工作原理和学习PLC的一些前导知识。

第2 篇　西门子PLC 编程入门，包括西门子S7-200 SMART PLC 的硬件及接线、西门子S7-200 SMART PLC 的编程软件和西门子S7-200 SMART PLC 的编程语言，章节中还有典型的工程应用实例讲解。

第3 篇　三菱PLC 编程入门，包括三菱FX 系列PLC 的硬件及接线、三菱FX
系列PLC的编程软件和三菱FX 系列PLC 的指令及其应用，章节中还有典型的工程应用实例讲解。

第4 篇　PLC 编程高级应用，包括PLC 的编程方法与调试、PLC 的通信及其应用（详细讲解自由口通信、MODBUS 通信、PROFIBUS 通信、无协议通信、N:N 通信、PLC 与变频器的通信、CC-LINK
通信和工业以太网通信）、PLC 在运动控制中的应用、PLC 在过程控制中的应用及PLC 编程综合实例。这部分包括了PLC 在工程应用中常见的重点和难点内容，是本书最具特色的部分。

本书内容多，编写工作量大，我们邀请了具有实践经验且教学经验丰富的高校教师和具有丰富实践经验的企业专家参与讨论、提供案例和编写工作，具体如下：

第1、3、4、5 章由无锡职业技术学院的向晓汉编写，第2 章由无锡职业技术学院的黎雪芬编写，第6、7 章由无锡职业技术学院的于多编写，第8 章由无锡雷华科技有限公司的陆彬编写，第9 章由无锡雪浪环保有限公司的刘摇摇编写，第10 章由无锡雪浪环保有限公司的王飞飞编写，第11、13 章由无锡职业技术学院的李霞编写，第12 章由付东升和唐克彬共同编写。

本书由向晓汉、刘摇摇任主编，李霞、于多任副主编，无锡职业技术学院的奚茂龙（博士）教授任主审。

由于编者水平有限，疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正，编者将万分感激！

编者