本书以西门子公司的S7-300/400PLC为主要叙述对象，介绍了PLC的原理、应用及控制系统设计。本书的主要内容有PLC的基础知识，S7-300/400PLC控制系统硬件特性与组态，S7-300/400PLC的指令系统及编程，编程软件STEP7的应用，以及S7-300/400PLC的通信网络等。书中进行指令讲解时穿插给出了编程举例，并在终章介绍了5个S7-300/400PLC工程应用案例，供读者参考。本书遵循教学规律，内容阐述循序渐进、深入本质、切中要害，结构合理、严谨，概念准确，易读易懂。本书可作为电气类相关专业高专、本科生的课程教材以及毕业设计教材，也可供相关工程技术人员、电气工程师参考。
适读人群：电气类相关专业高专、本科学生，相关工程技术人员和电气工程师
《S7-300/400 PLC编程设计与应用》一书系统地对西门子中高端300/400 PLC进行了介绍，书中穿插给出了指令应用实例，可供读者在学习之余，进行体验操作。此外，本书还给出了很多实际工程案例，为读者提供了可靠的参考。可以说本书是读者了解、使用西门子中高端300/400 PLC不可多得的一本好书。
随着科学技术的进步和微电子技术的迅猛发展，可编程序控制器（PLC）技术已广泛应用于各种自动化控制领域，在现代工矿企业的生产、加工与制造过程中，起到了十分重要的作用。随着PLC功能的不断提升，以及其可靠性高、操作简便等特点，使其应用成为了一种工业发展的趋势。特别是随着工业控制网络化进程的发展，使得PLC与现场总线技术获得了更加完美的结合，具有网络功能的PLC系统越发显示出了在先进工业控制中的作用与优势。目前，PLC、计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）、机器人（Robot）和数控（NC）技术已发展成为工业自动化的支柱技术。因此熟悉和掌握先进的控制手段与方法，学习PLC技术已成为高等院校相关专业和工程自动化技术人员的一项迫切任务。
本书以西门子公司的S7-300/400PLC为主要叙述对象，在作者多年教学与科研工作的基础上，借鉴相关领域专家学者的研究成果最终撰写成稿。本书的主要内容有PLC的基础知识，S7-300/400PLC的硬件特性与组态、S7-300/400PLC的指令系统及编程，编程软件STEP7的应用，以及S7-300/400PLC的通信网络等。最后一章介绍了5个S7-300/400PLC工程应用案例，供读者学习参考。
本书注重硬件特性和指令系统的叙述和讲解，注重编程基础，并配以应用性示例，使读者容易理解和掌握。
由于作者水平有限，书中错误和不妥之处在所难免，请广大读者批评指正。
朱文杰
于长沙
2017年4月
前言
第1章 PLC的基础知识 1
1.1 概述 1 1.1.1 PLC的产生和定义 1
1.1.2 PLC的主要功能与性能指标 1
1.2 PLC的基本结构和各部分的作用 3
1.2.1 中央处理单元 3
1.2.2 存储器单元 3
1.2.3 电源单元 4
1.2.4 输入/输出单元 5
1.2.5 接口单元 5
1.2.6 外部设备 6
1.3 PLC的工作原理 6
1.3.1 PLC对继电器控制系统的仿真 6
1.3.2 PLC的循环扫描工作方式 7
1.4 PLC的软件基础 10
1.4.1 系统监控程序 10
1.4.2 用户程序 11
1.4.3 PLC的编程语言 12
1.4.4 PLC控制系统设计的一般步骤 13
第2章 S7-300/400PLC的硬件特性与组态 14
2.1 S7-300PLC的硬件组成 14
2.1.1 S7-300PLC概述 14
2.1.2 S7-300PLC的CPU模块 19
2.1.3 S7-300PLC的I/O模块及其他模块 25
2.1.4 S7-300PLC的配置与组态 40
2.2 S7-400PLC的硬件组成 43
2.2.1 S7-400PLC的基本结构与特点 43
2.2.2 机架与接口模块 45
2.2.3 S7-400PLC的CPU模块和电源模块 46
2.2.4 S7-400PLC的输入/输出模块及其他模块 52
第3章 S7-300/400PLC的指令系统及编程 56
3.1 S7-300/400PLC的编程基础 56
3.2 S7-300/400PLC的基本指令与编程 64
3.2.1 位逻辑指令 643.2.2 定时器指令 74
3.2.3 计数器指令 82
3.3 S7-300/400PLC的功能指令及编程 87
3.3.1 装载与传输指令 88
3.3.2 比较指令 913.3.3 数据转换指令 93
3.3.4 移位和循环移位指令 99
3.3.5 运算指令 105
3.3.6 控制指令 1123.3.7 累加器指令 119
3.3.8 数据块指令 121
3.3.9 S7-300/400PLC功能块简介 122
3.4 梯形图编程规则 126
3.4.1 继电器线路与程序梯形图的转换 126
3.4.2 梯形图的优化 130
第4章 编程软件STEP7的应用 132
4.1 STEP7介绍 132
4.1.1 关于STEP7 132
4.1.2 STEP7标准软件包 134
4.1.3 STEP7V5.4中的内容 136
4.1.4 STEP7标准软件包的扩展应用 137
4.2 编程软件STEP7的安装与卸载 139
4.3 设计自动化解决方案 140
4.3.1 设计自动化项目的一般步骤 140
4.3.2 设计油压装置自动化示例 140
4.4 用户程序结构基础 145
4.4.1 数据块及其数据结构 146
4.4.2 数组 148
4.4.3 结构 149
4.4.4 用户数据类型 150
4.5 功能块编程及调用 151
4.5.1 符号表与变量声明表（局域数据） 152
4.5.2 逻辑块局部数据的类型 155
4.5.3 块调用过程及内存分配 157
4.5.4 参数传递的限制 159
4.5.5 时间标记冲突与一致性检查 160
4.5.6 功能块编程与调用举例 161
4.6 组织块OB与中断优先级 168
4.6.1 中断过程 168
4.6.2 组织块的分类 169
4.6.3 组织块优先级 188
4.6.4 中断控制 190
4.6.5 其他组织块 192
4.7 PLC控制系统的可靠性设计 192
4.7.1 影响PLC控制系统可靠性的因素 193
4.7.2 PLC控制系统工程应用的抗干扰设计 194
4.7.3 提高PLC控制系统可靠性的硬件措施 194
4.7.4 提高PLC控制系统可靠性的软件措施 198
第5章 S7-300/400PLC的通信网络 203
5.1 现场总线与S7-300/400PLC集成通信网络 203
5.1.1 现场总线 203
5.1.2 S7-300/400PLC的集成通信网络 206
5.2 MPI网络与全局数据通信 209
5.2.1 MPI网络 2095.2.2 MPI的通信及组态 211
5.3 AS-I接口网络 218
5.3.1 AS-I的网络结构及技术指标 218
5.3.2 AS-I的主站模块 221
5.4 工业以太网 230
5.4.1 工业以太网概述 230
5.4.2 工业以太网的连接 231
5.4.3 工业以太网交换技术 233
5.4.4 工业以太网的网卡与通信处理器 234
5.4.5 工业以太网的通信 235
第6章 S7-300/400PLC控制系统案例解析 239
6.1 S7-300PLC与S7-200PLC实现自由口无线通信 239
6.1.1 自由口无线通信项目简介 239
6.1.2 监控系统的硬件及网络结构 239
6.1.3 通信功能的实现 239
6.1.4 数传电台选型和故障判断 246
6.1.5 小结 246
6.2 S7-300PLC在变电站中的应用 246
6.2.1 硬件系统构成 2476.2.2 监控系统软件 247
6.2.3 小结 253
6.3 S7-300PLC在断路器极限电流测试系统中的应用 253
6.3.1 极限电流测试系统介绍 254
6.3.2 串行通信的实现 2546.3.3 控制系统完成的功能 255
6.3.4 小结 257
6.4 S7-300PLC与DCS串行通信 257
6.4.1 系统连接 257
6.4.2 CP341模块应用简述 258
6.4.3 软件组态 259
6.4.4 实施过程中的注意事项 260
6.4.5 小结 260 6.5 S7-300/400PLC在永久船闸系统中的应用 261
6.5.1 船闸控制系统的组成与运行 261
6.5.2 船闸控制系统的基本配置 262
6.5.3 西门子PLC在船闸系统中的控制特点 263
6.5.4 小结 266
附录 S7-300/400PLC指令一览表 267
参考文献 272
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