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朱文杰 著

图书标签:

• PLC
• S7-1200
• 西门子
• 编程
• 工业控制
• 自动化
• 技术
• 应用
• 电气工程
• 可编程逻辑控制器
• 入门

出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787512359666

版次：1

商品编码：11593978

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-01-01

用纸：胶版纸

页数：494

字数：773000

正文语种：中文

内容简介

　　《S7-1200 PLC编程与应用》分7章介绍西门子公司S7-1200型可编程控制器的编程及应用。第1章综述了PLC的基础知识、基本结构和工作原理，以及S7-1200PLC的特点和安装；第2章细述了S7-1200PLC及其硬件模块的特性；第3章介绍了编程软件STEP7Basic的安装、组态与使用；第4章详解了S7-1200PLC的编程指令；第5章深化了S7-1200PLC的若干视点；第6章讲述了构建PROFINET通信网络的若干方式；第7章给出了S7-1200PLC应用控制设计实例，尤其是水轮机组的PLC控制实例，供读者参考、举一反三。
　　《S7-1200 PLC编程与应用》遵循学习规律，循序渐进、结构合理，概念准确，便于消化吸收，从而应用于工程实践。《S7-1200 PLC编程与应用》可作为高等院校本科及研究生自动化专业的课程教材、毕业设计指导教材，也可供相关工程技术人员、电气工程师阅读。

内页插图

目录

前言

第1章 PLC综述与S7-1200PLC概述
1.1 PLC的产生与发展
1.1.1 PLC的产生、定义、功能、特点及分类
1.1.2 PLC的发展概况和发展趋势
1.2 PLC的基本结构、工作原理与编程语言
1.2.1 PLC的基本结构
1.2.2 PLC的工作原理
1.2.3 PLC的编程语言
1.3 S7-1200 PLC简介
1.3.1 S7-1200 PLC具有多种CPU型号
1.3.2 扩展CPU的能力
1.3.3 HMI显示面板
1.3.4 STEP 7 Basic及其在线信息和帮助系统
1.3.5 改进硬件使S7-1200 PLC功能更强
1.4 S7-1200 PLC的安装
1.4.1 布置与布局
1.4.2 安装和拆卸步骤
1.4.3 接线准则

第2章 S7-1200 PLC的硬件
2.1 S7-1200 CPU
2.1.1 S7-1200 CPU规范
2.1.2 S7-1200 CPU的接线图
2.1.3 S7-1200 CPU的井目互比较
2.2 S7-1200的信号板与信号模块
2.2.1 信号板
2.2.2 信号模块
2.3 S7-1200的集成通信口与通信扩展模块
2.3.1 PROFINET工业以太网
2.3.2 S7-1200的PROFINET接口
2.3.3 通信模块
2.4 附件
2.4.1 存储卡
2.4.2 输入仿真器SIM 1274
2.4.3 电源模块
2.5 精简系列面板

第3章 S7-1200的编程软件与设备配置
3.1 STEP 7 Basic编程软件
3.1.1 STEP 7 Basic综述
3.1.2 安装STEP 7 Basic软件
3.1.3 STEP 7 Basic更上层楼
3.1.4 尝试TIA Portal软件
3.2 S7-1200的设备配置
3.2.1 添加CPU与检测耒指定CPU的组态
3.2.2 组态CPU及模块的运行
3.2.3 创建网络连接并组态IP地址
3.3 创建简单自保持电路并完成用户程序
3.3.1 创建简单自保持电路
3.3.2 完成用户程序
3.3.3 使用监视表格进行监视

第4章 S7-1200PLC的编程指令
4.1 位逻辑指令
4.1.1 触点和线圈等基本元素指令
4.1.2 置位和复位指令
4.2 定时器与计数器指令
4.2.1 定时器指令
4.2.2 计数器指令
4.3 比较指令
4.3.1 大小比较指令
4.3.2 范围内和范围外指令
4.3.3 0K和Not-OK指令
4.4 数学运算指令与逻辑运算指令
4.4.1 数学运算指令
4.4.2 逻辑运算指令
4.5 移动指令与转换指令
4.5.1 移动指令
4.5.2 转换指令
4.6 程序控制指令与移位和循环指令
4.6.1 程序控制指令
4.6.2 移位和循环指令
4.7 时钟和日历指令
4.7.1 日期和时间指令
4.7.2 时钟指令
4.8 字符串转换和字符串指令
4.8.1 String数据概述
4.8.2 字符串转换指令
4.8.3 字符串操作指令
4.9 扩展的程序控制指令和通信指令
4.9.1 扩展的程序控制指令
4.9.2 开放式以太网通信指令
4.9.3 点对点通信指令
4.1 0 中断、PID、脉冲、运动控制和全局库指令
4.1 0.1 中断指令
4.1 0.2 PID控制和脉冲指令
4.1 0.3 运动控制指令
4.1 0.4 全局库指令

第5章 S7-1200PLC的编程语言与组态
5.1 国际标准与S7-1200的编程语言
5.1.1 工业自动化系统控制逻辑组态软件标准IEC 61131
5.1.2 西门子PLC的几种编程语言
5.1.3 S7-1200的编程语言
5.2 存储区、寻址、数据类型和用户程序
5.2.1 S7-1200的存储区与寻址
5.2.2 S7-1200支持的数据类型
5.2.3 用户程序的设计与执行
5.3 S7-1200 PLC变量表
5.3.1 添加并修改PLC变量袁
5.3.2 设置PLC变量
5.3.3 对PLC变量进行强制
5.4 创建PID控制
5.4.1 定义PID控制器及其回路
5.4.2 创建PID控制器的组织块
5.4.3 创建工艺对象PID控制器
5.4.4 组态PID控制器
5.4.5 在线模式下激活PID控制器
5.5 交叉参考表与程序信息
5.5.1 交叉参考表
5.5.2 分配表
5.5.3 调用结构
5.5.4 附属结构与资源
5.6 将HMI Basic Panel的时间与S7-1200 PLC同步
5.6.1 创建一个时间函数
5.6.2 组态HMI Basic Panel
5.6.3 使用时间函数
5.7 S7-1200的模拟量处理
5.7.1 连接传感器到S7-1200的模拟量模块
5.7.2 使用模拟量0～20mA信号模块和信号板测量4～20mA信号

第6章 构建PROFINET通信网络
6.1 通信网络的基础与国际标准
6.1.1 OSI开放系统互连模型的七层结构
6.1.2 IEEE 802通信标准
6.1.3 现场总线及其标准
6.2 西门子工业自动化通信网络与S7-1200的以太网通信
6.2.1 工业以太网与PROFINET
6.2.2 S7-1200的以太网通信
6.3 编程设备、HMI到PLC及PLC之间的通信
6.3.1 与编程设备通信
6.3.2 HMI到PLC通信
6.3.3 PLC到PLC通信
6.3.4 多个通信设备的网络连接
6.3.5 引用信息
6.4 winCC通过OPC与S7-1200 CPU的以太网通信
6.4.1 0PC简介
6.4.2 SIMATIC NET中PC Station的组态步骤
6.4.3 WinCC与S7-1200 CPU的0PC通信
6.5 S7-1200与S7-200之间通过S7协议实现通信
6.5.1 S7-1200与S7-200连接通信简介
6.5.2 S7-1200与S7-200连接的组态
6.5.3 检测S7-1200与S7-200的通信结果
6.6 S7协议实现S7-1200与S7-300之间的通信
6.6.1 S7-1200与S7-300连接通信简介
6.6.2 S7-1200与S7-300连接的组态
6.7 通过TCP及ISO-on-TCP实现S7-1200与S7-300之间的通信
6.7.1 一般情况简介
6.7.2 ISO-on-TCP通信
6.7.3 TCP通信
6.8 S7-1200与第三方设备实现自由口通信
6.8.1 控制系统原理与软硬件需求
6.8.2 组态S7 CPU 1214C和超级终端通信

第7章 S7-1200 PLC应用控制设计
7.1 S7-1200控制水力发电站空气压缩系统的设计
7.1.1 空气压缩装置自动控制系统的任务与要求
7.1.2 S7-1200 PLC控制系统的程序与设计
7.2 S7-1200控制水力发电站技术供水系统的设计
7.3 S7-1200控制水电站油压装置的设计
7.3.1 油压装置自动化的必要性与控制要求
7.3.2 油压装置S7-1200控制系统的硬件设计
7.3.3 油压装置S7-1200控制系统的程序设计
7.4 S7-1200控制水电站进水口快速事故闸门的设计
7.4.1 进水口快速闸门的液压系统与自动控制要求
7.4.2 进水口快速闸门S7-1200控制系统的程序设计
7.5 S7-1200控制润滑、冷却、制动及调相压水系统的设计
7.5.1 机组润滑和冷却系统的自动化
7.5.2 机组制动系统的自动化
7.5.3 机组调相压水系统的自动化
7.6 S7-1200 PLC治理抬机并与控制调相压水合二为一
7.6.1 治理水轮机组甩负荷抬机的必要性与正确思路
7.6.2 治理水轮机组甩负荷抬机的S7-1200 PLC控制系统设计
7.6.3 治理甩负荷抬机与控制调相压水合成为一个神经元
7.7 S7-1200 PLC控制水轮发电机组
7.7.1 水轮发电机组自动操作输入／输出配置
7.7.2 水轮机组顺序操作程序设计的初步考虑
7.7.3 机组自动控制程序的拟定
7.7.4 机组自动控制程序的解析
7.7.5 机组事故保护及故障信号系统
7.8 S7-1200控制器应用于油田计量系统
7.8.1 工艺流程
7.8.2 控制方案与硬件配置
7.8.3 软件的开发
7.9 通过USS协议对SINAMICS S110进行分布式定位
7.9.1 任务与元件列表
7.9.2 解决方案
7.1 0 采用PID一3Step实现三路步进电动机控制
7.1 0.1 自动化任务描述
7.1 0.2 解决方案
7.1 0.3 三路步进电动机控制的功能机制
7.1 0.4 配置、调试和操作
7.1 1 S7-1200／1500支持的错误处理OB
7.1 1.1 S7-1200／1500的错误处理组织块
7.1 1.2 CPU对会引起错误中断的响应
7.1 1.3 GET_ERROR、GET_ERR_ID对PLC错误处理的影响
7.1 2 S7-1200与D410 TCP通信
7.1 2.1 S7-1200与D410PN装置的连接
7.1 2.2 项目配置
7.1 2.3 通信指令调用
7.1 2.4 实验

参考文献

前言/序言

工业自动化前沿技术：基于新型工业操作系统的嵌入式系统开发与实践 本书聚焦于快速发展的工业4.0背景下，嵌入式系统在智能制造中的核心地位与应用，旨在为工程师、技术人员及相关专业学生提供一套系统、前沿且实用的开发指南。全书内容紧密围绕现代工业对高实时性、高可靠性、网络化和智能化提出的新要求，深度剖析了新一代工业操作系统（RTOS/Linux混合架构）在工业控制领域的核心技术与实践路径。 本书不涉及西门子 S7-1200 PLC 的具体编程语言（如 LAD, FBD, STL）或其特定的硬件配置与指令集。相反，我们将视角转向构建下一代工业控制核心——高性能、异构计算平台的软件架构。 --- 第一部分：工业嵌入式系统基础与架构演进 第一章：工业控制系统的范式转变与挑战 本章首先回顾了传统控制系统（如基于小型PLC的分布式架构）的局限性，重点分析了在物联网（IIoT）和边缘计算驱动下，工业控制系统必须实现的核心升级：数据处理能力的下放、远程诊断与维护（Predictive Maintenance）的集成需求，以及对网络安全提出的更高标准。探讨了从集中式到分布式、再到云边协同的架构演变路径。 第二章：现代嵌入式系统的硬件选型与异构计算 深入讲解了支撑现代工业应用的高性能嵌入式平台构成，包括高性能Cortex-A系列处理器（用于高级数据分析和HMI）与实时性要求高的Cortex-R/M系列微控制器（用于底层I/O和快速响应）。重点分析了FPGA/GPU在加速特定算法（如机器视觉、复杂运动控制）中的作用，以及如何设计高效的片上总线（如AXI）和内存管理单元（MMU/MPU）以满足不同任务的需求。 第三章：实时操作系统（RTOS）的深度解析与选型 详细阐述了实时操作系统的核心机制，包括任务调度算法（固定优先级、轮转、截止时间触发EDF）、中断处理延迟（Jitter）的量化与优化、以及内存保护机制。对比分析了FreeRTOS、Zephyr、VxWorks等主流工业级RTOS在内核占用、驱动支持、许可证合规性方面的优劣，为读者提供基于应用场景的系统选型依据。 --- 第二部分：新型工业操作系统与软件栈构建 第四章：基于Linux的工业实时扩展与内核裁剪 本部分是本书的重点之一。探讨了如何在标准Linux内核上实现工业级的实时性能。详述了PREEMPT_RT补丁集的编译、配置与验证方法，分析了其在降低内核锁竞争和提高中断延迟确定性方面的效果。内容还包括：针对资源受限环境的Linux内核裁剪技术、驱动模型的优化，以及如何使用cgroups和namespaces技术隔离关键控制任务。 第五章：统一控制平台：RTOS与Linux的协同工作机制 阐述了实现高可靠性控制的双操作系统（Dual-OS）或混合架构的通信协议。重点讲解了Inter-Processor Communication (IPC) 的实现方式，包括共享内存（Shared Memory）、消息队列（Message Queues）和基于虚拟化技术的安全隔离通信（如Hypervisor的应用）。详细介绍了如何设计一个高效的“硬实时”任务调度与“软实时”应用（如数据采集、Web服务）之间的协作流程。 第六章：工业网络协议栈的实现与优化 超越传统的串行通信，本书聚焦于工业以太网及其衍生协议。详细介绍了Time-Sensitive Networking (TSN) 的关键技术（如Stream Reservation Protocol, SRP），以及基于OPC UA Pub/Sub、EtherCAT等工业现场总线协议的嵌入式软件栈的移植与性能调优。讲解了如何利用硬件加速（如DMA）来最小化数据包处理延迟。 --- 第三部分：智能边缘计算与应用开发 第七章：嵌入式系统中的数据采集、预处理与边缘智能 探讨了如何利用嵌入式系统的计算能力，在数据到达云端前进行有价值的处理。内容涵盖：传感器数据融合算法（卡尔曼滤波、互补滤波）在嵌入式环境下的高效实现、轻量级机器学习模型（TinyML）的量化部署（如使用TensorFlow Lite for Microcontrollers），以及如何构建高效的嵌入式数据缓存与去噪机制。 第八章：工业HMI与可视化系统的嵌入式设计 讲解了设计高性能、低延迟嵌入式人机界面（HMI）的技术。对比了基于Qt/QML、Web技术（如Electron/Node.js）在嵌入式平台上的性能表现。重点讨论了如何优化图形渲染管线，确保在资源受限设备上依然能流畅运行复杂的3D可视化或多任务操作界面。 第九章：系统级安全与远程固件更新（OTA） 系统安全是现代工业控制系统的生命线。本章详细解析了嵌入式系统中的安全启动流程（Secure Boot）、硬件信任根（RoT）、以及加密通信协议（TLS/DTLS）的硬件加速集成。最后，提供了设计健壮、可回滚（Rollback）的工业级空中固件更新（OTA）机制的完整流程和最佳实践。 --- 第四部分：开发工具链与系统验证 第十章：交叉编译、构建系统与持续集成（CI/CD） 介绍了基于Yocto Project或Buildroot的嵌入式Linux发行版定制方法，重点讲解了如何配置交叉编译工具链以支持多核异构架构。探讨了在嵌入式开发中引入Gitlab CI/CD或Jenkins流水线，实现自动化测试、性能基准测试与系统映像生成的方法论。 第十一章：嵌入式系统实时性能测试与诊断 强调系统验证的重要性。介绍了如何使用高精度定时器（如TSC、HPET）和专门的硬件探针（如JTAG/SWD）对系统延迟进行精确测量。内容包括：实时任务的抖动分析、中断响应时间的极限测试、以及使用eBPF等内核跟踪工具进行运行时诊断的技术。 全书力求理论与工程实践紧密结合，所涉及的技术点均基于当前工业界最新的开源或商业成熟解决方案，是致力于研发新一代工业控制器、智能网关以及高端自动化设备的技术人员必备的参考手册。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图质量，是我阅读技术书籍中少有的享受。很多技术手册的图示都模糊不清，或者逻辑混乱，让人看了半天也摸不着头脑。但这本教材的每一个截图、每一个时序图，都经过了精心处理，线条清晰，重点突出，关键的数值和设置都被用醒目的颜色标注出来。尤其是在讲解模拟量处理和PID调节回路的部分，它提供的校准流程图，简直就是一本现场操作手册的完美数字化版本。我发现，那些我过去需要反复查阅官方文档才能理解的复杂算法，在书中的图文并茂的解释下，变得异常直观和易于消化。对于像我这种需要经常跨专业合作的工程师来说，这种清晰的视觉辅助是提高沟通效率的关键，它让非PLC专业的机械或电气工程师也能大致理解控制逻辑的核心所在。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常抓人眼球，那种深邃的蓝色调和金属质感的字体，一下子就让人感受到了一种专业和严谨的气息。我拿到手的时候，光是翻阅目录，就被那种详尽的结构所震撼了。它不是那种浮于表面的介绍，而是从最基础的硬件选型开始，一步步深入到复杂的通信协议和功能块的构建。特别是关于中断处理和实时性优化的章节，作者显然是下了大功夫的，大量的实际工程案例穿插其中，让理论不再是空中楼阁，而是可以直接应用于车间生产线的实战技能。我尤其欣赏它在安全性和可靠性设计方面的阐述，这在很多初级读物中是完全被忽略的重点。阅读的过程中，我时常会停下来，对照我正在维护的设备手册，发现书中的逻辑和最佳实践几乎是同步的，这对于想快速提升项目维护能力的工程师来说，简直是宝藏。它清晰地指出了不同指令集的适用场景和性能差异，远超我预期的深度。

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我更看重的是这本书的“前瞻性”和“工具链思维”。现在的工业自动化发展日新月异，如果一本书只停留在对现有稳定技术的描述上，很快就会落伍。这本书在介绍完核心功能后，非常巧妙地引入了TIA Portal的高级调试工具的使用技巧，包括如何进行在线仿真、如何利用历史数据块进行趋势分析，以及如何构建可重用的程序库模块。它没有把工具当成单纯的“操作软件”，而是将其视为提升工程效率的“思维武器”。这种培养读者构建自动化思维框架的教育理念，远比教会读者几个固定的程序片段要重要得多。读完后，我感觉自己不仅学会了如何使用S7-1200，更重要的是，我学会了如何以一个系统架构师的角度去规划一个稳定、可扩展的自动化项目，这才是真正有价值的收获。

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我是一个对编程逻辑有极高要求的人，市面上很多PLC书籍的“应用”部分，往往只是简单地堆砌了梯形图，缺乏对底层原理的剖析。然而，这本书的厉害之处在于，它并没有仅仅停留在“怎么做”的层面，而是深入探讨了“为什么这么做”的底层逻辑。例如，在描述数据存储区和内存映像的章节，作者用极其精妙的比喻和流程图，将西门子底层操作系统的工作机制描绘得淋漓尽致。我感觉自己像是直接进入了PLC的CPU内部，观察数据是如何流转和处理的。对于像我这样痴迷于优化扫描周期和内存占用的“细节控”来说，这种深度的挖掘是极其令人兴奋的。它甚至提到了如何通过特定的编程手法来规避编译器可能产生的冗余代码，这种对性能极限的追求，让这本书的价值瞬间提升了好几个档次，绝非一般的入门教材可比拟。

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说实话，我最初是带着怀疑的态度打开这本书的，因为我对“应用”这个词的定义比较苛刻，我更看重的是那些大型、复杂的集成系统的解决方案。这本书在“系统集成与网络通信”这部分的处理，彻底打消了我的疑虑。它详细拆解了PROFINET IO和PROFIBUS DP在实际工业现场的部署策略，不仅仅是配置参数，还包括了拓扑结构的合理规划、带宽限制的计算，以及故障诊断的应急预案。读到关于工业以太网安全性的那几章时，我立刻联系了我的团队，讨论我们现有架构中的薄弱环节。这本书的案例仿佛就是我们上一次项目验收时的“复盘”，精准地指出了我们当时为了赶工期而牺牲的一些优化点。作者的经验之老到，让人感觉他不像是在写书，更像是在手把手地带徒弟，毫无保留地传授多年摸爬滚打积累下来的“江湖经验”。

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