传感器与PLC技术（西门子S7-1200）（第二版）
定价：￥49.80
作者： 吴卫荣，王佳庆，沈侃
出版时间：2025-01
最新印次日期：2025-1
出版社：中国轻工业出版社
中国轻工业“十四五”规划教材
- 中国轻工业出版社
- 9787518450183
- 2-1
- 556071
- 16开
- 2025-01
- 电气自动化技术
- 高职
作者简介
内容简介
本书采用项目导入-基础知识-项目实施-项目拓展的结构，共11个项目，分别是：项目1 认识S7-1200 PLC、项目2 指示灯闪烁控制、项目3 三相异步电机正反转控制、项目4 十字路口交通信号灯系统设计、项目5 数码管显示控制、项目6 霓虹灯控制、项目7 传感器在自动化生产线中的应用、项目8 工件加工单元控制、项目9 多种液体混合控制、项目10 S7-1200 PLC 的通信及应用、项目11 S7-1200PLC在运动控制中的应用。本教材的数字化资源丰富，配有学习导读和全套的多媒体课件及题库。本教材可作为应用型本科、高职高专院校和技术院校相关专业的教材。
目录
项目 1 认识 S7-1200 PLC ………………………………………………………………………… 1
1. 1 PLC 概述 ……………………………………………………………………………………… 1
1. 1. 1 PLC 的产生及定义 ………………………………………………………………………… 2
1. 1. 2 PLC 的分类与特点 ………………………………………………………………………… 2
1. 1. 3 PLC 的功能及应用 ………………………………………………………………………… 4
1. 1. 4 PLC 与其他工业控制器系统的比较 ……………………………………………………… 5
1. 1. 5 PLC 的组成与基本结构 …………………………………………………………………… 7
1. 2 S7-1200 PLC 的硬件 …………………………………………………………………… 11
1. 2. 1 S7-1200 PLC 产品 …………………………………………………………………… 11
1. 2. 2 S7-1200PLC 的硬件结构 ……………………………………………………………… 12
1. 3 S7-1200 PLC 的工作原理与程序结构 ……………………………………………… 16
1. 3. 1 PLC 的等效电路 ………………………………………………………………………… 16
1. 3. 2 PLC 的工作方式 ………………………………………………………………………… 17
1. 3. 3 PLC 的程序结构 ………………………………………………………………………… 18
1. 4 S7-1200 PLC 的编程语言 ……………………………………………………………… 19
1. 4. 1 编程语言特点 …………………………………………………………………………… 19
1. 4. 2 PLC 编程语言的国际标准 ……………………………………………………………… 20
1. 5 S7-1200 PLC 的安装与接线…………………………………………………………… 22
1. 5. 1 S7-1200 PLC 的安装…………………………………………………………………… 22
1. 5. 2 S7-1200 PLC 的接线…………………………………………………………………… 24
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 27
思考练习 ……………………………………………………………………………………………… 28
项目 2 指示灯闪烁控制………………………………………………………………………………… 30
2. 1 基础知识 30 ………………………………………………………………………………………
2. 1. 1 TIA Portal 博途软件概述 ……………………………………………………………… 30
2. 1. 2 博途 V15 软件的安装 …………………………………………………………………… 31
2. 1. 3 博途 V15 软件的操作界面介绍 ………………………………………………………… 36
2. 1. 4 项目组态与调试 ………………………………………………………………………… 38
2. 2 项目实施 ……………………………………………………………………………………… 48
2. 2. 1 时钟闪烁控制电路的硬件设计 ………………………………………………………… 48
2. 2. 2 时钟闪烁控制电路的软件设计 ………………………………………………………… 50
2. 2. 3 时钟闪烁控制电路的仿真调试 ………………………………………………………… 50
2. 3 项目拓展 ……………………………………………………………………………………… 54
2. 3. 1 CPU 属性设置 …………………………………………………………………………… 54
2. 3. 2 S7-1200 PLC 诊断功能………………………………………………………………… 66
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 68
思考练习 ……………………………………………………………………………………………… 69
项目 3 三相异步电机正反转控制 …………………………………………………………………… 70
3. 1 基础知识 ……………………………………………………………………………………… 70
3. 1. 1 触点与线圈指令 ………………………………………………………………………… 71
3. 1. 2 基本位逻辑 ……………………………………………………………………………… 71
3. 1. 3 置位指令和复位指令 …………………………………………………………………… 73
3. 1. 4 RS 触发器和 SR 触发器指令 …………………………………………………………… 73
3. 2 项目实施 ……………………………………………………………………………………… 74
3. 2. 1 三相异步电机正反转控制电路的硬件设计 …………………………………………… 75
3. 2. 2 三相异步电机正反转控制电路的软件设计 …………………………………………… 79
3. 2. 3 三相异步电机正反转控制电路的仿真调试 …………………………………………… 80
3. 3 项目拓展 ……………………………………………………………………………………… 84
3. 3. 1 边沿检测触点指令 ……………………………………………………………………… 84
3. 3. 2 边沿检测线圈指令 ……………………………………………………………………… 85
3. 3. 3 P-TRIG 指令与 N-TRIG 指令 ………………………………………………………… 86
3. 3. 4 多点置/复指令 …………………………………………………………………………… 87
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 87
思考练习 ……………………………………………………………………………………………… 88
项目 4 十字路口交通信号灯系统设计……………………………………………………………… 89
4. 1 基础知识 ……………………………………………………………………………………… 89
4. 1. 1 定时器的种类 …………………………………………………………………………… 89
4. 1. 2 TP 脉冲定时器指令 ……………………………………………………………………… 92
4. 1. 3 TON 接通延时定时器指令 ……………………………………………………………… 93
4. 1. 4 TOF 关断延时定时器指令 ……………………………………………………………… 94
4. 1. 5 TONR 保持型接通延时定时器 ………………………………………………………… 95
4. 1. 6 定时器的应用案例 ……………………………………………………………………… 96
4. 2 项目实施……………………………………………………………………………………… 100
4. 2. 1 十字路口交通灯系统的硬件设计 ……………………………………………………… 101
4. 2. 2 十字路口交通灯系统的软件设计 ……………………………………………………… 102
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 105
思考练习……………………………………………………………………………………………… 106
项目 5 数码管显示控制 ……………………………………………………………………………… 107
5. 1 基础知识……………………………………………………………………………………… 107
5. 1. 1 计数器指令 ……………………………………………………………………………… 107
5. 1. 2 计数器指令应用案例 …………………………………………………………………… 110
5. 1. 3 比较指令 ………………………………………………………………………………… 114
2 传感器与 PLC 技术（西门子 S7-1200）（第二版）
5. 1. 4 比较指令应用案例 ……………………………………………………………………… 116
5. 2 项目实施……………………………………………………………………………………… 121
5. 2. 1 数码管显示控制系统的硬件设计 ……………………………………………………… 121
5. 2. 2 数码管显示控制系统的软件设计 ……………………………………………………… 122
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 126
思考练习……………………………………………………………………………………………… 126
项目 6 霓虹灯控制 …………………………………………………………………………………… 127
6. 1 基础知识 …………………………………………………………………………………… 127
6. 1. 1 移动操作指令 …………………………………………………………………………… 127
6. 1. 2 移位指令及循环移位指令 ……………………………………………………………… 131
6. 2 项目实施……………………………………………………………………………………… 133
6. 2. 1 霓虹灯控制电路的硬件设计 …………………………………………………………… 134
6. 2. 2 霓虹灯控制电路的软件设计 …………………………………………………………… 135
6. 3 项目拓展 …………………………………………………………………………………… 138
6. 3. 1 四则运算指令 …………………………………………………………………………… 138
6. 3. 2 CALCULATE 指令 …………………………………………………………………… 142
6. 3. 3 浮点数函数运算指令 …………………………………………………………………… 142
6. 3. 4 其他数学函数指令 ……………………………………………………………………… 143
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 145
思考练习……………………………………………………………………………………………… 145
项目 7 传感器在自动化生产线中的应用 ………………………………………………………… 147
7. 1 基础知识……………………………………………………………………………………… 147
7. 1. 1 传感器的定义 …………………………………………………………………………… 147
7. 1. 2 光电传感器 ……………………………………………………………………………… 148
7. 1. 3 接近式传感器 …………………………………………………………………………… 153
7. 1. 4 磁感应式传感器 ………………………………………………………………………… 157
7. 1. 5 气动技术 ………………………………………………………………………………… 160
7. 2 项目实施……………………………………………………………………………………… 165
7. 2. 1 物料分拣控制电路的硬件设计 ………………………………………………………… 165
7. 2. 2 物料分拣控制电路的软件设计 ………………………………………………………… 167
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 169
思考练习……………………………………………………………………………………………… 170
项目 8 工件加工单元控制 …………………………………………………………………………… 171
8. 1 基础知识 …………………………………………………………………………………… 171
8. 1. 1 顺序控制设计法和顺序功能图 ………………………………………………………… 171
8. 1. 2 顺序控制图的基本元件 ………………………………………………………………… 172
8. 1. 3 顺序功能图的结构类型 ………………………………………………………………… 174
8. 1. 4 顺序控制图编程举例 …………………………………………………………………… 174
3 目 录
8. 2 项目实施……………………………………………………………………………………… 180
8. 2. 1 工件加工单元气动控制回路 …………………………………………………………… 181
8. 2. 2 工件加工单元控制电路的硬件设计 …………………………………………………… 182
8. 2. 3 工件加工单元控制电路的软件设计 …………………………………………………… 182
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 188
思考练习……………………………………………………………………………………………… 189
项目 9 多种液体混合控制 …………………………………………………………………………… 190
9. 1 基础知识 …………………………………………………………………………………… 190
9. 1. 1 编程方法 ………………………………………………………………………………… 190
9. 1. 2 块的概述 ………………………………………………………………………………… 192
9. 1. 3 函数、数据块和函数块 ………………………………………………………………… 192
9. 1. 4 模拟量 …………………………………………………………………………………… 202
9. 2 项目实施……………………………………………………………………………………… 210
9. 2. 1 多种液体混合控制硬件设计 …………………………………………………………… 210
9. 2. 2 多种液体混合控制软件设计 …………………………………………………………… 213
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 215
思考练习……………………………………………………………………………………………… 216
项目 10 S7-1200 PLC 的通信及应用 ………………………………………………………… 217
10. 1 通信的基础知识 ………………………………………………………………………… 217
10. 1. 1 通信方式 ……………………………………………………………………………… 218
10. 1. 2 PLC 的网络术语 ……………………………………………………………………… 219
10. 1. 3 通信系统框架（OSI） ……………………………………………………………… 220
10. 1. 4 通信传送介质 ………………………………………………………………………… 220
10. 1. 5 S7-1200 支持的通信类型 …………………………………………………………… 221
10. 1. 6 串行通信的接口标准 ………………………………………………………………… 221
10. 2 S7-1200 PLC 以太网通信方式 …………………………………………………… 222
10. 2. 1 以太网通信概述 ……………………………………………………………………… 222
10. 2. 2 S7-1200 之间的 OUC 通信及实例 ………………………………………………… 223
10. 2. 3 S7-1200 与 S7-200SMART 之间的 S7 通信及实例 …………………………… 230
10. 3 S7-1200 串口通信……………………………………………………………………… 236
10. 3. 1 S7-1200 串口通信模块概述 ………………………………………………………… 236
10. 3. 2 S7-1200 之间的自由口通信及实例 ………………………………………………… 236
10. 3. 3 Modbus RUT 协议与通信实例 ……………………………………………………… 238
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 247
思考练习……………………………………………………………………………………………… 248
项目 11 S7-1200PLC 在运动控制中的应用 ………………………………………………… 249
11. 1 基础知识 …………………………………………………………………………………… 250
11. 1. 1 运动控制的概念 ……………………………………………………………………… 250
4 传感器与 PLC 技术（西门子 S7-1200）（第二版）
11. 1. 2 伺服控制的概念 ……………………………………………………………………… 251
11. 1. 3 运动控制指令 ………………………………………………………………………… 253
11. 2 项目实施 …………………………………………………………………………………… 257
11. 2. 1 硬件设计 ……………………………………………………………………………… 257
11. 2. 2 软件设计 ……………………………………………………………………………… 265
11. 3 项目拓展 …………………………………………………………………………………… 268
11. 3. 1 光电编码器 …………………………………………………………………………… 268
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 270
思考练习……………………………………………………………………………………………… 271
参考文献 …………………………………………………………………………………………………… 272
1. 1 PLC 概述 ……………………………………………………………………………………… 1
1. 1. 1 PLC 的产生及定义 ………………………………………………………………………… 2
1. 1. 2 PLC 的分类与特点 ………………………………………………………………………… 2
1. 1. 3 PLC 的功能及应用 ………………………………………………………………………… 4
1. 1. 4 PLC 与其他工业控制器系统的比较 ……………………………………………………… 5
1. 1. 5 PLC 的组成与基本结构 …………………………………………………………………… 7
1. 2 S7-1200 PLC 的硬件 …………………………………………………………………… 11
1. 2. 1 S7-1200 PLC 产品 …………………………………………………………………… 11
1. 2. 2 S7-1200PLC 的硬件结构 ……………………………………………………………… 12
1. 3 S7-1200 PLC 的工作原理与程序结构 ……………………………………………… 16
1. 3. 1 PLC 的等效电路 ………………………………………………………………………… 16
1. 3. 2 PLC 的工作方式 ………………………………………………………………………… 17
1. 3. 3 PLC 的程序结构 ………………………………………………………………………… 18
1. 4 S7-1200 PLC 的编程语言 ……………………………………………………………… 19
1. 4. 1 编程语言特点 …………………………………………………………………………… 19
1. 4. 2 PLC 编程语言的国际标准 ……………………………………………………………… 20
1. 5 S7-1200 PLC 的安装与接线…………………………………………………………… 22
1. 5. 1 S7-1200 PLC 的安装…………………………………………………………………… 22
1. 5. 2 S7-1200 PLC 的接线…………………………………………………………………… 24
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 27
思考练习 ……………………………………………………………………………………………… 28
项目 2 指示灯闪烁控制………………………………………………………………………………… 30
2. 1 基础知识 30 ………………………………………………………………………………………
2. 1. 1 TIA Portal 博途软件概述 ……………………………………………………………… 30
2. 1. 2 博途 V15 软件的安装 …………………………………………………………………… 31
2. 1. 3 博途 V15 软件的操作界面介绍 ………………………………………………………… 36
2. 1. 4 项目组态与调试 ………………………………………………………………………… 38
2. 2 项目实施 ……………………………………………………………………………………… 48
2. 2. 1 时钟闪烁控制电路的硬件设计 ………………………………………………………… 48
2. 2. 2 时钟闪烁控制电路的软件设计 ………………………………………………………… 50
2. 2. 3 时钟闪烁控制电路的仿真调试 ………………………………………………………… 50
2. 3 项目拓展 ……………………………………………………………………………………… 54
2. 3. 1 CPU 属性设置 …………………………………………………………………………… 54
2. 3. 2 S7-1200 PLC 诊断功能………………………………………………………………… 66
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 68
思考练习 ……………………………………………………………………………………………… 69
项目 3 三相异步电机正反转控制 …………………………………………………………………… 70
3. 1 基础知识 ……………………………………………………………………………………… 70
3. 1. 1 触点与线圈指令 ………………………………………………………………………… 71
3. 1. 2 基本位逻辑 ……………………………………………………………………………… 71
3. 1. 3 置位指令和复位指令 …………………………………………………………………… 73
3. 1. 4 RS 触发器和 SR 触发器指令 …………………………………………………………… 73
3. 2 项目实施 ……………………………………………………………………………………… 74
3. 2. 1 三相异步电机正反转控制电路的硬件设计 …………………………………………… 75
3. 2. 2 三相异步电机正反转控制电路的软件设计 …………………………………………… 79
3. 2. 3 三相异步电机正反转控制电路的仿真调试 …………………………………………… 80
3. 3 项目拓展 ……………………………………………………………………………………… 84
3. 3. 1 边沿检测触点指令 ……………………………………………………………………… 84
3. 3. 2 边沿检测线圈指令 ……………………………………………………………………… 85
3. 3. 3 P-TRIG 指令与 N-TRIG 指令 ………………………………………………………… 86
3. 3. 4 多点置/复指令 …………………………………………………………………………… 87
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 87
思考练习 ……………………………………………………………………………………………… 88
项目 4 十字路口交通信号灯系统设计……………………………………………………………… 89
4. 1 基础知识 ……………………………………………………………………………………… 89
4. 1. 1 定时器的种类 …………………………………………………………………………… 89
4. 1. 2 TP 脉冲定时器指令 ……………………………………………………………………… 92
4. 1. 3 TON 接通延时定时器指令 ……………………………………………………………… 93
4. 1. 4 TOF 关断延时定时器指令 ……………………………………………………………… 94
4. 1. 5 TONR 保持型接通延时定时器 ………………………………………………………… 95
4. 1. 6 定时器的应用案例 ……………………………………………………………………… 96
4. 2 项目实施……………………………………………………………………………………… 100
4. 2. 1 十字路口交通灯系统的硬件设计 ……………………………………………………… 101
4. 2. 2 十字路口交通灯系统的软件设计 ……………………………………………………… 102
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 105
思考练习……………………………………………………………………………………………… 106
项目 5 数码管显示控制 ……………………………………………………………………………… 107
5. 1 基础知识……………………………………………………………………………………… 107
5. 1. 1 计数器指令 ……………………………………………………………………………… 107
5. 1. 2 计数器指令应用案例 …………………………………………………………………… 110
5. 1. 3 比较指令 ………………………………………………………………………………… 114
2 传感器与 PLC 技术（西门子 S7-1200）（第二版）
5. 1. 4 比较指令应用案例 ……………………………………………………………………… 116
5. 2 项目实施……………………………………………………………………………………… 121
5. 2. 1 数码管显示控制系统的硬件设计 ……………………………………………………… 121
5. 2. 2 数码管显示控制系统的软件设计 ……………………………………………………… 122
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 126
思考练习……………………………………………………………………………………………… 126
项目 6 霓虹灯控制 …………………………………………………………………………………… 127
6. 1 基础知识 …………………………………………………………………………………… 127
6. 1. 1 移动操作指令 …………………………………………………………………………… 127
6. 1. 2 移位指令及循环移位指令 ……………………………………………………………… 131
6. 2 项目实施……………………………………………………………………………………… 133
6. 2. 1 霓虹灯控制电路的硬件设计 …………………………………………………………… 134
6. 2. 2 霓虹灯控制电路的软件设计 …………………………………………………………… 135
6. 3 项目拓展 …………………………………………………………………………………… 138
6. 3. 1 四则运算指令 …………………………………………………………………………… 138
6. 3. 2 CALCULATE 指令 …………………………………………………………………… 142
6. 3. 3 浮点数函数运算指令 …………………………………………………………………… 142
6. 3. 4 其他数学函数指令 ……………………………………………………………………… 143
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 145
思考练习……………………………………………………………………………………………… 145
项目 7 传感器在自动化生产线中的应用 ………………………………………………………… 147
7. 1 基础知识……………………………………………………………………………………… 147
7. 1. 1 传感器的定义 …………………………………………………………………………… 147
7. 1. 2 光电传感器 ……………………………………………………………………………… 148
7. 1. 3 接近式传感器 …………………………………………………………………………… 153
7. 1. 4 磁感应式传感器 ………………………………………………………………………… 157
7. 1. 5 气动技术 ………………………………………………………………………………… 160
7. 2 项目实施……………………………………………………………………………………… 165
7. 2. 1 物料分拣控制电路的硬件设计 ………………………………………………………… 165
7. 2. 2 物料分拣控制电路的软件设计 ………………………………………………………… 167
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 169
思考练习……………………………………………………………………………………………… 170
项目 8 工件加工单元控制 …………………………………………………………………………… 171
8. 1 基础知识 …………………………………………………………………………………… 171
8. 1. 1 顺序控制设计法和顺序功能图 ………………………………………………………… 171
8. 1. 2 顺序控制图的基本元件 ………………………………………………………………… 172
8. 1. 3 顺序功能图的结构类型 ………………………………………………………………… 174
8. 1. 4 顺序控制图编程举例 …………………………………………………………………… 174
3 目 录
8. 2 项目实施……………………………………………………………………………………… 180
8. 2. 1 工件加工单元气动控制回路 …………………………………………………………… 181
8. 2. 2 工件加工单元控制电路的硬件设计 …………………………………………………… 182
8. 2. 3 工件加工单元控制电路的软件设计 …………………………………………………… 182
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 188
思考练习……………………………………………………………………………………………… 189
项目 9 多种液体混合控制 …………………………………………………………………………… 190
9. 1 基础知识 …………………………………………………………………………………… 190
9. 1. 1 编程方法 ………………………………………………………………………………… 190
9. 1. 2 块的概述 ………………………………………………………………………………… 192
9. 1. 3 函数、数据块和函数块 ………………………………………………………………… 192
9. 1. 4 模拟量 …………………………………………………………………………………… 202
9. 2 项目实施……………………………………………………………………………………… 210
9. 2. 1 多种液体混合控制硬件设计 …………………………………………………………… 210
9. 2. 2 多种液体混合控制软件设计 …………………………………………………………… 213
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 215
思考练习……………………………………………………………………………………………… 216
项目 10 S7-1200 PLC 的通信及应用 ………………………………………………………… 217
10. 1 通信的基础知识 ………………………………………………………………………… 217
10. 1. 1 通信方式 ……………………………………………………………………………… 218
10. 1. 2 PLC 的网络术语 ……………………………………………………………………… 219
10. 1. 3 通信系统框架（OSI） ……………………………………………………………… 220
10. 1. 4 通信传送介质 ………………………………………………………………………… 220
10. 1. 5 S7-1200 支持的通信类型 …………………………………………………………… 221
10. 1. 6 串行通信的接口标准 ………………………………………………………………… 221
10. 2 S7-1200 PLC 以太网通信方式 …………………………………………………… 222
10. 2. 1 以太网通信概述 ……………………………………………………………………… 222
10. 2. 2 S7-1200 之间的 OUC 通信及实例 ………………………………………………… 223
10. 2. 3 S7-1200 与 S7-200SMART 之间的 S7 通信及实例 …………………………… 230
10. 3 S7-1200 串口通信……………………………………………………………………… 236
10. 3. 1 S7-1200 串口通信模块概述 ………………………………………………………… 236
10. 3. 2 S7-1200 之间的自由口通信及实例 ………………………………………………… 236
10. 3. 3 Modbus RUT 协议与通信实例 ……………………………………………………… 238
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 247
思考练习……………………………………………………………………………………………… 248
项目 11 S7-1200PLC 在运动控制中的应用 ………………………………………………… 249
11. 1 基础知识 …………………………………………………………………………………… 250
11. 1. 1 运动控制的概念 ……………………………………………………………………… 250
4 传感器与 PLC 技术（西门子 S7-1200）（第二版）
11. 1. 2 伺服控制的概念 ……………………………………………………………………… 251
11. 1. 3 运动控制指令 ………………………………………………………………………… 253
11. 2 项目实施 …………………………………………………………………………………… 257
11. 2. 1 硬件设计 ……………………………………………………………………………… 257
11. 2. 2 软件设计 ……………………………………………………………………………… 265
11. 3 项目拓展 …………………………………………………………………………………… 268
11. 3. 1 光电编码器 …………………………………………………………………………… 268
知识扩展与思政园地 ……………………………………………………………………………… 270
思考练习……………………………………………………………………………………………… 271
参考文献 …………………………………………………………………………………………………… 272
