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本书全面介绍了TIA博途（V13 SP1）软件和S7-1200/1500 PLC的基本功能、硬件组态、编程和调试的方法与技巧，在结构上分为4篇：首先简单介绍TIA博途软件和S7-1200/1500 PLC产品；接着通过电气技术发展的历史脉络阐述PLC有关的基本知识和基本概念；然后详尽介绍在TIA博途软件和S7-1200/1500 PLC下各部分基本功能的使用方法；最后，总结一般工控程序的编写方法和技巧，并简要介绍PLC技术在“工业4.0”和“智能制造”背景下的地位和方向。对于初学PLC的人员，可以通过前2篇轻松理解PLC相关的基础知识，并直接对接TIA博途软件下的各种应用，而对于有S7-300/400 PLC使用经验的读者，可以在通读第1篇的整体产品介绍后，直接跳到第3篇，快速上手新软件、新设备。

目  录
第1篇  初探	1
第1章  TIA博途软件和S7-1200/1500初探	2
1.1  自动化发展概况	2
1.2  西门子集成自动化和产品体系简介	4
1.3  S7-1200/1500介绍	5
1.3.1  S7-1200/1500在SIMATIC S7体系中的位置	5
1.3.2  S7-1200特点介绍	6
1.3.3  S7-1500 特点介绍	6
1.4  TIA博途软件介绍	7
1.4.1  TIA博途软件的特点	7
1.4.2  TIA博图软件的结构和版本	9
1.4.3  TIA博图软件的支持软件	10
1.4.4  TIA博途软件的授权	10
第2篇  PLC技术基础	11
第2章  电气控制基础	12
2.1  常用的电气控制元件	12
2.1.1  保护（配电）器件	12
2.1.2  接触器	15
2.1.3  继电器	17
2.1.4  主令电器	17
2.2  电气控制系统简单实例	18
第3章  PLC控制基础	20
3.1  从继电器（接触器）到PLC控制	20
3.2  PLC的硬件结构	21
3.3  PLC程序运行原理	23
3.3.1  程序循环机制	23
3.3.2  编程语言	24
3.3.3  CPU的结构和运行原理	25
3.3.4  存储器的编址与变量	30
3.3.5  变量类型	31
3.3.6  OB块简介	32
3.3.7  DB块简介	32
3.3.8  FC块简介	32
3.3.9  FB块简介	36
3.3.10  UDT简介	39
3.4  现场总线与分布式IO简介	39
3.4.1  PROFIbus 现场总线简介	40
3.4.2  PROFInet 现场总线简介	40
第4章  梯形图、基础指令和执行原理	43
4.1  梯形图语言基础	43
4.2  位操作指令	44
4.2.1  常开、常闭和“与”逻辑	44
4.2.2  取反和“或”逻辑	46
4.2.3  置位、复位、置位优先触发器（RS）和复位优先触发器（SR）	47
4.2.4  上升沿检测和下降沿检测	49
4.3  定时器指令	50
4.3.1  脉冲定时器（S_PULSE）	50
4.3.2  扩展脉冲定时器（S_PEXT）	52
4.3.3  延迟输出定时器（S_ODT）	54
4.3.4  带记忆的延迟输出定时器（S_ODTS）	55
4.3.5  关断延迟定时器（S_OFFDT）	56
4.4  计数器指令	57
4.4.1  向上计数器	57
4.4.2  向下计数器（C计数器）	58
4.4.3  上下计数器（C计数器）	58
第3篇  TIA软件和S7-1200/1500 PLC基础	61
第5章  TIA 软件的基本操作	62
5.1  软件的视图	62
5.2  软件的常用操作	63
5.2.1  项目的创建、打开、关闭、移植、压缩和解压缩	63
5.2.2  软件中的帮助系统和撤销功能	66
5.2.3  软件的升级	67
5.3  软件的窗体	68
5.3.1  窗体的划分	68
5.3.2  项目树中的操作	70
5.3.3  窗口的基本操作和软件的使用思路	72
5.3.4  各部分窗口的配合与软件的使用思路	75
第6章  硬件操作	77
6.1  硬件组态和在线设置概述	77
6.2 在线设置	78
6.2.1接口（Interface）的设置	78
6.2.2  对硬件模块的在线设置	79
6.3  硬件组态	84
6.3.1  创建设备	84
6.3.2  组态CPU机架	85
6.3.3  组态分布式设备	88
6.3.4  配置PROFInet参数和建立PROFInet连接	89
6.4  硬件组态的编译与下载	91
6.4.1  编译	91
6.4.2  下载	93
6.5  常用模块的硬件配置	96
6.5.1  S7-1500 PLC的PS电源与PM电源模块	96
6.5.2  S7-1500 PLC的CPU模块的属性设置	98
6.5.3  EP200SP的组态和使用	105
6.5.4  模拟量输入与输出模块的配置和使用	106
6.6  与硬件配置有关的其他操作	109
6.6.1  硬件组态和程序的上传	109
6.6.2  CPU机架的探测功能	110
6.6.3  GSD文件的加载	112
6.6.4  硬件库的更新	115
6.6.5  自动附加IP功能的说明	115
第7章  程序操作	117
7.1  程序编辑的基本方法	117
7.1.1  程序块的创建	117
7.1.2  程序块的在线、编译、下载、上传、比较	118
7.1.3  程序块的加密与保护	121
7.1.4  程序编辑界面的基本操作	122
7.1.5  变量的拖曳	124
7.2  OB块	126
7.2.1  程序循环、错误中断、时间中断的触发条件	127
7.2.2  OB100的调用条件和S7-1200/1500的启动	129
7.2.3  OB80的触发条件	130
7.2.4  硬件中断的触发条件	130
7.2.5  诊断中断的触发条件	132
7.2.6  优化的OB块	132
7.3  S7-1200/1500 下的数据类型	134
7.3.1  基础数据类型	134
7.3.2  PLC数据类型（UDT）	135
7.3.3  数组（Array）	136
7.3.4  结构体（Struct）	137
7.4  变量（tags）	137
7.4.1  变量（tags）的管理	138
7.4.2  在变量（tags）中新建变量	139
7.4.3  变量表中的几种特殊情况和提示	140
7.4.4  变量断电保持属性的设置	141
7.4.5  变量的HMI访问属性	142
7.4.6  变量（tags）的更名与内置ID机制	144
7.4.7  变量（tags）中的监控功能	144
7.4.8  常量和新建常量	144
7.4.9  系统常量	145
7.5  DB块	146
7.5.1  DB块的类型	146
7.5.2  在DB块中建立变量	147
7.5.3  DB块中数据的属性	147
7.5.4  DB块调试功能之快闪（Snapshot）系列功能	149
7.5.5  优化DB块之存储方式改变	150
7.5.6  优化DB块之下载而不初始化功能	152
7.6  FC块与FB块	156
7.6.1  FC块	156
7.6.2  FB块	156
7.6.3  FC块和FB块的更新	158
7.7  工艺指令	159
7.8  数组的使用和FC/FB块中Variant 类型接口参数的讨论和实例	159
第8章  TIA博途软件指令	165
8.1  TIA博途软件指令的新特征	165
8.1.1  更加灵活的梯形图画法	165
8.1.2  更加灵活的指令选择和参数配置	165
8.1.3  “使能输出端”的可选择性	166
8.1.4  隐形转换和指令接口参数的添加	167
8.2  位逻辑指令	167
8.3  定时器指令	170
8.4  计数器指令	175
8.4  比较指令	178
8.6  数学指令	180
8.7  移动指令	181
8.8  转换指令	184
8.9  程序控制指令	186
8.10  字逻辑运算指令	188
8.11  位移指令	190
第9章  调试方法	192
9.1  程序的监控和相关功能	192
9.1.1  一般程序块的监控和相关功能	192
9.1.2  在调用选择下FB块的监控	193
9.2  监控变量和强制IO	194
9.2.1  监控变量	194
9.2.2  强制IO	198
9.3  查看资源分配列表	200
9.4  变量的交叉检索	201
9.5  调用结构与调用层级的查看	204
9.6  离线与在线的比较	204
9.6.1  离线与在线的比较功能实操	204
9.6.2  对不一致程序块的处理	206
9.6.3  对程序细节的离线与在线的比较	206
9.7  变量跟踪	207
9.7.1  变量跟踪的原理	207
9.7.2  变量跟踪的触发模式	208
9.7.3  变量跟踪的组态	208
9.7.4  变量跟踪的实际操作	210
9.7.5  采用数据的保存与导出	212
第10章  错误（故障）的处理、诊断与程序诊断	214
10.1  PLC错误（故障）综述	214
10.2  PLC的在线诊断	215
10.3  PLC的程序诊断	219
10.3.1  基于指令的诊断	220
10.3.2  基于OB块的诊断	226
第11章  HMI相关操作	229
11.1  HMI设备的新建和连接设置	230
11.1.1  新建HMI设备和HMI设计的框架	230
11.1.2  HMI与PLC通信的设置	230
11.2  HMI变量	234
11.3  画面与控件	237
11.3.1  画面的设计与管理	237
11.3.2  控件的使用	238
11.4  报警的管理和配置	243
11.5  HMI中的常用特殊功能	246
11.5.1  HMI与CPU之间的状态汇报	246
11.5.2  HMI与PLC的时间同步	248
11.5.3  将CPU的诊断信息显示在HMI上	249
第12章  SCL语言与Graph语言	254
12.1  SCL语言	254
12.1.1  SCL编辑环境和调试工具	254
12.1.2  SCL语言中的指令	255
12.1.3  SCL语言中的控制结构	257
12.2  Graph语言	260
12.2.1  Graph语言程序介绍	261
12.2.2  Graph语言程序块的建立和运行原理	262
12.2.3  顺控图与顺控图的编辑	266
12.2.4  单步编辑	269
12.2.5  互锁和监控的报警	273
第13章  故障安全和安全型PLC的使用	276
13.1  故障安全简介	276
13.2  TIA博途软件中故障安全的设置	280
13.2.1  安全模块的硬件组态和设置	281
13.2.2  硬件组态的下载和模块端F目标地址的设置	286
13.2.3  安全程序的创建、编写、编译与下载	289
第4篇  编程经验与PLC技术漫谈	295
第14章  设计与编程经验漫谈	296
14.1  组建一个控制系统	296
14.2  输入、状态、输出三层级的编程与分析方法	297
14.2.1  方法概述	297
14.2.2  举升机控制实例之状态变量的创建	297
14.2.3  举升机控制实例之状态变量的定义	299
14.2.4  举升机控制实例之状态变量决定输出	305
14.3  论程序的层次与结构	306
第15章  编程技巧	310
15.1  利用Excel批量编辑简单的语句表指令	310
15.2  源文件操作	315
第16章  展望“工业4.0”与《中国制造2025》下的PLC技术	318

前  言
2010年，西门子公司发布了TIA博途软件（V10版本），成为业内首个全集成自动化概念下的自动化软件。2012年，西门子公司又推出了S7-1500 PLC，软硬件的更新换代，使自动化工程的组态和设计被重新定义。这一套新产品的问世，标志着全集成自动化概念的成熟，代表了自动化技术的未来。
自新产品问世以来，新一代的PLC和TIA博途软件正在世界各地逐渐普及。作为一名一直工作在工控一线的工程师，笔者明显感到这股强劲的趋势。为了跟上时代的潮流，我于2015年年中参加了西门子公司TIA博途软件和S7-1200/1500 PLC的培训，又在今年年初远赴北美，参与了一套AGV设备的调试，亲自尝试并体验了TIA博途软件和S7-1500 PLC在实战中的效果。而在国内，也正是这套新产品高速普及的时期，我希望在这个时候可以贡献我的力量。出于这个简单的目的，我耗费了近一年的业余时间，完成这本书的编写。
在本书的编写过程中，我一直把握着如下几个原则：
（1）照顾两类人群。在学习和使用TIA博途软件和S7-1500 PLC的用户中，一部分是从未使用过PLC的人群，另一类是使用过经典STEP7软件和S7-200/300/400的人群。前者可能需要从基础概念开始阐述，直到新产品的应用，而后者可能只希望快速了解新产品的使用方法和新的功能。本书在内容编排上，将所有西门子PLC的基础知识和基础概念集中在第2篇讲解，而与TIA博途软件和S7-1500 PLC有关的概念则集中在第3篇阐述。对于希望从基础开始学习PLC技术的读者可以从第2篇开始阅读，并在内容上可以较好地衔接并过渡到第3篇。而对于有西门子PLC使用经验的读者，则可以直接阅览第3篇的内容，快速掌握新产品下的所有基本操作。
（2）注重实用性。笔者是一名工作在工控一线的工程师，对于PLC技术会更多关注其中各个功能的实用性，也更希望自己的作品可以更突出实用的特点。首先，在产品功能阐述中，简要对该功能在实际项目中的作用进行说明。其次，本书几乎没有任何照抄产品手册中图表数据的内容。笔者认为，手册对每个人来说，都可以方便地下载和阅读。一本讲述PLC技术的书籍应该让读者具备更好地理解手册的能力，而不是简单地引用手册中的数据。一本实用的PLC技术书籍应该更注重技术本身的解析。最后需要说明的是，本书中的软件截图界面均使用了英文版的TIA博途软件，因为英文版的软件确实更加实用。不过，在阐述软件使用的过程中，对于这些截图中的英文都给出了笔者的翻译。这些翻译与中文版的TIA博途软件不见得一致。但总的来看，笔者的翻译比软件中文版要更加严谨。因为鉴于软件界面的限制，软件汉化过程中的翻译可能无法做得过于严谨。笔者在自动化系统集成的岗位工作几年之后，深深感到阅读和理解各种产品手册是一名自动化工程师的核心能力。在此，也希望广大读者可以从这些英文界面截图中或多或少地了解一些PLC技术相关的英文专有名词，或许对大家在阅读产品手册时有一定帮助。
本书第4篇总结了一些笔者的编程经验。有人说：“如果经验可以被总结的话，那还叫经验吗？”但是我还相信“语言的力量是无穷的”，我坚信没有什么是用语言表达不了的，包括经验。笔者的编程和调试经验并不算丰富，但就PLC程序来看，一名初学者和一名老工程师所编写的程序，虽然都可以实现同样的功能，但代码质量确实还是有差距的。本篇内容希望可以给初学者一个启发，向他们展示一种编程的思路。对于老工程师来说，那算是献丑了。
在本书的编写过程中，电子工业出版社工业技术分社社长徐静和策划编辑陈韦凯给予我极大的帮助和支持，首先对他们表示由衷的感谢。同时，也得到了很多亲朋好友的鼓励和帮助，在此表示中心感谢。
由于作者水平有限，加之时间仓促，书中错误和不足之处在所难免，请广大读者朋友不吝批评指正。任何批评指正请发至如下邮箱：cyberneticist@126.com 。最后需要对本人的邮箱做一个解释，“Cyberneticist”取自“Cybernetics”一词，是著名科学家诺伯特? 维纳（Norbert Wiener）所著《控制论》一书时使用的单词。加入表示“专家”意思的后缀“ist”，变成了“Cyberneticist”一词。还是在我上学的时候，当时以成为一名控制论专家为目标和理想，便申请了这个邮箱。现在反思自己，距离理想还很遥远，还需继续努力。在这里晒出这个邮箱，实在是太过献丑了。


张  硕
2016年11月7日于北京

工业技术/PLC

张硕，男，自动化工程师，任职美资独资知名自动化企业，具有丰富的自动化生产线设计、调试经验。精通西门子各系列PLC产品，并具有良好的写作功底。

TIA是Totally Integrated Automation（全集成自动化）的缩写。TIA Portal是在全集成自动化理念下的一款自动化设计软件，被翻译为“TIA博途”。该软件将原有的PLC编程软件、HMI（人机接口）设计软件、变频器调试软件集中在了一款软件中。用户在同时设计PLC程序、HMI界面、配置变频器参数时不仅可以使用统一的界面，而且还可以轻松共享各部分中的变量及其他资源。同时对指令系统重新进行了规划；对变量体系、程序块（包括组织块和数据块）的机理进行了优化、对编译原理进行了重新设计，大量的实用新功能从中出现。为更加完美地适用这些实用新功能，全新的PLC硬件系统也成功上市，S7-1200/1500系列PLC在“TIA”的理念下设计制造，可以应用TIA博途软件下几乎所有功能。而S7-1200/1500系列PLC可以替换原来从S7-200到S7-400范围内的所有PLC。可以说TIA博途和S7-1200/1500系列PLC将会是当下和未来西门子PLC的主要方向。__eol__本书将带领你快速入门该套软件的应用。__eol__

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TIA博途软件与S7-1200/1500 PLC应用详解