本书立足于机械工程和电气工程类人才培养目标，在理论教学基础上，阐述利用西门子STEP 7、PLCSIM以及WinCC组态软件实现分布式控制系统课程设计的方法，集基础知识、设计、实验于一体，旨在培养学生应用能力、工程设计能力和创新开发能力，是分布式控制系统课程设计的配套指导教程。全书分基础知识、课程设计的要求与备选题目、综合创新实验3篇，共10章。
本书理论和实践相结合，突出综合创新能力,集分布式控制思维的培养、PLC控制系统的设计和三位一体平台的创新开发能力培养于一体，适合作为普通高等教育工科类相关专业，尤其是机械工程、现代装备与控制工程等专业本科生和研究生的分布式控制系统课程设计教材

随着社会对工业自动化生产要求的不断提高，计算机、控制等科学技术的不断发展，分布式控制已成为集成、复杂、庞大的工业生产控制过程的必然选择。分布式控制系统是实现工业生产过程控制的具体设备，是结合了顺序控制、程序控制以及各类控制功能的完整系统，是目前应用最广泛、结构最先进、功能最完整的控制系统，可以实现集中操作管理和分散调节控制，特别适合用于大型工业现场。通过掌握分布式控制系统的设计方法基本上可以较全面地掌握控制系统。因此，了解和学习分布式控制系统的设计原理、思想、方法，对高等学校机械工程和电气工程专业的学生来说，已经是必不可少的知识。
随着分布式控制系统的纵向深入发展以及PLC技术的成熟和进步，二者在功能上已经出现逐步融合的趋势。然而实际工程中使用的分布式控制系统设计起来整体十分庞大，具有代表性的典型产品价格昂贵，尽管随着产品的不断更新换代价格已经有所降低，但仍不便于进行大规模教学使用及实践。因此，根据分布式控制的特点，从基本的实现方法出发，为了便于学生了解和掌握基本控制方法、组态方法等分布式控制系统设计的基本方法，本书基于使用PLC自建分布式控制系统的思路，借助目前技术成熟的西门子STEP 7和S7PLCSIM仿真软件以及WinCC组态软件，结合具体的工程问题实现分布式控制设计，在课程设计中介绍分布式控制系统的结构设计、软硬件组态、控制方法设计等主要内容，培养和提高学生解决工业生产中复杂工程控制问题的能力。
本书的课程设计可选题目取材广泛，结合了工业和生活实际，注重培养学生分析和解决实际工程问题的能力，以及动手实践的能力。内容由浅入深，涵盖了分布式控制的基本知识，西门子PLC相关软件的安装、使用、指令和编程实例，以及WinCC的安装和组态方法等，便于学生快速上手应用，实施课程设计。本书分3篇，共10章：第1篇包括第1~7章，主要为基础软硬件知识、软件使用和基本程序设计方法，以及一些设计实例，起到抛砖引玉的作用；第2篇包括第8章和第9章，内容为课程设计的要求与备选题目；第3篇即第10章，为综合创新实验，探讨STEP 7、WinCC和MATLAB三位一体平台的搭建和基于OPC的组态设计方法，为培养学生综合创新能力提供思路。
本书由上海工程技术大学机械与汽车工程学院张爱华、雷菊阳任主编，张海峰任副主编，徐斌、高玮玮、钱莉、董林参与编写。其中，第1、4~8章由张爱华编写，第2、3章由张海峰、徐斌编写，第9章由高玮玮、钱莉、董林编写，第10章由雷菊阳编写，全书由张爱华统稿，雷菊阳校订。编写过程中钱前、张洁、杨凌耀等几位研究生提供了支持和帮助，在此深表感谢！
由于编者水平有限，书中难免有偏颇和疏漏之处，恳请广大读者和同行批评指正。


编者2020年5月

第1篇基础知识
第1章引言/2
11分布式控制系统概述/2
12分布式控制系统课程设计概述/3
第2章硬件基础/5
21PLC的工作原理/5
22PLC的组成/7
221硬件组成/7
222软件组成/12
23PLC的编程语言/12
231PLC编程语言的国际标准/12
232PLC的编程语言/13
第3章软件安装/16
31STEP 7的安装与卸载/16
32S7PLCSIM仿真软件安装/21
33WinCC的安装/22
331WinCC组态软件概述/22
332WinCC的安装/23
第4章分布式系统的组态与仿真/29
41项目创建与编辑/29
411项目结构/29
412项目创建步骤/30
413编辑项目/32
42硬件组态/35
421硬件组态的任务与步骤/35
422CPU 的参数设置/39
423I/O模块的参数设置/42
43梯形图程序的实现方法/46
431梯形图（LAD）布局设置/46
432梯形图（LAD）程序编写规则/48
433逻辑块的梯形图程序编写/50
44S7PLCSIM仿真与调试方法/64
441仿真PLC的启动/64
442S7PLCSIM仿真软件的使用/65
443仿真PLC特有的功能及其与实际PLC的区别/69
第5章STEP 7梯形图编程的基本操作指令/71
51梯形图指令及其结构/71
511指令的组成/72
512操作数/72
52位逻辑指令/73
521位逻辑运算指令/73
522位操作指令/74
523跳变沿检测指令/80
53定时器与计数器指令/82
531定时器指令/82
532时钟存储器/90
533计数器指令/92
534定时器与计数器的配合使用/96
54数据处理功能指令/98
541传送指令/98
542转换指令/98
55运算指令/101
551算术运算指令/101
552字逻辑运算指令/104
553数据运算指令应用举例/106
56移位指令和数据块指令/106
561移位指令/106
562移位指令应用/109
563数据块指令/110
57控制指令/112
571逻辑控制的梯形图指令/112
572程序控制指令/114
573主控继电器指令/114
第6章程序结构和设计方法/116
61STEP 7 CPU程序结构与堆栈/116
611CPU程序的块结构/116
612用户程序使用的堆栈/117
62逻辑块/119
621组织块（OB）/119
622功能（FC）和功能块（FB）/122
623对逻辑块的编程/123
63数据块/124
631数据类型/124
632数据块的创建方法/126
633访问数据块/128
64编程方法与举例/129
641线性化编程/129
642分部式编程/131
643结构化编程/135
ⅢⅣ第7章使用WinCC开发和组态项目/150
71WinCC概述/150
711WinCC的性能特点/150
712WinCC系统构成/151
72项目的创建与组态/151
721建立项目/151
722变量的创建与组态/154
723过程画面的创建与组态/159
73对象的基本操作/167
731对象的基本静态操作/167
732对象属性的动态化/167
733ANSIC脚本/169
734使用图形编辑器的练习/175
74WinCC项目的运行/176
741设定WinCC运行系统的属性/176
742使用变量模拟器/176
743WinCC与PLC联合仿真/178
第2篇课程设计的要求与备选题目
第8章分布式控制系统课程设计要求/187
81课程设计要求与成绩评定/187
82控制系统的设计原则与一般步骤/188
第9章可选题目与设计要求/193
91运料小车控制系统设计/193
92机械手的PLC控制系统设计/193
93水箱水位控制系统程序设计/194
94邮件分拣机控制系统设计/195
95四层电梯控制系统设计/196
96自动送料系统的控制设计/197
97多种液体自动混合系统的控制设计/198
98十字路口交通指挥信号灯的控制设计/199
99喷水池花色喷水系统的控制设计/200
910广告牌彩灯的控制设计/201
911水温恒温控制系统设计/202
912多工步组合机床控制系统设计/203
913燃油锅炉控制系统设计/204
914车库管理控制系统设计/205
915工业洗衣机控制系统设计/205
916显像管搬运机械手控制系统设计/206
917直流伺服电动机控制系统设计/207
918小球分拣控制系统设计/208
919精密滚柱直径筛选系统设计/209
920发动机组控制系统设计/210
921自动洗车控制系统设计/210
922自动售货机控制系统设计/211
第3篇综合创新实验
第10章综合创新实验/214
101时滞对象PID位置算法控制实验设计/214
102史密斯预估器实验研究设计/216
103STEP 7、WinCC及MATLAB三位一体的实验平台设计/220
104基于OPC的组态设计及虚拟控制实验/230
105基于水箱液位控制的OPC的组态设计及虚拟实现/232参考文献/240

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