机电一体化技术实训教程

兼顾基础入门与进阶应用

配套详细操作步骤与参数设置

理论落地、实操导向、案例驱动

前 言

在智能制造与工业4.0深度融合的时代，机电一体化系统的设计与调试正从传统“实物试错”模式向现代“数字孪生驱动”模式转型。西门子PLC作为工业自动化控制的核心，以其高可靠性、强抗干扰能力、灵活的编程通信特性成为自动化生产线与设备的“神经中枢”；MCD（机电一体化概念设计）作为西门子PLM体系的关键工具，凭借3D建模、物理属性定义、动态仿真与信号交互能力，为机电系统提供了虚拟设计与验证的“数字镜像”。二者的深度结合打通了机械设计、电气控制、虚拟调试的全流程壁垒，既能在无物理样机阶段验证PLC控制逻辑、优化系统方案，又能通过数字孪生实现物理设备与虚拟模型的实时联动，大幅降低研发成本、缩短项目周期，成为装备制造业数字化转型的核心技术支撑。

当前，机电一体化人才培养与工程实践中，普遍存在机械设计与电气控制脱节、虚拟仿真与实际控制割裂、现场调试依赖经验且试错成本高的痛点。本书立足西门子PLC与MCD的协同应用，以“理论落地、实操导向、案例驱动”为核心思路，系统梳理二者结合的技术框架、通信配置、信号映射、联合调试方法，填补了该领域系统化、实操化教材的空白。

本书内容兼顾基础入门与进阶应用，配套详细操作步骤和参数设置，帮助读者快速掌握核心技能。同时，本书注重实践与理论的结合，既讲解技术原理，也分析常见问题和优化策略，助力读者解决实际工程中的通信延迟、信号同步、仿真性能等难题。

希望本书能帮助读者搭建起机械与电气融合的知识体系，掌握西门子PLC与MCD联合应用的核心能力，从容应对智能制造时代的技术挑战，为我国装备制造业的数字化、智能化发展贡献力量。

由于编者水平有限，书中难免存在疏漏与不足，恳请读者和业内专家批评指正。

编 者

2026年2月

前言
第1章 S7-1500 PLC编程软件与基础 1
1.1 TIA Portal V16的操作方法应用实例讲解界面操作 1
1.2 S7-1500 PLC编程指令应用 8
1.2.1 位逻辑指令应用 8
1.2.2　定时器指令应用 12
1.2.3　计数器指令应用 19
1.2.4 功能指令应用 25
1.3 S7-1500 PLC函数块应用 37
1.3.1 数据块 38
1.3.2　组织块 40
1.3.3　函数 41
1.3.4　函数块 44
1.3.5　线性编程和结构化编程 47
1.3.6　函数块应用实例 48
第2章 触摸屏应用 52
2.1 触摸屏用户管理应用实例 52
2.2 触摸屏报警设置方法应用实例 56
2.3 触摸屏配方管理功能应用实例 60
2.4 触摸屏数据记录功能应用实例 65
2.5 触摸屏动画功能应用实例 68
2.6 触摸屏多语言功能应用实例 74
第3章 S7-1500 PLC之间的通信 77
3.1 PROFINET通信应用 77
3.1.1 PROFINET通信功能概述 77
3.1.2 PROFINET通信应用实例 77
3.2 S7通信应用 81
3.2.1 S7通信功能概述 81
3.2.2 S7通信应用实例 81
3.3 Modbus TCP通信应用 90
3.3.1 Modbus TCP通信功能概述 90
3.3.2 Modbus TCP通信应用实例 91
3.4 开放式用户通信应用 96
3.4.1 开放式用户通信功能概述 96
3.4.2 开放式用户通信应用实例 97
第4章 S7-1500 PLC控制变频器应用 107
4.1 S7-1500 PLC通过端子控制V20变频器应用 107
4.1.1 S7-1500 PLC通过端子控制V20变频器功能概述 107
4.1.2 S7-1500 PLC通过端子控制V20变频器应用实例 107
4.2 S7-1500 PLC通过PROFINET通信控制G120变频器应用 111
4.2.1 S7-1500 PLC通过PROFINET通信控制G120变频器功能概述 111
4.2.2 S7-1500 PLC通过PROFINET通信控制G120变频器应用实例 111
第5章 S7-1500 PLC控制伺服驱动器应用 119
5.1 S7-1500 PLC通过TO模式控制V90 PN伺服驱动器的应用 119
5.1.1 S7-1500 PLC通过TO模式控制V90 PN伺服驱动器功能概述 119
5.1.2 S7-1500 PLC通过TO模式控制V90 PN伺服驱动器应用实例 119
5.2 S7-1500 PLC通过TO模式控制V90 PTI伺服驱动器应用 132
5.2.1 S7-1500 PLC通过TO模式控制V90 PTI伺服驱动器功能概述 132
5.2.2 S7-1500 PLC通过TO模式控制V90 PTI伺服驱动器应用实例 132
5.3 S7-1500 PLC通过EPOS模式控制V90 PN伺服驱动器应用 143
5.3.1 S7-1500 PLC通过EPOS模式控制V90 PN伺服驱动器功能概述 143
5.3.2 S7-1500 PLC通过EPOS模式控制V90 PN伺服驱动器应用实例 144
第6章 PLCSIM Advanced的仿真应用 150
6.1 PLCSIM Advanced虚拟仿真应用实例 150
6.2 PLCSIM Advanced相对齿轮传动仿真应用实例 153
6.3 PLCSIM Advanced绝对齿轮传动仿真应用实例 163
6.4 PLCSIM Advanced凸轮传动仿真应用实例 169
6.5 PLCSIM Advanced CNC插补传动仿真应用实例 172
第7章 MCD软件的仿真应用 179
7.1 MCD软件的基本界面介绍 179
7.2 MCD软件的机械模型参数设置界面介绍 182
7.3 MCD软件的变量链接应用实例 190
7.4 MCD软件的虚拟仿真应用实例 194
7.5 MCD软件的模型修改应用实例 207
参考文献 210

1. OPC：多智能体协同与自动化 [何伟　孟伟坡　著]
2. 计算机网络技术项目教程 [主编 高良诚 许鹏]
3. 电工技术（第三版） [主编 姜燕 江亚群]
4. 单词密码：用美国人的方法背单词 [朱子熹 编著]
5. AI领导力突围：从校园到职场 [刘言午　著]
6. 影响你一生的英语背诵范文大全•生如夏花（3000词汇量版）（第2版） [成琳　陈丽霞　成应翠]
7. 动态影像技术（活页式） [吕米佳　邱一恒]
8. 超高清HDR视频制作项目式教程（微课版） [孙晔]
9. 人工智能应用项目化教程 [主编　金忠伟　太淑玲]
10. OpenFOAM理论与复杂物理场仿真计算 [黄先北 曹九发]
11. 基于深度学习的温室智能除草机器人目标检测研究 [颜辉 郭煌彬 龙多]
12. 电厂辅机设备及工程实践（微课版） [张晓燕 班淑珍 王玮]
13. 电池状态估计与安全检测技术 [武明虎 张凡 杜万银]
14. Python+MySQL全栈开发实战（微课版） [梁竞敏 宋广科 王伟城 许义海]
15. 单片机应用实践研究 [谢元成]
16. 文件鉴定技术 [何海洋 柯昌林]
17. 平面设计项目教程 [刘永华　陈瑶　左悦]
18. 人工智能编程理论与实践 [卢利琼 彭增焰]
19. 优化“心”能量：培养幸福的孩子 [李明]
20. 未来归来 [俞善锋]
21. 嵌入式物联网系统设计与实践 [刘雯]
22. 光纤通信中的物理现象及应用实例 [钟昆 董加强 著]
23. 数字化转型中高校外语教育创新 [吴丽 著]
24. 中国通信工业协会教育专委会2024年会议论文集 [主编 中国通信工业协会教育专委]
25. 系统规划与管理师真题及模考卷精析（适用机考） [主编 薛大龙]
26. 机械制图习题集 [主编 于景福]
27. 机械制图 [主编 于景福]
28. OPC：多智能体团队搭建与应用指南 [何伟　明鉴　著]
29. OPC：多智能体协同与自动化 [何伟　孟伟坡　著]
30. 统驭工程 [姜汉龙　陈百顺　著]