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. 信息技术与人工智能实训 [主编 彭冬梅]
2. 信息技术与人工智能 [主编 罗茜]
3. 爆笑学英语：句句有梗的英文段子 [丁睿 编著]
4. 2025年湖南省金融业发展报告 [主编 王志辉 任璐]
5. 露易丝•格丽克诗歌中的“自我”研究 [李昂 著]
6. Ansys Workbench Mechanical 机械结构仿真指南与实例详解 [蔡宜时 编著]
7. 基于价值共创的生态文旅战略协同研究—以水利风景区为例 [王腾 董青 周海炜 著]
8. 数字化转型推动旅游产业升级的路径研究 [郭晓丽　著]
9. 中华水文化•水利名人文化 [毕雪燕 马卓 郭凯旋 费昕 马]
10. 遇见通州——副中心文明小书创作大赛获奖作品集 [主编　吕宇翔]
11. 潮白河流域岸带植物及水生生物图谱 [北京市水务规划研究院　著]
12. 用英语讲中国5000情景词 [董妍奇　编著]
13. 泥石流大石块冲击力计算方法实验研究 [易伟 赵怀宝 著]
14. 高职院校“双师型”教师领导力模型构建与应用研究 [杨晓倩　著]
15. 《公共机构节约用水管理办法》释义与实践 [国家机关事务管理局公共机构节能]
16. 绿色低碳发展的公共机构方案——2024-2025年度公共机构绿色低碳转型课题集 [国家机关事务管理局公共机构节能]
17. 数字化转型对企业高质量发展的影响研究 [金英兰　著]
18. 英语教学论与实践探索 [金虹 著]
19. 2025年湖南省文化和旅游业发展报告 [主编 金立槟]
20. 2023年长沙市湘菜餐饮业发展报告 [主编　邓应华 ]
21. 2025年湖南省会展业发展报告 [主编 陈莉]
22. 团体心理辅导 [方雄　著]
23. 中国湘菜文化史 [崔德明 彭文杰 李元敏 方八另]
24. 清代湖湘特色饮食研究 [李元敏 方八另 蔡振林 著]
25. 现代教育技术 [张嘉赢 赵月娥]
26. 信息技术与人工智能基础 [阙清贤 罗如为]
27. AI Agent [郑天民 著]
28. 信息素养与人工智能基础 [罗奕 程小恩]
29. 计算方法 [徐应祥]
30. 农村社会调查与SPSS统计分析实务 [主编 黄颖]