現代電氣控制及PLC應用技術(第6版)（簡體書）

本書從便於教學需要和實際工程應用出發，介紹和講解了繼電接觸式控制系統和可編程序控制器控制系統的工作原理、設計方法和實際應用。與其他同類教材相比，本書有以下特點：(1)除基本的常用低壓電器外，還介紹了與電氣控制技術有關的其他器件；(2)對傳統電氣控制系統的內容進行了大幅度刪減，簡明扼要地講解了其中最基礎的知識，同時講解了作者總結提出的電氣控制線路和可編程序控制器程序的“簡單設計法”；(3)講解了變頻器和人機界面HMI的基本原理和使用；(4)全面使用新的電氣控制系統圖形符號和文字符號國家標準；(5)結合大量實例講解了S7-200 SMART PLC的指令系統和功能圖(SFC)的使用；(6)對PLC的網絡通信技術以及S7-200 SMART PLC的通信功能進行了詳細的講解，並給出了大量實例；(7)有詳盡的工程設計案例，並附有相應程序和詳細講解；(8)作為進階學習內容，從多個層面和角度對S7-1200 PLC的重要技術進行了講解和分析；(9)附有思考題、練習題、實驗指導書和課程設計、畢業設計素材指導書。



本版教材全面繼承了前幾版的精華，既包含全新的傳統電氣控制技術的內容，也包含對PLC精深透徹的講解；既包含工業自動化常用設備，如變頻器、HMI和工業組態軟件的詳細介紹，也深度講解了PLC通信聯網技術。本教材力求做到語言通暢、敘述清楚、講解細緻，所有內容的安排都是為了便於實際應用和教學，並盡可能多地融進作者的經驗和科研成果。



本書可作為高等院校和職業院校的自動化、電氣工程、機電一體化及相關專業的“電氣控制及可編程序控制器應用技術”或相關課程的教材，對於廣大從事電氣控制技術工作的工程技術人員來說，也是一本很好的參考書和自學教材。

王永華，鄭州輕工業大學教授，研究生導師,國家“萬人計劃”教學名師,“智匯鄭州”領軍人才,河南省高層次（B類）人才。



近十餘年，主持完成科研項目50余項，獲得省部級以上獎勵8項，發表論文近60篇；持續主持省級和精品課程建設項目；編著的《現代電氣控制及PLC應用技術》被450余所院校作為教材使用，編著的《現場總線技術及應用教程》被80余所院校作為教材使用；建立了“中國PROFIBUS/PROFINET技術培訓中心”和“中國IEC 61131-3培訓中心”。



主要研究方向為工業生產過程信息化/智能化系統、先進自動化技術集成與應用、工業控制網絡技術研究與應用等。

（1）本書為使用本教材的高等院校和培訓機構的任課教師提供電子教案，可發郵件至wyh@zzuli.edu.cn聯繫索取。

（2）本書是國內較早全面採用新的電氣系統文字表示符號國家標準(GB/T 5094 和GB/T 20939)的教材。新國標的採用，以及對電氣控制系統通識知識、S7-200 SMART PLC的全面講解和S7-1200 PLC技術精華的補充，使本教材繼續保持了在電氣控制及PLC應用技術教學方面的先進性。

緒 論



第1章 電氣控制系統常用器件



1.1 電器的基本知識



1.1.1 電器的定義和分類



1.1.2 電磁式低壓電器的基本結構和工作原理



1.2 接觸器



1.2.1 接觸器的用途及分類



1.2.2 接觸器的結構及工作原理



1.2.3 接觸器的技術參數



1.2.4 接觸器的選擇



1.3 繼電器



1.3.1 電磁式繼電器



1.3.2 熱繼電器



1.3.3 時間繼電器



1.3.4 速度繼電器



1.3.5 固態繼電器



1.4 低壓斷路器



1.5 熔斷器



1.5.1 熔斷器的結構和分類



1.5.2 熔斷器的保護特性



1.5.3 熔斷器的技術參數



1.5.4 熔斷器的選擇



1.6 主令電器



1.6.1 控制按鈕



1.6.2 轉換開關



1.6.3 行程開關



1.6.4 接近開關



1.6.5 光電開關



1.7 信號電器



1.8 常用執行器件



1.8.1 電磁執行器件



1.8.2 常用驅動設備



1.9 常用檢測儀錶



1.10 常用電氣安裝附件



本章小



思考題與練習題



第2章 電氣控制線路基礎



2.1 電氣控制系統圖的圖形、文字符號及繪製原則



2.1.1 常用電氣圖形符號和文字符號



2.1.2 電氣控制系統圖的繪製原則



2.2 三相籠型異步電動機基本控制線路



2.2.1 全壓啟動控制線路



2.2.2 正反轉控制線路



2.2.3 點動控制線路



2.2.4 多點控制系統



2.2.5 順序控制線路



2.2.6 自動循環控制線路



2.3 三相籠型異步電動機啟動和制動控制線路



2.3.1 星形―三角形降壓啟動控制線路



2.3.2 反接制動控制線路



2.4 變頻器及其使用



2.4.1 調速基本概念



2.4.2 變頻器的類型



2.4.3 變頻器的組成



2.4.4 變頻器的主要技術參數



2.4.5 變頻器的選擇



2.4.6 變頻器的主要功能



2.4.7 變頻器的操作方式



2.4.8 變頻器應用舉例



2.5 電氣控制線路的簡單設計法



2.5.1 概 述



2.5.2 簡單設計法介紹



2.5.3 簡單設計法應用舉例



2.6 典型生產機械電氣控制線路分析



2.6.1 電氣控制線路分析基礎



2.6.2 C650臥式車床電氣控制線路分析



本章小結



思考題與練習題



第3章 可編程序控制器概述



3.1 PLC的產生和定義



3.1.1 PLC的產生



3.1.2 PLC的定義



3.2 PLC的發展



3.2.1 PLC的發展歷史



3.2.2 PLC的發展趨勢



3.3 PLC的應用領域



3.4 PLC的特點



3.5 PLC與其他典型控制系統的區別



3.5.1 與繼電器控制系統的區別



3.5.2 與單片機控制系統的區別



3.5.3 與DCS、FCS控制系統的區別



3.6 PLC的分類



3.7 PLC的系統組成



3.8 PLC的內部資源



3.8.1 軟元件(軟繼電器)



3.8.2 PLC中的軟元件



3.9 PLC的編程語言



3.10 PLC的工作原理



3.10.1 PLC的工作方式



3.10.2 PLC工作過程的核心內容



3.10.3 PLC對輸入/輸出的處理原則



3.11 西門子小型PLC概述



3.11.1 為什麼選擇S7-200 SMART PLC為講授對象



3.11.2 S7-200 PLC、S7-200 SMART PLC及S7-1200 PLC的主要區別



3.11.3 S7-200 SMART PLC硬件系統基本構成



3.11.4 I/O 點數擴展和編址



本章小結



思考題與練習題



第4章 PLC基本指令及程序設計



4.1 尋址方式



4.1.1 數據類型



4.1.2 直接尋址



4.1.3 間接尋址



4.2 S7-200 SMART PLC編程時的兩點說明



4.2.1 輸出線圈和指令盒



4.2.2 網絡塊



4.2.3 符號表和變量表



4.3 PLC的基本邏輯指令



4.3.1 邏輯取及線圈驅動指令



4.3.2 觸點串聯指令



4.3.3 觸點並聯指令



4.3.4 置位、複位指令



4.3.5 RS觸發器指令



4.3.6 立即指令



4.3.7 邊沿脈衝指令



4.3.8 邏輯堆棧操作指令



4.3.9 比較指令



4.3.10 定時器



4.3.11 計數器



4.4 程序控制指令



4.4.1 結束及暫停指令



4.4.2 看門狗複位指令



4.4.3 跳轉及標號指令



4.4.4 循環指令



4.4.5 獲取非致命代碼指令



4.5 PLC初步編程指導



4.5.1 梯形圖編程的基本規則



4.5.2 LAD和STL編程語言之間的轉換



4.6 典型簡單電路和環節的PLC程序設計



4.6.1 延時脈衝產生電路



4.6.2 瞬時接通/延時斷開電路



4.6.3 延時接通/延時斷開電路



4.6.4 計數器的擴展



4.6.5 長定時電路



4.6.6 閃爍電路



4.6.7 報警電路



4.7 PLC程序的簡單設計法及應用舉例



4.7.1 PLC程序的簡單設計法



4.7.2 應用舉例



本章小結



思考題與練習題



第5章 PLC功能指令及應用



5.1 程序結構



5.2 子程序



5.2.1 建立子程序



5.2.2 子程序的調用



5.2.3 帶參數的子程序調用



5.3 中 斷



5.3.1 幾個基本概念



5.3.2 中斷指令



5.3.3 中斷程序



5.4 傳送、移位和填充指令



5.4.1 傳送類指令



5.4.2 移位與循環指令



5.4.3 字節交換指令



5.4.4 填充指令



5.5 運算和數學指令



5.5.1 加法指令



5.5.2 減法指令



5.5.3 乘法指令



5.5.4 除法指令



5.5.5 數學函數指令



5.5.6 增/減指令



5.5.7 邏輯運算指令



5.6 表功能指令



5.7 轉換指令



5.7.1 數據類型轉換指令



5.7.2 編碼和譯碼指令



5.7.3 段碼指令



5.7.4 ASCII碼轉換指令



5.7.5 字符串轉換指令



5.8 字符串指令



5.9 時鐘指令



5.10 高速計數器指令



5.10.1 高速計數器基本概念



5.10.2 高速計數器指令



5.10.3 高速計數器的使用方法



5.11 高速脈衝輸出指令



5.11.1 幾個基本概念



5.11.2 高速脈衝指令及特殊寄存器



5.11.3 PTO 的使用



5.11.4 PWM 的使用



5.12 PLC中模擬量的處理及PID回路指令



5.12.1 PID算法及模擬量處理技術



5.12.2 PID回路指令及使用



本章小結



思考題與練習題



第6章 PLC順序控制指令及其使用



6.1 功能圖的產生及基本概念



6.1.1 功能圖的產生



6.1.2 功能圖的基本概念



6.1.3 功能圖的構成規則



6.2 順序控制指令



6.2.1 順序控制指令介紹



6.2.2 舉例說明



6.2.3 使用說明



6.3 功能圖的主要類型



6.3.1 單流程



6.3.2 可選擇的分支和連接



6.3.3 並行分支和連接



6.3.4 跳轉和循環



6.4 順序控制指令應用舉例



6.4.1 選擇和循環電路舉例



6.4.2 並行分支和連接電路舉例



6.4.3 選擇和跳轉電路舉例



本章小結



思考題與練習題



第7章 PLC網絡通信技術及應用



7.1 工業網絡結構



7.2 工業通信網絡基礎知識



7.2.1 數據通信方式(數據流動方向)



7.2.2 數據傳輸方式



7.2.3 差錯控制



7.2.4 傳送介質



7.2.5 主要拓撲結構



7.2.6 通信接口



7.2.7 通信協議



7.3 S7-200 SMART PLC的通信接口及網絡連接



7.3.1 通信接口、協議及網絡配置



7.3.2 S7-200 SMART PLC的網絡連接



7.4 S7-200 SMART PLC的通信指令及應用



7.4.1 網絡讀/網絡寫指令及應用



7.4.2 基於自由口模式的發送和接收指令及應用



7.4.3 基於以太網的開放式協議指令庫



7.4.4 Modbus庫指令及應用



7.4.5 USS庫指令



本章小結



思考題與練習題



第8章 PLC控制系統綜合設計



8.1 PLC控制系統設計步驟及內容



8.1.1 分析評估控制任務



8.1.2 PLC的選型



8.1.3 I/O 地址分配



8.1.4 分解控制任務



8.1.5 系統設計



8.1.6 安全電路設計



8.1.7 系統調試



8.1.8 文檔編制



8.2 HMI及其使用



8.2.1 HMI概述



8.2.2 HMI在S7-200 SMART PLC控制系統中的使用



8.3 變頻器和PLC之間的配合



8.3.1 變頻器和PLC的關係



8.3.2 G120C變頻器



8.3.3 G120C變頻器的主要端子及接線圖



8.3.4 變頻器和PLC典型應用舉例



8.4 工業自動化監控系統及應用



8.4.1 概 述



8.4.2 WinCC和PC Access的應用舉例



8.5 雙恒壓無塔供水控制系統設計



8.5.1 工藝過程



8.5.2 系統控制要求



8.5.3 控制系統的I/O 點及地址分配



8.5.4 PLC系統選型



8.5.5 電氣控制系統原理圖



8.5.6 系統程序設計



8.6 電熱鍋爐供熱控制系統設計



8.6.1 工藝過程



8.6.2 系統控制要求



8.6.3 PLC選型



8.6.4 控制系統的I/O 點及地址分配



8.6.5 電氣控制系統原理圖



8.7 PLC在實際工程應用中的安裝技術



8.7.1 PLC的安裝



8.7.2 電源的設計



8.7.3 系統的接地



8.7.4 電纜設計與鋪設



8.7.5 PLC輸入信號的接線



8.7.6 PLC輸出端的接線及特殊處理



本章小結



思考題與練習題



第9章 S7-1200 PLC主要技術特點



9.1 產品系列



9.1.1 硬件系統



9.1.2 軟件平臺



9.2 程序設計基礎



9.2.1 尋址方式



9.2.2 數據類型



9.2.3 編程語言



9.2.4 程序架構



9.3 指令系統



9.4 S7-1200 PLC程序設計舉例



本章小結



思考題與練習題



第10章 編程軟件及其使用



10.1 編程軟件的初步使用



10.1.1 計算機的配置要求



10.1.2 軟件的安裝與卸載



10.1.3 硬件安裝與拆卸



10.1.4 參數設置



10.1.5 與主機單元(CPU 模塊)建立通信



10.2 編程軟件功能



10.2.1 基本功能



10.2.2 界面及各部分的功能



10.2.3 主菜單



10.2.4 工具欄



10.2.5 項目樹中各部分的功能



10.3 編 程



10.3.1 使用慣例



10.3.2 建立程序



10.4 調試及運行監控



10.4.1 S7-200 SMART PLC操作模式的選擇



10.4.2 選擇掃描次數



10.4.3 狀態圖表監控和趨勢視圖監控



10.4.4 在運行模式下編輯應用程序



10.4.5 程序監控



本章小結



附錄A 實驗指導書



A 1 異步電動機可逆運行實驗



A 2 S7-200 SMART PLC編程軟件使用實驗



A 3 標準工業報警電路實驗



A 4 使用簡單設計法編制電動機順序啟停控制程序實驗



A 5 搶答器程序設計實驗



A 6 人行道按鈕控制交通燈程序設計實驗



A 7 使用順序功能圖編制電動機順序啟停控制程序實驗



A 8 PID程序設計實驗



A 9 S7-200 SMART PLC網絡通信實驗



A 10 HMI簡單應用實驗



附錄B 課程設計和畢業設計課題素材指導



B 1 機械臂分揀裝置控制系統設計



B 2 PLC高速脈衝計數系統設計



B 3 使用網絡讀寫指令設計通信控制系統



B 4 雙恒壓供水控制系統設計



B 5 電熱鍋爐供熱控制系統設計



B 6 S7-200 SMART PLC在小規模工業控制網絡中的應用



B 7 基於Modbus通信協議的工業控制網絡學習和實踐



B 8 基於PROFINET的工業控制網絡學習和實踐



附錄C S7-200 SMART PLC快速參考信息



C 1 標準型(SR/ST)PLC的CPU規範



C 2 標準型PLC的CPU 存儲器範圍和特性總匯



C 3 常用特殊繼電器SMB0和SMB1的位信息



參考文獻