现代电气控制及PLC应用技术（第6版）

　　本书从便于教学需要和实际工程应用出发，介绍和讲解了继电接触式控制系统和可编程序控制器控制系统的工作原理、设计方法和实际应用。与其他同类教材相比，本书有以下特点：（1）除基本的常用低压电器外，还介绍了与电气控制技术有关的其他器件；（2）对传统电气控制系统的内容进行了大幅度删减，简明扼要地讲解了其中最基础的知识，同时讲解了作者总结提出的电气控制线路和可编程序控制器程序的“简单设计法”；（3）讲解了变频器和人机界面HMI的基本原理和使用；（4）全面使用新的电气控制系统图形符号和文字符号国家标准；（5）结合大量实例讲解了S7-200 SMART PLC的指令系统和功能图（SFC）的使用；（6）对PLC的网络通信技术以及S7-200 SMART PLC的通信功能进行了详细的讲解，并给出了大量实例；（7）有详尽的工程设计案例，并附有相应程序和详细讲解；（8）作为进阶学习内容，从多个层面和角度对S7-1200 PLC的重要技术进行了讲解和分析；（9）附有思考题、练习题、实验指导书和课程设计、毕业设计素材指导书。 本版教材全面继承了前几版的精华，既包含全新的传统电气控制技术的内容，也包含对PLC精深透彻的讲解；既包含工业自动化常用设备，如变频器、HMI和工业组态软件的详细介绍，也深度讲解了PLC通信联网技术。本教材力求做到语言通畅、叙述清楚、讲解细致，所有内容的安排都是为了便于实际应用和教学，并尽可能多地融进作者的经验和科研成果。 本书可作为高等院校和职业院校的自动化、电气工程、机电一体化及相关专业的“电气控制及可编程序控制器应用技术”或相关课程的教材，对于广大从事电气控制技术工作的工程技术人员来说，也是一本很好的参考书和自学教材。

　　王永华，郑州轻工业大学教授，研究生导师，国家“万人计划”教学名师，“智汇郑州”领军人才，河南省高层次（B类）人才。 近十余年，主持完成科研项目50余项，获得省部级以上奖励8项，发表论文近60篇；持续主持省级和精品课程建设项目；编著的《现代电气控制及PLC应用技术》被450余所院校作为教材使用，编著的《现场总线技术及应用教程》被80余所院校作为教材使用；建立了“中国PROFIBUS/PROFINET技术培训中心”和“中国IEC 61131-3培训中心”。 主要研究方向为工业生产过程信息化/智能化系统、先进自动化技术集成与应用、工业控制网络技术研究与应用等。

绪 论
第1章 电气控制系统常用器件
1.1 电器的基本知识
1.1.1 电器的定义和分类
1.1.2 电磁式低压电器的基本结构和工作原理
1.2 接触器
1.2.1 接触器的用途及分类
1.2.2 接触器的结构及工作原理
1.2.3 接触器的技术参数
1.2.4 接触器的选择
1.3 继电器
1.3.1 电磁式继电器
1.3.2 热继电器
1.3.3 时间继电器
1.3.4 速度继电器
1.3.5 固态继电器
1.4 低压断路器
1.5 熔断器
1.5.1 熔断器的结构和分类
1.5.2 熔断器的保护特性
1.5.3 熔断器的技术参数
1.5.4 熔断器的选择
1.6 主令电器
1.6.1 控制按钮
1.6.2 转换开关
1.6.3 行程开关
1.6.4 接近开关
1.6.5 光电开关
1.7 信号电器
1.8 常用执行器件
1.8.1 电磁执行器件
1.8.2 常用驱动设备
1.9 常用检测仪表
1.10 常用电气安装附件
本章小
思考题与练习题
第2章 电气控制线路基础
2.1 电气控制系统图的图形、文字符号及绘制原则
2.1.1 常用电气图形符号和文字符号
2.1.2 电气控制系统图的绘制原则
2.2 三相笼型异步电动机基本控制线路
2.2.1 全压启动控制线路
2.2.2 正反转控制线路
2.2.3 点动控制线路
2.2.4 多点控制系统
2.2.5 顺序控制线路
2.2.6 自动循环控制线路
2.3 三相笼型异步电动机启动和制动控制线路
2.3.1 星形—三角形降压启动控制线路
2.3.2 反接制动控制线路
2.4 变频器及其使用
2.4.1 调速基本概念
2.4.2 变频器的类型
2.4.3 变频器的组成
2.4.4 变频器的主要技术参数
2.4.5 变频器的选择
2.4.6 变频器的主要功能
2.4.7 变频器的操作方式
2.4.8 变频器应用举例
2.5 电气控制线路的简单设计法
2.5.1 概 述
2.5.2 简单设计法介绍
2.5.3 简单设计法应用举例
2.6 典型生产机械电气控制线路分析
2.6.1 电气控制线路分析基础
2.6.2 C650卧式车床电气控制线路分析
本章小结
思考题与练习题
第3章 可编程序控制器概述
3.1 PLC的产生和定义
3.1.1 PLC的产生
3.1.2 PLC的定义
3.2 PLC的发展
3.2.1 PLC的发展历史
3.2.2 PLC的发展趋势
3.3 PLC的应用领域
3.4 PLC的特点
3.5 PLC与其他典型控制系统的区别
3.5.1 与继电器控制系统的区别
3.5.2 与单片机控制系统的区别
3.5.3 与DCS、FCS控制系统的区别
3.6 PLC的分类
3.7 PLC的系统组成
3.8 PLC的内部资源
3.8.1 软元件(软继电器)
3.8.2 PLC中的软元件
3.9 PLC的编程语言
3.10 PLC的工作原理
3.10.1 PLC的工作方式
3.10.2 PLC工作过程的核心内容
3.10.3 PLC对输入/输出的处理原则
3.11 西门子小型PLC概述
3.11.1 为什么选择S7-200 SMART PLC为讲授对象
3.11.2 S7-200 PLC、S7-200 SMART PLC及S7-1200 PLC的主要区别
3.11.3 S7-200 SMART PLC硬件系统基本构成
3.11.4 I/O 点数扩展和编址
本章小结
思考题与练习题
第4章 PLC基本指令及程序设计
4.1 寻址方式
4.1.1 数据类型
4.1.2 直接寻址
4.1.3 间接寻址
4.2 S7-200 SMART PLC编程时的两点说明
4.2.1 输出线圈和指令盒
4.2.2 网络块
4.2.3 符号表和变量表
4.3 PLC的基本逻辑指令
4.3.1 逻辑取及线圈驱动指令
4.3.2 触点串联指令
4.3.3 触点并联指令
4.3.4 置位、复位指令
4.3.5 RS触发器指令
4.3.6 立即指令
4.3.7 边沿脉冲指令
4.3.8 逻辑堆栈操作指令
4.3.9 比较指令
4.3.10 定时器
4.3.11 计数器
4.4 程序控制指令
4.4.1 结束及暂停指令
4.4.2 看门狗复位指令
4.4.3 跳转及标号指令
4.4.4 循环指令
4.4.5 获取非致命代码指令
4.5 PLC初步编程指导
4.5.1 梯形图编程的基本规则
4.5.2 LAD和STL编程语言之间的转换
4.6 典型简单电路和环节的PLC程序设计
4.6.1 延时脉冲产生电路
4.6.2 瞬时接通/延时断开电路
4.6.3 延时接通/延时断开电路
4.6.4 计数器的扩展
4.6.5 长定时电路
4.6.6 闪烁电路
4.6.7 报警电路
4.7 PLC程序的简单设计法及应用举例
4.7.1 PLC程序的简单设计法
4.7.2 应用举例
本章小结
思考题与练习题
第5章 PLC功能指令及应用
5.1 程序结构
5.2 子程序
5.2.1 建立子程序
5.2.2 子程序的调用
5.2.3 带参数的子程序调用
5.3 中 断
5.3.1 几个基本概念
5.3.2 中断指令
5.3.3 中断程序
5.4 传送、移位和填充指令
5.4.1 传送类指令
5.4.2 移位与循环指令
5.4.3 字节交换指令
5.4.4 填充指令
5.5 运算和数学指令
5.5.1 加法指令
5.5.2 减法指令
5.5.3 乘法指令
5.5.4 除法指令
5.5.5 数学函数指令
5.5.6 增/减指令
5.5.7 逻辑运算指令
5.6 表功能指令
5.7 转换指令
5.7.1 数据类型转换指令
5.7.2 编码和译码指令
5.7.3 段码指令
5.7.4 ASCII码转换指令
5.7.5 字符串转换指令
5.8 字符串指令
5.9 时钟指令
5.10 高速计数器指令
5.10.1 高速计数器基本概念
5.10.2 高速计数器指令
5.10.3 高速计数器的使用方法
5.11 高速脉冲输出指令
5.11.1 几个基本概念
5.11.2 高速脉冲指令及特殊寄存器
5.11.3 PTO 的使用
5.11.4 PWM 的使用
5.12 PLC中模拟量的处理及PID回路指令
5.12.1 PID算法及模拟量处理技术
5.12.2 PID回路指令及使用
本章小结
思考题与练习题
第6章 PLC顺序控制指令及其使用
6.1 功能图的产生及基本概念
6.1.1 功能图的产生
6.1.2 功能图的基本概念
6.1.3 功能图的构成规则
6.2 顺序控制指令
6.2.1 顺序控制指令介绍
6.2.2 举例说明
6.2.3 使用说明
6.3 功能图的主要类型
6.3.1 单流程
6.3.2 可选择的分支和连接
6.3.3 并行分支和连接
6.3.4 跳转和循环
6.4 顺序控制指令应用举例
6.4.1 选择和循环电路举例
6.4.2 并行分支和连接电路举例
6.4.3 选择和跳转电路举例
本章小结
思考题与练习题
第7章 PLC网络通信技术及应用
7.1 工业网络结构
7.2 工业通信网络基础知识
7.2.1 数据通信方式(数据流动方向)
7.2.2 数据传输方式
7.2.3 差错控制
7.2.4 传送介质
7.2.5 主要拓扑结构
7.2.6 通信接口
7.2.7 通信协议
7.3 S7-200 SMART PLC的通信接口及网络连接
7.3.1 通信接口、协议及网络配置
7.3.2 S7-200 SMART PLC的网络连接
7.4 S7-200 SMART PLC的通信指令及应用
7.4.1 网络读/网络写指令及应用
7.4.2 基于自由口模式的发送和接收指令及应用
7.4.3 基于以太网的开放式协议指令库
7.4.4 Modbus库指令及应用
7.4.5 USS库指令
本章小结
思考题与练习题
第8章 PLC控制系统综合设计
8.1 PLC控制系统设计步骤及内容
8.1.1 分析评估控制任务
8.1.2 PLC的选型
8.1.3 I/O 地址分配
8.1.4 分解控制任务
8.1.5 系统设计
8.1.6 安全电路设计
8.1.7 系统调试
8.1.8 文档编制
8.2 HMI及其使用
8.2.1 HMI概述
8.2.2 HMI在S7-200 SMART PLC控制系统中的使用
8.3 变频器和PLC之间的配合
8.3.1 变频器和PLC的关系
8.3.2 G120C变频器
8.3.3 G120C变频器的主要端子及接线图
8.3.4 变频器和PLC典型应用举例
8.4 工业自动化监控系统及应用
8.4.1 概 述
8.4.2 WinCC和PC Access的应用举例
8.5 双恒压无塔供水控制系统设计
8.5.1 工艺过程
8.5.2 系统控制要求
8.5.3 控制系统的I/O 点及地址分配
8.5.4 PLC系统选型
8.5.5 电气控制系统原理图
8.5.6 系统程序设计
8.6 电热锅炉供热控制系统设计
8.6.1 工艺过程
8.6.2 系统控制要求
8.6.3 PLC选型
8.6.4 控制系统的I/O 点及地址分配
8.6.5 电气控制系统原理图
8.7 PLC在实际工程应用中的安装技术
8.7.1 PLC的安装
8.7.2 电源的设计
8.7.3 系统的接地
8.7.4 电缆设计与铺设
8.7.5 PLC输入信号的接线
8.7.6 PLC输出端的接线及特殊处理
本章小结
思考题与练习题
第9章 S7-1200 PLC主要技术特点
9.1 产品系列
9.1.1 硬件系统
9.1.2 软件平台
9.2 程序设计基础
9.2.1 寻址方式
9.2.2 数据类型
9.2.3 编程语言
9.2.4 程序架构
9.3 指令系统
9.4 S7-1200 PLC程序设计举例
本章小结
思考题与练习题
第10章 编程软件及其使用
10.1 编程软件的初步使用
10.1.1 计算机的配置要求
10.1.2 软件的安装与卸载
10.1.3 硬件安装与拆卸
10.1.4 参数设置
10.1.5 与主机单元(CPU 模块)建立通信
10.2 编程软件功能
10.2.1 基本功能
10.2.2 界面及各部分的功能
10.2.3 主菜单
10.2.4 工具栏
10.2.5 项目树中各部分的功能
10.3 编 程
10.3.1 使用惯例
10.3.2 建立程序
10.4 调试及运行监控
10.4.1 S7-200 SMART PLC操作模式的选择
10.4.2 选择扫描次数
10.4.3 状态图表监控和趋势视图监控
10.4.4 在运行模式下编辑应用程序
10.4.5 程序监控
本章小结
附录A 实验指导书
A 1 异步电动机可逆运行实验
A 2 S7-200 SMART PLC编程软件使用实验
A 3 标准工业报警电路实验
A 4 使用简单设计法编制电动机顺序启停控制程序实验
A 5 抢答器程序设计实验
A 6 人行道按钮控制交通灯程序设计实验
A 7 使用顺序功能图编制电动机顺序启停控制程序实验
A 8 PID程序设计实验
A 9 S7-200 SMART PLC网络通信实验
A 10 HMI简单应用实验
附录B 课程设计和毕业设计课题素材指导
B 1 机械臂分拣装置控制系统设计
B 2 PLC高速脉冲计数系统设计
B 3 使用网络读写指令设计通信控制系统
B 4 双恒压供水控制系统设计
B 5 电热锅炉供热控制系统设计
B 6 S7-200 SMART PLC在小规模工业控制网络中的应用
B 7 基于Modbus通信协议的工业控制网络学习和实践
B 8 基于PROFINET的工业控制网络学习和实践
附录C S7-200 SMART PLC快速参考信息
C 1 标准型(SR/ST)PLC的CPU规范
C 2 标准型PLC的CPU 存储器范围和特性总汇
C 3 常用特殊继电器SMB0和SMB1的位信息
参考文献