现代电气控制及PLC应用技术

第1章　电气控制系统常用器件
1.1　电器的基本知识　4
1.1.1　电器的定义和分类　4
1.1.2　电磁式低压电器的基本结构和工作原理　5
1.2　接触器　11
1.2.1　接触器的用途及分类　11
1.2.2　接触器的结构及工作原理　12
1.2.3　接触器的技术参数　12
1.2.4　接触器的选择　13
1.3　继电器　14
1.3.1　电磁式继电器　14
1.3.2　热继电器　16
1.3.3　时间继电器　19
1.3.4　速度继电器　19
1.3.5　温度继电器　20
1.3.6　液位继电器　21
1.3.7　压力继电器　22
1.3.8　固态继电器　22
1.4　开关电器　24
1.4.1　刀开关　24
1.4.2　低压断路器　24
1.5　熔断器27
1.5.1　熔断器的结构和分类　27
1.5.2　熔断器的保护特性　28
1.5.3　熔断器的技术参数　28
1.5.4　熔断器的选择29
1.6　主令电器　29
1.6.1　控制按钮　30
1.6.2　转换开关　31
1.6.3　行程开关　32
1.6.4　接近开关　32
1.6.5　光电开关　33
1.7　信号电器　34
1.8　常用执行器件　35
1.8.1　电磁执行器件　35
1.8.2　常用驱动设备　37
1.9　常用检测仪表　38
1.10　常用安装附件　40
本章小结　41
思考题与练习题　42
第2章　电气控制线路基础
2.1　电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则　43
2.1.1　常用电气图形符号和文字符号　44
2.1.2　电气控制线路图的绘制原则　55
2.2　三相笼型异步电动机的基本控制线路　58
2.2.1　全压启动控制线路　58
2.2.2　正反转控制线路　59
2.2.3　点动控制线路　60
2.2.4　多点控制系统　61
2.2.5　顺序控制线路　61
2.2.6　自动循环控制线路　62
2.3　三相笼型异步电动机降压启动控制线路　63
2.3.1　星形—三角形降压启动控制线路　63
2.3.2　自耦变压器降压启动控制线路　64
2.3.3　软启动器及其使用　65
2.4　三相笼型异步电动机制动控制线路　71
2.4.1　反接制动控制线路　71
2.4.2　能耗制动控制线路　73
2.5　三相笼型异步电动机速度控制线路　76
2.5.1　基本概念　76
2.5.2　变极调速控制线路　76
2.6　变频调速与变频器的使用　78
2.6.1　变频调速的基本概念　78
2.6.2　变频器的类型　78
2.6.3　变频器的组成　80
2.6.4　变频器的主要技术参数　81
2.6.5　变频器的选择　82
2.6.6　变频器的主要功能　83
2.6.7　变频器的操作方式　84
2.6.8　变频器应用举例　85
2.7　电气控制线路的简单设计法　85
2.7.1　概　述　85
2.7.2　简单设计法介绍　86
2.7.3　简单设计法设计举例　89
2.8　典型生产机械电气控制线路分析　90
2.8.1　电气控制线路分析基础　90
2.8.2　C650卧式车床电气控制线路分析　91
本章小结　95
思考题与练习题　96
第3章　可编程序控制器概述
3.1　PLC的产生和定义　98
3.1.1　PLC的产生　98
3.1.2　PLC的定义99
3.2　PLC的发展　100
3.2.1　PLC的发展历史　100
3.2.2　PLC的发展趋势　101
3.3　PLC的应用领域　104
3.4　PLC的特点106
3.5　PLC与其他典型控制系统的区别　107
3.5.1　与继电器控制系统的区别　107
3.5.2　与IPC控制系统的区别　108
3.5.3　与单片机控制系统的区别　109
3.5.4　与DCS、FCS控制系统的区别　110
3.6　PLC的分类　111
3.6.1　按I/O点数容量分类　111
3.6.2　按结构形式分类　113
3.7　PLC的系统组成　113
3.8　PLC的工作原理　117
3.8.1　PLC的工作方式与运行框图　117
3.8.2　PLC工作过程的中心内容　120
3.8.3　PLC对输入/输出的处理原则　120
3.9　PLC的编程语言　121
本章小结　123
思考题与练习题　123
第4章　S7200 PLC基础知识
4.1　概　述　124
4.2　硬件系统　125
4.2.1　硬件系统基本构成　125
4.2.2　主机结构及性能特点　126
4.2.3　I/O的扩展及功能的扩展　127
4.3　内部资源　130
4.3.1　软元件（软继电器）　130
4.3.2　软元件介绍　131
4.4　寻址方式　134
4.4.1　数据类型　134
4.4.2　直接寻址　135
4.4.3　间接寻址　136
4.5　指令系统　138
4.5.1　编程语言　138
4.5.2　几个基本概念　140
4.6　程序结构　140
4.7　S7200 PLC的几个特性　141
本章小结　142
思考题与练习题　143
第5章　PLC基本指令及程序设计
5.1　PLC的基本逻辑指令　144
5.1.1　逻辑取及线圈驱动指令　144
5.1.2　触点串联指令　145
5.1.3　触点并联指令　145
5.1.4　置位、复位指令　146
5.1.5　RS触发器指令　147
5.1.6　立即指令　147
5.1.7　边沿脉冲指令　149
5.1.8　逻辑堆栈操作指令　150
5.1.9　比较指令　153
5.1.10　定时器　155
5.1.11　计数器　160
5.2　程序控制指令　163
5.2.1　结束及暂停指令　163
5.2.2　看门狗复位指令　163
5.2.3　跳转及标号指令　164
5.2.4　循环指令　165
5.2.5　诊断LED指令　166
5.3　PLC初步编程指导　167
5.3.1　梯形图编程的基本规则　167
5.3.2　LAD和STL编程语言之间的转换　169
5.4　典型简单电路和环节的PLC程序设计　169
5.4.1　延时脉冲产生电路　169
5.4.2　瞬时接通/延时断开电路　170
5.4.3　延时接通/延时断开电路　170
5.4.4　脉冲宽度可调电路　172
5.4.5　计数器的扩展　172
5.4.6　长定时电路　173
5.4.7　闪烁电路　173
5.4.8　报警电路　175
5.5　PLC程序的简单设计法及应用举例　177
5.5.1　PLC程序的简单设计法　177
5.5.2　应用举例　178
本章小结　181
思考题与练习题　181
第6章　S7200 PLC顺序控制指令及应用
6.1　功能图的产生及基本概念　184
6.1.1　功能图的产生　184
6.1.2　功能图的基本概念　184
6.1.3　功能图的构成规则　185
6.2　顺序控制指令　186
6.2.1　顺序控制指令介绍　186
6.2.2　举例说明　187
6.2.3　使用说明　188
6.3　功能图的主要类型　188
6.3.1　单流程　188
6.3.2　可选择的分支和连接　189
6.3.3　并行分支和连接　189
6.3.4　跳转和循环　191
6.4　顺序控制指令应用举例　193
6.4.1　选择和循环电路举例　193
6.4.2　并行分支和连接电路举例　196
6.4.3　选择和跳转电路举例　199
本章小结　 201
思考题与练习题　202
第7章　S7200 PLC功能指令及应用
7.1　传送、移位和填充指令　204
7.1.1　传送类指令　204
7.1.2　移位与循环指令　206
7.1.3　字节交换指令　208
7.1.4　填充指令209
7.2　运算和数学指令　209
7.2.1　加法指令　209
7.2.2　减法指令　209
7.2.3　乘法指令　210
7.2.4　除法指令　210
7.2.5　数学函数指令　211
7.2.6　增/减指令　214
7.2.7　逻辑运算指令　215
7.3　表功能指令　217
7.4　转换指令　220
7.4.1　数据类型转换指令　221
7.4.2　编码和译码指　令223
7.4.3　段码指令　224
7.4.4　ASCII码转换指令　225
7.4.5　字符串转换指令　228
7.5　字符串指令　230
7.6　子程序　232
7.6.1　建立子程序　232
7.6.2　子程序的调用　232
7.6.3　带参数的子程序调用　233
7.7　时钟指令　235
7.8　中断　237
7.8.1　几个基本概念　238
7.8.2　中断指令　240
7.8.3　中断程序　242
7.9　高速计数器指令　242
7.9.1　高速计数器基本概念　242
7.9.2　高速计数器指令　244
7.9.3　高速计数器的使用方法　245
7.10　高速脉冲输出指令　250
7.10.1　几个基本概念　250
7.10.2　高速脉冲指令及特殊寄存器　251
7.10.3　PTO的使用　252
7.10.4　PWM的使用　256
7.11　PID回路指令　259
7.11.1　PID算法　259
7.11.2　PID回路指令及使用　261
本章小结　265
思考题与练习题　266
第8章　S7200 PLC网络通信技术及应用
8.1　工业网络结构　267
8.2　工业通信网络基础知识　269
8.2.1　数据编码　269
8.2.2　数据通信方式（数据流动方向）　270
8.2.3　数据传输方式　270
8.2.4　差错控制　271
8.2.5　传送介质　272
8.2.6　主要拓扑结构　273
8.2.7　串行通信接口　273
8.2.8　通信协议　275
8.3　S7200 PLC通信网络概述　275
8.3.1　西门子工业网络结构　275
8.3.2　S7200 PLC支持的通信协议　276
8.3.3　S7200 PLC的通信接口及网络部件　279
8.4　S7200 PLC的通信与网络配置　283
8.4.1　PPI通信　283
8.4.2　自由口模式通信　285
8.4.3　MPI通信　286
8.4.4　PROFIBUS总线　287
8.4.5　ASi总线　288
8.4.6　工业以太网　289
8.4.7　Modbus网络　290
8.4.8　电话线通信　291
8.4.9　USS协议　292
8.4.10　OPC　294
8.4.11　SINAUT MICRO无线通信　296
8.5　S7200 PLC的通信指令及应用举例　297
8.5.1　网络读/网络写指令及应用　297
8.5.2　发送与接收指令及应用　300
8.5.3　USS通信指令　311
8.5.4　Modbus指令　312
8.6　通信网络设计注意事项　312
本章小结　314
思考题与练习题　315
第9章　PLC控制系统综合设计
9.1　PLC控制系统设计步骤及内容3　16
9.1.1　分析评估控制任务　316
9.1.2　PLC的选型　317
9.1.3　I/O地址分配　318
9.1.4　分解控制任务　318
9.1.5　系统设计　318
9.1.6　安全电路的设计　319
9.1.7　系统调试　319
9.1.8　文档编制　320
9.2　HMI及其使用　320
9.2.1　HMI概述　320
9.2.2　HMI在S7200 PLC控制系统中的使用　322
9.2.3　文本显示单元TD400C的使用　324
9.2.4　TP177系列触摸屏的使用　327
9.3　变频器和PLC之间的配合　330
9.3.1　变频器和PLC的关系　331
9.3.2　MM440变频器　331
9.3.3　MM440变频器的功能方框图　332
9.3.4　变频器和PLC典型应用举例　334
9.4　双恒压无塔供水控制系统设计　335
9.4.1　工艺过程　336
9.4.2　系统控制要求336
9.4.3　控制系统的I/O点及地址分配　337
9.4.4　PLC系统选型　337
9.4.5　电气控制系统原理图　338
9.4.6　系统程序设计　341
9.5　薄刀式分切压痕机控制系统设计　347
9.5.1　工艺过程　347
9.5.2　系统控制要求　347
9.5.3　控制系统的I/O点及地址分配　348
9.5.4　PLC系统选型　348
9.5.5　电气控制系统原理图　348
9.5.6　系统程序设计　348
9.6　电热锅炉供热控制系统设计　354
9.6.1　工艺过程　354
9.6.2　系统控制要求　355
9.6.3　PLC选型　356
9.6.4　控制系统的I/O点及地址分配　356
9.6.5　电气控制系统原理图　356
9.7　PLC在实际工程应用中的安装技术　359
9.7.1　PLC的安装　359
9.7.2　电源的设计　360
9.7.3　系统的接地　360
9.7.4　电缆设计与铺设　362
9.7.5　PLC输出端的保护　362
本章小结　363
思考题与练习题　363
第10章　编程软件及其使用
10.1　编程软件的初步使用　364
10.1.1　计算机的配置要求　364
10.1.2　软件的安装与卸载　364
10.1.3　硬件安装与拆卸　365
10.1.4　参数设置　366
10.1.5　与S7200建立通信　367
10.2　编程软件功能　367
10.2.1　基本功能　367
10.2.2　界面及各部分的功能　367
10.2.3　工具栏　369
10.2.4　浏览条中各部分的功能　373
10.3　编　程375
10.3.1　程序编辑器中使用的惯例　375
10.3.2　建立程序　376
10.4　调试及运行监控　379
10.4.1　S7200 PLC操作模式的选择　380
10.4.2　选择扫描次数　380
10.4.3　状态表监控和趋势图监控　380
10.4.3　运行模式下编辑应用程序　382
10.4.4　程序监控　383
本章小结　383
附录A　实验指导书
A1　异步电动机可逆运行实验　385
A2　S7200 PLC编程软件使用实验　386
A3　标准工业报警电路实验　387
A4　使用简单设计法编制电动机顺序启停控制程序实验　387
A5　抢答器程序设计实验　388
A6　人行道按钮控制交通灯程序设计实验　389
A7　使用顺序功能图编制电动机顺序启停控制程序实验　391
A8　PID程序设计实验　391
A9　S7200 PLC网络通信实验　392
附录B　课程设计和毕业设计课题素材指导
B1　机械臂分拣装置控制系统设计　394
B2　PLC高速脉冲计数系统设计　395
B3　PPI通信控制系统设计　395
B4　双恒压供水控制系统设计　396
B5　薄刀式分切压痕机控制系统设计　397
B6　电热锅炉供热控制系统设计　398
B7　S7200 PLC在小规模工业控制网络中的应用　398
附录C　S7200 PLC快速参考信息
C1　S7200 PLC的CPU规范　400
C2　S7200 PLC的CPU输入规范　401
C3　S7200 PLC的CPU输出规范　402
C4　S7200 PLC的CPU存储器范围和特性总汇　403
C5　S7200 PLC指令系统速查表　405
C6　CPU224外围典型接线图　407
参考文献