本书从实际工程应用和教学需要出发,介绍了常用低压电器和电气控制电路的基本知识,以及PLC 的基本组成和工作原理;以西门子S7-200 SMART PLC 为教学机型,**介绍了PLC 的系统配置?指令系统?通信与网络?运动控制指令及控制系统程序设计等内容。书中安排了许多典型应用实例,包括开关量控制?模拟量PID 控制等。通过实例介绍常用逻辑指令和功能指令的使用方法和技巧,实例程序均经过调试运行。本书各章附有习题与思考题,附录有实验指导书?课程设计任务书供参考选用。
本书可作为高等学校自动化?电气工程及其自动化?机械等相关专业的教学用书,也可作为控制工程?电气工程领域工程技术人员的培训教材或参考书。
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前 言
第1 章 常用低压电器 1
1. 1 低压电器的定义及分类 1
1. 2 电磁式电器的组成与工作原理 2
1. 2. 1 电磁机构 2
1. 2. 2 触点系统 5
1. 2. 3 灭弧系统 6
1. 3 接触器 8
1. 3. 1 接触器的组成及工作原理 8
1. 3. 2 接触器的分类 8
1. 3. 3 接触器的主要技术参数 10
1. 3. 4 接触器的选择与使用 10
1. 3. 5 接触器的图形符号与文字符号 11
1. 4 继电器 11
1. 4. 1 继电器的分类和特性 11
1. 4. 2 电磁式继电器 12
1. 4. 3 时间继电器 13
1. 4. 4 热继电器 15
1. 4. 5 速度继电器 19
1. 4. 6 固态继电器 19
1. 5 主令电器 21
1. 5. 1 控制按钮 21
1. 5. 2 行程开关 22
1. 5. 3 接近开关 23
1. 5. 4 **转换开关 24
1. 6 信号电器 25
1. 7 开关电器 26
1. 7. 1 刀开关 26
1. 7. 2 低压断路器 27
1. 8 熔断器 29
1. 8. 1 熔断器的结构和工作原理 29
1. 8. 2 熔断器的类型 30
1. 8. 3 熔断器的主要技术参数 31
1. 8. 4 熔断器的选择 32
1. 9 电磁执行器件 32
1. 9. 1 电磁铁 33
1. 9. 2 电磁阀 33
1. 9. 3 电磁制动器 34
习题与思考题 34
第2 章 基本电气控制电路 36
2. 1 电气控制电路的绘制原则及标准 36
2. 1. 1 电气图中的图形符号及文字符号 36
2. 1. 2 电气原理图的绘制原则 37
2. 1. 3 电气安装接线图 39
2. 1. 4 电气元器件布置图 40
2. 2 交流电动机的基本控制电路 40
2. 2. 1 三相笼型异步电动机直接起动控制电路 40
2. 2. 2 三相笼型异步电动机减压起动控制电路 47
2. 2. 3 三相绕线转子异步电动机起动控制电路 49
2. 2. 4 三相笼型异步电动机制动控制电路 50
2. 2. 5 三相笼型异步电动机调速控制电路 53
2. 2. 6 组成电气控制电路的基本规律 55
2. 2. 7 电气控制电路中的保护环节 55
2. 3 典型生产机械电气控制电路的分析 57
2. 3. 1 电气控制电路分析的基础 57
2. 3. 2 电气原理图阅读分析的方法与步骤 57
2. 3. 3 C650 型卧式车床电气控制电路的分析 58
2. 4 电气控制电路的一般设计法 61
2. 4. 1 一般设计法的主要原则 61
2. 4. 2 一般设计法中应注意的问题 62
2. 4. 3 一般设计法控制电路举例 62
习题与思考题 63
第3 章 可编程序控制器概述 65
3. 1 PLC 的产生及定义 65
3. 1. 1 PLC 的产生 65
3. 1. 2 PLC 的定义 66
3. 2 PLC 的发展与应用 66
3. 2. 1 PLC 的发展历程 66
3. 2. 2 PLC 的发展趋势 67
3. 2. 3 PLC 的应用领域 69
3. 3 PLC 的特点 71
3. 4 PLC 的分类 72
3. 4. 1 按结构形式分类 72
3. 4. 2 按功能分类 74
3. 4. 3 按I/ O 点数分类 75
3. 4. 4 按生产厂家分类 75
3. 5 PLC 的硬件结构和各部分的作用 75
3. 6 PLC 的工作原理 78
3. 6. 1 PLC 控制系统的组成 78
3. 6. 2 PLC 循环扫描的工作过程 79
3. 6. 3 PLC 用户程序的工作过程 80
3. 6. 4 PLC 工作过程举例说明 81
3. 6. 5 输入､输出延迟响应 81
3. 6. 6 PLC 对输入､输出的处理规则 83
习题与思考题 84
第4 章 S7-200 SMART PLC 的接口模块与系统配置 85
4. 1 S7-200 SMART PLC 控制系统的基本构成 85
4. 2 S7-200 SMART PLC 的扩展模块 89
4. 2. 1 数字量扩展模块 89
4. 2. 2 模拟量扩展模块 92
4. 2. 3 信号板 94
4. 3 S7-200 SMART PLC 的系统配置 95
4. 3. 1 *大I/ O 配置的限制条件 95
4. 3. 2 扩展模块的编址 96
4. 3. 3 内部电源的负载能力 97
习题与思考题 98
第5 章 S7-200 SMART PLC 的基本指令及应用 99
5. 1 PLC 的编程语言 99
5. 2 数据类型与存储区域 100
5. 2. 1 数制 100
5. 2. 2 数据类型与范围 101
5. 2. 3 存储器与存储区 102
5. 3 S7-200 SMART PLC 的编程元件 103
5. 3. 1 编程元件的分类 104
5. 3. 2 编程元件的地址范围 108
5. 4 寻址方式 109
5. 5 程序结构与编程规约 111
5. 5. 1 程序结构 111
5. 5. 2 编程的一般规约 111
5. 6 S7-200 SMART PLC 的基本指令 113
5. 6. 1 位逻辑指令 113
5. 6. 2 立即I/ O 指令 115
5. 6. 3 逻辑堆栈指令 116
5. 6. 4 取反指令与空操作指令 119
5. 6. 5 正/负跳变指令 119
5. 6. 6 定时器指令 120
5. 6. 7 计数器指令 124
5. 6. 8 比较指令 126
5. 6. 9 移位寄存器指令 127
5. 6. 10 顺序控制继电器指令 129
5. 7 典型控制环节的PLC 程序设计 131
5. 7. 1 单向运转电动机起､停控制程序 132
5. 7. 2 单按钮起､停控制程序 132
5. 7. 3 具有点动调整功能的电动机起､停控制程序 133
5. 7. 4 电动机的正､反转控制程序 133
5. 7. 5 大功率电动机的星-三角减压起动控制程序 134
5. 7. 6 闪烁控制程序 136
5. 7. 7 瞬时接通/延时断开程序 136
5. 7. 8 定时器､计数器的扩展程序 137
5. 7. 9 高精度时钟程序 137
5. 7. 10 多台电动机顺序起､停控制程序 138
5. 7. 11 故障报警程序 141
5. 8 梯形图编写规则 142
习题与思考题 144
第6 章 S7-200 SMART PLC 的功能指令与应用 146
6. 1 S7-200 SMART PLC 的基本功能指令 146
6. 1. 1 数据传送指令 146
6. 1. 2 数学运算指令 149
6. 1. 3 数据处理指令 157
6. 2 程序控制指令 172
6. 2. 1 有条件结束指令 172
6. 2. 2 暂停指令 172
6. 2. 3 监视定时器复位指令 172
6. 2. 4 跳转与标号指令 173
6. 2. 5 循环指令 173
6. 3 局部变量表与子程序 174
6. 3. 1 局部变量表 174
6. 3. 2 子程序 175
6. 4 中断程序与中断指令 177
6. 4. 1 中断程序 177
6. 4. 2 中断指令 177
6. 5 PID 指令及应用 181
6. 5. 1 PID 回路指令及应用 181
6. 5. 2 PID 向导 186
6. 5. 3 PID 参数自整定 189
6. 5. 4 S7-200 SMART PLC 结合智能仪表实现PID 控制 192
习题与思考题 195
第7 章 S7-200 SMART PLC 的通信及网络 197
7. 1 SIEMENS 工业自动化网络 197
7. 1. 1 SIEMENS PLC 网络的层次结构 197
7. 1. 2 网络通信设备 198
7. 1. 3 网络通信协议 200
7. 1. 4 通信连接 202
7. 2 以太网通信及应用 203
7. 2. 1 以太网通信概述 203
7. 2. 2 S7-200 SMART CPU 之间的通信 203
7. 2. 3 S7-200 SMART CPU 与SMART LINE触摸屏之间的通信 207
7. 3 自由口通信及应用 213
7. 3. 1 自由口通信概述 213
7. 3. 2 自由口通信指令 213
7. 3. 3 自由口通信应用实例 218
7. 4 Modbus RTU 通信及应用 225
7. 4. 1 Modbus RTU 通信概述 225
7. 4. 2 Modbus RTU 主站指令与从站指令 226
7. 4. 3 Modbus RTU 通信应用实例一 230
7. 4. 4 Modbus RTU 通信应用实例二 233
7. 5 USS 通信及应用 236
7. 5. 1 USS 通信概述 236
7. 5. 2 USS 指令介绍 237
习题与思考题 241
第8 章 S7-200 SMART PLC 在运动控制中的应用 242
8. 1 高速I/ O 指令 242
8. 1. 1 高速计数器指令 242
8. 1. 2 高速脉冲输出指令 249
8. 2 S7-200 SMART PLC 在开环运动控制中的应用 254
8. 2. 1 运动控制 255
8. 2. 2 运动控制指令 260
8. 2. 3 S7-200 SMART PLC 运动控制应用实例 262
8. 3 S7-200 SMART PLC 在变频调速系统中的应用 264
8. 3. 1 变频器多段调速控制 265
8. 3. 2 变频器模拟量调速 266
8. 3. 3 USS 协议与变频器的通信调速 268
习题与思考题 271
第9 章 PLC 控制系统设计与应用实例 272
9. 1 PLC 控制系统设计的内容与步骤 272
9. 1. 1 PLC 控制系统设计的内容 272
9. 1. 2 PLC 控制系统设计的步骤 272
9. 2 PLC 控制系统的硬件配置 274
9. 2. 1 PLC 机型的选择 274
9. 2. 2 开关量I/ O 模块的选择 276
9. 2. 3 模拟量I/ O 模块的选择 277
9. 3 PLC 控制系统梯形图程序的设计 277
9. 3. 1 经验设计法 277
9. 3. 2 顺序控制设计法与顺序功能图 279
9. 4 顺序控制梯形图的设计方法 282
9. 4. 1 置位/复位指令编程 282
9. 4. 2 顺序控制继电器指令编程 284
9. 4. 3 具有多种工作方式的顺序控制梯形图设计方法 287
9. 5 PLC 在工业控制系统中的典型应用实例 292
9. 5. 1 节日彩灯的PLC 控制 292
9. 5. 2 恒温控制 294
9. 5. 3 基于增量式旋转编码器和PLC高速计数器的转速测量 299
9. 5. 4 室内游泳池水处理系统PLC控制 301
习题与思考题 315
第10 章 STEP 7 Micro/WIN SMART编程软件功能与使用 316
10. 1 软件安装及硬件连接 316
10. 1. 1 软件安装 316
10. 1. 2 基本功能 316
10. 1. 3 主界面功能介绍 317
10. 2 编程软件的使用 319
10. 2. 1 创建项目 319
10. 2. 2 系统组态 320
10. 2. 3 通信连接 324
10. 2. 4 程序的编辑与下载 325
10. 2. 5 程序的预览与打印输出 329
10. 3 程序的监控与调试 330
10. 3. 1 程序状态监控 330
10. 3. 2 用状态表监控程序 332
10. 3. 3 在RUN 模式下编辑程序 334
10. 3. 4 写入与强制操作 334
10. 3. 5 扫描次数的选择 336
10. 3. 6 S7-200 SMART 的出错处理 336
附录 338
附录A 常用低压电器的图形符号及文字符号 338
附录B 部分特殊存储器(SM) 的含义 339
附录C 实验指导书 341
实验1 异步电动机的正､反转控制(含两地控制) 341
实验2 运料小车自动往返继电器-接触器控制 342
实验3 S7-200 SMART PLC 初识 345
实验4 运料小车自动往返程序控制 347
实验5 三级带式输送机的程序控制 349
实验6 深孔钻及三工位运料小车程序控制 351
实验7 彩灯的程序控制 352
实验8 交通信号灯的程序控制 353
实验9 PID 恒温控制 353
实验10 PLC 控制电动机变频调速系统 356
实验11 PLC 的通信与网络实验 360
附录D 课程设计指导书 361
附录E 课程设计任务书 362
题1 交通高低峰分段运行､数显***交通信号灯控制程序设计 362
题2 PLC 控制变频调速系统程序设计 364
参考文献 367