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第1章 电气控制系统常用器件4

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43

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98

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　S7-200 PLC基础知识124

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　S7-200 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144

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　S7-200 PLC顺序控制指令及应用184

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　S7-200 PLC功能指令及应用204

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　S7-200 PLC网络通信技术及应用267

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 S7-200 PLC通信网络概述275

8.3.1 西门子工业网络结构275

8.3.2 S7-200 PLC支持的通信协议276

8.3.3 S7-200 PLC的通信接口及网络部件279

8.4 S7-200 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 AS-i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　OPC294

8.4.11 SINAUT MICRO无线通信296

8.5 S7-200 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316

9.1 PLC控制系统设计步骤及内容316

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S7-200 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364

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S7-200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 S7-200 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385

A-1 异步电动机可逆运行实验385

A-2 S7-200 PLC编程软件使用实验386

A-3 标准工业报警电路实验387

A-4 使用简单设计法编制电动机顺序启停控制程序实验387

A-5 抢答器程序设计实验388

A-6 人行道按钮控制交通灯程序设计实验389

A-7 使用顺序功能图编制电动机顺序启停控制程序实验391

A-8 PID程序设计实验391

A-9 S7-200 PLC网络通信实验392

A-10 HMI简单应用实验393

附录B　课程设计和毕业设计课题素材指导394

B-1 机械臂分拣装置控制系统设计394

B-2 PLC高速脉冲计数系统设计395

B-3 PPI通信控制系统设计395

B-4 双恒压供水控制系统设计396

B-5 薄刀式分切压痕机控制系统设计397

B-6 电热锅炉供热控制系统设计398

B-7 S7-200 PLC在小规模工业控制网络中的应用398

附录C S7-200 PLC快速参考信息400

C-1 S7-200 PLC的CPU规范400

C-2 S7-200 PLC的CPU输入规范401

C-3 S7-200 PLC的CPU输出规范402

C-4 S7-200 PLC的CPU存储器范围和特性总汇403

C-5 S7-200 PLC指令系统速查表405

C-6 CPU224外围典型接线图407