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第1章 概述 1

1.1继电器控制系统的发展简介 1

1.1.1电器与电气控制的概念 1

1.1.2继电器控制系统经历的两个阶段 1

1.2PLC系统的发展概况 2

1.2.1PLC的产生及其定义 2

1.2.2PLC的发展 2

1.3PLC的分类 3

1.3.1按I/O点数分类 3

1.3.2按结构分类 3

1.4PLC的特点 4

1.5PLC的应用领域 5

习题 7

第2章 电气控制系统基础 8

2.1电气控制系统的基本单元 8

2.1.1电磁式继电器 9

2.1.2接触器 9

2.1.3热继电器 10

2.1.4时间继电器 11

2.1.5速度继电器 12

2.1.6按钮 13

2.1.7万能转换开关 13

2.1.8接近开关 13

2.1.9红外线光电开关 14

2.2电气控制系统常用的一些概念及基本控制方式 15

2.2.1点动控制 15

2.2.2长动控制 16

2.2.3点动＋长动复合控制 16

2.2.4点动＋延时复合控制 18

2.2.5多地控制 18

2.2.6电动机正反转控制 19

2.2.7按顺序原则的电气控制 19

2.2.8按位置原则的电气控制 20

2.2.9按速度原则的电气控制 21

2.2.10三相异步电动机启动控制电路的相关保护 22

2.3电气系统图的绘制原则及标准 23

2.3.1绘制电气原理图的基本原则 23

2.3.2电气安装接线图 24

2.4电液控制 25

2.4.1电磁换向阀 25

2.4.2电液控制的应用举例 26

习题 27

第3章 PLC的硬件组成与工作原理 28

3.1PLC的组成 28

3.2PLC的输入输出接口电路 30

3.2.1输入接口电路 30

3.2.2输出接口电路 32

3.3PLC的工作原理 33

3.3.1PLC控制系统等效电路 33

3.3.2扫描工作方式 34

3.3.3扫描周期 36

3.3.4输入/输出滞后时间 37

习题 37

第4章 可编程控制器编程基础 38

4.1S7-200SMART可编程控制器的硬件组成 38

4.1.1S7-200SMART PLC的CPU模块 38

4.1.2S7-200SMART PLC的扩展模块 42

4.2S7-200SMART PLC的编程元件 42

4.2.1编程元件的地址编号表示 42

4.2.2S7-200 SMART PLC的编程元件 43

4.3SIMATIC S7-200编程软件的使用与安装 46

4.3.1编程软件的安装（安装方法） 46

4.3.2STEP7-Micro/WIN SMART编程软件的基本功能 47

4.3.3编程软件的基本应用方法 48

4.4S7-200SMART PLC的编程语言及程序结构 52

4.4.1S7-200编程语言 52

4.4.2程序结构 53

4.5S7-200PLC的数据类型及寻址方式 54

4.5.1数制 54

4.5.2数据类型、范围 55

4.5.3PLC中的常数 55

4.5.4S7-200PLC的寻址方式 56

4.6基本编程指令及其应用 58

4.6.1位操作指令 58

4.6.2取非和空操作指令 59

4.6.3边沿触发指令（脉冲生成） 59

4.6.4置位和复位指令 60

4.6.5复杂逻辑指令 63

4.6.6定时器指令 65

4.6.7计数器指令 68

4.6.8比较指令 72

4.6.9数据传送指令 74

4.6.10移位指令 76

4.6.11移位寄存器位指令 77

4.6.12系统控制类指令 78

4.6.13跳转、循环指令 79

4.6.14子程序调用指令（SBR） 80

4.6.15中断 82

4.7梯形图程序的执行原理及编程规则 85

4.7.1梯形图程序的执行原理 85

4.7.2梯形图程序编程规则 85

4.8S7-200系列PLC仿真软件及其应用 86

习题 88

第5章 PLC的编程方法 90

5.1基本的梯形图程序 90

5.1.1应用可编程控制器实现对三相异步电动机的点动及连续运转控制 90

5.1.2应用可编程控制器实现异步电动机的Y/△启动控制 92

5.1.3定时器、计数器的应用程序 94

5.1.4常闭触点输入信号的处理 95

5.2梯形图程序的经验设计法 95

5.3顺序控制设计法与顺序功能图 97

5.3.1顺序控制设计法 97

5.3.2步与动作 98

5.3.3有向连线与转换 99

5.3.4顺序功能图的基本结构 100

5.3.5顺序功能图中转换实现的基本规则 102

5.3.6绘制顺序功能图的注意事项 103

5.3.7顺序控制设计法的本质 103

5.3.8设计顺序控制程序的基本方法 104

5.4使用启保停程序结构的顺序控制梯形图编程方法 104

5.4.1单序列的编程方法 104

5.4.2选择序列的编程方法 106

5.4.3并行序列的编程方法 107

5.4.4仅有两步的闭环的处理 108

5.4.5应用举例 109

5.5使用置位复位指令的顺序控制梯形图编程方法 112

5.5.1单序列的编程方法 112

5.5.2选择序列的编程方法 113

5.5.3并行序列的编程方法 114

5.5.4应用举例 115

5.6使用S7-200PLC的顺序控制指令的编程方法 116

5.6.1顺序控制继电器指令 116

5.6.2单序列的顺序功能图SCR指令编程方法 116

5.6.3有选择和并行序列的顺序功能图的SCR指令编程方法 117

5.7具有多种工作方式的系统的编程方法 119

5.7.1设计顺序控制梯形图程序的一些基本问题 119

5.7.2多种工作方式机械手控制系统的应用举例 120

5.7.3使用置位复位指令的编程方法 126

习题 126

第6章 S7-200PLC在模拟量控制系统中的应用 130

6.1模拟量闭环控制的基本概念 130

6.1.1模拟量闭环控制系统的组成 130

6.1.2闭环控制的主要性能指标 131

6.1.3闭环控制反馈极性的确定 131

6.1.4变送器的选择 132

6.2S7-200PLC的模拟量输入输出模块 132

6.2.1PLC的模拟量输入接口 132

6.2.2PLC的模拟量输出接口 133

6.2.3模拟量扩展模块的功能 134

6.2.4S7-200PLC模拟量扩展模块的分类 134

6.2.5根据模拟量输入模块的输出值计算对应的物理量 136

6.3数字PID控制器 138

6.3.1PID控制的特点 138

6.3.2PID算法 139

6.4PLC的PID控制及其应用 141

6.4.1PID指令及应用 141

6.4.2PID向导 147

6.4.3PID自整定 150

习题 152

第7章 S7-200PLC控制系统的设计与应用 153

7.1PLC控制的系统设计 153

7.1.1系统设计的原则 153

7.1.2PLC控制系统的设计和调试步骤 154

7.2S7-200PLC应用系统的可靠性措施 156

7.2.1S7-200PLC使用中应注意的问题 156

7.2.2安装和布线的注意事项 157

7.2.3控制系统的接地 158

7.2.4抑制电路的使用 158

7.2.5强烈干扰环境中的隔离措施 159

7.2.6故障的检测与诊断 159

7.3节省PLC输入输出点数的方法 160

7.3.1减少所需输入点数的方法 160

7.3.2减少所需输出点数的方法 161

7.4设计实例一：三工位旋转工作台的PLC控制 161

7.4.1系统描述 161

7.4.2制订控制方案 162

7.4.3系统配置及输入输出对照表 162

7.4.4设计PLC外部接线图 162

7.4.5设计功能流程图 163

7.4.6设计梯形图程序 165

7.5设计实例二：根据水管道压力对4台水泵进行恒压供水控制 165

7.5.1控制要求 165

7.5.2控制方案 165

7.5.3PLC的输入输出点数确定及接线图 165

7.5.4控制程序的设计 166

7.6设计实例三：应用PLC实现水箱水位的PID闭环控制 167

7.6.1控制要求 167

7.6.2控制方案及系统配置 168

7.6.3控制程序设计 168

习题 171

第8章 HMI的组态与应用 173

8.1人机操作界面 173

8.1.1HMI设备的组成及工作原理 173

8.1.2HMI设备的功能 174

8.1.3HMI设备 174

8.2文本显示器的组态与应用 175

8.2.1概述 175

8.2.2TD400C监控的设计及应用 175

8.3触摸屏的组态与应用 181

8.3.1触摸屏组态软件WinCC flexible的特点 181

8.3.2组态软件WinCC flexible的应用示例一 181

8.3.3组态软件WinCC flexible的应用示例二 186

8.4基于PC的组态与应用 191

8.4.1组态王简介 191

8.4.2WinCC监控软件 192

8.5组态王软件对S7-200（CN）PLC的监控应用示例一 193

8.5.1编写PLC的控制程序 193

8.5.2建立组态王应用工程 193

8.6组态王软件对S7-200SMART PLC的监控应用示例二 198

8.6.1编写PLC的控制程序 198

8.6.2建立组态王应用工程 198

习题 203

第9章 实验 204

实验一 可编程控制器的基本编程练习 204

实验二 自动往返小车控制程序的编程实验 207

实验三 十字路口交通灯控制 209

实验四 液体混合装置控制的模拟 211

实验五 机械手动作的模拟 213

实验六 天塔之光模拟控制 215

实验七 喷泉控制 217

实验八 温度PID实验（实物） 220

附录 222

参考文献 227