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绪论 1

0.1　概述 1

0.2　电气控制技术发展 1

0.3　本课程的性质与任务 2

第1章　常用低压电器 4

1.1　低压电器的基本知识 4

1.1.1　低压电器的分类 4

1.1.2　低压电器的基本结构 4

1.1.3　低压电器的主要技术参数 8

1.2　接触器 9

1.2.1　结构和工作原理 9

1.2.2　接触器的主要技术参数和常用型号 10

1.2.3　接触器的选择 12

1.2.4　接触器的维护 13

1.3　继电器 13

1.3.1 电流继电器、电压继电器和中间继电器 13

1.3.2　时间继电器 16

1.3.3 热继电器 17

1.3.4　其他继电器 20

1.4　主令电器 23

1.4.1　刀开关 23

1.4.2　组合开关 24

1.4.3　转换开关 25

1.4.4　控制按钮 27

1.4.5　行程开关和接近开关 27

1.5　熔断器 30

1.5.1　熔断器的工作原理和特性 30

1.5.2　主要技术参数 30

1.5.3　常用的熔断器 31

1.5.4　熔断器的选择 33

1.6　自动空气开关 34

1.6.1 自动开关的结构和工作原理 34

1.6.2 自动开关技术数据及型号 35

1.6.3 自动开关的选择 35

1.6.4　漏电保护开关 36

1.7　本章小结 36

复习思考题 37

第2章　电气控制线路基础 38

2.1　电气控制线路图 38

2.1.1 电气图的图形符号、文字符号及接线端子标记 38

2.1.2 电气图 39

2.2　三相笼型感应电动机全压启动控制电路 42

2.2.1　单向旋转控制电路 42

2.2.2　点动控制电路 44

2.2.3　可逆旋转控制电路 44

2.2.4　联锁控制及远动控制 46

2.3　三相笼型感应电动机减压启动控制电路 47

2.3.1 自耦变压器减压启动控制 47

2.3.2　星三角（Y-D）减压启动控制电路 49

2.4　三相绕线转子感应电动机启动控制电路 50

2.4.1 转子绕组串电阻启动电路 50

2.4.2　转子绕组串接频敏变阻器启动电路 51

2.5　三相感应电动机的制动控制电路 53

2.5.1　能耗制动控制线路 53

2.5.2　反接制动控制线路 54

2.6　三相感应电动机调速控制电路 56

2.6.1 变更磁极对数调速的控制电路 56

2.7　典型机床电气控制线路分析 57

2.7.1 电气控制线路分析基础 58

2.7.2　X62W卧式万能铣床的电气控制 59

2.7.3　控制电路的联锁与保护 64

2.7.4　X62W铣床电气控制常见故障分析 64

2.8　电液控制 65

2.8.1 液压传动系统的图形符号 65

2.8.2　液压动力滑台液压系统分析 66

2.8.3　液压动力滑台电液配合的控制电路 67

2.9　本章小结 69

复习思考题 70

第3章　可编程序控制器概述 72

3.1　可编程序控制器的产生和定义 72

3.1.1 PLC的由来 72

3.1.2　PLC的定义 73

3.2　PLC的特点 73

3.3　PLC的应用和发展 75

3.3.1　PLC的应用领域 75

3.3.2　PLC的发展概况 76

3.4　PLC的分类 78

3.5　PLC的系统组成 79

3.6　PLC的工作原理 83

3.6.1　PLC的工作方式 83

3.6.2　PLC执行程序的过程 84

3.6.3　输入／输出的滞后现象 85

3.7　PLC的编程语言和程序结构 85

3.7.1　PLC的编程语言 85

3.7.2　PLC的程序结构 87

3.8　本章小结 87

复习思考题 87

第4章　S7-200系列PLC的硬件系统及内部资源 88

4.1　S7-200新一代产品简介 88

4.2　S7-200系列PLC的硬件系统 89

4.2.1　主机结构及性能特点 89

4.2.2　CPU的主要特点和技术规范 89

4.2.3　输入／输出单元 90

4.3　输入／输出扩展模块 91

4.3.1　I/O扩展模块 91

4.3.2　模拟量模块 94

4.3.3　特殊功能模块 97

4.3.4　I/O点数扩展和编址 97

4.4　S7-200的外部接线与电源的选择 98

4.5　S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式 100

4.5.1　软元件 100

4.5.2　CPU存储区域的直接寻址 103

4.5.3　CPU存储区域的间接寻址 106

4.6　本章小结 107

复习思考题 108

第5章　PLC的基本逻辑指令及程序设计 109

5.1　PLC的基本逻辑指令及举例 109

5.1.1　逻辑取及线圈驱动指令 109

5.1.2　触点串联指令 110

5.1.3　触点并联指令 110

5.1.4　串联电路块的并联连接指令 110

5.1.5　并联电路块的串联连接指令 111

5.1.6　置位、复位指令 111

5.1.7　RS触发器指令 111

5.1.8　立即指令 112

5.1.9　边沿脉冲指令 113

5.1.10　逻辑堆栈操作指令 114

5.1.11　定时器 115

5.1.12　计数器指令 119

5.1.13　比较指令 122

5.1.14 NOT及NOP指令 124

5.2　程序控制指令 124

5.2.1　结束及暂停指令 124

5.2.2　看门狗指令 125

5.2.3　跳转及标号指令 125

5.2.4　循环指令 126

5.2.5　子程序 128

5.2.6 与ENO指令 132

5.3　PLC初步编程指导 133

5.3.1　梯形图编程的基本原则 133

5.3.2 LAD和STL编程形式的区别 135

5.4　典型的简单电路编程 137

5.4.1　延时脉冲产生电路 137

5.4.2　瞬时接通／延时断开电路 137

5.4.3　延时接通／延时断开电路 138

5.4.4　脉冲宽度可控制电路 138

5.4.5　计数器的扩展 139

5.4.6　长定时电路 139

5.5　PLC程序的简单设计法及应用举例 140

5.5.1　PLC程序的简单设计法 140

5.5.2　应用举例 140

5.6　本章小结 143

复习思考题 144

第6章　S7-200 PLC顺序控制指令及应用 146

6.1　功能图的基本概念及顺序控制指令 146

6.1.1　状态转移图 146

6.1.2　S7-200顺序控制指令 147

6.2　功能图的基本类型 147

6.2.1　单流程 147

6.2.2　多分支状态转移图的处理 148

6.2.3　并行分支和联接 149

6.3　顺序控制指令应用举例 150

6.3.1　机械手运动控制 150

6.3.2　十字路口交通灯控制 153

6.4　本章小结 156

复习思考题 157

第7章　S7-200 PLC的功能指令 159

7.1　传送、移位和填充指令 159

7.1.1　传送类指令 159

7.1.2　移位与循环指令 161

7.1.3　字节交换指令 164

7.1.4　填充指令 164

7.2　运算和数学指令 165

7.2.1　加法指令 165

7.2.2　减法指令 165

7.2.3　乘法指令 166

7.2.4　除法指令 166

7.2.5　数学函数指令 168

7.2.6　增／减指令 170

7.2.7　逻辑运算指令 171

7.3　表功能指令 173

7.4　转换指令 177

7.4.1　数据类型转换指令 177

7.4.2　编码和译码指令 179

7.4.3　段码指令 180

7.4.4　ASCII码转换指令 181

7.4.5　字符串转换指令 184

7.5　字符串指令 185

7.6　时钟指令 187

7.7　中断 188

7.7.1 中断的分类 188

7.7.2　中断优先级 190

7.7.3 中断指令 191

7.8　高速计数器指令 193

7.8.1 高速计数器简介 194

7.8.2　高速计数器与特殊标志位存储器（SM） 196

7.9　高速脉冲输出指令 199

7.9.1 高速脉冲输出方式 199

7.9.2　脉冲输出端子的确定 199

7.9.3　脉冲输出指令 199

7.9.4　PTO/PWM特殊寄存器 200

7.9.5　PTO操作 201

7.9.6 PTO的用 202

7.9.7　PWM的操作使用 204

7.10　PID回路指令 206

7.10.1　PID算法 206

7.10.2　PID回路指令 208

7.11　本章小结 213

复习思考题 214

第8章　PLC的通信与自动化通信网络 216

8.1　计算机通信概述 216

8.1.1　串行通信的基本概念 216

8.1.2 串行通信的接口标准 218

8.2　计算机通信的国际标准 219

8.2.1　开放系统互联模型 219

8.2.2 IEEE 802通信标准 220

8.2.3　现场总线 221

8.2.4　现场总线的国际标准 222

8.3　西门子的工业自动化通信网络 223

8.3.1 工业以太网 223

8.3.2 现场总线PROFIBUS 225

8.3.3 现场总线AS-I和EIB 227

8.4　S7-200的串行通信网络 228

8.4.1　S7-200的网络通信协议 228

8.4.2　PPI网络的硬件接口与网络配置 229

8.4.3　PPI多主站电缆 230

8.4.4　通信接口参数的设置 231

8.4.5　S7-200与S7-300/400的网络通信配置 234

8.4.6 网络的建立 235

8.5　S7-200的通信指令 236

8.5.1　网络读／写指令 236

8.5.2　发送与接收指令 239

8.6　使用Modbus从站协议的计算机与PLC的通信 244

8.6.1　Modbus从站协议 244

8.6.2　Modbus从站协议指令 246

8.6.3　使用Modbus从站协议的PLC程序设计 247

8.6.4　Modbus RTU通信帧的结构 248

8.7　使用USS协议库的S7-200与变频器的通信 251

8.7.1　MicroMaster 440/420变频器简介 251

8.7.2　USS通信协议 252

8.7.3　USS协议指令 252

8.7.4　MicroMaster 420变频器的参数设置 257

8.8　本章小结 258

复习思考题 259

第9章　PLC控制系统设计与应用 260

9.1　PLC控制系统的设计与调试步骤 260

9.1.1　PLC控制系统设计概要 260

9.1.2　系统硬件及通信方式的选择 262

9.2　节省PLC输入／输出点数的方法 264

9.2.1　减少所需输入点数的方法 264

9.2.2　减少所需输出点数的方法 265

9.3　PLC控制系统的可靠性措施 265

9.3.1　电源的干扰措施 266

9.3.2　安装的抗干扰措施 266

9.3.3　故障检测与诊断 269

9.4　双恒压无塔供水控制系统设计 269

9.4.1　工艺过程 270

9.4.2　系统控制要求 270

9.4.3　控制系统的I/O点及地址分配 271

9.4.4　PLC系统选型 271

9.4.5 电气控制系统原理图 272

9.4.6　系统程序设计 275

9.5　本章小结 282

复习思考题 282

附录A　实验指导书 283

实验一　三相异步电动机的正、反转控制电路 283

实验二　三相异步电动机Y—△启动控制电路 284

实验三　位逻辑指令编程实验 285

实验四　定时器、计数器指令编程实验 286

实验五　顺序控制程序的编程实验 288

实验六　中断程序的编程实验 288

实验七　PLC与计算机的自由端口通信实验 290

实验八　两台PLC的通信实验 291

实验九　高速输入与高速输出的编程实验 291

附录B　S7-200 PLC参考信息 295

表B-1　S7-200的CPU规范 295

表B-2　S7-200PLC的CPU输入规范 296

表B-3　S7-200PLC的CPU输出规范 297

附录C　S7-200的特殊存储器（SM）标志位 298

表C-1　特殊存储器字节SMB0 298

表C-2　特殊存储器字节SMB1 298

表C-3　特殊存储器字节SMB4 299

表C-4　特殊存储器字节SMB5 299

表C-5　特殊存储器字节SMB6 300

表C-6　特殊存储器字节SMB8～SMB21 300

表C-7　扫描时间 301

表C-8　特殊存储器字节SMB31和SMW32 301

附录D　S7-200的错误代码 302

表D-1　从CPU读出的致命错误代码及其描述 302

表D-2　运行程序错误 303

表D-3　编译规则错误 304

附录E　S7-200的SIMATIC指令集简表 305

参考文献 311