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绪论 1

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 13

1.2.4 接触器的选择 14

1.3 继电器 14

1.3.1 电磁式继电器 15

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 20

1.3.5 温度继电器 21

1.3.6 液位继电器 22

1.3.7 压力继电器 23

1.3.8 固态继电器 23

1.4 低压断路器 25

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 29

1.5.3 熔断器的技术参数 29

1.5.4 熔断器的选择 29

1.6 主令电器 30

1.6.1 控制按钮 30

1.6.2 转换开关 32

1.6.3 行程开关 33

1.6.4 接近开关 34

1.6.5 光电开关 34

1.7 信号电器 36

1.8 常用执行器件 37

1.8.1 电磁执行器件 37

1.8.2 常用驱动设备 38

1.9 常用检测仪表 39

1.10 常用电气安装附件 41

本章小结 42

思考题与练习题 43

第2章 电气控制线路基础 44

2.1 电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则 44

2.1.1 常用电气图形符号和文字符号 45

2.1.2 电气控制线路图的绘制原则 56

2.2 三相笼型异步电动机基本控制线路 59

2.2.1 全压启动控制线路 59

2.2.2 正反转控制线路 60

2.2.3 点动控制线路 61

2.2.4 多点控制系统 62

2.2.5 顺序控制线路 62

2.2.6 自动循环控制线路 63

2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路 64

2.3.1 星形—三角形降压启动控制线路 64

2.3.2 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 70

2.4.1 反接制动控制线路 70

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 82

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 86

2.7.1 概述 86

2.7.2 简单设计法介绍 86

2.7.3 简单设计法应用举例 88

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 105

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 108

3.5.4 与DCS、FCS控制系统的区别 109

3.6 PLC的分类 110

3.6.1 按I/O点数容量分类 111

3.6.2 按结构形式分类 111

3.7 PLC的系统组成 112

3.8 PLC的工作原理 116

3.8.1 PLC的工作方式 116

3.8.2 PLC工作过程的中心内容 118

3.8.3 PLC对输入／输出的处理原则 119

本章小结 119

思考题与练习题 120

第4章 S7-200 PLC基础知识 121

4.1 概述 121

4.2 硬件系统 122

4.2.1 硬件系统基本构成 122

4.2.2 主机结构及性能特点 123

4.2.3 I/O的扩展及功能的扩展 125

4.3 内部资源 127

4.3.1 软元件（软继电器） 127

4.3.2 软元件介绍 128

4.4 寻址方式 131

4.4.1 数据类型 131

4.4.2 直接寻址 132

4.4.3 间接寻址 135

4.5 指令系统 136

4.5.1 编程语言 136

4.5.2 几个基本概念 138

4.6 程序结构 139

4.7 S7-200 PLC的几个特性 140

本章小结 141

思考题与练习题 141

第5章 PLC基本指令及程序设计 142

5.1 PLC的基本逻辑指令 142

5.1.1 逻辑取及线圈驱动指令 142

5.1.2 触点串联指令 143

5.1.3 触点并联指令 143

5.1.4 置位、复位指令 144

5.1.5 RS触发器指令 145

5.1.6 立即指令 145

5.1.7 边沿脉冲指令 147

5.1.8 逻辑堆栈操作指令 148

5.1.9 比较指令 151

5.1.10 定时器 153

5.1.11 计数器 158

5.2 程序控制指令 161

5.2.1 结束及暂停指令 161

5.2.2 看门狗复位指令 161

5.2.3 跳转及标号指令 162

5.2.4 循环指令 163

5.2.5 诊断LED指令 164

5.3 PLC初步编程指导 165

5.3.1 梯形图编程的基本规则 165

5.3.2 LAD和STL编程语言之间的转换 167

5.4 典型简单电路和环节的PLC程序设计 167

5.4.1 延时脉冲产生电路 167

5.4.2 瞬时接通／延时断开电路 168

5.4.3 延时接通／延时断开电路 168

5.4.4 计数器的扩展 170

5.4.5 长定时电路 170

5.4.6 闪烁电路 171

5.4.7 报警电路 172

5.5 PLC程序的简单设计法及应用举例 174

5.5.1 PLC程序的简单设计法 174

5.5.2 应用举例 175

本章小结 179

思考题与练习题 179

第6章 S7-200 PLC功能指令及应用 182

6.1 传送、移位和填充指令 183

6.1.1 传送类指令 183

6.1.2 移位与循环指令 185

6.1.3 字节交换指令 187

6.1.4 填充指令 188

6.2 运算和数学指令 188

6.2.1 加法指令 188

6.2.2 减法指令 188

6.2.3 乘法指令 189

6.2.4 除法指令 189

6.2.5 数学函数指令 190

6.2.6 增／减指令 193

6.2.7 逻辑运算指令 194

6.3 表功能指令 196

6.4 转换指令 199

6.4.1 数据类型转换指令 200

6.4.2 编码和译码指令 202

6.4.3 段码指令 203

6.4.4 ASCII码转换指令 204

6.4.5 字符串转换指令 207

6.5 字符串指令 209

6.6 子程序 211

6.6.1 建立子程序 211

6.6.2 子程序的调用 211

6.6.3 带参数的子程序调用 212

6.7 时钟指令 214

6.8 中断 216

6.8.1 几个基本概念 217

6.8.2 中断指令 219

6.8.3 中断程序 221

6.9 高速计数器指令 221

6.9.1 高速计数器基本概念 221

6.9.2 高速计数器指令 223

6.9.3 高速计数器的使用方法 224

6.10 高速脉冲输出指令 229

6.10.1 几个基本概念 229

6.10.2 高速脉冲指令及特殊寄存器 230

6.10.3 PTO的使用 231

6.10.4 PWM的使用 235

6.11 PID回路指令 238

6.11.1 PID算法 238

6.11.2 PID回路指令及使用 240

本章小结 244

思考题与练习题 245

第7章 S7-200 PLC顺序控制指令及应用 246

7.1 功能图的产生及基本概念 246

7.1.1 功能图的产生 246

7.1.2 功能图的基本概念 246

7.1.3 功能图的构成规则 247

7.2 顺序控制指令 248

7.2.1 顺序控制指令介绍 248

7.2.2 举例说明 249

7.2.3 使用说明 250

7.3 功能图的主要类型 250

7.3.1 单流程 250

7.3.2 可选择的分支和连接 251

7.3.3 并行分支和连接 251

7.3.4 跳转和循环 253

7.4 顺序控制指令应用举例 255

7.4.1 选择和循环电路举例 255

7.4.2 并行分支和连接电路举例 258

7.4.3 选择和跳转电路举例 261

本章小结 264

思考题与练习题 264

第8章 S7-200 PLC网络通信技术及应用 265

8.1 工业网络结构 265

8.2 工业通信网络基础知识 266

8.2.1 数据编码 267

8.2.2 数据通信方式（数据流动方向） 267

8.2.3 数据传输方式 268

8.2.4 差错控制 269

8.2.5 传送介质 270

8.2.6 主要拓扑结构 271

8.2.7 串行通信接口 271

8.2.8 通信协议 272

8.3 S7-200 PLC通信网络概述 273

8.3.1 西门子工业网络结构 273

8.3.2 S7-200 PLC支持的通信协议 274

8.3.3 S7-200 PLC的通信接口及网络部件 277

8.4 S7-200 PLC的通信与网络配置 280

8.4.1 PPI通信 280

8.4.2 自由口模式通信 282

8.4.3 MPI通信 283

8.4.4 PROFIBUS总线 284

8.4.5 AS-i总线 285

8.4.6 工业以太网 285

8.4.7 Modbus网络 287

8.4.8 电话线通信 287

8.4.9 USS协议 288

8.4.10 OPC 290

8.4.11 SINAUT MICRO无线通信 291

8.5 S7-200 PLC的通信指令及应用举例 292

8.5.1 网络读／网络写指令及应用 293

8.5.2 发送与接收指令及应用 294

8.5.3 USS通信指令 307

8.5.4 Modbus指令及应用 308

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 314

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 326

9.3 变频器和PLC之间的配合 330

9.3.1 变频器和PLC的关系 330

9.3.2 MM440变频器 330

9.3.3 MM440变频器的功能方框图 331

9.3.4 变频器和PLC典型应用举例 333

9.4 工业自动化监控系统及应用 335

9.4.1 概述 335

9.4.2 WinCC和PC Access的应用举例 336

9.5 双恒压无塔供水控制系统设计 340

9.5.1 工艺过程 340

9.5.2 系统控制要求 340

9.5.3 控制系统的I/O点及地址分配 341

9.5.4 PLC系统选型 341

9.5.5 电气控制系统原理图 342

9.5.6 系统程序设计 345

9.6 薄刀式分切压痕机控制系统设计 351

9.6.1 工艺过程 351

9.6.2 系统控制要求 351

9.6.3 控制系统的I/O点及地址分配 352

9.6.4 PLC系统选型 352

9.6.5 电气控制系统原理图 352

9.6.6 系统程序设计 352

9.7 电热锅炉供热控制系统设计 358

9.7.1 工艺过程 358

9.7.2 系统控制要求 359

9.7.3 PLC选型 360

9.7.4 控制系统的I/O点及地址分配 360

9.7.5 电气控制系统原理图 360

9.8 PLC在实际工程应用中的安装技术 363

9.8.1 PLC的安装 363

9.8.2 电源的设计 364

9.8.3 系统的接地 365

9.8.4 电缆设计与铺设 366

9.8.5 PLC输入信号的处理 366

9.8.6 PLC输出端的处理 368

本章小结 369

思考题与练习题 369

第10章 编程软件及其使用 370

10.1 编程软件的初步使用 370

10.1.1 软件安装注意事项 370

10.1.2 连接S7-200 CPU 371

10.2 编程软件功能 372

10.2.1 基本功能 372

10.2.2 界面及各部分的功能 372

10.2.3 工具栏 374

10.2.4 浏览条中各部分的功能 377

10.3 编程 379

10.3.1 程序编辑器中使用的惯例 380

10.3.2 建立程序 380

10.4 调试及运行监控 383

10.4.1 S7-200 PLC操作模式的选择 384

10.4.2 选择扫描次数 384

10.4.3 状态表监控和趋势图监控 384

10.4.4 运行模式下编辑应用程序 386

10.4.5 程序监控 386

附录A 实验指导书 388

A-1 异步电动机可逆运行实验 388

A-2 S7-200 PLC编程软件使用实验 389

A-3 标准工业报警电路实验 390

A-4 使用简单设计法编制电动机顺序启停控制程序实验 390

A-5 抢答器程序设计实验 391

A-6 人行道按钮控制交通灯程序设计实验 392

A-7 使用顺序功能图编制电动机顺序启停控制程序实验 394

A-8 PID程序设计实验 394

A-9 S7-200 PLC网络通信实验 395

A-10 HMI简单应用实验 396

附录B 课程设计和毕业设计课题素材指导 397

B-1 机械臂分拣装置控制系统设计 397

B-2 PLC高速脉冲计数系统设计 398

B-3 PPI通信控制系统设计 398

B-4 双恒压供水控制系统设计 399

B-5 薄刀式分切压痕机控制系统设计 400

B-6 电热锅炉供热控制系统设计 401

B-7 S7-200 PLC在小规模工业控制网络中的应用 401

附录C S7-200 PLC快速参考信息 403

C-1 S7-200 PLC的CPU规范 403

C-2 S7-200 PLC的CPU输入规范 404

C-3 S7-200 PLC的CPU输出规范 405

C-4 S7-200 PLC的CPU存储器范围和特性总汇 406

C-5 S7-200 PLC指令系统速查表 408

C-6 CPU224外围典型接线图 410

C-7 S7-200PLC应用软件与操作系统版本的兼容性 412

参考文献 413