前 言

“電氣控制及可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)”是各高等院校電類和機(jī)電類專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，包含傳統(tǒng)的“電氣控制技術(shù)”和“可編程序控制器原理及應(yīng)用”兩門課程的內(nèi)容。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電氣控制技術(shù)已發(fā)展到了相當(dāng)?shù)母叨�。傳統(tǒng)電氣控制技術(shù)的內(nèi)容也發(fā)生了很大變化，雖然有些已被淘汰，但其最基礎(chǔ)的部分對(duì)任何先進(jìn)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)仍是必不可少的�？删幊绦蚩刂破骰�于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的原理而設(shè)計(jì)，它的出現(xiàn)取代了繼電接觸式邏輯控制系統(tǒng)，使其成為當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域中不可替代的核心控制器件。作為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，“電氣控制及可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)”課程中必須包括傳統(tǒng)繼電器接觸器控制系統(tǒng)的內(nèi)容，只不過(guò)要精心組織、合理刪減，而對(duì)于可編程序控制器的原理及應(yīng)用則要重點(diǎn)講解。

本書是較早選用SIEMENS公司S7-200 PLC為對(duì)象講解“可編程序控制器原理及應(yīng)用”的書籍之一。從2002第一版至今，被450余所大專院校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)選作教材，累計(jì)銷售50余萬(wàn)冊(cè)。20多年來(lái)，我去不少學(xué)校做過(guò)和本課程相關(guān)的學(xué)術(shù)報(bào)告，也為一些教師培訓(xùn)班講課，更多情況下，通過(guò)電子郵件和近百位高校教師進(jìn)行學(xué)術(shù)和教學(xué)業(yè)務(wù)上的交流，此外還回答了許多讀者通過(guò)電子郵件和電話向我提出的問(wèn)題。更讓我感動(dòng)的是有十多位讀者為我指出了書中的錯(cuò)誤之處，所有這一切都為本書成為精品教材提供了保證，也使它成為許多任課教師及廣大讀者喜愛(ài)的好書。

在這幾年時(shí)間里，和本課程有關(guān)的技術(shù)和知識(shí)有了很大程度的發(fā)展和更新。在國(guó)際和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，SIEMENS公司已逐步淘汰了S7-200 PLC，推出了換代產(chǎn)品S7-200 SMART PLC和S7-1200 PLC。雖然現(xiàn)在工作十分繁忙，但廣大讀者的厚愛(ài)和數(shù)十位同行的要求和鼓勵(lì)，使我抑制不住發(fā)自內(nèi)心的責(zé)任感和使命感，要把自己所掌握的該領(lǐng)域最新的知識(shí)和親身工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)真誠(chéng)地奉獻(xiàn)出來(lái)，以使廣大青年學(xué)生受益，這是我編寫本教材的初衷，同樣也是我今天編寫新版教材的動(dòng)力來(lái)源。

在這次改版之前，我和近百位任課老師進(jìn)行了交流，咨詢大家該選擇什么樣的PLC為背景進(jìn)行講解，如何把新版教材編寫得更好。在他們建議的基礎(chǔ)上，結(jié)合高校相關(guān)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)情況和國(guó)內(nèi)PLC應(yīng)用市場(chǎng)情況，確定了本次編寫的基調(diào)和原則。

本版教材編寫的基調(diào)和原則

(1) 傳統(tǒng)的“繼電器/接觸器控制系統(tǒng)”是過(guò)渡到學(xué)習(xí)“PLC控制系統(tǒng)”的基礎(chǔ)，必須了解和學(xué)習(xí)其基本原理和基礎(chǔ)電路。

(2) S7-200 SMART PLC和S7-200 PLC基本上一樣，其工作原理、指令系統(tǒng)和PLC通識(shí)知識(shí)體系相同，將其作為講授對(duì)象，可以使學(xué)生更容易入門，更容易理解和掌握PLC的基本原理和使用方法。另外，考慮到目前高校實(shí)驗(yàn)室和國(guó)內(nèi)PLC應(yīng)用市場(chǎng)的實(shí)際情況，本教材基于S7-200 SMART PLC進(jìn)行可編程序控制器的講解。

(3) S7-1200 PLC有功能強(qiáng)大的硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和編程平臺(tái)，其工作過(guò)程、程序結(jié)構(gòu)等和傳統(tǒng)的小型PLC差別較大，不太適合初學(xué)者學(xué)習(xí)PLC。在學(xué)生入門后，S7-1200 PLC可以作為進(jìn)階學(xué)習(xí)的對(duì)象。本版教材把S7-1200 PLC的主要技術(shù)特點(diǎn)集中到最后一章講解，便于老師的進(jìn)一步講授和學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

本書是國(guó)內(nèi)較早全面采用新的電氣系統(tǒng)文字表示符號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 5094 和GB/T 20939)的教材。新國(guó)標(biāo)的采用，以及對(duì)電氣控制系統(tǒng)通識(shí)知識(shí)、S7-200 SMART PLC的全面講解和S7-1200 PLC技術(shù)精華的補(bǔ)充，使本教材繼續(xù)保持了在電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)教學(xué)方面的先進(jìn)性。

本版教材的主要修訂和修改之處

(1) 考慮到技術(shù)進(jìn)步和工程實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)第1章和第2章傳統(tǒng)電氣控制技術(shù)的內(nèi)容進(jìn)行了較多刪減和重新編排。

(2) 刪除了第4版第4章，其相關(guān)內(nèi)容有機(jī)合并到新版教材的第3章、第4章和第5章，對(duì)上版第3章進(jìn)行了較大幅度的改編。

(3) 由于以太網(wǎng)技術(shù)開始在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域大量應(yīng)用，對(duì)“PLC網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及應(yīng)用”一章進(jìn)行了較大幅度修訂，增加了與以太網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用技術(shù)的講解。對(duì)PLC通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深度講解是本教材的特色之一。

(4) 基于S7-1200 PLC 增加了PLC 進(jìn)階學(xué)習(xí)的全新內(nèi)容，限于篇幅，本版教材刪除了“IEC 61131 3標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言”部分。

(5) 應(yīng)大部分院校老師的要求，恢復(fù)第4版之前的“編程軟件及其使用”一章，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo)。

本版教材的具體結(jié)構(gòu)

本書共四大部分，分為10章內(nèi)容和3個(gè)附錄。

第一部分：電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

本部分包括緒論和第1章、第2章。在緒論中簡(jiǎn)單介紹電氣控制技術(shù)的發(fā)展歷程和最新情況，介紹了學(xué)習(xí)本課程的主要任務(wù)；第1章主要介紹常用低壓電器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及使用方法等有關(guān)知識(shí)，同時(shí)根據(jù)電器發(fā)展?fàn)顩r，介紹一些新型電器元件；最后對(duì)一些常用的檢測(cè)、執(zhí)行器件進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。第2章全面講解了電氣制圖最新的圖形符號(hào)和文字符號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，講解了電氣線路圖的繪制原則，然后主要介紹廣泛應(yīng)用的三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的基本控制線路和一些典型控制線路。根據(jù)電氣應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展和多年的教學(xué)及應(yīng)用實(shí)踐，作者對(duì)現(xiàn)代電氣控制線路的設(shè)計(jì)總結(jié)出一種方法———簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)法，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)講解。

第二部分：核心內(nèi)容

本部分是本書的核心，主要講解可編程序控制器的原理及其應(yīng)用技術(shù)，包括6章內(nèi)容。第3章介紹可編程序控制器的產(chǎn)生和發(fā)展，重點(diǎn)講解它的組成、工作原理和工作方式；第4章基于SIEMENS S7-200 SMART PLC，用舉例的形式講解其基本邏輯指令系統(tǒng)及其使用方法，然后介紹常用典型電路及環(huán)節(jié)的編程，最后深入淺出地講解PLC程序的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)法。本章是學(xué)習(xí)PLC的重點(diǎn)，也是本書最重要的章節(jié)。第5章詳細(xì)講解S7-200 SMART PLC的功能指令，重點(diǎn)講解子程序、中斷、高速計(jì)數(shù)和PID 的應(yīng)用。本章給出了大量例題。第6章重點(diǎn)講解順序功能圖(SFC)的基本概念，以及它在S7-200 SMART PLC中的具體使用方法，把SFC放在2 現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)(第6版)單獨(dú)的一章講解是本書的特色之一。第7章首先介紹了一些工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)，重點(diǎn)講解各種通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)配置，通過(guò)舉例介紹了S7-200 SMART PLC通信指令的使用。第8章首先講解如何設(shè)計(jì)一個(gè)PLC控制系統(tǒng)，然后講解PLC控制系統(tǒng)中不可或缺的設(shè)備———人機(jī)界面和變頻器，以及工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。本章提供了兩個(gè)翔實(shí)的PLC控制系統(tǒng)的例子，通過(guò)例子大家可以更進(jìn)一步了解和深入學(xué)習(xí)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最后還講解了實(shí)際工程項(xiàng)目中必須注意和遵守的安裝技術(shù)和規(guī)范。

第三部分：基于S7-1200 PLC的進(jìn)階學(xué)習(xí)內(nèi)容

本部分為本書第9章。在學(xué)習(xí)了PLC的基本工作原理和程序設(shè)計(jì)后，基于功能更為強(qiáng)大的S7-1200 PLC學(xué)習(xí)中高級(jí)PLC的使用便成為水到渠成的事情。作為重要的補(bǔ)充內(nèi)容，該部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)可使學(xué)生全面了解高性能PLC的程序架構(gòu)和指令系統(tǒng)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)。

第四部分：編程軟件的使用及重要附錄

本部分包括第10章和3個(gè)附錄。第10章講解了STEP 7-Micro/WIN SMART的使用，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)可以參考。附錄A 中設(shè)計(jì)了10個(gè)u1u2u3u4u實(shí)驗(yàn)，它們是這門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程所必須具備的內(nèi)容，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康�、使用設(shè)備及裝置、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求等，該部分可為任課教師開設(shè)實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo)。附錄B提供了8個(gè)可用于課程設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的素材，供任課教師選用。附錄C是有關(guān)S7-200 SMART PLC的常用信息速查表。

另外，在每一章的最后都有對(duì)本章內(nèi)容進(jìn)行回顧和總結(jié)的“本章小結(jié)”，以及豐富的“思考題與練習(xí)題”。

如何分配課時(shí)和授課內(nèi)容

本書既可以作為相關(guān)專業(yè)本科生、高職高專和中職技師院校學(xué)生的教材，也可以作為電氣工程師、電工等有關(guān)技術(shù)人員的參考資料和培訓(xùn)教材。層次不同，所需要的授課內(nèi)容、課時(shí)進(jìn)度和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也會(huì)不同。本書既可以供少學(xué)時(shí)(如46學(xué)時(shí))使用，也可以供多學(xué)時(shí)(如100學(xué)時(shí))使用。兩者的區(qū)別在于是對(duì)某些章節(jié)作簡(jiǎn)單介紹，還是詳細(xì)講解。另外實(shí)驗(yàn)的多少也有不同。下表給出一些指導(dǎo)性的建議，供授課教師參考。下表中一個(gè)課時(shí)為50分鐘，每個(gè)實(shí)驗(yàn)所的課時(shí)數(shù)為2個(gè)，實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容請(qǐng)根據(jù)實(shí)際情況在附錄A 中選擇，給學(xué)生布置的“思考題和練習(xí)題”也可適當(dāng)選擇。選用本教材的教師可根據(jù)自己學(xué)校的實(shí)際情況對(duì)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和安排。教師也可以根據(jù)自己的實(shí)際需要對(duì)教材中的內(nèi)容進(jìn)行取舍，比如以普通知識(shí)為主，則多講一些1~4章的內(nèi)容；以提高為主，則多講一些5~9章的內(nèi)容，當(dāng)然這只是一種建議。

感謝數(shù)十位給我提出編寫建議的高校老師！ 這些意見(jiàn)和建議是打造精品教材的保證！感謝我的學(xué)生黃玉彥、梁家興、齊松松、龔琦、呂新磊，以及課程團(tuán)隊(duì)的老師和科研團(tuán)隊(duì)的成員，他們提出了許多具體的修訂意見(jiàn)，并參與了部分章節(jié)的修訂和例題的驗(yàn)證工作。感謝研究生團(tuán)隊(duì)參與全書的校對(duì)工作。

在寫作時(shí)，本書部分章節(jié)個(gè)別段落的內(nèi)容參考了一些已出版的文獻(xiàn)，這些文獻(xiàn)已在書后的參考文獻(xiàn)中一一列出，在此向這些文獻(xiàn)的作者表示衷心的感謝！

最后要真誠(chéng)地感謝我的家人，他們所給予我的最無(wú)私的愛(ài)是我不斷前行的精神力量，一想起這些，我就不敢有絲毫的懈怠，會(huì)更加勤奮地學(xué)習(xí)和工作。

江豪、李金城、廉潔、孫帥、李書培等參加了部分章節(jié)的編寫工作。

我相信，以自己深厚熟練的寫作功底、對(duì)PLC應(yīng)用及其發(fā)展前沿的深入理解和把握以及全面的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)而完成的《現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)》(第6版)會(huì)是一本值得大家使用的教材和參考資料。本書配有電子教案，限于時(shí)間和精力，該教案只向高等院校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)中使用本教材的任課教師提供，有需要者可發(fā)郵件至wyh@zzuli.edu.cn聯(lián)系作者索取。

該書的修訂和改版工作花費(fèi)了半年多時(shí)間，雖然經(jīng)過(guò)認(rèn)真仔細(xì)地修改和校對(duì)，但由于作者工作繁忙，以及在學(xué)術(shù)水平上的局限性和寫作過(guò)程中的疏漏，書中肯定還會(huì)有不準(zhǔn)確、不正確的地方，不管是大錯(cuò)還是小錯(cuò)，我都希望廣大的讀者能給我指出來(lái)，以便再次印刷時(shí)改正。也歡迎大家發(fā)E-mail就高校電氣控制技術(shù)、PLC應(yīng)用和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù))實(shí)驗(yàn)室建設(shè)問(wèn)題以及相關(guān)課程的教學(xué)問(wèn)題進(jìn)行交流和探討。

本教材的電子信息資源如下所列，諸如“視頻課程資料”“S7-200 SMART PLC系統(tǒng)手冊(cè)”“Micro/WIN SMART使用手冊(cè)”“S7-1200 PLC系統(tǒng)手冊(cè)”“變頻器SINAMICS G120C操作手冊(cè)”“變頻器SINAMICS G120C參數(shù)手冊(cè)”“勘誤信息”等都可以在以下相關(guān)網(wǎng)站找到，有些資料可以直接下載。

① 作者電子信箱：wyh@zzuli.edu.cn

② 本教材精品課程網(wǎng)站：dqkzplc.zzuli.edu.cn/

③ 本課程在線開放課程網(wǎng)站：icourse163.org/course/ZZULI-1002123026

④ 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)工程中心網(wǎng)站：zzictec.zzuli.edu.cn

⑤ 鄭州天啟自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司網(wǎng)站：tianqiauto.com

王永華

2020年6月