電氣控制與PLC應(yīng)用是高等院校電氣類專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。該課程整合了過去工廠電氣控制技術(shù)和可編程控制器原理及應(yīng)用兩門課程的內(nèi)容，著眼于培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和設(shè)計(jì)能力，充分體現(xiàn)了課程大綱和培養(yǎng)目標(biāo)。《電氣控制與PLC應(yīng)用（微課版）》共分為9章，第1、2章講述常用低壓電器和基于繼電器接觸器控制的典型線路。第3章介紹可編程控制及其工作原理。第4、5章介紹了西門子S7-1200系列PLC的基礎(chǔ)知識、指令系統(tǒng)及其應(yīng)用。第6～8章屬于PLC應(yīng)用的提升部分，分別講述了模擬量控制及PID控制、高速脈沖處理及伺服電機(jī)運(yùn)動控制、PLC通信及應(yīng)用；第9章講述電氣控制與PLC系統(tǒng)的一般分析和設(shè)計(jì)方法。 《電氣控制與PLC應(yīng)用（微課版）》是一種工程性較強(qiáng)的應(yīng)用類教材，可作為高等院校電氣工程及其自動化、工業(yè)自動化、機(jī)電一體化等相關(guān)專業(yè)的教材，也可供相關(guān)技術(shù)人員作為參考
《電氣控制與PLC應(yīng)用（微課版）》兼顧教學(xué)和工程應(yīng)用，介紹了常用低壓電器、繼電器接觸器控制線路、可編程控制器原理及應(yīng)用，系統(tǒng)闡述了電氣控制及PLC控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法。
《電氣控制與PLC應(yīng)用（微課版）》以西門子主流新產(chǎn)品S7-1200 PLC為對象講述PLC原理、組成、資源、指令及應(yīng)用，以大量工程實(shí)例為載體，理論結(jié)合實(shí)際，實(shí)例結(jié)構(gòu)完整、短小精悍、圖文并茂，以圖為主，實(shí)例講述中滲透了分析和設(shè)計(jì)理念，潛移默化中使學(xué)生掌握電氣控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方法。從全書內(nèi)容、結(jié)構(gòu)和形式上看，《電氣控制與PLC應(yīng)用（微課版）》是理論教材、PLC系統(tǒng)手冊和實(shí)驗(yàn)教材的結(jié)合體。
電氣控制與PLC應(yīng)用是高等院校電氣類專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。在新工科背景和工程專業(yè)認(rèn)證OBE(成果導(dǎo)向教育)理念的指導(dǎo)下，一些課程正在不同程度地整合和改革，本課程整合了過去工廠電氣控制技術(shù)和可編程控制器原理及應(yīng)用兩門課程的內(nèi)容，著眼于以培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和設(shè)計(jì)能力為主要目的，充分體現(xiàn)了課程大綱和培養(yǎng)目標(biāo)。結(jié)合我國的電氣控制技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向，本課程在內(nèi)容上弱化甚至剔除了已經(jīng)或即將被淘汰的技術(shù)，而強(qiáng)化了目前或?qū)碇髁鞯目刂萍夹g(shù)，如基于PLC的軟啟動器、變頻器和伺服電機(jī)控制以及PID控制、通信與網(wǎng)絡(luò)等。
本書以西門子主流新產(chǎn)品S7-1200 PLC為對象講述PLC的原理、組成、資源、指令及應(yīng)用。以大量工程實(shí)例為載體，理論結(jié)合實(shí)際，實(shí)例結(jié)構(gòu)完整、短小精悍、圖文并茂，以圖為主，實(shí)例講述中滲透了分析和設(shè)計(jì)理念，潛移默化中使學(xué)生掌握電氣控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方法。從全書內(nèi)容、結(jié)構(gòu)和形式上看，本書是理論教材、PLC系統(tǒng)手冊和實(shí)驗(yàn)教材的結(jié)合體。
本書共分為9章，第1、2章為繼電器接觸器控制技術(shù)部分，該部分以交流電動機(jī)為被控對象，講述常用低壓電器和典型控制線路；第3～5章為可編程控制器基礎(chǔ)部分，講述可編程控制及其工作原理、西門子S7-1200系列PLC的硬件和軟件基礎(chǔ)、指令系統(tǒng)及其應(yīng)用；第6～8章為PLC應(yīng)用的提升部分，分別講述基于PLC控制系統(tǒng)的模擬量控制及PID控制技術(shù)、高速脈沖處理及伺服電機(jī)運(yùn)動控制技術(shù)、通信及網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)；第9章為電氣控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)部分，講述電氣控制與PLC系統(tǒng)的一般分析方法和設(shè)計(jì)方法。
本書注重實(shí)際，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，是一種工程性較強(qiáng)的應(yīng)用類教材，可作為高等院校電氣工程及其自動化、工業(yè)自動化、機(jī)電一體化等相關(guān)專業(yè)的教材，也可供相關(guān)技術(shù)人員作為參考資料使用，同時也可作為電氣控制技術(shù)專業(yè)相關(guān)技術(shù)人員的自學(xué)用書。
本書第1章由吳延明、郭永吉編寫，第2～5章由吳延明編寫，第6～9章由劉仲民、吳延明編寫，全書由吳延明統(tǒng)稿。在本書編寫過程中，得到喬平原老師和蘭州理工大學(xué)電氣工程與信息工程學(xué)院電氣工程系課程組全體老師的大力幫助，在此表示衷心的感謝。
由于編者水平有限，書中難免存在疏漏和不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。
編 者
吳延明，蘭州理工大學(xué)教師，高級工程師，碩士，長期從事電氣工程教學(xué)工作。主要研究方向?yàn)殡姎饪刂婆cPLC應(yīng)用、電力電子與電氣傳動、現(xiàn)場總線、綜合計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)。作為課題負(fù)責(zé)人或主要技術(shù)負(fù)責(zé)人，取得科研成果獎4項(xiàng)；在學(xué)術(shù)刊物發(fā)表論文4篇；取得國內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)鑒定4項(xiàng)；發(fā)明專利3項(xiàng)。主持或參與完成鋁錠連續(xù)鑄造生產(chǎn)線、飲用水凈化處理、礦井提升機(jī)自動控制系統(tǒng)、重離子治療床研發(fā)等科研橫向項(xiàng)目20多項(xiàng)�！ �
緒論 1
第1章 常用低壓電器 4
1.1 低壓電器的基本知識 4
1.1.1 電器的定義和分類 4
1.1.2 電磁式低壓電器的基本結(jié)構(gòu) 5
1.1.3 電磁式低壓電器的工作原理 9
1.2 低壓控制電器 13
1.2.1 接觸器 13
1.2.2 電磁式繼電器 17
1.2.3 時間繼電器 19
1.2.4 速度繼電器 20
1.2.5 溫度繼電器、壓力繼電器和
液位繼電器 21
1.2.6 固態(tài)繼電器 23
1.3 低壓保護(hù)電器 24
1.3.1 熱繼電器 24
1.3.2 熔斷器 28
1.4 低壓配電電器 32
1.4.1 刀開關(guān) 32
1.4.2 低壓斷路器 33
1.5 主令電器 36
1.5.1 控制按鈕、選擇開關(guān) 37
1.5.2 萬能轉(zhuǎn)換開關(guān) 38
1.5.3 行程開關(guān) 39
1.5.4 接近開關(guān) 39
1.5.5 光電開關(guān) 40
1.6 信號電器 41
1.7 執(zhí)行電器 41
1.7.1 電動機(jī) 41
1.7.2 電磁執(zhí)行電器 43
1.8 常用傳感器 44
習(xí)題及思考題 48
第2章 電氣控制線路基礎(chǔ) 50
2.1 電氣圖紙及繪制原則 50
2.1.1 電氣制圖相關(guān)國標(biāo) 50
2.1.2 電氣原理圖及繪制原則 52
2.1.3 電器布置圖及繪制原則 56
2.1.4 電氣接線圖及繪制原則 57
2.2 三相異步電動機(jī)的基本控制線路 58
2.2.1 單向全壓啟動控制線路 58
2.2.2 正反轉(zhuǎn)控制線路 63
2.2.3 點(diǎn)動連續(xù)控制線路 66
2.2.4 多地控制線路 67
2.2.5 順序控制線路 67
2.2.6 自動循環(huán)控制線路 71
2.3 三相異步電動機(jī)降壓啟動控制線路 72
2.3.1 三相異步電動機(jī)啟動控制
概述 72
2.3.2 星形-三角形(Y-△)降壓啟動
控制線路 73
2.3.3 自耦變壓器降壓啟動控制 74
2.3.4 串電阻(電抗器)降壓啟動
控制線路 76
2.3.5 軟啟動器 76
2.4 三相異步電動機(jī)制動控制線路 80
2.4.1 反接制動控制線路 81
2.4.2 能耗制動控制線路 83
2.5 三相異步電動機(jī)調(diào)速控制線路 85
2.5.1 雙速電機(jī)的變極調(diào)速 85
2.5.2 變頻器與變頻調(diào)速 88
習(xí)題及思考題 99
第3章 PLC及其工作原理 100
3.1 PLC概述 100
3.1.1 PLC的產(chǎn)生和定義 100
3.1.2 PLC的發(fā)展 102
3.1.3 PLC的應(yīng)用 104
3.1.4 PLC的特點(diǎn) 105
3.1.5 PLC的分類 107
3.1.6 PLC知名品牌 109
3.2 PLC的硬件系統(tǒng) 109
3.2.1 PLC的硬件組成 109
3.2.2 CPU(中央處理器) 109
3.2.3 存儲器 110
3.2.4 輸入輸出接口電路 111
3.2.5 電源、擴(kuò)展接口、通信
接口 113
3.3 PLC的軟件系統(tǒng) 114
3.3.1 PLC的軟件系統(tǒng)構(gòu)成 114
3.3.2 PLC的編程語言 115
3.3.3 用戶程序結(jié)構(gòu) 119
3.4 PLC的工作原理 120
3.4.1 PLC控制系統(tǒng)組成 120
3.4.2 PLC循環(huán)掃描的工作方式 121
3.4.3 掃描周期及中心內(nèi)容 122
3.4.4 循環(huán)掃描工作方式的幾點(diǎn)
說明 124
3.5 PLC與其他控制系統(tǒng)的區(qū)別 125
3.5.1 與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別 125
3.5.2 與IPC控制系統(tǒng)的區(qū)別 126
3.5.3 與單片機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別 126
3.5.4 與DCS、FCS控制系統(tǒng)的
區(qū)別 126
習(xí)題及思考題 127
第4章 S7-1200 PLC基礎(chǔ) 128
4.1 S7-1200 PLC概述 128
4.2 S7-1200 PLC的硬件系統(tǒng) 128
4.2.1 CPU模塊 129
4.2.2 信號模塊(SM) 134
4.2.3 信號板(SB) 136
4.2.4 通信模塊(CM) 136
4.2.5 其他模塊 136
4.2.6 系統(tǒng)擴(kuò)展及功率預(yù)算 136
4.3 S7-1200 PLC的編程基礎(chǔ) 138
4.3.1 S7-1200 PLC的存儲區(qū) 138
4.3.2 S7-1200 PLC的尋址方式 141
4.3.3 S7-1200 PLC的數(shù)據(jù)類型 145
4.3.4 S7-1200 PLC的程序結(jié)構(gòu) 156
習(xí)題及思考題 160
第5章 S7-1200 PLC指令系統(tǒng) 161
5.1 位邏輯指令 161
5.1.1 觸點(diǎn)與線圈指令 161
5.1.2 置位和復(fù)位指令 169
5.1.3 置位優(yōu)先和復(fù)位優(yōu)先
觸發(fā)器 170
5.1.4 上升沿和下降沿指令 172
5.2 定時器指令 177
5.2.1 定時器指令介紹 177
5.2.2 定時器運(yùn)行解釋 179
5.2.3 定時器應(yīng)用實(shí)例 182
5.3 計(jì)數(shù)器指令 185
5.3.1 計(jì)數(shù)器指令介紹 185
5.3.2 計(jì)數(shù)器運(yùn)行解釋 186
5.3.3 計(jì)數(shù)器應(yīng)用實(shí)例 188
5.4 比較運(yùn)算指令 190
5.4.1 比較運(yùn)算指令介紹 190
5.4.2 比較運(yùn)算應(yīng)用實(shí)例 191
5.5 數(shù)學(xué)函數(shù)指令 193
5.5.1 CALCULATE(計(jì)算)指令 194
5.5.2 四則運(yùn)算指令 194
5.5.3 指數(shù)、對數(shù)及三角函數(shù)
指令 195
5.5.4 其他數(shù)學(xué)函數(shù)指令 196
5.5.5 數(shù)學(xué)函數(shù)指令應(yīng)用實(shí)例 198
5.6 移動操作指令 199
5.6.1 MOVE(移動值)、MOVE_BLK
(移動塊)、UMOVE_BLK(無
中斷移動塊)和MOVE_BLK_
VARIANT(移動塊)指令 199
5.6.2 FILL_BLK(填充塊)和UFILL_
BLK(無中斷填充塊)指令 200
5.6.3 SWAP(交換字節(jié))指令 201
5.7 轉(zhuǎn)換操作指令 202
5.7.1 CONV(轉(zhuǎn)換值)指令 202
5.7.2 ROUND(取整)和 TRUNC
(截尾取整)指令 202
5.7.3 SCALE_X(標(biāo)定)和 NORM_X
(標(biāo)準(zhǔn)化)指令 203
5.8 程序控制操作指令 205
5.8.1 JMP(RLO=1時跳轉(zhuǎn))、JMPN(RLO=0時跳轉(zhuǎn))和Label(跳轉(zhuǎn)標(biāo)簽)指令 205
5.8.2 JMP_LIST(定義跳轉(zhuǎn)列表)
指令 206
5.8.3 SWITCH(跳轉(zhuǎn)分配器)指令 206
5.8.4 RET(返回)指令 207
5.9 字邏輯指令 207
5.9.1 AND、OR和XOR邏輯運(yùn)算
指令 207
5.9.2 INV(求反碼)指令 208
5.10 移位與循環(huán)移位指令 208
習(xí)題及思考題 210
第6章 PLC與過程控制 212
6.1 S7-1200模擬量控制 212
6.1.1 S7-1200模擬量輸入、輸出
單元 212
6.1.2 模擬量系統(tǒng)配置和簡單控制
實(shí)現(xiàn) 217
6.2 S7-1200 PLC的模擬量PID控制 220
6.2.1 PLC模擬量的PID控制 220
6.2.2 PID控制參數(shù)整定 223
6.2.3 S7-1200 PLC的PID控制 224
6.3 PID控制案例：恒液位PID控制 228
習(xí)題及思考題 232
第7章 PLC與運(yùn)動控制 233
7.1 交流伺服控制系統(tǒng)簡介 233
7.1.1 交流伺服電機(jī) 233
7.1.2 交流伺服驅(qū)動器 239
7.1.3 交流伺服控制系統(tǒng) 243
7.2 S7-1200 PLC的運(yùn)動控制功能 244
7.2.1 S7-1200高速脈沖輸出 244
7.2.2 工藝對象軸 249
7.2.3 S7-1200運(yùn)動控制指令 257
7.2.4 基于S7-1200 PLC的運(yùn)動控制
實(shí)例 260
7.3 S7-1200 PLC的高速計(jì)數(shù)器 271
7.3.1 高速計(jì)數(shù)器 271
7.3.2 高速計(jì)數(shù)器應(yīng)用實(shí)例 276
7.4 PWM和PTO脈沖輸出 280
7.4.1 PWM/PTO指令 280
7.4.2 PWM/PTO控制應(yīng)用實(shí)例 281
習(xí)題及思考題 284
第8章 PLC通信及應(yīng)用 285
8.1 S7-1200 PLC通信概述 285
8.1.1 S7-1200 PLC通信接口與通信
模塊 285
8.1.2 S7-1200 PLC通信選項(xiàng) 286
8.1.3 S7-1200 PLC通信典型應(yīng)用 289
8.2 S7-1200 PLC以太網(wǎng)通信 291
8.2.1 以太網(wǎng)開放式用戶通信 291
8.2.2 S7通信 302
8.3 S7-1200 PLC的串口通信 308
8.3.1 自由口協(xié)議通信 308
8.3.2 USS協(xié)議通信 312
8.4 S7-1200 PLC的Modbus通信 319
8.4.1 Modbus RTU和Modbus TCP
概述 320
8.4.2 S7-1200 PLC的Modbus
通信 325
8.4.3 S7-1200 PLC的Modbus通信
應(yīng)用 329
習(xí)題及思考題 336
第9章 電氣控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì) 337
9.1 電氣控制線路分析 337
9.1.1 電氣控制線路分析基礎(chǔ) 337
9.1.2 電氣控制原理圖分析示例 338
9.2 電氣控制線路設(shè)計(jì) 340
9.2.1 電氣控制線路設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 340
9.2.2 電氣控制線路設(shè)計(jì)示例 344
9.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 347
9.3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 347
9.3.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例 350
附錄A 項(xiàng)目種類的字母代碼(文字
? 符號) 361
附錄B 電氣圖形符號表 365
參考文獻(xiàn) 370
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