電氣控制與PLC程序設(shè)計（第二版）

◆ 適用性：從實際應(yīng)用和教學(xué)的角度，一般理論以夠用為度，低壓電器和典型繼電接觸器的原理性內(nèi)容精簡扼要，注重電路分析設(shè)計，為深入學(xué)習(xí)PLC 程序設(shè)計打好基礎(chǔ)。

◆ 系統(tǒng)性：把電氣控制與PLC 應(yīng)用技術(shù)聯(lián)系在一起，由淺入深地介紹了電氣控制、PLC 基礎(chǔ)知識、指令系統(tǒng)、模塊化程序設(shè)計方法及工藝功能設(shè)計，知識前后貫通且系統(tǒng)化。

◆ 應(yīng)用性：在強調(diào)基礎(chǔ)知識、基本操作技能的同時，對程序設(shè)計方法、高速計數(shù)器、運動控制、PID 控制技術(shù)等重點和難點知識內(nèi)容結(jié)合工程實例做了詳細(xì)介紹，可操作性強，實用價值高。

◆ 實踐性：注重項目訓(xùn)練，各章配備相應(yīng)的項目實訓(xùn)，引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實際，增強其工程應(yīng)用意識，培養(yǎng)學(xué)生的解決問題和動手能力。

◆ 先進(jìn)性：以技術(shù)先進(jìn)、功能強大的S7-1200 PLC 為例介紹模塊化程序設(shè)計的思想，對網(wǎng)絡(luò)通信、人機界面設(shè)計深入講解，符合工廠自動化和電氣信息技術(shù)的發(fā)展需求。

隨著工業(yè)自動化向網(wǎng)絡(luò)化、開放化、智能化和集成化方向快速發(fā)展，作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)核心的PLC控制器不但要能完成邏輯控制、順序控制、定時、計數(shù)、模擬回路控制等任務(wù)，還要具備強大的數(shù)據(jù)運算、網(wǎng)絡(luò)通信等功能，以滿足電氣控制網(wǎng)絡(luò)化和工廠信息化的需求，推進(jìn)數(shù)字化生產(chǎn)。進(jìn)入新時代，我國提出“科技強國”重大戰(zhàn)略部署，“當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，科技創(chuàng)新是其中一個關(guān)鍵變量”，掌握先進(jìn)的PLC程序設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)，是對電氣自動化類專業(yè)學(xué)生的基本要求，是學(xué)生投身社會主義現(xiàn)代化建設(shè)，以科技現(xiàn)代化推進(jìn)民族工業(yè)發(fā)展的有力工具。

本書以目前國內(nèi)市場占有率較高、網(wǎng)絡(luò)功能強大、具有較高性價比的西門子SIMATIC系列S7-1200 PLC為例，對電氣控制技術(shù)和PLC編程技術(shù)及其在電氣工程設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行介紹，是較為全面和先進(jìn)的教科書。在本書編寫過程中，編者注意精選內(nèi)容，講解深入淺出，理論聯(lián)系實際，突出應(yīng)用，注重對學(xué)生能力的培養(yǎng)。本書內(nèi)容系統(tǒng)全面、學(xué)用一致、通俗易懂，主要特點如下：

（1）適用性：從實際應(yīng)用和教學(xué)的角度出發(fā)，一般理論以夠用為度，低壓電器和典型繼電接觸器的原理性內(nèi)容精簡扼要，注重電路分析設(shè)計，為深入學(xué)習(xí)PLC程序設(shè)計打好基礎(chǔ)。

（2）系統(tǒng)性：把電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)聯(lián)系在一起，由淺入深地介紹了電氣控制、PLC基礎(chǔ)知識、指令系統(tǒng)、模塊化程序設(shè)計方法及工藝功能設(shè)計，知識前后貫通且系統(tǒng)化。

（3）應(yīng)用性：在強調(diào)基礎(chǔ)知識、基本操作技能的同時，對程序設(shè)計方法、高速計數(shù)器、運動控制、PID控制技術(shù)等重點和難點內(nèi)容結(jié)合工程實例做了詳細(xì)介紹，可操作性強，實用價值高。

（4）實踐性：注重項目訓(xùn)練，第1～7章配備相應(yīng)的項目實訓(xùn)，引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實際，增強其工程應(yīng)用意識，培養(yǎng)學(xué)生的解決問題能力和動手能力。

（5）先進(jìn)性：以技術(shù)先進(jìn)、功能強大的S7-1200 PLC為例介紹模塊化程序設(shè)計的思想，對網(wǎng)絡(luò)通信、人機界面設(shè)計深入講解，符合工廠自動化和電氣信息技術(shù)的發(fā)展需求。

第二版教材全面保留第一版教材注重工程實踐和應(yīng)用創(chuàng)新培養(yǎng)的復(fù)合型新工科特色，針對第一版使用中的問題和不足進(jìn)行了修訂和改進(jìn)，主要包括以下幾個方面：

（1）把握時代脈搏，高舉中國特色社會主義偉大旗幟，全面貫徹習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想。本書根據(jù)課程知識特點，挖掘課程思政元素，在每一章起始位置設(shè)置了本章思政目標(biāo)，使思政教育與專業(yè)知識深入融合，實現(xiàn)全面育人的目標(biāo)，培養(yǎng)符合新工科需求的復(fù)合型人才。

（2）為了滿足學(xué)生自學(xué)、線上線下混合教學(xué)的需求，豐富課程教學(xué)和學(xué)習(xí)資源，第二版各章節(jié)配備了專業(yè)教師團(tuán)隊的視頻講解，大大拓展了學(xué)習(xí)渠道，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的便利性和效率。

（3）完善知識內(nèi)容，提高整體流暢度，精簡不必要的文字，尤其是對第一版中存在的紕漏從文字內(nèi)容和電路圖上進(jìn)行了全面更正，對描述不清的內(nèi)容重新進(jìn)行編寫，同時電氣系統(tǒng)文字符號全部采用新的國家標(biāo)準(zhǔn)，并從實際情況出發(fā)加上新舊文字符號的對比，便于學(xué)生查閱和學(xué)習(xí)。

本書由山東交通學(xué)院胡冠山任主編（負(fù)責(zé)統(tǒng)稿工作），由山東交通學(xué)院潘為剛、煙臺大學(xué)楊仁弟、山東交通學(xué)院韓耀振任副主編，楊明仁教授任主審，山東交通學(xué)院孫毅、張建軍、張煌、唐相猛參與本書部分章節(jié)的編寫工作。

本書得到山東省高等教育本科教學(xué)改革研究項目“四種能力、五維空間、深度學(xué)習(xí)的生態(tài)課堂教學(xué)模式研究與實踐”（Z2023249）的資助；在本書編寫過程中，編者參考了同類教材、著作及科技文獻(xiàn)，在此對其作者表示衷心感謝。

由于編者水平有限，書中難免存在疏漏甚至錯誤不足之處，懇請讀者批評和指正。

編 者

2023年12月

第1章 電氣控制中的常用低壓電器 1
1.1 電磁式低壓電器基礎(chǔ)知識 1
1.1.1 電器的概念和分類 1
1.1.2 電磁式低壓電器 2
1.2 接觸器 7
1.2.1 交流接觸器 7
1.2.2 直流接觸器 11
1.3 繼電器 11
1.3.1 電磁式繼電器 11
1.3.2 時間繼電器 13
1.3.3 熱繼電器 14
1.3.4 速度繼電器 18
1.4 低壓斷路器 19
1.4.1 低壓斷路器的結(jié)構(gòu)及工作原理 19
1.4.2 低壓斷路器的技術(shù)參數(shù) 20
1.4.3 低壓斷路器的選用 20
1.5 熔斷器 21
1.5.1 熔斷器的結(jié)構(gòu)與類型 21
1.5.2 熔斷器的電氣符號與型號表示 21
1.5.3 熔斷器的特性和技術(shù)參數(shù) 22
1.5.4 熔斷器的選擇 22
1.6 主令電器 23
1.6.1 控制按鈕 23
1.6.2 行程開關(guān)與接近開關(guān) 24
1.6.3 轉(zhuǎn)換開關(guān) 26
1.6.4 主令控制器 27
1.7 項目實訓(xùn)—常用低壓電器的選用
和裝配 28
思考練習(xí)題 32
第2章 電氣控制線路分析與設(shè)計 33
2.1 電氣控制系統(tǒng)圖 33
2.1.1 電氣控制系統(tǒng)圖的概念及分類 33
2.1.2 常用的電氣圖形符號和文字符號 34
2.1.3 電氣原理圖的構(gòu)成及繪制原則 37
2.2 三相異步電動機典型控制線路 39
2.2.1 三相異步電動機基本控制線路 39
2.2.2 三相異步電動機點動與多地
控制線路 40
2.2.3 三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制線路 40
2.3 三相異步電動機降壓啟動控制線路 43
2.3.1 Y-△降壓啟動 43
2.3.2 定子繞組串電阻降壓啟動
控制線路 44
2.4 三相異步電動機變極調(diào)速控制線路 45
2.4.1 變極調(diào)速原理 45
2.4.2 雙速極對數(shù)調(diào)速控制線路 45
2.4.3 三速電動機的調(diào)速控制線路 47
2.5 三相異步電動機的制動控制線路 48
2.5.1 能耗制動控制線路 48
2.5.2 電動機反接制動控制線路 50
2.6 電氣控制線路的分析 51
2.6.1 電氣控制線路的讀圖分析方法 51
2.6.2 電氣控制線路實例分析 52
2.7 電氣控制線路的設(shè)計 53
2.7.1 電氣控制線路的設(shè)計原則 53
2.7.2 經(jīng)驗設(shè)計法 54
2.7.3 邏輯設(shè)計法 54
2.7.4 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)注意的
問題 55
2.7.5 電氣控制線路設(shè)計實例 56
2.8 項目實訓(xùn)—電動機順序控制線路的
安裝與調(diào)試 59
思考練習(xí)題 63
第3章 可編程邏輯控制器的結(jié)構(gòu)及組態(tài) 64
3.1 PLC概述 64
3.1.1 PLC的產(chǎn)生 64
3.1.2 PLC的定義 65
3.1.3 PLC的發(fā)展歷程 65
3.1.4 PLC的特點 66
3.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 67
3.2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu) 67
3.2.2 PLC的性能指標(biāo) 70
3.2.3 PLC的分類 70
3.2.4 PLC的工作原理 72
3.3 S7-1200 PLC的硬件組成 74
3.3.1 S7-1200 PLC的產(chǎn)品定位 74
3.3.2 S7-1200 PLC的硬件結(jié)構(gòu) 75
3.3.3 S7-1200 CPU的工作模式 79
3.4 S7-1200存儲器及其尋址 80
3.4.1 S7-1200存儲器與數(shù)據(jù)存儲 80
3.4.2 S7-1200存儲器尋址 82
3.5 博途軟件的使用 84
3.5.1 博途軟件介紹 84
3.5.2 博途軟件界面視圖 85
3.6 S7-1200 PLC的項目組態(tài) 87
3.6.1 硬件設(shè)備組態(tài) 87
3.6.2 程序編譯和運行 93
3.7 PLC的編程語言 97
3.7.1 梯形圖 97
3.7.2 功能塊圖 99
3.7.3 指令表 99
3.7.4 結(jié)構(gòu)文本 99
3.7.5 順序功能圖 99
3.8 項目實訓(xùn)—STEP 7中項目的建立 100
思考練習(xí)題 105
第4章 S7-1200 PLC程序結(jié)構(gòu)和編程指令 106
4.1 PLC的數(shù)據(jù)類型 106
4.1.1 基本數(shù)據(jù)類型 106
4.1.2 復(fù)雜數(shù)據(jù)類型 107
4.1.3 參數(shù)類型 109
4.1.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型 110
4.1.5 硬件數(shù)據(jù)類型 110
4.2 S7-1200的塊結(jié)構(gòu)與程序結(jié)構(gòu) 111
4.2.1 S7-1200的塊結(jié)構(gòu) 111
4.2.2 S7-1200的程序結(jié)構(gòu) 113
4.3 S7-1200的基本指令及使用 115
4.3.1 位邏輯指令 115
4.3.2 定時器指令 119
4.3.3 計數(shù)器指令 124
4.3.4 比較指令 126
4.3.5 數(shù)學(xué)運算指令 128
4.3.6 移動指令 131
4.3.7 轉(zhuǎn)換指令 131
4.3.8 移位和循環(huán)移位指令 132
4.3.9 字邏輯指令 134
4.3.10 程序控制指令 135
4.4 擴展指令 137
4.4.1 日期時間指令 137
4.4.2 字符串指令 140
4.4.3 中斷指令 144
4.4.4 脈沖指令 146
4.5 項目實訓(xùn)—步進(jìn)電動機的PLC
控制 152
思考練習(xí)題 155
第5章 S7-1200 PLC程序設(shè)計 156
5.1 經(jīng)驗設(shè)計法編程 156
5.1.1 經(jīng)驗設(shè)計法的特點 156
5.1.2 從電路圖到梯形圖的轉(zhuǎn)換 157
5.1.3 PLC編程原則 159
5.2 順序功能圖設(shè)計法 160
5.2.1 順序控制設(shè)計的概念 160
5.2.2 用起保停方法實現(xiàn)順序控制設(shè)計 163
5.2.3 用置位復(fù)位指令實現(xiàn)順序
控制設(shè)計 168
5.3 模塊化編程 172
5.3.1 模塊化程序構(gòu)建 172
5.3.2 功能和功能塊的使用 172
5.4 組織塊在程序設(shè)計中的使用 178
5.4.1 程序循環(huán)組織塊 178
5.4.2 啟動組織塊 179
5.4.3 循環(huán)中斷組織塊 180
5.4.4 硬件中斷組織塊 181
5.4.5 延時中斷組織塊 183
5.4.6 時間錯誤中斷組織塊 184
5.4.7 診斷中斷組織塊 185
5.5 數(shù)據(jù)塊的使用 186
5.5.1 數(shù)據(jù)塊的類型 186
5.5.2 數(shù)據(jù)塊的創(chuàng)建 186
5.5.3 數(shù)據(jù)塊聲明表的結(jié)構(gòu) 187
5.5.4 數(shù)據(jù)塊在編程中的使用 188
5.6 項目實訓(xùn)—材料分揀系統(tǒng)模塊化
設(shè)計 189
思考練習(xí)題 193
第6章 S7-1200 PLC通信設(shè)計 194
6.1 S7-1200通信概述 194
6.1.1 S7-1200串口通信模塊 194
6.1.2 S7-1200的以太網(wǎng)通信功能 196
6.2 S7-1200的Modbus通信設(shè)計 198
6.2.1 Modbus通信模式 198
6.2.2 Modbus功能代碼 198
6.2.3 Modbus RTU指令與組態(tài) 199
6.3 S7-1200的USS通信 205
6.3.1 通用串行通信的特點 205
6.3.2 USS指令 206
6.4 S7-1200的自由口通信 209
6.5 S7-1200與S7-1200之間的以太網(wǎng)
通信 211
6.5.1 帶連接管理的通信指令 211
6.5.2 不帶連接管理的通信指令 214
6.5.3 S7-1200以太網(wǎng)通信組態(tài) 216
6.6 項目實訓(xùn)—PLC與變頻器通信
設(shè)計 222
思考練習(xí)題 226
第7章 SIMATIC HMI精智面板的組態(tài)應(yīng)用 227
7.1 HMI概述 227
7.1.1 HMI的概念 227
7.1.2 SIMATIC HMI精智面板 228
7.2 觸摸屏組態(tài)入門 230
7.2.1 HMI工程的建立 230
7.2.2 組態(tài)變量 231
7.2.3 畫面編輯窗口 232
7.2.4 觸摸屏的在線運行與仿真模擬 233
7.3 畫面對象的組態(tài) 234
7.3.1 按鈕、開關(guān)與指示燈的組態(tài) 235
7.3.2 棒圖和時間域的組態(tài) 239
7.3.3 組態(tài)符號I/O域 240
7.3.4 組態(tài)圖形I/O域 243
7.3.5 動畫功能的使用 244
7.4 畫面對象的報警組態(tài) 245
7.4.1 HMI報警基礎(chǔ)知識 245
7.4.2 變量報警 247
7.4.3 報警視圖 247
7.5 用戶管理組態(tài) 248
7.6 項目實訓(xùn)—精智面板的使用設(shè)置 251
思考練習(xí)題 257
第8章 PLC系統(tǒng)設(shè)計與工藝功能應(yīng)用 258
8.1 PLC的系統(tǒng)設(shè)計 258
8.1.1 設(shè)計任務(wù)分析 258
8.1.2 PLC選型 259
8.1.3 硬件電路設(shè)計 260
8.1.4 軟件設(shè)計 260
8.1.5 系統(tǒng)調(diào)試 261
8.1.6 文件編制 261
8.2 PLC高速計數(shù)器的功能與應(yīng)用 261
8.2.1 高速計數(shù)器的工作模式 261
8.2.2 高速計數(shù)器的尋址 262
8.2.3 高速計數(shù)器的指令參數(shù) 263
8.2.4 高速計數(shù)器的組態(tài)應(yīng)用 263
8.3 PID控制功能與應(yīng)用 266
8.3.1 PID控制器結(jié)構(gòu) 266
8.3.2 PID控制指令 267
8.3.3 組態(tài)PID控制器 269
8.3.4 PID Compact的調(diào)試 272
8.3.5 PID組態(tài)應(yīng)用 274
8.4 運動控制功能與應(yīng)用 278
8.4.1 S7-1200 CPU運動控制功能 278
8.4.2 運動控制的功能原理 278
8.4.3 S7-1200軸資源啟用 280
8.4.4 工藝對象軸組態(tài) 281
8.4.5 運動控制指令 285
8.4.6 運動控制功能應(yīng)用 289
思考練習(xí)題 297
參考文獻(xiàn) 298

1. 零基礎(chǔ)玩轉(zhuǎn)國產(chǎn)大模型DeepSeek [徐永冰 張帥 編著]
2. 網(wǎng)絡(luò)工程師5天修煉（適配第6版考綱） [主編　朱小平 施游]
3. 信息系統(tǒng)項目管理師考試32小時通關(guān)（適用第4版考綱） [薛大龍]
4. 信息系統(tǒng)管理工程師考試32小時通關(guān)（適配第2版考綱） [薛大龍　劉偉]
5. 土木工程材料檢測實訓(xùn) [洪曉江 達(dá)則曉麗 錢波]
6. 科技信息檢索與論文寫作實用教程 [李振華]
7. 傳統(tǒng)山水畫論解讀與實踐 [陳鈉 著]
8. Python數(shù)據(jù)庫編程 [主編 殷樹友 邢 翀]
9. 計算機基礎(chǔ)實訓(xùn)指導(dǎo) [主編 袁春萍 朱妮]
10. 嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用（數(shù)字教材） [主編 胡娜 楊國勇 晏廷榮]
11. Vienna整流器技術(shù) [桂存兵 著]
12. 變頻器與伺服應(yīng)用 [陳剛 葉云飛]
13. 物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計與實踐 [湯琳 李敏]
14. 爐邊夜話——深入淺出話AI [汪建　著]
15. 電商運營與管理 [鐘肖英 陳瀟]
16. Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計 [主編 姜春磊 陳虹潔]
17. 信息技術(shù)基礎(chǔ)（Windows 10+WPS Office）（微課版） [主編　石利平　田輝平　謝盛嘉]
18. 人工智能應(yīng)用 [主編　陳　萍　劉培培　陳孟軍]
19. 大學(xué)生職業(yè)發(fā)展與就業(yè)指導(dǎo) [主編　劉志堅]
20. 高級辦公應(yīng)用項目教程 [主編 屈晶 趙成麗]
21. 微信小程序開發(fā)項目實戰(zhàn)（微課版） [主編 黃龍泉 郭峰 朱倩]
22. 企業(yè)檔案工作實戰(zhàn)寶典百問百答 [華俊 盧秀英 邵甜甜 著]
23. 計算機網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用 [主編 唐繼勇 葉坤 孫夢娜]
24. 大學(xué)生創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ) [主編 王麗莉 王 楊]
25. 船舶輔機 [主編 王連海 于洋 姜淑翠]
26. 大學(xué)生就業(yè)指導(dǎo) [主編 王麗莉 董宴廷]
27. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計師章節(jié)習(xí)題與考點特訓(xùn) [主編 薛大龍 鄒月平]
28. 高校學(xué)生工作探索與實踐 [郭亮 著]
29. 大學(xué)生情商管理 [方雄 著]
30. 2023年長沙市會展業(yè)發(fā)展報告 [主編 周棟良]