電氣控制與PLC程序設(shè)計

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的快速發(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，滿足電氣控制網(wǎng)絡(luò)化和工廠信息化的需求。掌握先進的PLC程序設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)，是電氣自動化類專業(yè)學生走向工作崗位或繼續(xù)專業(yè)深造的一項重要技能。

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為例，對電氣控制技術(shù)和PLC在電氣工程設(shè)計中的應(yīng)用進行編寫。本書編著過程中注意精選內(nèi)容，深入淺出，理論聯(lián)系實際，突出應(yīng)用，注重對學生的能力培養(yǎng)。本書內(nèi)容系統(tǒng)全面，學用一致，通俗易懂，便于學習掌握，有如下特點：

（1）適用性。從實際應(yīng)用和教學的角度，對一般理論以夠用為度，對低壓電器和典型的繼電接觸器原理性內(nèi)容精簡扼要，注重電路分析設(shè)計，為深入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，知識前后貫通和系統(tǒng)化。

（3）應(yīng)用性。在強調(diào)基本知識、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)等難點內(nèi)容結(jié)合實例作了詳細的介紹，可操作性強，實用價值高。

（4）實踐性。注重項目訓練，各章配備相應(yīng)的項目實訓，引導學生理論聯(lián)系實際，增強學生工程應(yīng)用意識，培養(yǎng)學生解決問題與動手能力。

（5）先進性。以技術(shù)先進、功能強大的S7-1200系列控制器為對象，培養(yǎng)學生模塊化程序設(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。

（6）學做一體化。本書內(nèi)容簡明扼要、圖文并茂、通俗易懂，繪圖上依據(jù)國家最新標準，應(yīng)用上注重學生素質(zhì)培養(yǎng)，便于課堂教學和學生自學。

本書由山東交通學院胡冠山擔任主編，潘為剛、韓耀振擔任副主編，張廣淵、王常順、張建軍參與了本書的編寫工作，全書由胡冠山擔任主審并進行校驗統(tǒng)稿。

本書是編者從事多年教學工作、教學研究的概括和總結(jié)，也參考了多種同類的教材、著作與科技文獻，同時得到了山東省本科高校教學改革研究項目“大學生科技競賽活動組織管理模式研究”（C2016M055）的資助，在此表示衷心的感謝！

由于編者水平有限，雖然在編寫中經(jīng)過多次認真的修改和校正，書中難免存在紕漏和錯誤，不足之處懇請廣大讀者給予批評和指正，如有任何問題可發(fā)送郵件至hugshan@126.com。

編 者

2019年1月

第1章 電氣控制中常用低壓電器 1
1.1 電磁式低壓電器基本知識 1
1.1.1 電器的概念和分類 1
1.1.2 電磁式低壓電器 1
1.2 接觸器 6
1.2.1 交流接觸器 7
1.2.2 直流接觸器 10
1.3 繼電器 10
1.3.1 電磁式繼電器 11
1.3.2 時間繼電器 12
1.3.3 熱繼電器 13
1.3.4 速度繼電器 17
1.4 低壓斷路器 18
1.4.1 低壓斷路器結(jié)構(gòu)及工作原理 18
1.4.2 低壓斷路器的參數(shù) 19
1.4.3 低壓斷路器的選用 19
1.4.4 低壓斷路器典型產(chǎn)品 19
1.5 熔斷器 20
1.5.1 熔斷器結(jié)構(gòu)與類型 20
1.5.2 熔斷器符號與型號表示 21
1.5.3 熔斷器的特性和技術(shù)參數(shù) 21
1.5.4 熔斷器的選擇 22
1.6 主令電器 22
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—常用低壓電器的選用和裝配 28
思考練習題 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)圖概念及分類 33
2.1.2 常用電氣圖形和文字符號 34
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 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起動控制 43
2.3.1 Y-△降壓起動控制線路 43
2.3.2 軟起動器及其使用 43
2.4 三相異步電動機變極調(diào)速控制 46
2.4.1 變極調(diào)速原理 46
2.4.2 雙速極對數(shù)調(diào)速控制 47
2.4.3 三速電動機的控制 48
2.5 三相異步電動機制動控制 49
2.5.1 能耗制動控制電路 49
2.5.2 電動機反接制動控制 51
2.6 電氣控制線路的分析 52
2.6.1 電氣控制線路的分析方法 52
2.6.2 電氣控制線路實例分析 53
2.7 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計 55
2.7.1 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計原則 55
2.7.2 經(jīng)驗設(shè)計法 55
2.7.3 邏輯設(shè)計法 55
2.7.4 電氣控制設(shè)計中應(yīng)注意的問題 56
2.7.5 電氣控制線路設(shè)計實例 57
2.8 項目實訓—電動機順序控制線路的安裝與調(diào)試 61
思考練習題 64
第3章 可編程控制器結(jié)構(gòu)及組態(tài) 65
3.1 PLC的概念 65
3.1.1 PLC的產(chǎn)生 65
3.1.2 PLC的定義 66
3.1.3 PLC的發(fā)展歷程 66
3.1.4 PLC的特點 67
3.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 68
3.2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu) 68
3.2.2 PLC的性能指標 71
3.2.3 PLC的分類 72
3.2.4 PLC的工作原理 73
3.3 S7-1200 PLC的硬件組成 75
3.3.1 S7-1200 PLC產(chǎn)品定位 75
3.3.2 S7-1200 PLC的硬件結(jié)構(gòu) 76
3.3.3 S7-1200 CPU工作模式 80
3.4 S7-1200存儲器及其尋址 81
3.4.1 S7-1200存儲器與數(shù)據(jù)存儲 81
3.4.2 S7-1200存儲器尋址 84
3.5 TIA portal組態(tài)軟件的使用 86
3.5.1 TIA博途軟件介紹 86
3.5.2 博途軟件界面視圖 87
3.6 S7-1200 PLC的項目組態(tài) 89
3.6.1 硬件設(shè)備組態(tài) 90
3.6.2 程序編譯和運行 95
3.7 PLC的編程語言 99
3.7.1 梯形圖 99
3.7.2 功能塊圖 101
3.7.3 指令表 101
3.7.4 結(jié)構(gòu)文本 102
3.7.5 順序功能圖 102
3.8 項目實訓—STEP7中項目的建立 102
思考練習題 107
第4章 S7-1200 PLC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編程指令 109
4.1 PLC的數(shù)據(jù)類型 109
4.1.1 基本數(shù)據(jù)類型 109
4.1.2 復雜數(shù)據(jù)類型 110
4.1.3 參數(shù)類型 112
4.1.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型 113
4.1.5 硬件數(shù)據(jù)類型 113
4.2 S7-1200塊結(jié)構(gòu)與程序構(gòu)成 114
4.2.1 S7-1200的塊結(jié)構(gòu) 114
4.2.2 程序結(jié)構(gòu)類型 116
4.3 S7-1200基本指令及使用 118
4.3.1 位邏輯指令 118
4.3.2 定時器指令 123
4.3.3 計數(shù)器指令 127
4.3.4 比較指令 129
4.3.5 數(shù)學運算指令 131
4.3.6 移動指令 133
4.3.7 轉(zhuǎn)換操作 134
4.3.8 移位和循環(huán)移位指令 135
4.3.9 字邏輯指令 137
4.3.10 程序控制指令 138
4.4 擴展指令 140
4.4.1 日期時間指令 140
4.4.2 字符串指令 142
4.4.3 中斷指令 146
4.4.4 脈沖指令 149
4.5 項目實訓—步進電機的PLC控制 155
思考練習題 158
第5章 S7-1200 PLC程序設(shè)計 159
5.1 經(jīng)驗設(shè)計法編程 159
5.1.1 經(jīng)驗設(shè)計法的特點 159
5.1.2 從電路原理圖到梯形圖的轉(zhuǎn)化 159
5.1.3 PLC編程原則 161
5.2 順序功能圖設(shè)計法 163
5.2.1 順序控制設(shè)計的概念 163
5.2.2 起保停方法實現(xiàn)順序控制設(shè)計 166
5.2.3 置位復位指令實現(xiàn)順序控制設(shè)計 171
5.3 模塊化編程 174
5.3.1 模塊化程序構(gòu)建 174
5.3.2 FC和FB的使用 174
5.4 組織塊在程序設(shè)計中的使用 180
5.4.1 程序循環(huán)組織塊 180
5.4.2 啟動組織塊 181
5.4.3 循環(huán)中斷組織塊 182
5.4.4 硬件中斷組織塊 183
5.4.5 延時中斷組織塊 185
5.4.6 時間錯誤組織塊 186
5.4.7 診斷中斷組織塊 187
5.5 數(shù)據(jù)塊的使用 188
5.5.1 數(shù)據(jù)塊的類型 188
5.5.2 數(shù)據(jù)塊的創(chuàng)建 189
5.5.3 數(shù)據(jù)塊聲明表的結(jié)構(gòu) 190
5.5.4 數(shù)據(jù)塊在編程中的使用 190
5.6 項目實訓—材料分揀系統(tǒng)模塊化設(shè)計 191
思考練習題 195
第6章 S7-1200 PLC通信設(shè)計 196
6.1 S7-1200通信概述 196
6.1.1 S7-1200串口通信模塊 196
6.1.2 S7-1200的以太網(wǎng)通信功能 198
6.2 S7-1200的MODBUS通信設(shè)計 200
6.2.1 Modbus通信模式 200
6.2.2 Modbus功能代碼 200
6.2.3 Modbus RTU功能指令與組態(tài) 201
6.3 S7-1200的USS通信 207
6.3.1 通用串行通信的特點 207
6.3.2 USS指令 208
6.4 S7-1200的自由口通信 211
6.5 S7-1200與S7-1200之間的以太網(wǎng)通信 212
6.5.1 帶連接管理的通信指令 213
6.5.2 不帶連接管理的通信指令 216
6.5.3 S7-1200以太網(wǎng)通信組態(tài) 217
6.6 項目實訓—PLC與變頻器通信設(shè)計 224
思考練習題 227
第7章 SIMATIC精智面板的組態(tài)應(yīng)用 228
7.1 HMI概述 228
7.1.1 HMI的概念 228
7.1.2 SIMATIC HMI精智面板 229
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 232
7.2.3 畫面的編輯窗口 233
7.2.4 觸摸屏的在線運行與仿真模擬 234
7.3 畫面對象的組態(tài) 235
7.3.1 按鈕、開關(guān)與指示燈的組態(tài) 236
7.3.2 棒圖和時間域的組態(tài) 240
7.3.3 組態(tài)符號I/O域 241
7.3.4 組態(tài)圖形I/O域 244
7.3.5 動畫功能的使用 245
7.4 畫面對象的報警組態(tài) 246
7.4.1 HMI報警基礎(chǔ)知識 246
7.4.2 變量報警 248
7.4.3 報警視圖 248
7.5 用戶管理組態(tài) 249
7.6 項目實訓—精智面板的使用設(shè)置 252
思考練習題 258
第8章 PLC系統(tǒng)設(shè)計與工藝功能應(yīng)用 259
8.1 PLC的系統(tǒng)設(shè)計 259
8.1.1 設(shè)計任務(wù)分析 259
8.1.2 PLC選型 260
8.1.3 硬件電路設(shè)計 261
8.1.4 軟件設(shè)計 261
8.1.5 系統(tǒng)調(diào)試 261
8.1.6 文件編制 262
8.2 PLC高速計數(shù)器功能與應(yīng)用 262
8.2.1 高速計數(shù)器工作模式 262
8.2.2 高速計數(shù)器的尋址 263
8.2.3 高速計數(shù)器指令參數(shù) 264
8.2.4 高速計數(shù)器的組態(tài)應(yīng)用 264
8.3 PID控制功能與應(yīng)用 267
8.3.1 PID控制器結(jié)構(gòu) 267
8.3.2 PID控制指令 267
8.3.3 組態(tài)PID控制器 270
8.3.4 PID Compact的調(diào)試 273
8.3.5 PID組態(tài)應(yīng)用 275
8.4 運動控制功能與應(yīng)用 279
8.4.1 CPU S7-1200運動控制功能 279
8.4.2 運動控制的功能原理 279
8.4.3 S7-1200 軸資源啟用 281
8.4.4 工藝對象“軸”組態(tài) 282
8.4.5 運動控制指令 286
8.4.6 運動控制功能應(yīng)用 290
思考練習題 298
參考文獻 299

1. 庭院風骨—樹、灌、籬 [創(chuàng)意房主 著]
2. Python語言程序設(shè)計教程 [郭其標 房宜汕]
3. 微積分（經(jīng)管類）教程篇（下冊） [曹海軍 王海棠 周玲麗]
4. 微積分（經(jīng)管類）教程篇（上冊） [曹海軍 王海棠 周玲麗]
5. 微積分（經(jīng)管類）導學篇（上冊） [王海棠 曹海軍 周玲麗]
6. 網(wǎng)站前端技術(shù)案例教程（HTML+CSS+JavaScript）（第二版） [黃華升]
7. 線性代數(shù) [主編 史昱 陳鳳欣]
8. 電力電子技術(shù)課程學習及實驗指導 [主編 陳榮]
9. 成長對話：青春的榜樣 [主編　施端銀　黃武剛　應(yīng)巨林]
10. 人工智能應(yīng)用基礎(chǔ) [主編 楊纓 李佳]
11. 中華水文化（慕課版）（第二版） [畢雪燕 楊華軻 羅玲誼 等編著]
12. 電路與電子技術(shù)Ⅱ——電路分析基礎(chǔ) [主編 陳曉 金哲]
13. 飛機維修專業(yè)英語——飛機系統(tǒng)（第二版） [趙迎春]
14. 英語大爆炸：跟趣味情景劇學口語（微課版） [秦然　編著]
15. 機械工程制圖任務(wù)跟蹤訓練 [主編 王瑞清 趙金考 周彥云 ]
16. 機械工程制圖 [主編 覃國萍 劉百順 禹晨]
17. 平面設(shè)計與制作項目化教程 [主編　李晨]
18. 后期影像剪輯技術(shù) [主編　郭建偉]
19. 人工智能概論（第二版） [主編　任云暉　丁紅　徐迎春 ]
20. 信息時代美育之道 [主編　劉宏宇　黎婭]
21. 數(shù)字媒體交互設(shè)計項目式教程（微課版） [主編　蘇陸]
22. 動畫運動規(guī)律項目實例解析（微課版） [孫珊珊　袁維坤]
23. 自然語言處理 [主編　馮建周]
24. 新媒體內(nèi)容創(chuàng)作實務(wù)（微課版） [主編　覃思源]
25. 人工智能基礎(chǔ) [主編 余平 張春陽]
26. 人工智能導論 [主編 王飛 潘立武]
27. Amazing！兒童英語自然拼讀分級教材（全8冊） [王玲　編著]
28. Spark大數(shù)據(jù)處理技術(shù) [主編　劉仁山　周洪翠　莊新妍]
29. 毫無PS痕跡—你的第一本Photoshop書（第二版） [趙鵬 著]
30. 電視新聞制作（活頁式） [主編 王曉翠 劉傳琳]