电气控制与PLC原理及应用_赵斌_9787560646251

本书从实际应用和教学需要出发，系统地介绍了继电器接触器控制系统设计，突出可编程控制器（PLC）控制系统的原理、设计及应用，主要内容有常用低压电器的工作原理与选用，机床控制线路的基本环节和典型机床电气控制线路的分析，PLC的工作原理和指令，电气控制系统的设计应用以及相关实验。另外，本书还介绍了SMART编程软件，并详细讲解了西门子公司S7200 SMART PLC的应用。本书适合应用型本科院校电气信息类、机电类专业教学使用，也可作为高职高专、职大、电大等有关专业的教材，还可供有关电气工程技术人员参考。

电气控制与PLC原理及应用是各高等院校电气类、机电类专业的重要专业基础课程。本书以培养综合型应用人才为目标，在注重基础理论学习的同时，突出针对性、实用性和先进性，力图做到由简到繁、由浅入深，主次分明，更适合教师教学和学生自学。随着科学技术日新月异的发展，PLC（Programmable Logic Controller）的性价比不断提高，电气控制技术进入新的发展时期。为便于前后承接，既体现电气控制技术的现状，又体现PLC控制技术的发展方向，本书在兼顾继电器接触器控制等内容的同时，重点讲解PLC控制系统。考虑到西门子公司的PLC在我国占有的份额以及其快速发展的趋势，本书以S7200系列的CPU 22X为例，讲述PLC的硬件组成、工作原理、指令系统以及系统设置、调试和使用方法，并通过大量模拟工程实践环节的训练来培养学生PLC控制系统的应用能力，同时本书对S7200 SMART做了讲解。教师在教学过程中，可以根据不同专业对本书内容进行适当的删减。本书参考教学时数为50～60学时。本书共11章，主要内容包括常用低压电器的工作原理与选用、机床控制线路的基本环节和典型机床电气控制线路的分析、PLC的工作原理和指令、电气控制系统的设计应用，最后还给出了相关实验。本书由赵斌任主编，安小宇、刘金桂、韩笑、徐珂任副主编。河南工学院的赵斌编写第1章和第2章，徐珂编写第3章和第4章的4.1～4.3，韩笑编写第7章和附录B，朱研雯编写第8章；李昊编写第10章，郑州轻工业学院安小宇编写第6章；河南省工业设计学校刘金桂编写第9章和第11章；新乡市职业技师学院孙新峰编写第4章的4.4、4.5节和第5章；新乡泰隆电气设备有限公司王小辉编写附录A和附录C，并提供大量技术资料。全书由赵斌负责统稿。限于编者水平，书中不妥、疏漏之处在所难免，恳请读者提出宝贵意见。
编者2017年4月

绪论 1第1章常用低压电器 3 1.1 低压电器的基本知识 3 1.1.1 低压电器的分类 3 1.1.2 低压电器的基本结构 4 1.1.3 灭弧系统 6 1.2 熔断器 8 1.2.1 熔断器的结构和工作原理 8 1.2.2 熔断器的分类 8 1.2.3 熔断器的选择 10 1.3 刀开关 11 1.3.1 刀开关的结构和安装 11 1.3.2 常用刀开关 12 1.4 低压断路器 13 1.4.1 低压断路器的结构和工作原理 13 1.4.2 低压断路器的分类 15 1.4.3 低压断路器的主要技术参数 16 1.4.4 低压断路器的选择 18 1.4.5 智能化低压断路器 18 1.5 接触器 19 1.5.1 电磁式交流接触器的结构和工作原理 19 1.5.2 直流接触器 20 1.5.3 接触器的主要技术参数和选择 20 1.5.4 真空交流接触器 21 1.6 继电器 22 1.6.1 概述 22 1.6.2 电磁式电流、电压及中间继电器 22 1.6.3 时间继电器 24 1.6.4 热继电器 27 1.6.5 速度继电器 28 1.6.6 固态继电器 29 1.7 主令电器 31 1.7.1 控制按钮 31 1.7.2 行程开关 32 1.7.3 接近开关 33 1.7.4 万能转换开关 35 小结 36 习题 36
第2章继电器接触器控制电路的基本环节 37 2.1 电气控制系统图 37 2.1.1 电气原理图 37 2.1.2 电器元件布置图 39 2.1.3 电气接线图 40 2.2 电路的逻辑表示及逻辑运算 40 2.2.1 电器元件的逻辑表示 41 2.2.2 电路状态的逻辑表示 41 2.2.3 电路化简的逻辑法 42 2.3 三相异步电动机的启动控制电路 42 2.3.1 全压启动控制电路 43 2.3.2 点动控制电路 44 2.3.3 笼形异步电动机Y-△ 减压启动控制电路 45 2.3.4 自耦变压器（补偿器）减压启动控制电路 46 2.4 三相异步电动机的运行控制电路 48 2.4.1 多地点控制电路 48 2.4.2 多台电动机顺序启、停控制电路 48 2.4.3 三相异步电动机的正、反转控制电路 50 2.4.4 双速异步电动机的控制电路 52 2.5 三相异步电动机的制动控制电路 54 2.5.1 电磁式机械制动控制电路 54 2.5.2 电气制动控制电路 55 2.6 电液控制电路 58 小结 60 习题 60
第3章典型机床电气控制电路 62 3.1 电气控制电路分析基础 62 3.1.1 电气控制电路分析的内容 62 3.1.2 电气控制原理图的阅读和分析方法 63 3.2 C650卧式车床电气控制电路 63 3.2.1 电力拖动的控制要求及特点 64 3.2.2 主电路分析 64 3.2.3 控制电路分析 64 3.3 X62W卧式万能铣床电气控制电路 67 3.3.1 结构、运动形式和控制要求 67 3.3.2 主电路分析 68 3.3.3 控制电路分析 70 3.4 T68卧式镗床电气控制电路 75 3.4.1 结构、运动形式和控制要求 75 3.4.2 主电路分析 76 3.4.3 控制电路分析 78 3.4.4 辅助电路分析 79 3.5 摇臂钻床电气控制系统 79 3.5.1 主要结构及运动情况 79 3.5.2 主电路分析 82 3.5.3 控制电路 82 3.6 桥式起重机电气控制系统 83 3.6.1 结构、运动形式和控制要求 83 3.6.2 主电路分析 84 3.6.3 控制电路分析 86 小结 90 习题 90
第4章可编程控制器简介 91 4.1 概述 91 4.1.1 可编程控制器的产生与发展 91 4.1.2 可编程控制器的特点和分类 92 4.2 S7200系列PLC的组成和工作原理 94 4.2.1 CPU 226型PLC的组成 94 4.2.2 工作原理 98 4.3 S7200系列PLC内部元器件 100 4.3.1 数据存储类型及寻址方式 100 4.3.2 S7200数据存储区及元件功能 103 4.3.3 S7200 PLC的有效编程范围 108 4.4 输入、输出及扩展 110 4.4.1 本机及扩展I/O编址 111 4.4.2 扩展模块的安装与连接 112 4.4.3 S7200系统块配置 113 4.5 S7200系列PLC的编程语言 114 4.5.1 梯形图编辑器 114 4.5.2 语句表编辑器 114 4.5.3 功能块图编辑器 115 小结 115 习题 116
第5章 S7200系列PLC基本指令 117 5.1 基本逻辑指令 117 5.1.1 基本位操作指令 117 5.1.2 取非和空操作指令 121 5.1.3 置位、复位指令 122 5.1.4 边沿触发指令（脉冲生成） 123 5.1.5 定时器指令 124 5.1.6 计数器指令 127 5.1.7 比较指令 129 5.2 算术、逻辑运算指令 130 5.2.1 算术运算指令 130 5.2.2 数学函数变换指令 134 5.2.3 增1/减1计数指令 136 5.2.4 逻辑运算指令 137 5.3 数据处理指令 138 5.3.1 数据传送指令 138 5.3.2 字节交换/填充指令 140 5.3.3 移位指令 141 5.4 程序控制类指令 143 5.4.1 系统控制类指令 143 5.4.2 跳转/循环指令 144 5.4.3 子程序调用指令 145 5.4.4 顺序控制指令 147 小结 149 习题 149
第6章 S7200系列PLC功能指令 151 6.1 表功能指令 151 6.1.1 填表指令 151 6.1.2 表取数指令 152 6.1.3 表查找指令 154 6.2 转换指令 155 6.2.1 数据的类型转换 155 6.2.2 数据的编码和译码指令 158 6.2.3 字符串类型转换指令 160 6.3 中断指令 161 6.3.1 中断源 161 6.3.2 中断指令 163 6.3.3 中断程序 164 6.3.4 中断应用举例 165 6.4 运动控制指令 166 6.4.1 运动控制概述 166 6.4.2 高速计数器 166 6.4.3 高速脉冲输出 175 6.4.4 PWM的使用 178 6.4.5 PTO的使用 182 6.5 PID指令 188 6.5.1 PID功能指令 189 6.5.2 PID指令向导的应用 193 6.5.3 PID控制功能的应用 198 小结 201 习题 201
第7章 S7200 PLC编程方法及工程实例 202 7.1 梯形图的编程规则 202 7.2 梯形图程序的优化 204 7.3 梯形图的经验设计法 205 7.3.1 启动、保持与停止电路 205 7.3.2 三相异步电动机的正反转控制 206 7.3.3 小车控制程序的设计 208 7.3.4 材料分拣控制系统实例 210 小结 229 习题 229
第8章可编程控制器联网通信 230 8.1 概述 230 8.1.1 联网目的 230 8.1.2 网络结构和通信协议 230 8.1.3 通信方式 231 8.1.4 网络配置 232 8.2 S7200系列CPU与计算机设备的通信 233 8.2.1 S7200系列CPU的通信性能 233 8.2.2 个人计算机与S7200 CPU之间的联网通信 237 8.3 S7200PLC自由口通信 239 8.3.1 相关的特殊功能寄存器 239 8.3.2 自由口发送接收指令 241 8.3.3 应用举例 241 8.4 网络通信运行 243 8.4.1 控制寄存器和传送数据表 243 8.4.2 网络运行指令 244 8.4.3 网络读写举例 244 8.5 S7200 CPU的Profibus-DP通信 247 8.5.1 Profibus组成 247 8.5.2 Profibus-DP的标准通信协议 247 8.5.3 用SIMATIC EM 277模块将S7200 CPU组成DP网络系统 248 8.5.4 DP通信的应用实例 249 小结 250 习题 251
第9章 S7200 SMART系列PLC 252 9.1 S7200 SMART的特点 252 9.2 硬件介绍 254 9.3 软件介绍 258 9.3.1 SMART编程软件概述 258 9.3.2 SMART编程软件界面 259 9.3.3 自定义 STEP7-Micro/WIN SMART 的外观 261 9.3.4 使用ＳＭＡＲＴ编程软件编辑下载程序 262 9.3.5 用编程软件监控或调试程序 278 9.3.6 符号表与符号地址的使用 283 9.3.7 帮助功能的使用与出错处理 286 小结 287 习题 287
第10章电气控制系统设计 288 10.1 电气控制系统设计的内容 288 10.1.1 电气控制系统设计的基本原则 288 10.1.2 电气控制系统设计的基本内容 288 10.2 电气接线图的设计方法 289 10.3 继电器接触器控制线路的设计方法 291 10.4 PLC控制系统设计的内容和方法 293 10.4.1 设计原则 293 10.4.2 设计内容和方法 294 10.5 应用示例 299 10.5.1 继电器接触器控制系统设计应用示例 300 10.5.2 PLC控制系统设计应用示例 304 小结 311 习题 312
第11章实验指导 313 实验一三相异步电动机Y-△ 减压启动控制 313 实验二三相异步电动机的能耗制动和反接制动 316 实验三 SIMATIC的使用方法和PLC的应用练习 317 实验四由PLC控制电动机的正、反向Y-△ 减压启动 319 实验五工作台的PLC自动循环控制 320 实验六交通灯的PLC控制 321 实验七多种液体自动混合PLC控制 323 实验八水塔水位PLC控制 324 实验九循环显示PLC控制 325 实验十电梯PLC控制 326
附录A 电气图常用文字、图形符号 329附录B STEP7-Micro/WIN编程软件简述 334 B.1 SIMATIC S7200编程软件 334 B.1.1 STEP7-Micro软件 334 B.1.2 编程软件的安装 337 B.1.3 建立S7200 CPU的通信 337 B.2 输入梯形逻辑程序 339 B.2.1 一般步骤 339 B.2.2 程序的编辑及参数设定 343 B.3 建立通信和下载程序 346 B.4 程序的运行、监视、调试及其他 349
附录C PLC特殊标志位存储器和错误信息 351

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