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绪论1

第1章 电气控制系统常用器件4

1.1 电器的基本知识4

1.1.1 电器的定义和分类4

1.1.2 电磁式低压电器的基本结构和工作原理5

1.2 接触器11

1.2.1 接触器的用途及分类11

1.2.2 接触器的结构及工作原理12

1.2.3 接触器的技术参数13

1.2.4 接触器的选择14

1.3 继电器14

1.3.1 电磁式继电器15

1.3.2 热继电器16

1.3.3 时间继电器19

1.3.4 速度继电器20

1.3.5 温度继电器21

1.3.6 液位继电器22

1.3.7 压力继电器23

1.3.8 固态继电器23

1.4 低压断路器25

1.5 熔断器27

1.5.1 熔断器的结构和分类27

1.5.2 熔断器的保护特性29

1.5.3 熔断器的技术参数29

1.5.4 熔断器的选择29

1.6 主令电器30

1.6.1 控制按钮30

1.6.2 转换开关32

1.6.3 行程开关33

1.6.4 接近开关34

1.6.5 光电开关34

1.7 信号电器36

1.8 常用执行器件37

1.8.1 电磁执行器件37

1.8.2 常用驱动设备38

1.9 常用检测仪表39

1.10 常用电气安装附件41

本章小结42

思考题与练习题43

第2章 电气控制线路基础44

2.1 电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则44

2.1.1 常用电气图形符号和文字符号45

2.1.2 电气控制线路图的绘制原则56

2.2 三相笼型异步电动机基本控制线路59

2.2.1 全压启动控制线路59

2.2.2 正反转控制线路60

2.2.3 点动控制线路61

2.2.4 多点控制系统62

2.2.5 顺序控制线路62

2.2.6 自动循环控制线路63

2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路64

2.3.1 星形—三角形降压启动控制线路64

2.3.2 软启动器及其使用65

2.4 三相笼型异步电动机制动控制线路70

2.4.1 反接制动控制线路70

2.4.2 能耗制动控制线路73

2.5 三相笼型异步电动机速度控制线路76

2.5.1 基本概念76

2.5.2 变极调速控制线路76

2.6 变频调速与变频器的使用78

2.6.1 变频调速的基本概念78

2.6.2 变频器的类型78

2.6.3 变频器的组成80

2.6.4 变频器的主要技术参数82

2.6.5 变频器的选择82

2.6.6 变频器的主要功能83

2.6.7 变频器的操作方式84

2.6.8 变频器应用举例85

2.7 电气控制线路的简单设计法86

2.7.1 概述86

2.7.2 简单设计法介绍86

2.7.3 简单设计法应用举例88

2.8 典型生产机械电气控制线路分析90

2.8.1 电气控制线路分析基础90

2.8.2 C650卧式车床电气控制线路分析91

本章小结95

思考题与练习题96

第3章 可编程序控制器概述98

3.1 PLC的产生和定义98

3.1.1 PLC的产生98

3.1.2 PLC的定义99

3.2 PLC的发展100

3.2.1 PLC的发展历史100

3.2.2 PLC的发展趋势101

3.3 PLC的应用领域104

3.4 PLC的特点105

3.5 PLC与其他典型控制系统的区别107

3.5.1 与继电器控制系统的区别107

3.5.2 与IPC控制系统的区别108

3.5.3 与单片机控制系统的区别108

3.5.4 与DCS、FCS控制系统的区别109

3.6 PLC的分类110

3.6.1 按I/O点数容量分类111

3.6.2 按结构形式分类111

3.7 PLC的系统组成112

3.8 PLC的工作原理116

3.8.1 PLC的工作方式116

3.8.2 PLC工作过程的中心内容118

3.8.3 PLC对输入／输出的处理原则119

本章小结119

思考题与练习题120

第4章 S7-200 PLC基础知识121

4.1 概述121

4.2 硬件系统122

4.2.1 硬件系统基本构成122

4.2.2 主机结构及性能特点123

4.2.3 I/O的扩展及功能的扩展125

4.3 内部资源127

4.3.1 软元件（软继电器）127

4.3.2 软元件介绍128

4.4 寻址方式131

4.4.1 数据类型131

4.4.2 直接寻址132

4.4.3 间接寻址135

4.5 指令系统136

4.5.1 编程语言136

4.5.2 几个基本概念138

4.6 程序结构139

4.7 S7-200 PLC的几个特性140

本章小结141

思考题与练习题141

第5章 PLC基本指令及程序设计142

5.1 PLC的基本逻辑指令142

5.1.1 逻辑取及线圈驱动指令142

5.1.2 触点串联指令143

5.1.3 触点并联指令143

5.1.4 置位、复位指令144

5.1.5 RS触发器指令145

5.1.6 立即指令145

5.1.7 边沿脉冲指令147

5.1.8 逻辑堆栈操作指令148

5.1.9 比较指令151

5.1.10 定时器153

5.1.11 计数器158

5.2 程序控制指令161

5.2.1 结束及暂停指令161

5.2.2 看门狗复位指令161

5.2.3 跳转及标号指令162

5.2.4 循环指令163

5.2.5 诊断LED指令164

5.3 PLC初步编程指导165

5.3.1 梯形图编程的基本规则165

5.3.2 LAD和STL编程语言之间的转换167

5.4 典型简单电路和环节的PLC程序设计167

5.4.1 延时脉冲产生电路167

5.4.2 瞬时接通／延时断开电路168

5.4.3 延时接通／延时断开电路168

5.4.4 计数器的扩展170

5.4.5 长定时电路170

5.4.6 闪烁电路171

5.4.7 报警电路172

5.5 PLC程序的简单设计法及应用举例174

5.5.1 PLC程序的简单设计法174

5.5.2 应用举例175

本章小结179

思考题与练习题179

第6章 S7-200 PLC功能指令及应用182

6.1 传送、移位和填充指令183

6.1.1 传送类指令183

6.1.2 移位与循环指令185

6.1.3 字节交换指令187

6.1.4 填充指令188

6.2 运算和数学指令188

6.2.1 加法指令188

6.2.2 减法指令188

6.2.3 乘法指令189

6.2.4 除法指令189

6.2.5 数学函数指令190

6.2.6 增／减指令193

6.2.7 逻辑运算指令194

6.3 表功能指令196

6.4 转换指令199

6.4.1 数据类型转换指令200

6.4.2 编码和译码指令202

6.4.3 段码指令203

6.4.4 ASCII码转换指令204

6.4.5 字符串转换指令207

6.5 字符串指令209

6.6 子程序211

6.6.1 建立子程序211

6.6.2 子程序的调用211

6.6.3 带参数的子程序调用212

6.7 时钟指令214

6.8 中断216

6.8.1 几个基本概念217

6.8.2 中断指令219

6.8.3 中断程序221

6.9 高速计数器指令221

6.9.1 高速计数器基本概念221

6.9.2 高速计数器指令223

6.9.3 高速计数器的使用方法224

6.10 高速脉冲输出指令229

6.10.1 几个基本概念229

6.10.2 高速脉冲指令及特殊寄存器230

6.10.3 PTO的使用231

6.10.4 PWM的使用235

6.11 PID回路指令238

6.11.1 PID算法238

6.11.2 PID回路指令及使用240

本章小结244

思考题与练习题245

第7章 S7-200 PLC顺序控制指令及应用246

7.1 功能图的产生及基本概念246

7.1.1 功能图的产生246

7.1.2 功能图的基本概念246

7.1.3 功能图的构成规则247

7.2 顺序控制指令248

7.2.1 顺序控制指令介绍248

7.2.2 举例说明249

7.2.3 使用说明250

7.3 功能图的主要类型250

7.3.1 单流程250

7.3.2 可选择的分支和连接251

7.3.3 并行分支和连接251

7.3.4 跳转和循环253

7.4 顺序控制指令应用举例255

7.4.1 选择和循环电路举例255

7.4.2 并行分支和连接电路举例258

7.4.3 选择和跳转电路举例261

本章小结264

思考题与练习题264

第8章 S7-200 PLC网络通信技术及应用265

8.1 工业网络结构265

8.2 工业通信网络基础知识266

8.2.1 数据编码267

8.2.2 数据通信方式（数据流动方向）267

8.2.3 数据传输方式268

8.2.4 差错控制269

8.2.5 传送介质270

8.2.6 主要拓扑结构271

8.2.7 串行通信接口271

8.2.8 通信协议272

8.3 S7-200 PLC通信网络概述273

8.3.1 西门子工业网络结构273

8.3.2 S7-200 PLC支持的通信协议274

8.3.3 S7-200 PLC的通信接口及网络部件277

8.4 S7-200 PLC的通信与网络配置280

8.4.1 PPI通信280

8.4.2 自由口模式通信282

8.4.3 MPI通信283

8.4.4 PROFIBUS总线284

8.4.5 AS-i总线285

8.4.6 工业以太网285

8.4.7 Modbus网络287

8.4.8 电话线通信287

8.4.9 USS协议288

8.4.10 OPC290

8.4.11 SINAUT MICRO无线通信291

8.5 S7-200 PLC的通信指令及应用举例292

8.5.1 网络读／网络写指令及应用293

8.5.2 发送与接收指令及应用294

8.5.3 USS通信指令307

8.5.4 Modbus指令及应用308

8.6 通信网络设计注意事项312

本章小结314

思考题与练习题314

第9章 PLC控制系统综合设计316

9.1 PLC控制系统设计步骤及内容316

9.1.1 分析评估控制任务316

9.1.2 PLC的选型317

9.1.3 I/O地址分配318

9.1.4 分解控制任务318

9.1.5 系统设计318

9.1.6 安全电路设计319

9.1.7 系统调试319

9.1.8 文档编制320

9.2 HMI及其使用320

9.2.1 HMI概述320

9.2.2 HMI在S7-200 PLC控制系统中的使用322

9.2.3 文本显示单元TD400C的使用324

9.2.4 TP177系列触摸屏的使用326

9.3 变频器和PLC之间的配合330

9.3.1 变频器和PLC的关系330

9.3.2 MM440变频器330

9.3.3 MM440变频器的功能方框图331

9.3.4 变频器和PLC典型应用举例333

9.4 工业自动化监控系统及应用335

9.4.1 概述335

9.4.2 WinCC和PC Access的应用举例336

9.5 双恒压无塔供水控制系统设计340

9.5.1 工艺过程340

9.5.2 系统控制要求340

9.5.3 控制系统的I/O点及地址分配341

9.5.4 PLC系统选型341

9.5.5 电气控制系统原理图342

9.5.6 系统程序设计345

9.6 薄刀式分切压痕机控制系统设计351

9.6.1 工艺过程351

9.6.2 系统控制要求351

9.6.3 控制系统的I/O点及地址分配352

9.6.4 PLC系统选型352

9.6.5 电气控制系统原理图352

9.6.6 系统程序设计352

9.7 电热锅炉供热控制系统设计358

9.7.1 工艺过程358

9.7.2 系统控制要求359

9.7.3 PLC选型360

9.7.4 控制系统的I/O点及地址分配360

9.7.5 电气控制系统原理图360

9.8 PLC在实际工程应用中的安装技术363

9.8.1 PLC的安装363

9.8.2 电源的设计364

9.8.3 系统的接地365

9.8.4 电缆设计与铺设366

9.8.5 PLC输入信号的处理366

9.8.6 PLC输出端的处理368

本章小结369

思考题与练习题369

第10章 编程软件及其使用370

10.1 编程软件的初步使用370

10.1.1 软件安装注意事项370

10.1.2 连接S7-200 CPU371

10.2 编程软件功能372

10.2.1 基本功能372

10.2.2 界面及各部分的功能372

10.2.3 工具栏374

10.2.4 浏览条中各部分的功能377

10.3 编程379

10.3.1 程序编辑器中使用的惯例380

10.3.2 建立程序380

10.4 调试及运行监控383

10.4.1 S7-200 PLC操作模式的选择384

10.4.2 选择扫描次数384

10.4.3 状态表监控和趋势图监控384

10.4.4 运行模式下编辑应用程序386

10.4.5 程序监控386

附录A 实验指导书388

A-1 异步电动机可逆运行实验388

A-2 S7-200 PLC编程软件使用实验389

A-3 标准工业报警电路实验390

A-4 使用简单设计法编制电动机顺序启停控制程序实验390

A-5 抢答器程序设计实验391

A-6 人行道按钮控制交通灯程序设计实验392

A-7 使用顺序功能图编制电动机顺序启停控制程序实验394

A-8 PID程序设计实验394

A-9 S7-200 PLC网络通信实验395

A-10 HMI简单应用实验396

附录B 课程设计和毕业设计课题素材指导397

B-1 机械臂分拣装置控制系统设计397

B-2 PLC高速脉冲计数系统设计398

B-3 PPI通信控制系统设计398

B-4 双恒压供水控制系统设计399

B-5 薄刀式分切压痕机控制系统设计400

B-6 电热锅炉供热控制系统设计401

B-7 S7-200 PLC在小规模工业控制网络中的应用401

附录C S7-200 PLC快速参考信息403

C-1 S7-200 PLC的CPU规范403

C-2 S7-200 PLC的CPU输入规范404

C-3 S7-200 PLC的CPU输出规范405

C-4 S7-200 PLC的CPU存储器范围和特性总汇406

C-5 S7-200 PLC指令系统速查表408

C-6 CPU224外围典型接线图410

C-7 S7-200PLC应用软件与操作系统版本的兼容性412

参考文献413