內容簡介
本書從實際工程套用和教學需要出發,介紹了常用低壓電器和電氣控制電路的基本知識,以及PLC 的基本組成和工作原理;以西門子S7-200 SMART PLC 為教學機型,重點介紹了PLC 的系統配置、指令系統、通信與網路、運動控制指令及控制系統程式設計等內容。書中安排了許多典型套用實例,包括開關量控制、模擬量PID 控制等。通過實例介紹常用邏輯指令和功能指令的使用方法和技巧,實例程式均經過調試運行。本書各章附有習題與思考題,附錄有實驗指導書、課程設計任務書供參考選用。 本書可作為高等學校自動化、電氣工程及其自動化、機械等相關專業的教學用書,也可作為控制工程、電氣工程領域工程技術人員的培訓教材或參考書。
圖書目錄
前 言
第1 章 常用低壓電器 1
1. 1 低壓電器的定義及分類 1
1. 2 電磁式電器的組成與工作原理 2
1. 2. 1 電磁機構 2
1. 2. 2 觸點系統 5
1. 2. 3 滅弧系統 6
1. 3 接觸器 8
1. 3. 1 接觸器的組成及工作原理 8
1. 3. 2 接觸器的分類 8
1. 3. 3 接觸器的主要技術參數 10
1. 3. 4 接觸器的選擇與使用 10
1. 3. 5 接觸器的圖形符號與文字元號 11
1. 4 繼電器 11
1. 4. 1 繼電器的分類和特性 11
1. 4. 2 電磁式繼電器 12
1. 4. 3 時間繼電器 13
1. 4. 4 熱繼電器 15
1. 4. 5 速度繼電器 19
1. 4. 6 固態繼電器 19
1. 5 主令電器 21
1. 5. 1 控制按鈕 21
1. 5. 2 行程開關 22
1. 5. 3 接近開關 23
1. 5. 4 萬能轉換開關 24
1. 6 信號電器 25
1. 7 開關電器 26
1. 7. 1 刀開關 26
1. 7. 2 低壓斷路器 27
1. 8 熔斷器 29
1. 8. 1 熔斷器的結構和工作原理 29
1. 8. 2 熔斷器的類型 30
1. 8. 3 熔斷器的主要技術參數 31
1. 8. 4 熔斷器的選擇 32
1. 9 電磁執行器件 32
1. 9. 1 電磁鐵 33
1. 9. 2 電磁閥 33
1. 9. 3 電磁製動器 34
習題與思考題 34
第2 章 基本電氣控制電路 36
2. 1 電氣控制電路的繪製原則及標準 36
2. 1. 1 電氣圖中的圖形符號及文字元號 36
2. 1. 2 電氣原理圖的繪製原則 37
2. 1. 3 電氣安裝接線圖 39
2. 1. 4 電氣元器件布置圖 40
2. 2 交流電動機的基本控制電路 40
2. 2. 1 三相籠型異步電動機直接起動控制電路 40
2. 2. 2 三相籠型異步電動機減壓起動控制電路 47
2. 2. 3 三相繞線轉子異步電動機起動控制電路 49
2. 2. 4 三相籠型異步電動機制動控制電路 50
2. 2. 5 三相籠型異步電動機調速控制電路 53
2. 2. 6 組成電氣控制電路的基本規律 55
2. 2. 7 電氣控制電路中的保護環節 55
2. 3 典型生產機械電氣控制電路的分析 57
2. 3. 1 電氣控制電路分析的基礎 57
2. 3. 2 電氣原理圖閱讀分析的方法與步驟 57
2. 3. 3 C650 型臥式車床電氣控制電路的分析 58
2. 4 電氣控制電路的一般設計法 61
2. 4. 1 一般設計法的主要原則 61
2. 4. 2 一般設計法中應注意的問題 62
2. 4. 3 一般設計法控制電路舉例 62
習題與思考題 63
第3 章 可程式序控制器概述 65
3. 1 PLC 的產生及定義 65
3. 1. 1 PLC 的產生 65
3. 1. 2 PLC 的定義 66
3. 2 PLC 的發展與套用 66
3. 2. 1 PLC 的發展歷程 66
3. 2. 2 PLC 的發展趨勢 67
3. 2. 3 PLC 的套用領域 69
3. 3 PLC 的特點 71
3. 4 PLC 的分類 72
3. 4. 1 按結構形式分類 72
3. 4. 2 按功能分類 74
3. 4. 3 按I/ O 點數分類 75
3. 4. 4 按生產廠家分類 75
3. 5 PLC 的硬體結構和各部分的作用 75
3. 6 PLC 的工作原理 78
3. 6. 1 PLC 控制系統的組成 78
3. 6. 2 PLC 循環掃描的工作過程 79
3. 6. 3 PLC 用戶程式的工作過程 80
3. 6. 4 PLC 工作過程舉例說明 81
3. 6. 5 輸入、輸出延遲回響 81
3. 6. 6 PLC 對輸入、輸出的處理規則 83
習題與思考題 84
第4 章 S7-200 SMART PLC 的接口模組與系統配置 85
4. 1 S7-200 SMART PLC 控制系統的基本構成 85
4. 2 S7-200 SMART PLC 的擴展模組 89
4. 2. 1 數字量擴展模組 89
4. 2. 2 模擬量擴展模組 92
4. 2. 3 信號板 94
4. 3 S7-200 SMART PLC 的系統配置 95
4. 3. 1 最大I/ O 配置的限制條件 95
4. 3. 2 擴展模組的編址 96
4. 3. 3 內部電源的負載能力 97
習題與思考題 98
第5 章 S7-200 SMART PLC 的基本指令及套用 99
5. 1 PLC 的程式語言 99
5. 2 數據類型與存儲區域 100
5. 2. 1 數制 100
5. 2. 2 數據類型與範圍 101
5. 2. 3 存儲器與存儲區 102
5. 3 S7-200 SMART PLC 的編程元件 103
5. 3. 1 編程元件的分類 104
5. 3. 2 編程元件的地址範圍 108
5. 4 定址方式 109
5. 5 程式結構與編程規約 111
5. 5. 1 程式結構 111
5. 5. 2 編程的一般規約 111
5. 6 S7-200 SMART PLC 的基本指令 113
5. 6. 1 位邏輯指令 113
5. 6. 2 立即I/ O 指令 115
5. 6. 3 邏輯堆疊指令 116
5. 6. 4 取反指令與空操作指令 119
5. 6. 5 正/負跳變指令 119
5. 6. 6 定時器指令 120
5. 6. 7 計數器指令 124
5. 6. 8 比較指令 126
5. 6. 9 移位暫存器指令 127
5. 6. 10 順序控制繼電器指令 129
5. 7 典型控制環節的PLC 程式設計 131
5. 7. 1 單向運轉電動機起、停控制程式 132
5. 7. 2 單按鈕起、停控制程式 132
5. 7. 3 具有點動調整功能的電動機起、停控制程式 133
5. 7. 4 電動機的正、反轉控制程式 133
5. 7. 5 大功率電動機的星-三角減壓起動控制程式 134
5. 7. 6 閃爍控制程式 136
5. 7. 7 瞬時接通/延時斷開程式 136
5. 7. 8 定時器、計數器的擴展程式 137
5. 7. 9 高精度時鐘程式 137
5. 7. 10 多台電動機順序起、停控制程式 138
5. 7. 11 故障報警程式 141
5. 8 梯形圖編寫規則 142
習題與思考題 144
第6 章 S7-200 SMART PLC 的功能指令與套用 146
6. 1 S7-200 SMART PLC 的基本功能指令 146
6. 1. 1 數據傳送指令 146
6. 1. 2 數學運算指令 149
6. 1. 3 數據處理指令 157
6. 2 程式控制指令 172
6. 2. 1 有條件結束指令 172
6. 2. 2 暫停指令 172
6. 2. 3 監視定時器復位指令 172
6. 2. 4 跳轉與標號指令 173
6. 2. 5 循環指令 173
6. 3 局部變數表與子程式 174
6. 3. 1 局部變數表 174
6. 3. 2 子程式 175
6. 4 中斷程式與中斷指令 177
6. 4. 1 中斷程式 177
6. 4. 2 中斷指令 177
6. 5 PID 指令及套用 181
6. 5. 1 PID 迴路指令及套用 181
6. 5. 2 PID 嚮導 186
6. 5. 3 PID 參數自整定 189
6. 5. 4 S7-200 SMART PLC 結合智慧型儀表實現PID 控制 192
習題與思考題 195
第7 章 S7-200 SMART PLC 的通信及網路 197
7. 1 SIEMENS 工業自動化網路 197
7. 1. 1 SIEMENS PLC 網路的層次結構 197
7. 1. 2 網路通信設備 198
7. 1. 3 網路通信協定 200
7. 1. 4 通信連線 202
7. 2 乙太網通信及套用 203
7. 2. 1 乙太網通信概述 203
7. 2. 2 S7-200 SMART CPU 之間的通信 203
7. 2. 3 S7-200 SMART CPU 與SMART LINE觸控螢幕之間的通信 207
7. 3 自由口通信及套用 213
7. 3. 1 自由口通信概述 213
7. 3. 2 自由口通信指令 213
7. 3. 3 自由口通信套用實例 218
7. 4 Modbus RTU 通信及套用 225
7. 4. 1 Modbus RTU 通信概述 225
7. 4. 2 Modbus RTU 主站指令與從站指令 226
7. 4. 3 Modbus RTU 通信套用實例一 230
7. 4. 4 Modbus RTU 通信套用實例二 233
7. 5 USS 通信及套用 236
7. 5. 1 USS 通信概述 236
7. 5. 2 USS 指令介紹 237
習題與思考題 241
第8 章 S7-200 SMART PLC 在運動控制中的套用 242
8. 1 高速I/ O 指令 242
8. 1. 1 高速計數器指令 242
8. 1. 2 高速脈衝輸出指令 249
8. 2 S7-200 SMART PLC 在開環運動控制中的套用 254
8. 2. 1 運動控制 255
8. 2. 2 運動控制指令 260
8. 2. 3 S7-200 SMART PLC 運動控制套用實例 262
8. 3 S7-200 SMART PLC 在變頻調速系統中的套用 264
8. 3. 1 變頻器多段調速控制 265
8. 3. 2 變頻器模擬量調速 266
8. 3. 3 USS 協定與變頻器的通信調速 268
習題與思考題 271
第9 章 PLC 控制系統設計與套用實例 272
9. 1 PLC 控制系統設計的內容與步驟 272
9. 1. 1 PLC 控制系統設計的內容 272
9. 1. 2 PLC 控制系統設計的步驟 272
9. 2 PLC 控制系統的硬體配置 274
9. 2. 1 PLC 機型的選擇 274
9. 2. 2 開關量I/ O 模組的選擇 276
9. 2. 3 模擬量I/ O 模組的選擇 277
9. 3 PLC 控制系統梯形圖程式的設計 277
9. 3. 1 經驗設計法 277
9. 3. 2 順序控制設計法與順序功能圖 279
9. 4 順序控制梯形圖的設計方法 282
9. 4. 1 置位/復位指令編程 282
9. 4. 2 順序控制繼電器指令編程 284
9. 4. 3 具有多種工作方式的順序控制梯形圖設計方法 287
9. 5 PLC 在工業控制系統中的典型套用實例 292
9. 5. 1 節日彩燈的PLC 控制 292
9. 5. 2 恆溫控制 294
9. 5. 3 基於增量式旋轉編碼器和PLC高速計數器的轉速測量 299
9. 5. 4 室內游泳池水處理系統PLC控制 301
習題與思考題 315
第10 章 STEP 7 Micro/WIN SMART編程軟體功能與使用 316
10. 1 軟體安裝及硬體連線 316
10. 1. 1 軟體安裝 316
10. 1. 2 基本功能 316
10. 1. 3 主界面功能介紹 317
10. 2 編程軟體的使用 319
10. 2. 1 創建項目 319
10. 2. 2 系統組態 320
10. 2. 3 通信連線 324
10. 2. 4 程式的編輯與下載 325
10. 2. 5 程式的預覽與列印輸出 329
10. 3 程式的監控與調試 330
10. 3. 1 程式狀態監控 330
10. 3. 2 用狀態表監控程式 332
10. 3. 3 在RUN 模式下編輯程式 334
10. 3. 4 寫入與強制操作 334
10. 3. 5 掃描次數的選擇 336
10. 3. 6 S7-200 SMART 的出錯處理 336
附錄 338
附錄A 常用低壓電器的圖形符號及文字元號 338
附錄B 部分特殊存儲器(SM) 的含義 339
附錄C 實驗指導書 341
實驗1 異步電動機的正、反轉控制(含兩地控制) 341
實驗2 運料小車自動往返繼電器-接觸器控制 342
實驗3 S7-200 SMART PLC 初識 345
實驗4 運料小車自動往返程式控制 347
實驗5 三級帶式輸送機的程式控制 349
實驗6 深孔鑽及三工位運料小車程式控制 351
實驗7 彩燈的程式控制 352
實驗8 交通信號燈的程式控制 353
實驗9 PID 恆溫控制 353
實驗10 PLC 控制電動機變頻調速系統 356
實驗11 PLC 的通信與網路實驗 360
附錄D 課程設計指導書 361
附錄E 課程設計任務書 362
題1 交通高低峰分段運行、數顯倒計時交通信號燈控制程式設計 362
題2 PLC 控制變頻調速系統程式設計 364
參考文獻 367