电气控制与PLC应用技术 西门子S7-200 SMART PLC（第3版）

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丛书名：“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材

• 作者：黄永红
• 出版时间：2019/1/1
• ISBN：9787111610472
• 出 版 社：机械工业出版社

• 中图法分类：TM571.2 
• 纸张：胶版纸
• 开本：16开
• 字数：(单位：千字)

内容简介

本书从实际工程应用和教学需要出发，介绍了常用低压电器和电气控制电路的基本知识，以及PLC 的基本组成和工作原理；以西门子S7-200 SMART PLC 为教学机型，重点介绍了PLC 的系统配置､指令系统､通信与网络､运动控制指令及控制系统程序设计等内容。书中安排了许多典型应用实例，包括开关量控制､模拟量PID 控制等。通过实例介绍常用逻辑指令和功能指令的使用方法和技巧，实例程序均经过调试运行。本书各章附有习题与思考题，附录有实验指导书､课程设计任务书供参考选用。
本书可作为高等学校自动化､电气工程及其自动化､机械等相关专业的教学用书，也可作为控制工程､电气工程领域工程技术人员的培训教材或参考书。
本书有配套的电子课件等共享资料，欢迎扫描前言中二维码获取，或发邮件到jinacmp@ 163. com 索取，也可登录www. cmpedu. com 注册后下载。

序 言

前 言
本书自第1 版出版以来，得到了多所高校教师及广大读者的关心和支持。为适应电气控制新技术的发展，特别是PLC 应用技术快速发展的需要，编者结合二十多年的教学实践经验和读者的建议，对原书内容进行了修订。修订中坚持结合生产实际､突出工程应用和内容通俗易懂的原则，保留了精选内容，删除了过时内容，增加了运动控制､向导应用､变频器和触摸屏应用等实用内容。本书第1 版和第2 版的PLC 应用技术部分主要以西门子S7-200PLC 为教学机型，本版主要以西门子S7-200 SMART PLC 为教学机型。
S7-200 SMART 小型PLC 是西门子SIMATIC 系列中的重要成员，也是S7-200 系列PLC的发展方向。同时，SMART 也代表了经济型自动化解决方案，其寓意在于简单( Simple)､易维护(Maintenance￣friendly)､高性价比(Afford￣able)､可靠(Reliable) 以及开发时间短(Time to market)。具体优势有以下六点: 其一，S7-200 SMART PLC 机型丰富，配置灵活，配备西门子专用高速处理器芯片，基本指令执行时间可达0. 15μs，在同级别小型PLC 中遥遥领先；同时拥有I/ O 点数丰富的CPU 模块，单体I/ O 点数最高可达60 点，可满足大部分小型自动化设备的控制需求。其二，通信组网，经济便捷，其CPU 模块本体配有以太网接口，一根普通的网线即可将程序下载到PLC 中，省去了专用编程电缆；同时，通过以太网接口还可与其他CPU 模块､触摸屏及计算机等进行通信，轻松组网。其三，S7-200 SMARTPLC 新颖的信号板设计可扩展通信端口､数字量通道､模拟量通道，在不额外占用电控柜空间的前提下，信号板扩展能更加贴合用户的实际配置，提升产品的利用率，降低用户的扩展成本。其四，三轴脉冲，运动自如，S7-200 SMART PLC 的CPU 模块本体集成有3 路高速脉冲输出，频率高达100kHz，支持PWM 输出方式以及多种运动模式，可自由设置运动包络；通过方便易用的向导设置功能，可快速实现设备调速､定位等功能。其五，S7-200 SMARTPLC 具有Micro SD 卡插槽，使用通用Micro SD 卡即可实现程序的更新和移植；S7-200SMART PLC 与SMART LINE IE 触摸屏和V20､G120C 等变频器组网通信，可实现高性价比的小型自动化系统解决方案，能满足用户对于人机交互､控制及驱动等全方位需求。其六，利用编程软件的向导功能可以非常方便地实现PID 自整定运算和通信组网等功能。
本书包含了传统电气控制和现代PLC 应用技术两部分内容。第1 章主要介绍电气控制系统中常用低压电器的结构､工作原理和选用方法。第2 章主要介绍三相笼型异步电动机的起动､调速､制动等基本电气控制电路，并介绍电气控制电路的分析､设计方法及其典型应用，为学习PLC 知识奠定必要的基础。第3 章主要介绍PLC 的发展概况､基本组成及工作原理。第4 ~10 章以西门子S7-200 SMART PLC 作为教学机型，重点介绍PLC 的接口模块与系统配置､基本指令及其应用实例､功能指令与应用PLC 的通信及组网应用､S7-200SMART PLC 在运动控制中的应用､PLC 控制系统程序设计方法以及STEP 7-Micro/ WINSMART 编程软件的使用等内容。
本书基础部分用较多的小型实例引领读者入门，让读者能完成简单的工程应用。提高应用部分精选工程实例供读者模仿学习，以提高读者解决实际工程问题的能力。本书安排了一些难度适中的习题与思考题，供学生课后练习。附录C 编写了11 个实验，附录D 编写了课程设计指导书，附录E 编写了两个典型应用的课程设计任务书，供任课教师根据学校硬件条件和课程设置等情况选用。
本书由黄永红任主编并统稿，刁小燕､项倩雯任副主编。参加编写的还有沈跃､蔡晓磊､吉敬华､杨东､张新华及南京航大意航科技股份有限公司的陈强高级工程师。苏州施耐德电气有限公司的石睿高级工程师､上海良信电器股份有限公司的黄银芳高级工程师为本书提供了宝贵的建议和最新的资料，同时，本书参考了一些学者的文献资料，在此向他们表示衷心的感谢! 另外，感谢杭州力控科技有限公司的工程师们，感谢他们与我们联合设计､开发了结构紧凑､功能强大的双工位实验平台。
本书相关的编程软件､系统手册和书中的部分源程序等资料可扫描下方二维码获取。由于编者水平有限，加之时间仓促，书中错误在所难免，敬请读者批评指正。
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编 者

目 录

目 录
前 言
第1 章 常用低压电器 1
1. 1 低压电器的定义及分类 1
1. 2 电磁式电器的组成与工作原理 2
1. 2. 1 电磁机构 2
1. 2. 2 触点系统 5
1. 2. 3 灭弧系统 6
1. 3 接触器 8
1. 3. 1 接触器的组成及工作原理 8
1. 3. 2 接触器的分类 8
1. 3. 3 接触器的主要技术参数 10
1. 3. 4 接触器的选择与使用 10
1. 3. 5 接触器的图形符号与文字符号 11
1. 4 继电器 11
1. 4. 1 继电器的分类和特性 11
1. 4. 2 电磁式继电器 12
1. 4. 3 时间继电器 13
1. 4. 4 热继电器 15
1. 4. 5 速度继电器 19
1. 4. 6 固态继电器 19
1. 5 主令电器 21
1. 5. 1 控制按钮 21
1. 5. 2 行程开关 22
1. 5. 3 接近开关 23
1. 5. 4 万能转换开关 24
1. 6 信号电器 25
1. 7 开关电器 26
1. 7. 1 刀开关 26
1. 7. 2 低压断路器 27
1. 8 熔断器 29
1. 8. 1 熔断器的结构和工作原理 29
1. 8. 2 熔断器的类型 30
1. 8. 3 熔断器的主要技术参数 31
1. 8. 4 熔断器的选择 32
1. 9 电磁执行器件 32
1. 9. 1 电磁铁 33
1. 9. 2 电磁阀 33
1. 9. 3 电磁制动器 34
习题与思考题 34
第2 章 基本电气控制电路 36
2. 1 电气控制电路的绘制原则及标准 36
2. 1. 1 电气图中的图形符号及文字符号 36
2. 1. 2 电气原理图的绘制原则 37
2. 1. 3 电气安装接线图 39
2. 1. 4 电气元器件布置图 40
2. 2 交流电动机的基本控制电路 40
2. 2. 1 三相笼型异步电动机直接起动控制电路 40
2. 2. 2 三相笼型异步电动机减压起动控制电路 47
2. 2. 3 三相绕线转子异步电动机起动控制电路 49
2. 2. 4 三相笼型异步电动机制动控制电路 50
2. 2. 5 三相笼型异步电动机调速控制电路 53
2. 2. 6 组成电气控制电路的基本规律 55
2. 2. 7 电气控制电路中的保护环节 55
2. 3 典型生产机械电气控制电路的分析 57
2. 3. 1 电气控制电路分析的基础 57
2. 3. 2 电气原理图阅读分析的方法与步骤 57
2. 3. 3 C650 型卧式车床电气控制电路的分析 58
2. 4 电气控制电路的一般设计法 61
2. 4. 1 一般设计法的主要原则 61
2. 4. 2 一般设计法中应注意的问题 62
2. 4. 3 一般设计法控制电路举例 62
习题与思考题 63
第3 章 可编程序控制器概述 65
3. 1 PLC 的产生及定义 65
3. 1. 1 PLC 的产生 65
3. 1. 2 PLC 的定义 66
3. 2 PLC 的发展与应用 66
3. 2. 1 PLC 的发展历程 66
3. 2. 2 PLC 的发展趋势 67
3. 2. 3 PLC 的应用领域 69
3. 3 PLC 的特点 71
3. 4 PLC 的分类 72
3. 4. 1 按结构形式分类 72
3. 4. 2 按功能分类 74
3. 4. 3 按I/ O 点数分类 75
3. 4. 4 按生产厂家分类 75
3. 5 PLC 的硬件结构和各部分的作用 75
3. 6 PLC 的工作原理 78
3. 6. 1 PLC 控制系统的组成 78
3. 6. 2 PLC 循环扫描的工作过程 79
3. 6. 3 PLC 用户程序的工作过程 80
3. 6. 4 PLC 工作过程举例说明 81
3. 6. 5 输入､输出延迟响应 81
3. 6. 6 PLC 对输入､输出的处理规则 83
习题与思考题 84
第4 章 S7-200 SMART PLC 的接口模块与系统配置 85
4. 1 S7-200 SMART PLC 控制系统的基本构成 85
4. 2 S7-200 SMART PLC 的扩展模块 89
4. 2. 1 数字量扩展模块 89
4. 2. 2 模拟量扩展模块 92
4. 2. 3 信号板 94
4. 3 S7-200 SMART PLC 的系统配置 95
4. 3. 1 最大I/ O 配置的限制条件 95
4. 3. 2 扩展模块的编址 96
4. 3. 3 内部电源的负载能力 97
习题与思考题 98
第5 章 S7-200 SMART PLC 的基本指令及应用 99
5. 1 PLC 的编程语言 99
5. 2 数据类型与存储区域 100
5. 2. 1 数制 100
5. 2. 2 数据类型与范围 101
5. 2. 3 存储器与存储区 102
5. 3 S7-200 SMART PLC 的编程元件 103
5. 3. 1 编程元件的分类 104
5. 3. 2 编程元件的地址范围 108
5. 4 寻址方式 109
5. 5 程序结构与编程规约 111
5. 5. 1 程序结构 111
5. 5. 2 编程的一般规约 111
5. 6 S7-200 SMART PLC 的基本指令 113
5. 6. 1 位逻辑指令 113
5. 6. 2 立即I/ O 指令 115
5. 6. 3 逻辑堆栈指令 116
5. 6. 4 取反指令与空操作指令 119
5. 6. 5 正/负跳变指令 119
5. 6. 6 定时器指令 120
5. 6. 7 计数器指令 124
5. 6. 8 比较指令 126
5. 6. 9 移位寄存器指令 127
5. 6. 10 顺序控制继电器指令 129
5. 7 典型控制环节的PLC 程序设计 131
5. 7. 1 单向运转电动机起､停控制程序 132
5. 7. 2 单按钮起&#