电气控制与PLC应用技术

　　《21世纪高等院校电气工程与自动化规划教材：电气控制与PLC应用技术》是根据我国高等教育的现状和发展趋势，针对工程应用型教学改革和就业的需要，对现有的课程进行有机整合编写而成的。全书共分9章，主要内容有低压电器及基本控制线路、电动机的控制线路、可编程序控制器基本组成和工作原理、三菱FX系列PLC的基本编程指令、三菱PLC的步进编程指令、三菱PLC的功能指令、西门子S7-200PLC、西门子S7-300PLC、PLC网络通信。本书的编写采取实用的方式，内容以必需、够用为度，减少了原有课程教学内容中重复的部分。本书的特点是讲述透彻，深入浅出，通俗易懂，便于教学。
　　《21世纪高等院校电气工程与自动化规划教材：电气控制与PLC应用技术》可以作为高等院校自动化、电气工程及其自动化、测控技术与仪器、数控应用技术、机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、机电一体化等专业相关课程的教材，也可作为电工技师和职工岗位培训教材，供有关工程技术人员参考使用。

前言
第1章 低压电器及基本控制线路
1.1 电器的作用与分类
1.2 电磁机构及触点系统
1.3 接触器
1.4 继电器
1.5 熔断器
1.6 低压开关和低压断路器
1.7 主令电器
1.8 基本控制线路
本章小结
习题
第2章 电动机的控制线路
2.1 三相异步电动机启动控制
2.2 三相异步电动机制动控制
2.3 实现他励直流电动机启动的控制
2.4 实现他励直流电动机正、反转控制
2.5 直流电动机制动控制
2.6 直流电动机的保护
本章小结
习题
第3章 可编程序控制器基本组成和工作原理
3.1 可编程序控制器的发展
3.2 可编程序控制器的基本组成和工作原理
本章小结
习题
第4章 三菱FX系列PLC及基本编程指令
4.1 三菱PLC的型号和外形
4.2 三菱PLC 的编程元件
4.3 三菱PLC的基本指令
4.4 三菱PLC的指令应用
4.5 三菱PLC FX-20P-E手持编程器的使用
4.6 学习用GX Developer编程软件及在线仿真
本章小结
习题
第5章 三菱PLC的步进编程指令
5.1 状态转移图（SFC图）
5.2 步进顺控指令及编程
5.3 状态转移图流程的形式
5.4 编程实例
本章小结
习题
第6章 三菱PLC的功能编程指令
6.1 功能指令的表示方式
6.2 FX2N系列可编程序控制器功能指令
本章小结
习题
第7章 西门子S7-200PLC
7.1 S7-200PLC系统的基本构成
7.2 S7-200PLC的系统配置
7.3 CPU S7-200系列PLC的存储器区域
7.4 S7-200系列PLC的基本指令及编程
本章小结
习题
第8章 西门子S7-300PLC
8.1 S7-300系列PLC的特点和构成
8.2 S7-300系列PLC的模块性能简介
8.3 安装STEP 7
8.4 STEP 7的使用
8.5 水箱中液位的PLC控制
本章小结
习题
第9章 PLC网络通信
9.1 工业控制局域网简介
9.2 三菱FX系列PLC的通信
9.3 S7-300 PLC多点接口网络
9.4 CP340点对点通信的应用
9.5 利用PROFIBUS协议进行网络通信
本章小结
习题

　　前言

　　可编程序逻辑控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种工业应用的计算机。通过编制软件来改变控制过程，是微机技术与常规的继电接触器控制技术的有机结合。它为工业自动化提供高可靠性的自动化控制装置，已经成为继电接触器控制系统更新换代的主导产品。
　　进入21世纪以来，PLC 控制系统的设计和应用，已经成为工业电气控制自动化的主要技术手段和方法，目前在我国各行各业的应用非常广泛。为了适应社会主义建设和当前经济转型阶段的技术改造的需要，需要使高等工科院校的学生能够尽快地学习和掌握PLC技术，培养就业和创业需要的技能，为此，我们依据积累多年的PLC教学和实践应用经验，编写了本教材。
　　“电气控制与PLC应用技术”是一门实用性极强的机电专业课程，本课程的教学任务是培养学生在掌握继电接触器控制电路知识的基础上，初步具备PLC电气控制系统的工程设计和应用调试能力。具体要求如下。
　　（1）掌握常用控制电器的结构、工作原理和具体用途；学习和掌握合理选择、熟练使用常用低压电器元件的能力。
　　（2）熟练掌握常用继电器接触器控制电路的各个基本环节，培养阅读和分析继电接触器控制线路原理图的能力，并且具有初步的设计能力。
　　（3）熟悉PLC的工作原理，熟悉和掌握PLC的基本编程指令，教材从三菱PLC的编程器开始编辑程序，能够帮助读者尽快地入门和记熟助记符编程方法，然后一步步学习梯形图的编程调试。
　　（4）逐步学习典型的PLC电气控制系统，培养具有初步安装、编程、调试和维护基本设备模块的能力。
　　本书是针对高等院校工程应用型专业编写的教材。全书共分9章内容，具体包括低压电器及基本控制线路、电动机的控制线路、可编程序控制器基本组成和工作原理、三菱FX系列PLC的基本编程指令、三菱 PLC 的步进编程指令、三菱PLC的功能指令、西门子S7-200PLC、西门子S7-300PLC、PLC网络通信。学生通过理论学习，掌握简单可编程序控制器的基本工作原理和分析方法；通过技能训练，提高对电动机实际操作的综合能力。使学生具备电专业高素质劳动者和机电工程技术所必需的电动机基本知识及基本技能，为学生学习专业知识和职业技能，提高全面素质，增强适应岗位变化的能力和继续学习的能力打下一定的基础。
　　电气控制与PLC应用技术是一门理论和实践紧密结合的课程，本书在编写过程中从高等教育培养应用型技术人才这一目标出发，以可编程序控制器课程教学基本要求为依据，以应用为目的，以必需、够用为度，尽量降低专业理论的重心。以突出实际应用，培养技能为教学重点，由浅入深、循序渐进地介绍有关可编程序控制器以及应用方面的基础知识，着眼于学生在应用能力方面的培养，突出重点、分散难点，力求使读者一看就懂、一学就会。本书每章前都配有学习目标，每章后也都安排了相应的适量习题。同时，在教材中增加了很多技能训练的实例，突出课程的应用性、实践性、针对性和有效性。
　　本书为高等院校自动化、电气工程及其自动化、测控技术与仪器、数控应用技术、机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、机电一体化等专业的教材，也可作为电工技师和职工岗位培训教材，供有关工程技术人员参考使用。
　　本书由安徽工业大学范国伟老师主编，刘一帆老师为副主编，方华超老师、桑建明老师、范翀技师、童军技师、袁军芳技师参加了编写。程周教授审阅了全书，并做了很多重要的修改与补充。在本书编写的过程中，得到安徽工业大学电气信息学院和工商学院、安徽职业技术学院、安徽冶金科技职业学院的大力支持，在此一并表示感谢。
　　由于编者水平有限，加上时间仓促，书中难免存在疏漏之处，恳请使用本书的老师和同学批评指正。
　　编者
　　2012年10月

　　【本章学习目标】
　　1．了解电磁机构的基本动作原理。
　　2．了解各种低压电器的作用和发展情况。
　　3．了解各种基本线路的组成和互相联系。
　　4．学会使用各种保护电路及在设备中电气控制的具体应用。
　　【教学目标】
　　1．知识目标：了解低压电器的基本结构和工作原理，了解低压电器组成的基本控制线路简要情况，以及各种动作线路和保护电路的互相联系。
　　2．能力目标：通过低压电器的动作演示，初步形成对低压电器的感性认识，培养学生的学习兴趣。
　　【教学重点】
　　低压电器的基本结构和工作原理。
　　【教学难点】
　　低压电器的作用和基本控制线路的功能。
　　【教学方法】
　　参观法、实验法、演示法、讨论法。
　　电器是根据外界特定的信号和要求，自动或手动接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路的切换、控制、保护、检测及调节的电气设备。凡是对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转换及保护作用的电工器械均可称为电器。
　　低压电器（Low-voltage Apparatus）通常指工作在交流50Hz 额定电压1200V及以下，或直流电压1500V及以下的电路内起通断、保护、控制或调节作用的电器称为低压电器（GB 1497—1985低压电器基本标准）。
　　通过介绍电气控制领域中常用低压电器的工作原理、用途、型号、规格、符号等知识，电器控制线路的基本环节，并通过对典型电器控制系统的分析，学会正确选择和合理使用常用电器，学会分析和设计电气控制线路的基本方法，为后继章节的学习打下基础。
　　1.1 电器的作用与分类
　　电器就是广义的电器设备。它可能很大、很复杂，比如一台彩色电视机或者一套自动化装置；它也可以很小、很简单，比如一个按钮开关或者一个熔断器。在工业意义上，电器是指能根据特定的信号和要求，自动或手动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的电气设备。电器的种类繁多，构造各异，通常按以下分类方法分为几类。
　　（1）按电压等级分：高压电器（High-voltage Apparatus）、低压电器（Low-voltage Appara-tus）。
　　（2）按所控制的对象分：低压配电电器（Distributing Apparatus）、低压控制电器（Control Apparatus）。前者主要用于配电系统，如刀开关、熔断器等，后者主要用于电力拖动自动控制系统和其他用途的设备中。
　　（3）按工作职能分：手动操作电器、自动控制电器（自动切换电器、自动控制电器、自动保护电器）、其他电器（稳压与调压电器、启动与调速电器、检测与变换电器、牵引与传动电器）。
　　（4）按有无触点分：有触点电器、无触点电器和混合式电器。
　　（5）按使用场合分：一般工业用电器、特殊工矿用电器、农用电器、牵引电器和其他场合（如航空、船舶、热带、高原）用电器。
　　（6）按用途分：
　　① 控制电器——用于各种控制电路和控制系统的电器，对这类电器的主要技术要求是有一定的通断能力，操作频率要高，电器的机械寿命要长，如接触器、继电器、电动机起动器和各种控制器等；
　　② 主令电器——用于自动控制系统中发送动作指令的电器，对这类电器的主要技术要求是操作频率要高，抗冲击，电器的机械寿命要长，如按钮、行程开关、万能转换开关等；
　　③ 保护电器——用于保护用电设备及电路的电器，对这类电器的主要技术要求是有一定的通断能力，可靠性要高，反应要灵敏，如熔断器、热继电器、电压继电器和电流继电器及各种保护继电器、避雷器等；
　　④ 执行电器——用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等；
　　⑤ 配电电器——用于电能的输送和分配的电器，对这类电器的主要技术要求是分断能力强，限流效果好，动稳定性能及热稳定性能好，如高压断路器、隔离开关、刀开关、自动空气开关等。
　　（7）按工作原理分：电磁式电器、非电量控制电器等。电磁式低压电器是采用电磁现象完成信号检测及工作状态转换的，它是低压电器中应用最广泛、结构最典型的一类。