1、电气与可编程控制技术 高万林，陈一飞 主编书 书 书内 容 提 要本书结合作者多年的教学经验和工程实践，立足于新形势下培养大学生具备工程应用技术与能力而编写。内容上根据发展的先后顺序对传统的继电接触器控制系统和可编程序控制系统分别进行了详细的介绍，其中包括对基本工作原理、设计方法与实际应用的讲解。继电接触器控制系统部分主要介绍了常用低压电器的基本结构、工作原理与技术指标，并适当增加了最新常用电器的介绍。对电气控制系统中三相异步电动机的启动、制动以及运行中的基本控制环节，典型电气控制系统分析与设计原则和要点等也作了讲解。可编程序控制系统部分为本书的后半部分。首先对可编程控制器、编程语言、基本结构
2、及其工作原理进行了简单介绍；其次分别介绍了西门子S 7-2 0 0系列、三菱FX2N系列、欧姆龙C系列可编程控制器的基本指令、编程方法和常规应用等基本知识，内容丰富，详略得当。同时本书适当介绍了智能控制以及基于PLC的特殊控制，如模糊控制、P I D控制、变频控制等。本书的实验部分是以西门子系列PLC为基础进行讲解的，编程软件介绍的是针对西门子S 7-2 0 0PLC开发的编程软件。本书各章后均配有习题及本章小结，便于学生对各章知识的总结和掌握。另外，附录中收录了相关实验指导。本书可作为电气工程及其自动化、自动化、机械工程及其自动化、机电一体化等专业及其他相关专业的教材或辅导资料，也可供电气控
3、制技术相关领域工程技术人员参考。图书在版编目（C I P）数据 电气与可编程控制技术高万林，陈一飞主编北京：中国电力出版社，2 0 1 2 7 普通高等教育“十二五”规划教材 I SBN9 7 8 7 5 1 2 3 3 3 3 5 2 电 高 电气控制器高等学校教材可编程序控制器高等学校教材TM5 7 1 2TM5 7 1 6 中国版本图书馆C I P数据核字（2 0 1 2）第1 6 9 9 1 6号中国电力出版社出版、发行（北京市东城区北京站西街1 9号 1 0 0 0 0 5 h t t p：www c e p p s g c c c om c n）航远印刷有限公司印刷各地新华书店经售
4、*2 0 1 3年2月第一版 2 0 1 3年2月北京第一次印刷7 8 7毫米1 0 9 2毫米 1 6开本 2 1印张 5 1 4千字定价3 6.0 0元敬 告 读 者本书封底贴有防伪标签，刮开涂层可查询真伪本书如有印装质量问题，我社发行部负责退换版 权 专 有翻 印 必 究电气控制与PLC（P r o g r amma b l eLo g i cCo n t r o l l e r，可编程序控制器）技术是综合了机电控制计算机技术、自动控制技术和通信技术等多门技术的一门综合性技术。随着生产的发展和科学技术的进步，电气控制与PLC技术应用的领域也不断扩大，不仅在传统的工业生产过程中发挥着不可替
5、代的作用，在科学研究及其他很多领域也都扮演着越来越重要的角色。电气控制与PLC可编程控制是控制系统发展的两个不同的阶段，但在理论和应用上是一脉相承的。早期电气控制技术以低压电器元件为基础，形成以继电接触器为主的电气控制系统；后来出现的PLC技术，以软件编程的方法实现许多工业控制功能，应用更加方便灵活。从控制功能的实现上，它正逐步取代传统的继电接触器控制系统，广泛应用于各个行业的控制系统中。“电气与可编程控制技术”是高等工程控制类专业的一门重要专业课，也是极具实践意义的一门实用类课程，较好地学习和掌握这门课程对相关专业学生控制技能的提高及就业是十分关键的。本书主要有以下几点特色：（1）以西门子S
6、 7-2 0 0系列PLC为重点讲解PLC相关知识，并对其他系列PLC如欧姆龙、三菱等也作了简要介绍，涵盖全面，重点突出，实用性强。（2）采用了最新标准的电气图形及文字符号。（3）加入了大量的实物图片，更加清楚、直观，便于读者更好地认识和理解。（4）每章后均设有本章小结，便于读者从整体上把握本章内容。（5）结合编者的工程控制经验列举了一些实例，并配有丰富的习题和实验。本书共分为九章，其中第一、二、三章主要讲述传统电气控制系统部分，即我们常说的继电接触器控制系统，其中包括常见低压电器及几种最新电器的介绍，三相异步电动机启动、制动及运行中的基本控制环节，以及典型电气控制系统分析与设计原则等内容。后
7、六章主要讲述的是可编程序控制系统即PLC控制技术基本知识，第四章概括介绍了可编程序控制器PLC的基本知识，主要从PLC的产生与发展、分类、功能、特点、编程语言、结构分析及工作原理等方面来讲；第五到第七章分别介绍了西门子S 7-2 0 0系列、三菱FX2N系列以及欧姆龙C系列PLC的基本知识，对其指令、编程、应用等知识进行了讲解，其中重点介绍了西门子S 7-2 0 0系列PLC的编程与实验；本书第八章为PLC控制系统的综合设计和应用，重点讲解了PLC控制系统的设计步骤和内容，并从不同角度进行了举例分析，对一些典型控制的实现及应用的例子进行了完整的讲解，给出了PLC在实际工程中的安装及保护技术，条
8、理清晰、实用性强；最后一章则主要介绍了西门子S 7-2 0 0系列PLC配套的编程软件及编程操作，为实验部分做准备。全书注重内容的精选，力求简明扼要、图文并茂、通俗易懂，在编排上循序渐进、由浅入深，各章最后均配有本章小结与配套习题，加强了读者对各章内容的理解和掌握，方便了教学和自学。另外，本书最后附录部分收录了相关实验指导，包括继电接触器控制实验与PLC编程及控制实验两部分，同时附有程序清单。本书教学内容可根据课时要求做适当删减。本书可作为高等学校电气工程及其自动化、自动化、机械工程及其自动化、机电一体化等相关专业的本、专科教材或辅导资料，也可供相关工程技术人员参考使用。本书由中国农业大学信息
9、与电气工程学院高万林、陈一飞两位教授共同担任主编，其中高万林教授主要编写第一、二、三、四、七章；陈一飞教授主要编写第五、六、八章，并整理附录；李佩佩负责第九章的调试与编写；全书由陈一飞、李佩佩统稿。张光杰、滕松林两位教授进行了本书的审稿工作。袁昆、宋菲菲、朱苗苗、罗冕均、张伟、刘军博、刘米亮等参与了本书文字和图片的录入与绘制，齐凯、刘柏成对本书部分PLC程序进行了校对与调试。在此深表感谢！由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，敬请读者批评指正！编 者前言绪论1第一章 电气控制基础3第一节 低压电器的基本知识3第二节 接触器1 0第三节 继电器1 2第四节 熔断器与热继电器2 0第五节 开关电
10、器2 4第六节 变频调速及变频器3 7第七节 电气控制线路的绘制及分析5 0本章小结5 8习题5 9第二章 基本电气控制电路6 1第一节 异步电动机的启动控制电路6 1第二节 异步电动机的正反转控制电路6 5第三节 异步电动机的制动控制电路6 7第四节 异步电动机的其他基本控制电路6 9本章小结7 1习题7 2第三章 电气控制系统分析与设计7 4第一节 电气控制系统分析7 4第二节 电气控制系统的设计原则与设计要点7 9第三节 设计举例8 7本章小结9 3习题9 3第四章 可编程序控制器9 5第一节 概述9 5第二节 PLC的编程语言9 9第三节 PLC的硬件结构及工作原理1 0 2本章小结1
11、 1 0习题1 1 1第五章 西门子S 7-2 0 0PLC基础知识1 1 2第一节 概述1 1 2第二节 S 7-2 0 0PLC基本指令1 2 5第三节 S 7-2 0 0PLC编程初步1 6 0本章小结1 7 0习题1 7 1第六章 三菱FX2N系列可编程控制器及其基本指令的应用1 7 4第一节 三菱FX2N系列可编程控制器1 7 4第二节 FX2N系列可编程控制器软组件及功能1 7 9第三节 FX2N系列可编程控制器的基本指令及应用1 9 0第四节 FX2NPLC的应用举例2 0 6本章小结2 0 9习题2 1 0第七章 OMRON公司C系列PLC基础知识2 1 2第一节 P型机硬件系
12、统特点2 1 2第二节 P型机内部系统特点2 1 3第三节 P型机的基本指令系统2 1 4本章小结2 2 4习题2 2 4第八章 PLC控制系统的综合设计和应用2 2 7第一节 PLC控制系统设计步骤及内容2 2 7第二节 基于PLC的顺序控制系统2 2 9第三节 基于PLC和变频器结合的调速控制系统2 3 6第四节 基于PLC的智能控制系统2 4 2第五节 基于PLC的现场总线控制系统2 6 4第六节 PLC在实际工程应用中的安装技术及保护2 7 1本章小结2 7 4习题2 7 5第九章 编程软件及其应用2 7 7第一节 编程软件的初步使用2 7 7第二节 编程软件主要功能介绍2 8 0第三
13、节 编程及调试2 8 7本章小结2 9 6附录A 继电接触器控制实验2 9 7实验一 三相交流异步电动机的一般控制2 9 7实验二 三相交流异步电动机顺序控制设计与实现2 9 8附录B PLC编程实验3 0 0实验一 与或非逻辑功能实验3 0 0实验二 定时器计数器功能实验3 0 1实验三 三相异步电动机的星三角换接启动控制3 0 3实验四 LED数码显示控制3 0 6实验五 装配流水线的模拟控制3 1 0实验六 十字路口交通灯控制的模拟3 1 6实验七 天塔之光3 1 9实验八 水塔水位控制的模拟3 2 2实验九 液体混合装置控制的模拟3 2 4参考文献3 2 8书 书 书绪 论一、电气控制
14、与可编程控制概况早期的电气控制技术是针对工业领域以各类电动机为动力、以传动装置为对象来实现生产过程自动化的控制技术。随着自动控制技术的不断发展，电气控制技术的外延不断扩展，其主干部分电气控制系统在国民经济各行业中得到了广泛应用，是实现生产自动化的重要技术手段。随着科学技术的不断发展、生产工艺的不断改进，特别是计算机技术的应用与新型控制策略的出现，电气控制技术在不断发展着。在控制方法上，从手动控制发展到自动控制；在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从笨重发展到信息化处理；在控制系统构成上，从单一的有触点硬接线继电接触器控制系统发展到以微处理器或微计算机为中心的网络化自动控制系统；
15、在控制原理上实现了人工智能控制。现代电气控制技术是综合应用了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能控制技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果而发展起来的。过去的电气控制技术以低压电器元件为基础，以传统的测试方式为手段，形成了以继电器、接触器为主的电气控制系统，用以控制电机的启制动、反转和调速，至今仍是许多生产机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习更先进电气控制系统的基础。它主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，具有结构简单、价格低廉、抗干扰能力强等优点，至今仍是机床和许多机械设备中广泛采用的基本电气控制形式。由于这种控制系统是采用固定接线方式，所以存在着控制灵活
16、性差、动作频率低、触点易损坏、可靠性差及高耗能等缺点。纵观以电机为主要控制对象的电气控制系统，其开关量控制手段是最常用的。基于此，2 0世纪6 0年代出现了可编程序逻辑控制器（P r o g r amma b l eLo g i cCo n t r o l l e r，PLC）。PLC以微处理器为核心、以软件手段实现各种控制功能，其通用性强、可靠性高、能适应恶劣的工业环境，具有指令系统简单、编程简便易学、易于掌握，体积小、维修工作少、现场连接安装方便等一系列优点，在控制系统的实现上正逐步取代传统的继电接触器控制系统。以PLC为控制核心的控制系统广泛应用于冶金、采矿、机械制造、石油、化工、汽车、电力、建筑、造纸、纺织等各个行业的自动控制中。在自动化领域，可编程控制器与CADCAM、工业机器人并称为工业自动化的三大支柱，其应用日益广泛。它以硬接线的继电接触器控制为基础，逐步发展为既有逻辑控制、计时、计数、定时控制，又有运算、数据处理、模拟量调节、网络控制及通信等功能的控制装置及系统。通过数字量或者模拟量的输入、输出来满足各种类型机电控制的需要。可编程控制器及有关外部设备均按既易于与工业控制
