工厂电气与可编程序控制器应用技术

本书是根据目前高等学校已普遍将原先的“工厂电气控制设备（技术）”和“可编程序控制器”两门课程合并为“工厂电气与PLC控制应用技术”一门课程的实际情况，并充分考虑到电气控制技术的实际应用和发展情况而编写的。因为将电气控制技术和可编程控制器应用技术的内容编写在一起，能够更好地体现出它们之间的内在联系。

本书在内容编写上注意循序渐进、由浅入深；在内容阐述上，力求简明扼要，图文并茂，便于教学和自学。本书注重精选内容，结合实际，突出应用。如保留了传统电器及继电接触控制内容，删除了应用范围越来越有局限性的内容，大幅度增加了应用越来越广泛的电子电器等知识。可编程序控制器部分以目前在市场上具有广泛影响的主流机型三菱FX2N系列、西门子S7-200为例，将用户程序设计时约束条件相对较少的三菱FX2N机型作为主修内容，在此基础上，用相对较少篇幅介绍西门子S7-200。对于这两种不同类型的PLC，本书既强调其一般共性，也注重其各自特点，在内容编排上互有侧重，相互联系，对于拓宽学生思维，学习不同类型的PLC的原理及应用起到举一反三作用。

全书编者都是长期从事可编程序控制器的教学和应用工作，注重基础性、实用性和先进性三者结合。全书共分10章，在工厂电气这部分中，主要介绍了常用低压电器及电子电器的结构、原理、用途及选用原则、继电接触式控制系统和电气控制的基本环节与线路设计的一般原则与方法。本书可编程序控制器部分主要讲述可编程序控制器的组成、原理、硬件结构、内部软元件、指令系统和编程举例、功能指令及应用、编程器及编程软件的使用、PLC控制系统的设计方法、编程技巧和应用实例等。由于编程系统的实践性强，因此本书也用了较多篇幅安排PLC系统设计、接线和调试实验，旨在加强学生工程实践应用能力的培养。本书建议总学时数为60～90学时，在教学时，可根据具体安排选学相关内容。

本书由李雪梅任主编，袁勇和刘峰任副主编，同时刘俊刚、秦向勇、都妍美参加了编写工作。其中，刘峰、都妍美编写了第1、2章，袁勇编写了第8章和第5章部分内容，秦向勇编写了第3、5章部分内容，刘俊刚编写了第4章和第6章部分内容，李雪梅编写了前言、绪论及第3、4、5、6、7、9章、实训单元和附录部分，并对编写思路与大纲进行了总体规划，指导全书的编写，最后统稿全书。

王金旺老师、金龙国老师为本书提出了许多建设性意见和宝贵的建议，在此表示诚挚的谢意，并对书中所参考和引用的相关教材与资料的作者和单位一并表示衷心的感谢。

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

2006年4月

前言
绪论 1
一、电气控制技术的发展概况 1
二、本课程的性质与任务 2
第1章 常用低压电器 4
1.1 概述 4
1.1.1 电器的定义 4
1.1.2 常用低压电器分类 4
1.2 接触器 4
1.2.1 接触器结构和工作原理 4
1.2.2 接触器的型号及主要技术参数 6
1.3 继电器 8
1.3.1 电磁式继电器 8
1.3.2 热继电器 9
1.3.3 时间继电器 10
1.3.4 速度继电器 12
1.3.5 干簧继电器 12
1.3.6 固态继电器 14
1.4 熔断器 15
1.4.1 熔断器的分类 15
1.4.2 熔断器主要性能参数及型号含义 15
1.4.3 熔断器熔体额定电流的选择 16
1.5 低压隔离开关 17
1.5.1 刀开关 17
1.5.2 自动空气开关 18
1.6 主令电器 19
1.6.1 按钮 19
1.6.2 行程开关 20
1.6.3 转换开关 21
本章小结 22
复习思考题 22
第2章 电气控制线路的基本环节 24
2.1 电气控制系统图及绘制原则 24
2.1.1 电气图常用的图形符号、文字符号和接线端子标记 24
2.1.2 电气控制图绘制原则 25
2.2　并励直流电动机的基本控制电路 28
2.2.1　启动控制电路 28
2.2.2　正反转控制电路 29
2.2.3　能耗制动控制电路 30
2.2.4 调速控制电路 31
2.3 三相笼型异步电动机的控制电路 33
2.3.1　三相异步电动机的基本控制电路 33
2.3.2 三相异步电动机降压启动控制电路 40
2.3.3 异步电动机的制动控制电路 46
2.4 典型设备电气控制电路分析 49
2.4.1 C650-2型普通车床电气控制线路 49
2.4.2 Z3040型摇臂钻床电气控制线路 52
本章小结 54
复习思考题 55
第3章 可编程序控制器及其工作原理 57
3.1 可编程控制器的基本概念 57
3.1.1 可编程控制器的特点及应用 57
3.1.2 可编程序控制器的产生与发展 59
3.1.3 可编程控制器的分类 60
3.2 可编程控制器的硬件组成及各部分功能 62
3.2.1 中央处理器（CPU） 62
3.2.2 存储器 63
3.2.3 输入/输出接口 63
3.2.4 电源单元 65
3.2.5 外部设备 65
3.3 可编程序控制器的软件组成及编程语言 66
3.3.1 可编程控制器的软件分类 66
3.3.2 PLC的编程语言 66
3.4 可编程控制器的工作原理 68
3.4.1 分时处理及扫描工作方式 69
3.4.2 输入输出滞后时间 71
3.4.3 PLC的中断处理 72
3.4.4 可编程控制器系统与继电接触器系统工作原理的差别 73
3.5 可编程序控制器的主要性能指标 73
3.5.1 描述PLC性能的术语 73
3.5.2 PLC的主要性能指标 74
本章小结 74
复习思考题 75
第4章 FX系列PLC编程元件及指令系统 76
4.1 FX系列PLC系统结构 76
4.1.1 系统构成 76
4.1.2 FX系列PLC的技术指标 79
4.2 FX2N系列PLC的软元件地址编号和功能概述 81
4.2.1 PLC软元件地址编号 81
4.2.2 PLC软元件及其功能 81
4.3 FX2N系列PLC的指令及应用 88
基本逻辑指令及应用 88
4.4 梯形图的编程规则 96
4.5 FX2N系列步进梯形指令及状态编程法 99
4.5.1 顺序功能图的组成 99
4.5.2 步进梯形指令 100
4.5.3 状态转移图 101
4.5.4 状态转移图（SFC）的建立及其特点 101
4.5.5 多流程步进顺序控制简介 104
4.6 FX2N系列PLC的功能指令及编程 107
4.6.1 功能指令的基本格式 107
4.6.2 FX2N系列PLC常用功能指令 109
本章小结 117
复习思考题 118
第5章 S7-200系列可编程控制器 121
5.1 S7-200系列可编程序控制器结构及主要性能指标 121
5.1.1 S7-200（CPU22X）系列PLC的结构特点 121
5.1.2 S7-200（CPU22X）系列PLC的主要性能指标 123
5.1.3 S7-200系列PLC数据类型及寻址方式 123
5.2 基本逻辑指令 129
5.2.1 基本位操作指令 129
5.2.2 立即指令I（Immediate） 131
5.2.3 边沿脉冲指令EU（Edge Up）、ED（Edge Down） 133
5.2.4 栈操作指令LPS（Logic Push）、LRD（Logic Read）、LPP（Logic Pop） 133
5.2.5 取反和空操作指令 134
5.2.6 定时器工作原理及其使用 135
5.2.7 计数器工作原理及其使用 137
5.3 S7-200系列功能指令 139
5.4 程序控制类指令 141
5.4.1 跳转及标号指令 141
5.4.2 循环指令FOR和NEXT 142
5.4.3 子程序指令 144
5.4.4 暂停、结束和看门狗复位指令指令 145
本章小结 146
复习思考题 146
第6章 编程器的使用与计算机辅助编程 149
6.1 三菱FX系列PLC编程器及其应用 149
6.1.1 FX-20P-E的操作面板 149
6.1.2 FX-20P-E型简易编程器的使用 151
6.2 三菱PLC的编程软件及其使用 156
6.2.1 软件的启动 156
6.2.2 菜单介绍 157
6.2.3 FXGP/WIN-C软件编程的应用实例 162
6.3 STEP 7-Micro/WIN32编程软件的使用 164
6.3.1 软件安装与硬件连接 164
6.3.2 编程软件的功能及其主界面 166
6.3.3 编程及运行操作 169
本章小结 175
第7章 PLC指令编程方法及编程技巧 176
7.1 常用基本环节的编程 176
7.1.1 三相异步电动机单向运转控制 176
7.1.2 三相异步电动机可逆运转控制 177
7.1.3 两台电机延时启动的基本环节 178
7.1.4 定时器、计数器应用程序 178
7.1.5 常闭触点输入信号的处理 180
7.2 梯形图的经验设计法 180
7.2.1 运货小车的工作过程控制 181
7.2.2 用PLC实现对通风机的监视 182
7.2.3 五组抢答器控制设计 183
7.3 梯形图的翻译设计法 185
7.4 梯形图的时序设计法 188
7.4.1 洗衣机电路设计 188
7.4.2 简易交通灯电路设计 189
7.4.3 三台电机的循环启停运转控制 190
7.5 梯形图的顺序控制设计法 190
7.5.1 S7-200系列PLC顺控制继电器指令 191
7.5.2 举例说明 191
7.5.3 十字路口交通信号灯控制设计 193
本章小结 200
复习思考题 200
第8章 PLC控制系统的设计与应用 202
8.1 PLC应用系统设计 202
8.1.1 PLC应用系统设计的内容和原则 202
8.1.2 PLC系统设计调试步骤 202
8.2 减少PLC输入和输出点数的方法 204
8.2.1 减少PLC输入点数的方法 204
8.2.2 减少PLC输出点数的方法 206
8.3 PLC控制系统应用实例 207
8.3.1 PLC在控制驱动进给装置中的应用 207
8.3.2 可编程控制器在电镀生产线上的应用 211
8.3.3 PLC在Z3040摇臂钻床控制中的应用 215
8.4 PLC应用中的若干问题 220
8.4.1 PLC的工作环境 220
8.4.2 对电源的处理 220
8.4.3 对感性负载输入/输出的处理 222
8.4.4 安装与布线的注意事项 222
8.4.5 PLC的接地 223
8.4.6 冗余系统与热备用系统 223
8.4.7 输入输出端口的保护 224
8.4.8 PLC用于继电器-接触器控制系统改造中对若干技术问题的处理 225
本章小结 225
复习思考题 226
第9章 PLC的网络通信 228
9.1 PLC网络通信概述 228
9.1.1 网络通信的基本概念 228
9.1.2 网络配置 229
9.2 S7-200系列PLC与计算机设备的通信 230
9.2.1 S7-200系列CPU的通信性能 230
9.2.2 个人计算机与S7-200CPU之间的联网通信 234
9.3 S7-200系列PLC自由口通信 234
9.3.1 相关的特殊功能寄存器 234
9.3.2 自由口通信指令 236
9.3.3 自由口通信的应用举例 238
9.4 网络通信运行 240
9.4.1 控制寄存器和传送数据表 240
9.4.2 网络运行指令 241
9.4.3 网络读写举例 242
本章小结 244
复习思考题 244
第10章 实训环节 245
10.1 三相异步电动机点动、单向启停控制实验实训 245
10.1.1 实验目的 245
10.1.2 实验设备及电器元件 245
10.1.3 实验线路 245
10.1.4 实验步骤 245
10.1.5 思考题 246
10.2 三相异步电动机可逆运转控制实训 246
10.2.1 实验目的 246
10.2.2 实验线路 246
10.2.3 实验设备及电器元件 246
10.2.4 实验步骤 247
10.2.5 思考题 247
10.3 基本逻辑指令的编程实训 247
10.3.1 实训目的与要求 247
10.3.2 实训内容及指导 248
10.4 FX -20P-E编程器的使用实训 251
10.4.1 实验目的 251
10.4.2 实验内容 251
10.4.3 实验报告 253
10.5 编程软件及其使用实训 253
10.5.1 实训目的 253
10.5.2 实训内容及指导 253
10.6 状态转移图（SFC）编程训练实训 255
10.6.1 实训目的 255
10.6.2 实训内容及指导 255
10.6.3 实验步骤 255
10.6.4 思考题 256
10.7 数据传送类指令的应用实训 257
10.7.1 实验目的 257
10.7.2 实训内容及指导 257
10.7.3 思考题 259
10.8 喷水池花式喷水控制实训 259
10.8.1 控制要求 259
10.8.2 系统配置 259
10.8.3 程序设计 260
10.8.4 程序调试及运行 261
10.8.5 思考题 261
10.9 三相异步电动机的正反停控制实验实训 261
10.9.1 实验目的 261
10.9.2 控制要求 261
10.9.3 实训内容及指导 261
10.9.4 思考题 263
10.10 抢答器实验实训 263
10.10.1 实验目的 263
10.10.2 实验内容 263
10.10.3 实验步骤 264
10.10.4 实验报告 264
10.11 人行道按钮控制交通灯程序设计实验实训 264
10.11.1 实验目的 264
10.11.2 实验内容 265
10.11.3 实验步骤 266
10.11.4 实验报告 266
附录 267
附录A 低压电器产品型号编制方法 267
附录B 电气图常用图形及文字符号一览表 270
附录C FX2N系列PLC应用指令一览表 271
附录D S7-200PLC应用指令一览表 273
附录E S7-200系列PLC寻址范围及特殊标志存储器 275
参考文献 277

1. 工厂电气控制技术（第三版） [主编 邱俊]
2. 可编程控制技术及工程应用（三菱） [主编 邱俊]
3. 可编程控制器模块化教程 [主编 黄巧荣]
4. 疯狂STM32实战讲学录 [欧阳骏 李英芬 王小强]
5. 可编程控制技术与应用（西门子S7-200） [主 编 邱俊]
6. 工厂电气控制技术（第二版） [主 编 邱俊]
7. 控制器件（第二版） [邹逢兴 主编]
8. 可编程控制器实验与实训教程 [魏斌 孙健]
9. 控制器件 [杨益强 李长虹 江明明 编著]
10. 可编程序控制器应用教程（第二版） [张明波 主编]
11. 工厂电气控制技术 [主 编 邱 俊]
12. 可编程控制器原理及应用 [金龙国 主编]
13. 可编程序控制器应用教程 [台方 主编]