电气控制与PLC应用（第5版）

​书　名　电气控制与PLC应用(第2版)(工业和信息化高职高专“十二五”规划教材立项项目)

丛 书 名　高等职业院校机电类“十二五”规划教材·精品系列

标准书号　ISBN 978-7-115-27259-1 

编目分类　TM571.2 TM571.6

译　者　--

责任编辑　李育民

印　张　16

字　数　375 千字

装　帧　平装

版　次　第2版第1次

二版时间　2012年4月

本 印 次　2012年4月

首 印 数　-- 册

定　价　34.00 元

本书是项目式教学的特色教材，每个项目都以实际工程案例引入，由浅入深地讲述相关理论知识和实际应用案例。全书共分两大部分：第一部分为电气控制，该部分以5个实际应用案例，系统地讲述了常用低压电器的结构、原理、符号、型号及其选择，典型电气控制线路的组成、原理及安装调试，最后对每个典型项目都进行了原理分析，并就常见故障的排除方法进行了讲解。第二部分是PLC应用，该部分以国内广泛使用的德国西门子S7-200系列PLC为对象，通过4个最典型PLC的应用案例，详细地介绍了S7-200 PLC的结构组成、工作原理、内部元器件，同时还讲解了编程软件STEP7-Micro/WIN的使用、基本逻辑指令、顺序控制指令以及常用功能指令的使用，并通过典型应用案例讲述了PLC程序设计的方法和技能，最后通过S7-200 PLC对T68型卧式镗床、PLC对Z3050钻床、PLC对X62W型铣床的改造以及PLC在EAPS100柔性生产加工系统上料单元中的硬件和软件设计4个综合应用案例，讲述了PLC综合控制系统的设计方法。

本书可作为高等职业技术学院、高等专科学校、职工大学的数控技术与应用、电气自动化技术、机电一体化、应用电子类专业相关课程的教材，也可供工程技术人员参考使用。

第一部分　电气控制部分

项目一　电动机正反转控制

一、项目简述　2

二、电气控制器件相关知识　3

(一)按钮、刀开关　3

(二)接触器　6

(三)中间继电器　9

(四)热继电器　10

(五)熔断器　11

三、基本控制相关知识　14

(一)电气图识图及绘图标准　14

(二)三相异步电动机单相启停控制　19

(三)三相异步电动机正反转控制线路　21

四、应用举例　23

(一)三相异步电动机带按钮互锁的正反转控制的安装调试试车　23

(二)CA6140型普通车床电气控制　26

项目小结　29

习题及思考　29

项目二　Z3050型摇臂钻床电气控制

一、项目简述　31

(一)Z3050型摇臂钻床的主要构造和运动情况　32

(二)摇臂钻床的电力拖动特点及控制要求　32

(三)项目要求　33

二、电气控制器件相关知识　33

(一)行程开关　33

(二)低压断路器　35

(三)时间继电器　38

三、基本控制相关知识　40

(一)工作台自动往返控制　40

(二)三相异步电动机降压启动控制电路　41

四、应用举例　44

(一)电动机自动往返两边延时的控制线路　44

(二)时间原则控制的两台电动机启停控制线路　46

(三)三相异步电动机正反转Y-△降压启动控制　46

(四)Z3050型摇臂钻床电气控制线路分析及故障排除　48

项目小结　52

习题及思考　53

项目三　卧式镗床及磨床电气控制

一、项目简述　54

(一)T68型卧式镗床的主要结构和运动形式　54

(二)卧式镗床的电力拖动形式和控制要求　55

二、电气控制相关知识　56

(一)速度继电器　56

(二)双速异步电动机　56

三、基本控制相关知识　57

(一)双速电动机调速控制　57

(二)三相异步电动机制动控制电路　59

四、应用举例　62

(一)双速异步电动机低速启动高速运行电气控制线路　62

(二)三相异步电动机可逆反接制动控制线路　63

(三)三相异步电动机正反向能耗制动控制　64

(四)T68型卧式镗床电气控制线路分析　64

(五)M7130型平面磨床电气控制线路　69

项目小结　73

习题及思考　74

项目四　铣床电气控制

一、项目简述　75

(一)X62W万能铣床的主要结构和运动形式　75

(二)铣床的电力拖动形式和控制要求　76

二、电气控制器件相关知识　77

(一)转换开关　77

(二)电磁离合器　80

三、基本控制相关知识　81

(一)顺序控制　81

(二)多地控制　82

四、应用举例　82

(一)从两地实现一台电动机的连续—点动控制　82

(二)设计一个控制线路　83

(三)X62W型万能铣床电气控制线路分析及故障排除　83

项目小结　90

习题及思考　91

项目五　桥式起重机电气控制

一、项目简述　92

(一)桥式起重机的结构及运动形式　92

(二)桥式起重机对电力拖动控制的主要要求　94

二、电气控制器件相关知识　95

(一)电流继电器　95

(二)电压继电器　96

(三)电磁抱闸器　97

(四)凸轮控制器　98

三、基本控制线路　100

(一)绕线转子异步电动机转子串电阻启动控制　101

(二)绕线转子异步电动机转子串频敏变阻器启动控制　102

四、应用举例　103

(一)电动机正反转转子串频敏变阻器启动线路　103

(二)凸轮控制器控制的桥式起重机小车控制电路　104

(三)桥式起重机保护电路　107

(四)10 t交流桥式起重机控制线路分析　108

项目小结　109

习题及思考　110

第二部分　PLC应用

项目六　工作台自动往返PLC控制系统

一、项目简述　112

二、相关知识　113

(一)PLC基础知识　113

(二)PLC的基本结构、编程语言、工作原理　116

(三)S7-200系列PLC的内部元器件　120

(四)S7-200系列PLC主要技术指标　125

(五)S7-200系列PLC常用基本逻辑指令　126

(六)系统设计过程及梯形图设计规则　133

(七)S7-200系列PLC的STEP-Micro/WIN编程软件　136

三、应用举例　144

(一)异步电动机正反转PLC控制　145

(二)工作台自动往返PLC控制系统　146

(三)三相异步电动机的Y-Δ降压启动控制系统　147

(四)自动门PLC控制系统　148

(五)送料小车3点往返运行PLC控制系统　150

项目小结　152

习题及思考　152

项目七　昼夜报时器PLC控制系统

一、项目简述　154

二、相关知识　156

三、应用举例　157

(一)昼夜报时器PLC控制系统　157

(二)抢答器PLC控制系统　157

(三)两台电动机顺序启停PLC控制系统　159

(四)十字路口交通灯PLC控制系统　161

项目小结　163

习题及思考　164

项目八　全自动洗衣机PLC控制系统

一、项目简述　165

二、相关知识　166

(一)顺序控制功能图概述　166

(二)顺序控制指令　167

(三)顺序控制功能图的三要素　167

(四)顺序控制功能图的编程方法　167

三、应用举例　172

(一)顺序控制功能图在全自动洗衣机控制中的应用　172

(二)顺序控制功能图在自动送料装车系统中的应用　172

(三)顺序控制功能图在大、小球分类选择传送装置中的应用　176

(四)顺序控制功能图在十字路口交通灯控制中的应用　178

(五)顺序控制功能图在液体混合中的应用　180

项目小结　181

习题及思考　182

项目九　广告牌循环彩灯PLC控制系统

一、项目简述　184

二、相关知识　184

(一)功能指令概述　184

(二)功能指令的形式　185

(三)S7-200 CPU控制程序的构成　185

(四)S7-200的程序控制指令　191

(五)数据处理指令　193

(六)高速计数器与高速脉冲输出指令　196

(七)PID回路控制指令　202

(八)西门子PLC的网络通信　205

三、应用举例　212

(一)广告牌循环彩灯的PLC控制　212

(二)运料小车多种工作方式的控制　213

(三)三相异步电动机Y-D降压启动控制　215

(四)包装生产线产品累计和包装的PLC控制　217

(五)西门子网络读写指令在包装机上的应用　218

项目小结　221

习题及思考　221

项目十　综合控制系统

一、项目简述　222

(一)PLC系统可靠性设计　222

(二)PLC的常见故障和排除方法　224

二、相关知识　226

(一)西门子S7-200系列PLC对卧式镗床的改造　226

(二)西门子S7-200系列PLC对Z3050钻床的改造　230

(三)西门子S7-200系列PLC对X62W型万能铣床的改造　233

(四)PLC在EAPS100柔性生产加工系统中的综合应用　234

项目小结　244

习题及思考　244

参考文献

书　名　电气控制与PLC应用(第2版)(工业和信息化高职高专“十二五”规划教材立项项目)

丛 书 名　高等职业院校机电类“十二五”规划教材

标准书号　ISBN 978-7-115-29655-9 

作　者　郭艳萍 张海红 主编

责任编辑　李育民

开　本　16 开

印　张　18.75

字　数　438 千字

页　数　288 页

装　帧　平装

版　次　第2版第1次

二版时间　2013年2月

本 印 次　2013年2月

首 印 数　-- 册

定　价　36.00 元

本书以中高级维修电工和可编程序控制系统设计师等职业标准所要求的知识技能为载体，以训练学生的电气控制及PLC编程技能为目标，详细介绍基本电气控制电路、常见电气控制电路、PLC基本指令的应用、PLC应用指令的应用、特殊功能模块和数据通信、PLC控制系统设计案例等内容。全书采用任务驱动的方式组织教材内容，以典型任务为载体讲述指令和编程技巧，将PLC与变频器、触摸屏紧密结合，培养学生设计、安装、调试PLC控制系统的工程应用能力。

本书可作为高职高专电气自动化、电气工程、电子信息、机电一体化及数控技术等相关专业的教材，也可供工程技术人员自学使用。

模块一　基本电气控制电路　1

任务一　电动机点动与自锁控制电路的分析与安装　1

一、任务导入　1

二、相关知识　2

(一)刀开关　2

(二)转换开关　3

(三)熔断器　3

(四)按钮　5

(五)接触器　6

(六)热继电器　8

三、任务实施　9

(一)电动机点动控制电路分析　9

(二)电动机自锁控制电路分析与安装　10

四、知识拓展——点动与自锁混合控制电路　12

五、思考与练习　13

任务二　电动机正反转控制电路的分析与安装　14

一、任务导入　14

二、相关知识　15

(一)电气原理图　15

(二)电器元件布置图　17

(三)电气安装接线图　17

三、任务实施　19

(一)电路分析　19

(二)安装和调试　21

四、知识拓展——单相电动机的正反转控制电路　22

五、思考与练习　23

任务三　电动机顺序启动控制电路分析与安装　24

一、任务导入　24

二、相关知识　24

(一)低压断路器　24

(二)漏电保护开关　27

三、任务实施　27

(一)主电路的顺序启动控制电路分析　27

(二)控制电路的顺序启动控制电路分析与安装　28

四、知识拓展——现场·远程控制　29

五、思考与练习　30

任务四　电动机自动往返控制电路的分析与安装　30

一、任务导入　30

二、相关知识——行程开关　31

三、任务实施　32

(一)电路分析　32

(二)安装和调试　33

四、知识拓展——接近开关　33

五、思考与练习　34

任务五　电动机降压启动控制电路分析与安装　35

一、任务导入　35

二、相关知识　35

(一)继电器的分类　35

(二)电磁式继电器的结构及工作原理　36

(三)时间继电器　36

(四)电流继电器和电压继电器　37

三、任务实施　39

(一)定子串电阻降压启动控制电路分析　39

(二)自耦变压器降压启动控制电路分析　40

(三)Y-△降压启动控制电路分析与安装　41

四、知识拓展——直流电动机电枢回路串电阻降压启动控制电路　43

五、思考与练习　44

任务六　电动机制动控制电路分析与安装　45

一、任务导入　45

二、相关知识——速度继电器　45

三、任务实施　46

(一)能耗制动控制电路分析　46

(二)反接制动控制电路分析与安装　47

(三)机械制动控制电路分析　48

四、知识拓展——电动机保护装置　49

五、思考与练习　51

模块二　常见电气控制电路　52

任务一　消防泵电气控制电路分析　52

一、任务导入　52

二、相关知识——电气原理图的分析方法和步骤　53

(一)基本原则　53

(二)电气控制电路分析步骤　53

三、任务实施　53

(一)主电路分析　53

(二)控制电路分析　55

四、知识拓展——电气控制电路故障的一般分析方法　58

五、思考与练习　61

任务二　X62W铣床控制电路分析与故障排除　61

一、任务导入　61

二、相关知识　62

(一)铣床的主要结构　62

(二)铣床的运动形式　62

三、任务实施　62

(一)主电路分析　64

(二)控制电路分析　64

四、知识拓展——X62W万能铣床常见故障分析　70

五、思考与练习　70

任务三　Z3040摇臂钻床控制电路分析与故障排除　71

一、任务导入　71

二、相关知识　72

(一)钻床的主要结构　72

(二)钻床的运动形式　72

三、任务实施　72

(一)主电路分析　72

(二)控制电路分析　74

四、知识拓展——Z3040摇臂钻床常见故障分析　76

五、思考与练习　77

模块三　PLC基本指令的应用　78

任务一　认识PLC　78

一、任务导入　78

二、相关知识　81

(一)PLC的产生　81

(二)PLC的应用、分类　81

(三)PLC的组成　82

(四)PLC的工作原理　84

三、任务实施　85

(一)FX系列PLC的型号　85

(二)FX2N系列PLC的基本构成　85

(三)FX2N系列PLC的外观及其特征　86

(四)PLC的安装、接线　87

四、知识拓展——PLC主要生产厂家　89

五、思考与练习　90

任务二　电动机自锁控制程序设计　90

一、任务导入　90

二、相关知识　90

(一)输入继电器X和输出继电器Y　90

(二)PLC的编程语言　91

(三)LD、LDI、OUT、END指令　92

(四)AND、ANI、OR、ORI指令　93

(五)GX Developer编程和仿真软件　94

三、任务实施　100

(一)分配I/O地址　100

(二)程序设计　100

(三)接线时注意事项　101

(四)操作步骤　102

四、知识拓展　103

(一)SET、RST指令　103

(二)利用SET和RST指令实现电动机的自锁控制　103

(三)PLC控制系统与继电接触控制系统的区别　104

五、思考与练习　104

任务三　楼梯照明控制程序设计　105

一、任务导入　105

二、相关知识　105

(一)ORB指令　105

(二)ANB指令　106

三、任务实施　107

(一)分配I/O地址　107

(二)程序设计　107

(三)调试运行　107

四、知识拓展　108

(一)梯形图的特点　108

(二)梯形图的编程规则　108

五、思考与练习　109

任务四　3台电动机顺序启动控制程序设计　110

一、任务导入　110

二、相关知识　110

(一)辅助继电器M　110

(二)定时器T　112

三、任务实施　113

(一)分配I/O地址　113

(二)程序设计　113

(三)调试运行　114

四、知识拓展　114

(一)定时器接力电路　114

(二)闪烁电路　114

(三)延时接通/断开电路　115

(四)调试仿真　115

五、思考与练习　117

任务五　产品出入库数量监控程序设计　118

一、任务导入　118

二、相关知识　118

(一)计数器的分类　118

(二)计数器的使用说明　118

三、任务实施　120

(一)分配I/O地址　120

(二)程序设计　120

(三)调试运行　121

四、知识拓展——定时器与计数器构成长延时电路　121

五、思考与练习　121

任务六　电动机单按钮起停控制程序设计　122

一、任务导入　122

二、相关知识——PLS、PLF指令　123

三、任务实施　124

四、知识拓展　124

(一)ALT指令　124

(二)LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF指令　125

五、思考与练习　126

任务七　电动机Y-△降压启动控制程序设计　126

一、任务导入　126

二、相关知识——MPS、MRD、MPP指令　126

三、任务实施　128

(一)分配I/O地址　128

(二)程序设计　128

(三)输入并仿真程序　129

(四)连接电路　129

(五)调试运行　129

四、知识拓展——MC、MCR指令　130

五、思考与练习　130

任务八　自动运料小车控制程序设计　131

一、任务导入　131

二、相关知识　132

(一)状态继电器S　132

(二)顺序功能图　132

(三)步进梯形指令STL、RET　134

(四)顺序功能图与步进梯形图之间的转换　134

(五)步进梯形图编程规则　135

三、任务实施　136

(一)分配I/O地址　136

(二)确定顺序功能图的步数　136

(三)确定每步的功能、作用　137

(四)找出每步的转移条件　137

(五)绘制顺序功能图　137

(六)将顺序功能图转换成梯形图　137

(七)调试运行　138

四、知识拓展——单周期和连续工作方式的编程　138

五、思考与练习　139

任务九　自动门控制程序设计　140

一、任务导入　140

二、相关知识——选择分支的编程　141

三、任务实施　142

(一)分配I/O地址　142

(二)画出顺序功能图　142

(三)将顺序功能图转换成梯形图　143

(四)调试运行　144

四、知识拓展　144

(一)顺序功能图中电动机的过载保护设计　144

(二)顺序功能图中的停止设计　145

五、思考与练习　146

任务十　单车道交通灯控制程序设计　147

一、任务导入　147

二、相关知识——并行分支的编程　148

三、任务实施　148

(一)I/O端口分配、功能及I/O接线图　148

(二)程序设计　149

(三)调试运行　150

四、知识拓展——跳步、重复和循环序列编程　151

(一)部分重复的编程方法　151

(二)同一分支内跳转的编程方法　151

(三)跳转到另一条分支的编程方法　151

五、思考与练习　152

模块四　PLC应用指令的应用　154

任务一　8盏流水灯控制程序设计　154

一、任务导入　154

二、相关知识　155

(一)应用指令的通用格式　155

(二)应用指令的数据结构　156

(三)传送指令MOV　157

三、任务实施　157

(一)分配I/O地址　157

(二)程序设计　158

(三)调试运行　158

四、知识拓展　158

(一)块传送指令BMOV(FNC15)　158

(二)取反传送指令CML(FNC14)　159

(三)利用变址寄存器改变闪光灯的闪光频率　159

(四)利用MOV指令改写定时器和计数器的设定值　160

五、思考与练习　160

任务二　4路抢答器控制程序设计　161

一、任务导入　161

二、相关知识　161

(一)子程序调用指令CALL和子程序返回指令SRET　161

(二)主程序结束指令FEND　162

三、任务实施　162

(一)分配I/O地址　162

(二)程序设计　164

(三)调试运行　165

四、知识拓展　165

(一)条件跳转指令CJ　165

(二)电动机手动/自动选择控制程序　166

五、思考与练习　167

任务三　8台电动机顺序启动控制程序设计　167

一、任务导入　167

二、相关知识　167

(一)位左移指令SFTL　168

(二)位右移指令SFTR　169

三、任务实施　170

(一)分配I/O地址　170

(二)程序设计　170

(三)调试运行　171

四、知识拓展　171

(一)循环移位指令ROR、ROL、RCR和RCL　171

(二)24盏流水灯控制程序　173

五、思考与练习　174

任务四　密码锁控制程序设计　175

一、任务导入　175

二、相关知识　175

(一)比较指令CMP　175

(二)区间比较指令ZCP　176

三、任务实施　176

(一)I/O分配表　176

(二)程序设计　177

(三)调试运行　177

四、知识拓展　177

(一)触点比较指令　177

(二)应用指令实现的单车道交通灯控制程序　179

五、思考与练习　180

任务五　停车场车位控制程序设计　180

一、任务导入　180

二、相关知识　181

(一)7段译码指令SEGD　181

(二)数据变换指令BCD和BIN　182

(三)加1指令INC　183

(四)减1指令DEC　183

三、任务实施　183

(一)I/O分配和软元件说明　183

(二)程序设计　184

(三)调试运行　185

四、知识拓展——LED数码显示控制程序　185

五、思考与练习　186

任务六　8站小车的呼叫控制程序设计　186

一、任务导入　186

二、相关知识　187

(一)译码指令DECO　187

(二)编码指令ENCO　187

三、任务实施　188

(一)分配I/O地址　188

(二)程序设计　188

(三)调试运行　190

四、知识拓展——5台电动机顺序启动控制程序　190

五、思考与练习　191

任务七　车库门自动开关控制程序设计　191

一、任务导入　191

二、相关知识　192

(一)时钟数据读取指令TRD　192

(二)时钟数据写入指令TWR　192

(三)时钟数据比较指令TCMP　193

(四)时钟数据区间比较指令TZCP　194

三、任务实施　195

(一)分配I/O地址　195

(二)程序设计　196

(三)调试运行　197

四、知识拓展　197

(一)时钟专用的特殊数据寄存器和特殊辅助继电器　197

(二)马路照明灯时钟控制程序　197

五、思考与练习　198

任务八　自动售货机控制程序设计　198

一、任务导入　198

二、相关知识　199

(一)加法指令ADD　200

(二)减法指令SUB　200

(三)乘法指令MUL　200

(四)除法指令DIV　200

三、任务实施　200

(一)分配I/O地址　200

(二)程序设计　201

(三)调试运行　203

四、知识拓展——使用乘除运算指令实现8盏流水灯控制程序　204

五、思考与练习　204

模块五　特殊功能模块和数据通信　206

任务一　电热水炉温度控制　206

一、任务导入　206

二、相关知识　207

(一)特殊功能模块的读写操作指令FROM和TO　207

(二)模拟量输入模块FX2N-2AD　208

(三)模拟量输出模块FX2N-2DA　211

三、任务实施　213

(一)分配I/O地址　213

(二)程序设计　213

(三)调试运行　214

四、知识拓展　214

(一)三菱变频器认识　214

(二)FX2N-2DA模块在变频器多段速控制中的应用　215

五、思考与练习　218

任务二　PLC数据通信　218

一、任务导入　218

二、相关知识　219

(一)通信基础　219

(二)并联链接通信　221

(三)N:N网络通信　222

三、任务实施　225

四、知识拓展——3台PLC通信实例　226

五、思考与练习　229

模块六　PLC控制系统设计案例　231

任务一　机械手的PLC控制系统设计　231

一、任务导入　231

二、相关知识　232

(一)PLC控制系统设计的原则与步骤　232

(二)PLC机型选择　232

(三)使用启保停电路的编程方法　233

(四)使用以转换为中心的编程方法　234

三、任务实施　235

(一)确定PLC的型号，绘制系统接线图　235

(二)程序设计　235

(三)调试运行　236

四、知识拓展　237

(一)用移位指令实现机械手的PLC控制　237

(二)多种工作方式的编程　238

五、思考与练习　241

任务二　Z3040摇臂钻床的PLC控制系统设计　242

一、任务导入　242

二、相关知识——钻床PLC控制的改造思路　242

三、任务实施　242

(一)确定PLC的型号，绘制系统接线图　242

(二)程序设计　244

(三)调试运行　244

四、知识拓展——节省PLC输入/输出点数的方法　245

(一)减少输入点数的方法　245

(二)减少输出点数的方法　245

五、思考与练习　246

任务三　剪切机的PLC控制系统设计　246

一、任务导入　246

二、相关知识　247

(一)步进电机　247

(二)步进控制系统的组成　247

(三)步进驱动器　248

(四)脉冲输出指令PLSY　249

(五)带加/减速的脉冲输出指令PLSR　250

三、任务实施　253

(一)确定PLC的型号，绘制系统接线图　253

(二)步进电机的选择　253

(三)程序设计　253

(四)调试运行　253

四、知识拓展——PLC控制系统的可靠性设计　254

(一)电源的抗干扰措施　255

(二)控制系统的接地　255

(三)安装与布线的抗干扰措施　255

(四)PLC输入/输出的可靠性措施　255

五、思考与练习　256

任务四　基于触摸屏的Y-△降压启动PLC控制系统设计　256

一、任务导入　256

二、相关知识　256

(一)触摸屏的作用　256

(二)触摸屏与计算机、PLC的连接　257

三、任务实施　257

(一)PLC和触摸屏软元件分配及系统接线图　257

(二)PLC程序　258

(三)触摸屏画面设计　258

(四)程序下载运行和调试运行　263

四、知识拓展——指示灯的制作　264

五、思考与练习　265

任务五　自动分拣生产线的PLC控制系统设计　265

一、任务导入　265

二、相关知识　266

(一)气动元件的认识　266

(二)自动分拣生产线主要部件的认识　269

三、任务实施　272

(一)确定PLC的型号，绘制系统接线图　272

(二)控制方案　272

(三)调试运行　280

四、思考与练习　281

附录　282

附录A　FX系列PLC的编程元件及编号　282

附录B　FX系列PLC应用指令一览表　283

参考文献　288