电气控制与PLC应用技术（西门子S7-200）（第2版）

第1单元 三相异步电动机拖动电路分析 1

项目1.1 三相异步电动机的启保停控制 1

项目目标 1

项目分析 1

相关知识 2

一、常用低压电器的定义与分类 2

二、电磁式低压电器的结构 3

三、接触器 6

四、开关 9

五、熔断器 12

六、热继电器 14

七、按钮 16

八、电气控制线路图的绘制 16

实施步骤 17

一、所需工具器材 17

二、控制方案的确定 17

三、工作过程分析 18

四、注意事项 19

知识扩展 19

一、点动控制 19

二、单向点动—连续混合控制 19

三、多地与多条件控制 20

项目1.2 三相异步电动机的正反转与

顺序控制 20

项目目标 20

项目分析 21

相关知识 21

一、如何识读电气控制线路图 21

二、联锁概念 21

三、时间继电器 21

实施步骤 23

一、所需工具器材 23

二、控制方案的确定 23

三、工作过程分析 25

四、注意事项 26

知识扩展 26

一、主令电器 26

二、往复运动控制 30

项目1.3 三相异步电动机的降压启动

控制 30

项目目标 30

项目分析 31

相关知识 31

一、三相异步电动机的直接启动 31

二、三相异步电动机的降压启动 31

实施步骤 32

一、所需工具器材 32

二、控制方案的确定 33

三、工作过程分析 33

知识扩展 34

一、定子串电阻降压启动电路的

改进 34

二、延边三角形降压启动控制电路

35

项目1.4 三相异步电动机的调速控制 36

项目目标 36

项目分析 36

相关知识 36

一、变极调速 37

二、变频调速 39

三、改变转差率调速 39

实施步骤 40

一、所需工具器材 40

二、控制方案的确定 40

三、工作过程分析 40

知识扩展 41

一、变频器简介 41

二、变频器的结构 41

三、变频器的工作原理 42

四、变频器的选型 43

五、MM420通用变频器 45

项目1.5 三相异步电动机的制动控制 49

项目目标 49

项目分析 49

相关知识 49

一、电磁抱闸制动 49

二、能耗制动 50

三、反接制动 51

四、继电器 51

实施步骤 53

一、所需工具器材 53

二、控制方案的确定 53

三、工作过程分析 54

四、注意事项 54

知识扩展 55

一、具有反接制动电阻的可逆运

行反接制动控制电路分析 55

二、以速度原则控制的单向能耗

制动控制电路分析 56

项目1.6 C650卧式车床电气控制线路分析与故障诊断 57

项目目标 57

项目分析 57

相关知识 58

一、电气图的相关知识 58

二、电气控制电路分析的内容 60

三、机床电气故障排除的方法 61

实施步骤 64

一、C650型普通车床主要结构 64

二、运动形式与控制要求 65

三、C650卧式车床电气控制线路

的特点 65

四、电路分析 65

五、C650卧式车床电气控制线路

常见故障诊断 68

思考题与习题 70

第2单元 S7-200 PLC硬件结构与软件

资源分析 72

项目2.1 S7-200 PLC硬件结构分析 73

项目目标 73

项目分析 73

相关知识 73

一、PLC的分类 73

二、S7-200 PLC硬件结构 75

三、S7-200 PLC的接线方法 78

四、S7-200 PLC的扩展 80

五、S7-200 PLC的工作原理 82

实施步骤 84

一、熟悉S7-200 PLC的硬件

结构 84

二、查阅资料 86

知识扩展 86

项目2.2 S7-200 PLC软件资源分析 87

项目目标 87

项目分析 87

相关知识 87

一、PLC的软元件 87

二、PLC的数据存储 92

三、PLC的寻址方式 93

四、S7-200 PLC的编程语言 94

五、S7-200 PLC的程序结构 97

实施步骤 97

思考题与习题 98

第3单元 简单PLC控制系统的分析与设计

99

项目3.1 PLC改造启、保、停控制电路 99

项目目标 99

项目分析 99

相关知识 100

一、基本位操作指令 100

二、置位/复位指令 101

三、S7-200 PLC程序开发环境 102

四、S7-200 PLC仿真软件 104

五、PLC控制系统设计流程 107

实施步骤 108

知识扩展 111

项目3.2 PLC改造C650车床控制电路 113

项目目标 113

项目分析 113

相关知识 113

一、块操作指令 113

二、堆栈指令 114

三、定时器指令 116

四、定时器的刷新方式与正确

使用方法 118

五、定时器指令典型应用——闪

烁电路 119

实施步骤 120

知识扩展 123

项目3.3 数控机床润滑系统PLC控制

分析 127

项目目标 127

项目分析 127

相关知识 128

一、边沿触发指令 128

二、比较指令 129

三、计数器指令 129

四、子程序 132

五、梯形图编程的基本规则 133

实施步骤 135

知识扩展 137

项目3.4 模拟钻加工PLC控制分析 139

项目目标 139

项目分析 139

相关知识 139

一、功能图 139

二、顺序控制指令 140

三、顺序功能图的形式 142

实施步骤 144

思考题与习题 148

第4单元 典型工业控制系统分析 152

项目4.1 机械手控制系统分析 152

项目目标 152

项目分析 152

相关知识 153

一、数据传送指令 153

二、移位指令 156

实施步骤 159

知识扩展 162

一、字节交换指令 162

二、填充指令 162

项目4.2 冷藏保鲜柜控制系统分析 163

项目目标 163

项目分析 163

相关知识 164

一、算术运算指令 164

二、转换指令 167

实施步骤 172

知识扩展 177

项目4.3 PLC改造普通刨床控制系统的

分析 180

项目目标 180

项目分析 181

相关知识 181

一、中断 181

二、高速计数器 185

三、高速脉冲输出 190

实施步骤 196

知识扩展 204

思考题与习题 207

第5单元 PLC通信设计与连接 209

项目5.1 认识S7-200通信部件 209

项目目标 209

项目分析 209

相关知识 210

一、常见的基本概念及术语 210

二、传输介质 211

三、串行通信接口标准 212

实施步骤 214

项目5.2 PLC与计算机的编程通信连接

与设置 217

项目目标 217

项目分析 217

相关知识 218

一、局域网的拓扑结构 218

二、S7-200 PLC的通信 219

实施步骤 220

项目5.3 PLC与PLC之间的PPI通信 223

项目目标 223

项目分析 223

相关知识 224

一、PPI通信协议 224

二、PPI通信网络配置举例 224

三、网络读和网络写指令 226

实施步骤 229

项目5.4 PLC与PLC之间的自由口通信

231

项目目标 231

项目分析 231

相关知识 232

一、自由口通信基本概念 232

二、自由口通信初始化与控制

字节 232

三、相关特殊存储器字节 232

四、自由口发送/接收指令 233

实施步骤 236

思考题与习题 239

附录A 部分常用电气图形符号新旧对照表

240

附录B 斯沃电气项目仿真使用方法 243

附录C S7-200 PLC的主要技术规格 246

附录D S7-200 PLC扩展模块的技术规格

248

参考文献 2492100433B

本书从高职高专最新教学改革出发，根据当前社会对机电类人才技能结构的需求，结合编者多年的教学和工程实践经验编写而成，全面体现工学结合、教学做合一的理念。全书共分为5个单元，每个单元均由几个具体项目组成。本书以国内目前使用最普遍的异步电动机和S7-200 PLC为主要对象，详细介绍异步电动机拖动电路、普通机床电气控制、PLC硬件装置、PLC基本逻辑控制、顺序控制、功能控制、通信连接以及一些工业典型应用等。本书适合作为高职高专院校、成人高校、民办高校及本科院校举办的二级职业技术学院机械制造与自动化、数控技术、数控设备应用与维护、机电一体化技术、机电设备维修与管理等专业的教学用书，也可作为机电、电气等行业从业人员的参考书及培训用书。

《电气控制与PLC应用技术 第3版》共分为10章，主要内容包括常用低压电器、电气控制电路的基本控制环节、机床电气控制系统、可编程序控制器（PLC）的基本组成、工作原理、逻辑元件、指令系统、编程方法、应用设计技术、编程器和编程软件的使用等知识。 《电气控制与PLC应用技术 第3版》尽可能做到语言简捷、通俗易懂、内容丰富、实用性强、理论联系实际，除了介绍传统的控制技术以外，还详细叙述了可编程序控制器的应用技术，并通过一些实例介绍了PLC的设计方法和技巧。《电气控制与PLC应用技术 第3版》大部分章节都配有相关技能训练项目，以突出实践技能和应用能力的培养。 《电气控制与PLC应用技术 第3版》可作为高职高专院校电气自动化、楼宇自动化、机电一体化、机械设计与制造、数控机床及其相关专业的教材用书，也可作为电气技术人员的参考书和培训教材。

第1章 认识西门子S7-200 PLC 1

1.1 认识西门子PLC的硬件 1

实例1：单输入/单输出控制 1

1.1.1 S7-200 PLC的主机模块 1

1.1.2 S7-200系列PLC的I/O接线 3

1.2 认识西门子PLC的程序

开发过程 4

实例2：电动机的启停控制 4

1.2.1 PLC的程序开发环境 5

1.2.2 电动机启停控制程序的开发 10

1.3 理解西门子PLC的工作原理 13

实例3：加电输出禁止程序 13

1.3.1 PLC的工作原理 14

1.3.2 用户程序的执行过程 18

思考题 19

第2章 PLC的指令系统 20

2.1 S7-200 PLC的基本指令 22

2.1.1 位操作类指令 22

实例4：位的设置 23

实例5：电动机优先控制 26

实例6：置位/复位指令实现

电动机的启停控制 27

实例7：输入信号的边沿检测 29

2.1.2 定时器和计数器指令 30

实例8：定时器延迟控制 34

2.1.3 比较操作指令 40

实例9：数据的比较 40

实例10：水位、水温控制 41

2.1.4 移位操作指令 42

实例11：跑马灯的实现 44

实例12：应用寄存器移位 46

2.1.5 程序控制指令 47

实例13：PLC故障控制 48

实例14：子程序的调用 51

实例15：自动/手动切换控制 52

实例16：设备的初始化控制 53

2.2 S7-200 PLC的功能指令 53

2.2.1 数据传送指令 54

2.2.2 数学运算指令 56

实例17：用除法实现数据的分离 58

实例18：按比例放大模拟值 58

实例19：求解75°的正弦值 61

2.2.3 逻辑运算指令 62

实例20：利用逻辑运算指令实现

数据分离 63

2.2.4 表功能指令 64

实例21：表中取数 66

2.2.5 数据转换指令 66

实例22：BCD码与整数之间的

转换 68

实例23：双整数与实数之间的

转换 69

实例24：英寸转换为厘米 70

实例25：ASCII码与十六进制数

之间的转换 72

2.2.6 中断指令 74

实例26：处理输入/输出中断程序 78

实例27：处理定时中断程序 79

实例28：模拟量的定时采集 81

2.2.7 时钟指令 82

实例29：设定CPU时钟 83

2.2.8 高速处理类指令 84

实例30：高速计数器指令的应用 89

实例31：高速脉冲输出指令的

应用 94

思考题 94

第3章 PLC系统的基本控制编程 97

3.1 S7-200 PLC程序组成 97

3.1.1 PLC程序的组成 97

3.1.2 PLC程序的结构 98

3.2 编程规则与技巧 99

3.2.1 继电器线路可使用、梯形图不能

（不宜）使用的情况 99

3.2.2 梯形图能使用、继电器线路不能

实现的情况 101

3.2.3 梯形图程序的优化 101

3.3 基本控制程序 105

3.3.1 恒“1”与恒“0”信号控制

程序 105

实例32：恒“1”与恒“0”信号

控制 105

3.3.2 自保持信号控制程序 106

实例33：自保持信号控制 106

3.3.3 互锁、连锁控制 107

实例34：互锁、连锁控制 107

3.3.4 时间控制 108

实例35：瞬时接通/延时断开

控制 109

实例36：延时接通/延时断开

控制 110

实例37：多个定时器组合实现

长延时控制 111

实例38：定时器和计数器组合

实现长延时控制 112

实例39：计数器串联组合实现

时钟控制 112

3.3.5 脉冲触发控制 113

实例40：用微分操作指令实现

脉冲触发 113

实例41：用定时器实现周期脉冲

触发控制 114

实例42：用定时器实现脉宽可控的

脉冲触发控制 115

3.3.6 分频控制 116

实例43：二分频控制 116

3.3.7 报警控制 117

实例44：单故障报警控制 118

实例45：多故障报警控制 119

3.3.8 计数控制 120

实例46：扫描计数控制 120

实例47：6位数计数控制 121

3.3.9 顺序控制 123

实例48：用定时器实现顺序

控制 123

实例49：用计数器实现顺序

控制 124

实例50：用移位指令实现顺序

控制 125

3.3.10 循环控制 127

实例51：彩灯闪亮循环控制 127

3.3.11 多地点控制 128

实例52：三地控制一盏灯 129

3.3.12 高速计数器控制 131

实例53：高速计数器模拟控制 132

实例54：高速计数器测速控制 134

3.4 简易梯形图程序设计 136

实例55：电动机正、反转控制 137

实例56：车间排风系统状态

监控 139

实例57：物流检测控制 142

实例58：电动机 —△减压启动

控制 144

实例59：三相异步电动机串电阻

启动控制 146

实例60：音乐演奏程序 149

思考题 158

第4章 PLC扩展系统 159

4.1 S7-200 PLC的系统配置 159

4.2 数字量扩展模块 159

4.3 模拟量扩展模块 161

4.3.1 模拟量输入模块EM231 161

4.3.2 热电偶、热电阻扩展模块

EM231 163

4.3.3 模拟量输出模块EM232 164

实例61：CPU扩展EM231进行模拟

量输入信号测量 165

实例62：CPU扩展EM235实现

温度控制 167

4.4 位控模块 170

4.4.1 位控模块EM253的

硬件特性 170

4.4.2 位控模块EM253的配置 172

4.4.3 位控模块EM253的

子程序 180

实例63：EM253实现简单相对

运动 181

实例64：EM253实现典型的运动

控制 183

4.5 西门子S7-200 PLC的I/O

分配 186

4.5.1 地址分配方式 186

4.5.2 S7-200 PLC的地址分配方式与

特点 187

实例65：扩展模块的I/O编址

分配 187

4.6 PID算法原理及指令介绍 189

4.6.1 PID算法介绍 189

4.6.2 PID回路指令 191

4.6.3 PID回路指令输入/输出变量

数值转换 192

实例66：水储罐恒压控制 193

思考题 195

第5章 顺序功能图 197

5.1 基本概念 197

5.2 结构形式 200

5.3 顺序功能图的编程方法及

梯形图表示 202

5.3.1 使用通用逻辑指令的方法 202

实例67：冲床动力头进给运动

控制 202

实例68：自动门控制系统 204

实例69：专用钻床部分控制

程序 206

5.3.2 使用置位、复位（S、R）指令的

方法 207

5.3.3 使用SCR指令的方法 208

思考题 212

第6章 PLC控制系统应用 214

6.1 PLC控制系统设计的基本

原则与步骤 214

6.1.1 PLC控制系统设计的基本

原则 214

6.1.2 PLC控制系统设计的一般

步骤和内容 215

6.2 PLC系统控制程序设计

方法 216

6.2.1 经验设计法 216

实例70：PLC控制送料小车的

经验设计 217

6.2.2 逻辑设计法 219

实例71：通风系统运行状态

监控 221

实例72：电动机交替运行控制 225

6.2.3 移植设计法 227

实例73：某三速异步电动机的继电器

控制移植设计为PLC控制

系统 229

6.2.4 顺序功能图设计法 232

6.3 PLC控制系统应用设计 232

实例74：交通灯控制 233

实例75：X62W型万能铣床移植

为PLC控制 236

实例76：工业机械手的PLC

控制 243

实例77：“U”形板折板机的PLC

控制 249

实例78：某直升机起落架撑杆作动筒

检测系统控制 257

实例79：某型导弹测试架控制 265

实例80：电梯控制系统 271

思考题 281

第7章 PLC系统通信 283

7.1 S7-200 PLC通信部件

介绍 283

7.1.1 通信端口 283

7.1.2 PC/PPI电缆 283

7.1.3 网络连接器 285

7.1.4 网络中继器 286

7.1.5 EM277 PROFIBUS-DP

模块 286

7.1.6 CP 243-1和CP 243-1 IT

模块 287

7.2 S7-200 PLC的通信协议及

指令 287

7.2.1 PPI协议 287

7.2.2 MPI协议 288

7.2.3 自由口通信协议 288

7.2.4 PROFIBUS协议 288

7.2.5 TCP/IP协议 289

7.2.6 通信指令 289

实例81：检测XMT指令对数据的

发送 291

7.3 PPI通信实例 293

实例82：两台S7-200实现PPI

通信 293

实例83：多台S7-200PLC实现PPI

通信 297

7.4 MPI通信实例 300

实例84：全局数据包通信方式 300

实例85：无组态连接通信方式 305

7.5 PROFIBUS-DP通信实例 309

实例86：以EM277为接口的S7-200与

PROFIBUS-DP的连接 310

7.6 工业以太网通信实例 312

实例87：S7-200为服务器、S7-400为

客户机的以太网通信 313

实例88：S7-200为客户机、S7-300为

服务器的以太网通信 318

7.7 自由口通信实例 323

实例89：利用S7-200的自由通信口

收发数据 324

实例90：利用S7-200的自由通信口

发送数据 325

实例91：利用S7-200的自由通信口

接收数据 330

实例92：利用S7-200的自由通信口

控制调制解调器 333

实例93：利用S7-200的自由通信口

发送实时信息 336

思考题 340

第8章 PLC与人机界面 341

8.1 西门子人机界面（HMI）

概述 341

8.1.1 人机界面的硬件装置 341

8.1.2 人机界面的组态软件 343

8.2 WinCC flexible组态软件的

使用 345

实例94：WinCC flexible组态

项目的创建 345

8.3 操作元件的组态 350

实例95：按钮的生成与组态 350

实例96：开关的生成和组态 352

实例97：滚动条的组态 354

8.4 显示元件的组态 356

实例98：指示灯的组态 356

实例99：日期时间显示的组态 358

实例100：I/O域的组态 359

思考题 360

第9章 物料混合控制系统 361

9.1 物料混合控制系统简介 361

9.1.1 系统工艺过程概述 361

9.1.2 PLC系统选型 361

9.1.3 触摸屏选型 362

9.1.4 PLC与触摸屏的连接 363

9.2 PLC程序设计 363

9.3 触摸屏画面设计 366

思考题 369

《西门子S7-200/300/400PLC基础与应用技术》主要介绍西门子S7-200/300/400 PLC的基础知识与应用技术。介绍了西门子PLC的软硬件组成、模块和编程指令。在IEC61131-3指令系统框架下，将西门子S7-200/300/400指令系统进行了统一，大部分指令的用法都结合了常用的典型应用实例。《西门子S7-200/300/400PLC基础与应用技术》还介绍了S7-200步控指令和S7-300/400的GRAPH的使用，通过实例介绍了程序编写的一般结构和方法，这些实例具有很强的应用价值。除了介绍西门子PLC的基础知识之外，《西门子S7-200/300/400PLC基础与应用技术》还包括步进电动机控制、混料罐的WinCC监控、变频器控制和西门子通信技术基础等实用性强的内容。