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本書在介紹常用低壓電器及電氣控制線路設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，以西門子S7-1200 系列PLC 作為主線、TIA 博途軟件及STEP 7 編程系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，系統(tǒng)地介紹了PLC 的基礎(chǔ)理論、編程指令、通信網(wǎng)絡(luò)及工業(yè)應(yīng)用等知識(shí)。讀者通過本書可掌握現(xiàn)代電器基礎(chǔ)理論、PLC 控制技術(shù)等方面內(nèi)容，從而對(duì)現(xiàn)代電器及PLC控制技術(shù)的整體知識(shí)結(jié)構(gòu)形成快速、深入的了解。全書注重理論知識(shí)與工程實(shí)踐的結(jié)合，對(duì)工程中經(jīng)常用到的各類控制線路、PLC 指令、網(wǎng)絡(luò)通信方式，都配以經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的設(shè)計(jì)實(shí)例，且重點(diǎn)突出，層次分明，注重知識(shí)的系統(tǒng)性、先進(jìn)性和針對(duì)性，難度由淺入深，可供高等院校電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化等專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)參考，也可作為廣大工程技術(shù)人員培訓(xùn)和自學(xué)用書。

SIMATIC S7 系列可編程控制器（PLC）是西門子公司全集成自動(dòng)化系統(tǒng)中的控制核心，是產(chǎn)品集成性和開放性的重要體現(xiàn)。其以便捷的控制編程方式、穩(wěn)定的工作性能、較短的開發(fā)周期等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于石油化工、智慧農(nóng)業(yè)、運(yùn)動(dòng)控制及過程控制等各個(gè)領(lǐng)域。而作為PLC 控制的理論基礎(chǔ)，常用低壓電器及電氣控制線路又是所有初學(xué)者必須掌握的核心內(nèi)容。因此，各類高等院校極其重視現(xiàn)代電器及PLC 控制技術(shù)的理論知識(shí)培養(yǎng)及實(shí)踐能力培訓(xùn)。
然而，現(xiàn)代電器技術(shù)、PLC 控制技術(shù)的發(fā)展日新月異，要把握這一領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢，不僅需要掌握傳統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，還要緊跟時(shí)代潮流，瞄準(zhǔn)最新的理論、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)。例如：近年來，有關(guān)電氣圖形符號(hào)和文字符號(hào)的國家標(biāo)準(zhǔn)變化比較大，而在繪制電氣線路圖時(shí)，電器元件的圖形符號(hào)和文字符號(hào)又必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，不能采用舊符號(hào)和任何非標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)；在PLC 控制領(lǐng)域，即使是占市場主導(dǎo)地位之一的SIMATIC S7 系列本身，也經(jīng)歷了從S7-200 到S7-300/400、再到S7-1200/1500 等一系列技術(shù)的更新和提升，需要不斷了解最新型號(hào)PLC 的功能和特點(diǎn)，才能掌握最前沿的控制技術(shù)。
為全面貫徹黨的二十大精神，本書結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展及人才培養(yǎng)的需求，參照國家最新標(biāo)準(zhǔn)介紹常用低壓電器及電氣控制線路設(shè)計(jì)方法，以西門子S7-1200 系列PLC 作為主線，以TIA 博途（TIA Protal）軟件及STEP 7 編程系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，系統(tǒng)地介紹了PLC 的基礎(chǔ)理論、編程指令、通信網(wǎng)絡(luò)及工業(yè)應(yīng)用等知識(shí)。即使是初學(xué)者閱讀本書，亦可較為快速地同時(shí)掌握傳統(tǒng)理論知識(shí)及最新前沿技術(shù)兩方面內(nèi)容，從而對(duì)現(xiàn)代電器及PLC 控制技術(shù)的整體知識(shí)結(jié)構(gòu)形成比較深入的了解。全書非常注重理論知識(shí)與工程實(shí)踐的結(jié)合，力圖對(duì)工程中經(jīng)常用到的每一條控制線路、每一條PLC 指令、每一種網(wǎng)絡(luò)通信方式，都配以經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的設(shè)計(jì)實(shí)例，使讀者在實(shí)踐中加深對(duì)相關(guān)理論及方法的認(rèn)識(shí)，提高PLC 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。書中的實(shí)例、電子課件及習(xí)題參考答案，均可提供給讀者參考。習(xí)題參考答案讀者可掃描每章末的二維碼獲取，電子課件及實(shí)例可登錄www.cipedu.com.cn 注冊(cè)后下載使用。
本書由賈超主編，史濤、于航、康軍、趙巖老師參編。其中，第1、2 章由史濤編寫，分別介紹了常用低壓電器的基本原理、應(yīng)用方法，常用電氣控制線路的設(shè)計(jì)及繪制原則；第3～5 章由于航編寫，分別介紹了可編程控制器基礎(chǔ)、西門子S7-1200 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)與功能及程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，對(duì)PLC 的基本組成、基本功能、調(diào)試方法、組態(tài)配置、選型問題、編程語言及數(shù)據(jù)類型做了詳細(xì)的說明；第6 章由康軍、趙巖編寫，詳細(xì)介紹了S7-1200 PLC 的編程語言與指令系統(tǒng)，并以工程實(shí)例為基礎(chǔ)進(jìn)行詳細(xì)分析；第7、8 章由賈超編寫，分別介紹了S7-1200 PLC 的用戶程序結(jié)構(gòu)與通信網(wǎng)絡(luò)；第9 章由康軍、趙巖編寫，通過基于S7-1200 PLC 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例分析，給出了智慧農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)方法。
本書重點(diǎn)突出，層次分明，注重知識(shí)的系統(tǒng)性、先進(jìn)性和針對(duì)性，注重理論與實(shí)際相結(jié)合，培養(yǎng)工程應(yīng)用能力，難度由淺入深，可供高等院校電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化等專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)參考，也可作為廣大工程技術(shù)人員培訓(xùn)和自學(xué)用書。
本書在籌備時(shí)期，特別得到了董恩增教授的大力支持；在撰寫和出版過程中，亦得到了谷海青老師的持續(xù)關(guān)注和幫助；特別地，本書的成稿及出版還得到了化學(xué)工業(yè)出版社編輯的悉心指導(dǎo)及作者所在單位的領(lǐng)導(dǎo)和同仁的全力支持與幫助；此外，研究生上官鉉岳、宋子健、劉曉華、王泓錕、邵志亮等同學(xué)，為書中的相關(guān)實(shí)例做了大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作，且為本書的前期撰寫工作提供了大力的支持，在此向他們表示衷心的感謝！
最后，本書的出版還得到了科特迪瓦魯班工坊建設(shè)項(xiàng)目的大力支持，在此一并表示感謝。本書亦可作為魯班工坊培訓(xùn)項(xiàng)目的重要參考用書。
由于作者水平有限，不妥之處在所難免，希望廣大讀者批評(píng)指正！

編者
2023年1月

無

第1章 常用低壓電器
1.1 概述 001
1.1.1 電器 001
1.1.2 電氣 002
1.2 接觸器 003
1.2.1 接觸器的結(jié)構(gòu) 003
1.2.2 接觸器的工作原理 004
1.2.3 接觸器符號(hào) 004
1.2.4 接觸器的主要參數(shù) 004
1.2.5 接觸器的選擇 005
1.2.6 接觸器型號(hào)含義 005
1.3 繼電器 006
1.3.1 電磁式繼電器 006
1.3.2 時(shí)間繼電器 007
1.3.3 熱繼電器 008
1.3.4 速度繼電器 010
1.4 低壓斷路器和刀開關(guān) 010
1.4.1 低壓斷路器結(jié)構(gòu)及工作原理 011
1.4.2 低壓斷路器的參數(shù) 012
1.4.3 低壓斷路器的選用 012
1.4.4 低壓斷路器典型產(chǎn)品 012
1.5 熔斷器 013
1.5.1 熔斷器的保護(hù)特性和技術(shù)參數(shù) 013
1.5.2 熔斷器的型號(hào)與電氣符號(hào) 014
1.5.3 熔斷器的類型 015
1.5.4 熔斷器的選擇 015
1.6 主令電器 016
1.6.1 控制按鈕 016
1.6.2 行程開關(guān) 017
1.6.3 接近開關(guān) 017
1.6.4 光電開關(guān) 018
1.6.5 轉(zhuǎn)換開關(guān) 019
習(xí)題 020

第2章 常用電氣控制線路
2.1 電氣控制線路的繪制 022
2.1.1 常用電氣圖形符號(hào)和文字符號(hào) 022
2.1.2 電氣控制線路的繪制原則 034
2.1.3 閱讀和分析電氣控制線路圖的方法 034
2.2 三相異步電動(dòng)機(jī)典型啟動(dòng)控制線路 037
2.2.1 啟保停控制線路 038
2.2.2 電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制線路和多地控制線路 039
2.2.3 電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制線路 039
2.2.4 順序啟停控制線路 042
2.2.5 自動(dòng)往復(fù)控制線路 042
2.3 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)降壓啟動(dòng)控制線路 043
2.4 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制線路 045
2.5 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 046
2.5.1 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 046
2.5.2 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 046
2.5.3 邏輯設(shè)計(jì)法 047
2.5.4 電氣控制設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題 048
習(xí)題 049

第3章 可編程控制器基礎(chǔ)
3.1 PLC 的基礎(chǔ)知識(shí).050
3.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生 050
3.1.2 PLC 簡稱的來歷 051
3.1.3 可編程控制器的定義 051
3.2 PLC 的特點(diǎn)及技術(shù)性能指標(biāo) 051
3.2.1 PLC 的分類 051
3.2.2 PLC 的主要功能 052
3.2.3 PLC 與單片機(jī)、計(jì)算機(jī)的比較 052
3.3 可編程控制器的組成 053
3.4 可編程控制器的工作原理 055
3.4.1 PLC 如何代替繼電器-接觸器控制系統(tǒng) 055
3.4.2 可編程控制器的工作過程 056
習(xí)題 058

第4章 西門子S7-1200 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)與功能
4.1 西門子S7-1200 PLC 的CPU 059
4.1.1 PLC 的開關(guān)量輸入/輸出（I/O）接口 061
4.1.2 輸入設(shè)備輸入信號(hào)的舉例 063
4.1.3 PLC 與外部設(shè)備的接線 065
4.1.4 西門子S7-1200 CPU 的外部接線圖 066
4.2 西門子S7-1200 PLC 的信號(hào)模塊、信號(hào)板. 068
4.2.1 信號(hào)板 068
4.2.2 數(shù)字量I/O 模塊 069
4.2.3 模擬量I/O 模塊 070
4.3 集成的通信接口與通信模塊 072
4.3.1 集成的PROFINET接口 072
4.3.2 通信模塊 073
習(xí)題 074

第5章 S7-1200 PLC 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
5.1 TIA 博途使用入門與硬件組態(tài) 075
5.1.1 西門子TIA Portal 軟件介紹 075
5.1.2 項(xiàng)目視圖的結(jié)構(gòu) 076
5.1.3 創(chuàng)建項(xiàng)目與硬件組態(tài)的方法 077
5.1.4 CPU 模塊的參數(shù)設(shè)置 078
5.1.5 信號(hào)模塊與信號(hào)板的參數(shù)設(shè)置 080
5.2 S7-1200 PLC 編程語言簡介 083
5.2.1 編程語言的種類和特征 083
5.2.2 梯形圖語言 084
5.3 S7-1200 PLC 的CPU 存儲(chǔ)區(qū) 085
5.3.1 物理存儲(chǔ)器 085
5.3.2 系統(tǒng)存儲(chǔ)器 086
5.4 編寫用戶程序與變量表的使用 088
5.4.1 使用變量表 088
5.4.2 編寫用戶程序 090
5.5 用戶程序的下載與仿真 091
5.5.1 下載用戶程序 091
5.5.2 用戶程序的仿真調(diào)試 093
習(xí)題 095

第6章 S7-1200 PLC 的編程語言與指令系統(tǒng)
6.1 位邏輯指令 096
6.1.1 觸點(diǎn)指令 096
6.1.2 輸出類指令 098
6.1.3 其他位邏輯指令 101
6.2 定時(shí)器與計(jì)數(shù)器指令 105
6.2.1 定時(shí)器指令 105
6.2.2 計(jì)數(shù)器指令 111
6.3 數(shù)據(jù)處理指令 113
6.3.1 比較指令 113
6.3.2 移動(dòng)指令 117
6.3.3 轉(zhuǎn)換指令 120
6.4 數(shù)學(xué)運(yùn)算指令 123
6.4.1 數(shù)學(xué)函數(shù)指令 123
6.4.2 移位和循環(huán)指令 132
6.5 其他指令 134
6.5.1 字邏輯運(yùn)算指令 134
6.5.2 程序控制指令 138
習(xí)題 141

第7章 S7-1200 PLC 的用戶程序結(jié)構(gòu)
7.1 用戶程序結(jié)構(gòu)簡介 143
7.2 函數(shù)與函數(shù)塊 145
7.2.1 函數(shù)的創(chuàng)建與調(diào)用 145
7.2.2 函數(shù)塊的創(chuàng)建與調(diào)用 148
7.2.3 函數(shù)與函數(shù)塊的區(qū)別 151
7.2.4 函數(shù)塊的多重背景 153
7.3 數(shù)據(jù)類型與間接尋址 156
7.3.1 S7-1200 PLC 的存儲(chǔ)器 156
7.3.2 S7-1200 PLC 的數(shù)據(jù)類型 157
7.3.3 S7-1200 PLC 的間接尋址 160
7.4 組織塊與中斷 163
7.4.1 事件與組織塊 163
7.4.2 程序循環(huán)組織塊 164
7.4.3 啟動(dòng)組織塊 166
7.4.4 循環(huán)中斷組織塊 167
7.4.5 時(shí)間中斷組織塊 168
7.4.6 硬件中斷組織塊 171
7.4.7 中斷連接與中斷分離 172
7.4.8 延時(shí)中斷組織塊 173
7.5 交叉引用與程序信息 175
7.5.1 交叉引用表 175
7.5.2 分配列表 178
7.5.3 調(diào)用結(jié)構(gòu) 179
7.5.4 從屬性結(jié)構(gòu) 180
7.5.5 資源 181
習(xí)題 181

第8章 基于S7-1200 PLC 的通信網(wǎng)絡(luò)
8.1 網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ) 183
8.1.1 通信方式 183
8.1.2 計(jì)算機(jī)通信的國際標(biāo)準(zhǔn) 185
8.1.3 以太網(wǎng)通信 186
8.1.4 PROFINET 186
8.1.5 PROFIBUS 187
8.2 基于以太網(wǎng)的開放式用戶通信 188
8.2.1 S7-1200 PLC 之間的TCP 通信 188
8.2.2 S7-1200 PLC 之間的ISO-on-TCP 通信 194
8.2.3 S7-1200 PLC 之間的UDP 通信 194
8.2.4 S7-1200 PLC 與S7-200SMART 之間的UDP 通信 198
8.2.5 三臺(tái)S7-1200 PLC 之間的UDP 通信 203
8.3 基于以太網(wǎng)的S7 通信 204
8.3.1 S7-1200 PLC 與S7-200SMART 之間的S7 通信 204
8.3.2 S7-1200 PLC 之間的S7 通信 210
8.4 MODBUS RTU 通信 214
8.4.1 S7-1200 PLC 與溫度模塊進(jìn)行MODBUS RTU 通信 214
8.4.2 S7-1200 PLC 與變頻器進(jìn)行MODBUS RTU 通信 219
8.5 通信故障診斷 222
8.5.1 與故障診斷有關(guān)的中斷組織塊 222
8.5.2 使用LED 診斷故障 224
8.5.3 STEP 7 故障診斷 225
8.5.4 UDP 通信故障診斷 225
8.5.5 MODBUS RTU 溫度計(jì)故障排查 228
8.5.6 MODBUS RTU 變頻器故障排查 230
習(xí)題 232

第9章 基于S7-1200 PLC 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例
9.1 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)介紹 233
9.2 空氣溫濕度檢測實(shí)驗(yàn) 234
9.3 空氣溫度報(bào)警實(shí)驗(yàn) 237
9.4 渦輪流量計(jì)流量采集實(shí)驗(yàn) 238
9.5 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)緊急停止實(shí)驗(yàn) 242
9.6 定時(shí)灌溉實(shí)驗(yàn) 243
9.7 定量灌溉實(shí)驗(yàn) 245
9.8 定時(shí)定量切換灌溉實(shí)驗(yàn) 246
9.9 智能灌溉實(shí)驗(yàn) 249
9.10 附錄 252
9.10.1 空氣溫濕度傳感器說明書 252
9.10.2 土壤溫度水分傳感器說明書 253
9.10.3 液體渦輪流量計(jì)說明書 256
9.10.4 電磁閥使用說明書 257
習(xí)題 258

參考文獻(xiàn)