电气控制与PLC应用是高等院校电气类专业最重要的专业基础课程之一。该课程整合了过去工厂电气控制技术和可编程控制器原理及应用两门课程的内容，着眼于培养学生的分析能力和设计能力，充分体现了课程大纲和培养目标。《电气控制与PLC应用（微课版）》共分为9章，第1、2章讲述常用低压电器和基于继电器接触器控制的典型线路。第3章介绍可编程控制及其工作原理。第4、5章介绍了西门子S7-1200系列PLC的基础知识、指令系统及其应用。第6～8章属于PLC应用的提升部分，分别讲述了模拟量控制及PID控制、高速脉冲处理及伺服电机运动控制、PLC通信及应用；第9章讲述电气控制与PLC系统的一般分析和设计方法。 《电气控制与PLC应用（微课版）》是一种工程性较强的应用类教材，可作为高等院校电气工程及其自动化、工业自动化、机电一体化等相关专业的教材，也可供相关技术人员作为参考
《电气控制与PLC应用（微课版）》兼顾教学和工程应用，介绍了常用低压电器、继电器接触器控制线路、可编程控制器原理及应用，系统阐述了电气控制及PLC控制系统的分析和设计方法。
《电气控制与PLC应用（微课版）》以西门子主流新产品S7-1200 PLC为对象讲述PLC原理、组成、资源、指令及应用，以大量工程实例为载体，理论结合实际，实例结构完整、短小精悍、图文并茂，以图为主，实例讲述中渗透了分析和设计理念，潜移默化中使学生掌握电气控制系统分析和设计方法。从全书内容、结构和形式上看，《电气控制与PLC应用（微课版）》是理论教材、PLC系统手册和实验教材的结合体。
电气控制与PLC应用是高等院校电气类专业最重要的专业基础课程之一。在新工科背景和工程专业认证OBE(成果导向教育)理念的指导下，一些课程正在不同程度地整合和改革，本课程整合了过去工厂电气控制技术和可编程控制器原理及应用两门课程的内容，着眼于以培养学生的分析能力和设计能力为主要目的，充分体现了课程大纲和培养目标。结合我国的电气控制技术的现状和发展方向，本课程在内容上弱化甚至剔除了已经或即将被淘汰的技术，而强化了目前或将来主流的控制技术，如基于PLC的软启动器、变频器和伺服电机控制以及PID控制、通信与网络等。
本书以西门子主流新产品S7-1200 PLC为对象讲述PLC的原理、组成、资源、指令及应用。以大量工程实例为载体，理论结合实际，实例结构完整、短小精悍、图文并茂，以图为主，实例讲述中渗透了分析和设计理念，潜移默化中使学生掌握电气控制系统分析和设计方法。从全书内容、结构和形式上看，本书是理论教材、PLC系统手册和实验教材的结合体。
本书共分为9章，第1、2章为继电器接触器控制技术部分，该部分以交流电动机为被控对象，讲述常用低压电器和典型控制线路；第3～5章为可编程控制器基础部分，讲述可编程控制及其工作原理、西门子S7-1200系列PLC的硬件和软件基础、指令系统及其应用；第6～8章为PLC应用的提升部分，分别讲述基于PLC控制系统的模拟量控制及PID控制技术、高速脉冲处理及伺服电机运动控制技术、通信及网络控制技术；第9章为电气控制系统分析和设计部分，讲述电气控制与PLC系统的一般分析方法和设计方法。
本书注重实际，强调应用，是一种工程性较强的应用类教材，可作为高等院校电气工程及其自动化、工业自动化、机电一体化等相关专业的教材，也可供相关技术人员作为参考资料使用，同时也可作为电气控制技术专业相关技术人员的自学用书。
本书第1章由吴延明、郭永吉编写，第2～5章由吴延明编写，第6～9章由刘仲民、吴延明编写，全书由吴延明统稿。在本书编写过程中，得到乔平原老师和兰州理工大学电气工程与信息工程学院电气工程系课程组全体老师的大力帮助，在此表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中难免存在疏漏和不妥之处，敬请广大读者批评指正。
编 者
吴延明，兰州理工大学教师，高级工程师，硕士，长期从事电气工程教学工作。主要研究方向为电气控制与PLC应用、电力电子与电气传动、现场总线、综合计算机控制系统的研究与开发。作为课题负责人或主要技术负责人，取得科研成果奖4项；在学术刊物发表论文4篇；取得国内领先的技术鉴定4项；发明专利3项。主持或参与完成铝锭连续铸造生产线、饮用水净化处理、矿井提升机自动控制系统、重离子治疗床研发等科研横向项目20多项。
绪论 1
第1章 常用低压电器 4
1.1 低压电器的基本知识 4
1.1.1 电器的定义和分类 4
1.1.2 电磁式低压电器的基本结构 5
1.1.3 电磁式低压电器的工作原理 9
1.2 低压控制电器 13
1.2.1 接触器 13
1.2.2 电磁式继电器 17
1.2.3 时间继电器 19
1.2.4 速度继电器 20
1.2.5 温度继电器、压力继电器和
液位继电器 21
1.2.6 固态继电器 23
1.3 低压保护电器 24
1.3.1 热继电器 24
1.3.2 熔断器 28
1.4 低压配电电器 32
1.4.1 刀开关 32
1.4.2 低压断路器 33
1.5 主令电器 36
1.5.1 控制按钮、选择开关 37
1.5.2 万能转换开关 38
1.5.3 行程开关 39
1.5.4 接近开关 39
1.5.5 光电开关 40
1.6 信号电器 41
1.7 执行电器 41
1.7.1 电动机 41
1.7.2 电磁执行电器 43
1.8 常用传感器 44
习题及思考题 48
第2章 电气控制线路基础 50
2.1 电气图纸及绘制原则 50
2.1.1 电气制图相关国标 50
2.1.2 电气原理图及绘制原则 52
2.1.3 电器布置图及绘制原则 56
2.1.4 电气接线图及绘制原则 57
2.2 三相异步电动机的基本控制线路 58
2.2.1 单向全压启动控制线路 58
2.2.2 正反转控制线路 63
2.2.3 点动连续控制线路 66
2.2.4 多地控制线路 67
2.2.5 顺序控制线路 67
2.2.6 自动循环控制线路 71
2.3 三相异步电动机降压启动控制线路 72
2.3.1 三相异步电动机启动控制
概述 72
2.3.2 星形-三角形(Y-△)降压启动
控制线路 73
2.3.3 自耦变压器降压启动控制 74
2.3.4 串电阻(电抗器)降压启动
控制线路 76
2.3.5 软启动器 76
2.4 三相异步电动机制动控制线路 80
2.4.1 反接制动控制线路 81
2.4.2 能耗制动控制线路 83
2.5 三相异步电动机调速控制线路 85
2.5.1 双速电机的变极调速 85
2.5.2 变频器与变频调速 88
习题及思考题 99
第3章 PLC及其工作原理 100
3.1 PLC概述 100
3.1.1 PLC的产生和定义 100
3.1.2 PLC的发展 102
3.1.3 PLC的应用 104
3.1.4 PLC的特点 105
3.1.5 PLC的分类 107
3.1.6 PLC知名品牌 109
3.2 PLC的硬件系统 109
3.2.1 PLC的硬件组成 109
3.2.2 CPU(中央处理器) 109
3.2.3 存储器 110
3.2.4 输入输出接口电路 111
3.2.5 电源、扩展接口、通信
接口 113
3.3 PLC的软件系统 114
3.3.1 PLC的软件系统构成 114
3.3.2 PLC的编程语言 115
3.3.3 用户程序结构 119
3.4 PLC的工作原理 120
3.4.1 PLC控制系统组成 120
3.4.2 PLC循环扫描的工作方式 121
3.4.3 扫描周期及中心内容 122
3.4.4 循环扫描工作方式的几点
说明 124
3.5 PLC与其他控制系统的区别 125
3.5.1 与继电器控制系统的区别 125
3.5.2 与IPC控制系统的区别 126
3.5.3 与单片机控制系统的区别 126
3.5.4 与DCS、FCS控制系统的
区别 126
习题及思考题 127
第4章 S7-1200 PLC基础 128
4.1 S7-1200 PLC概述 128
4.2 S7-1200 PLC的硬件系统 128
4.2.1 CPU模块 129
4.2.2 信号模块(SM) 134
4.2.3 信号板(SB) 136
4.2.4 通信模块(CM) 136
4.2.5 其他模块 136
4.2.6 系统扩展及功率预算 136
4.3 S7-1200 PLC的编程基础 138
4.3.1 S7-1200 PLC的存储区 138
4.3.2 S7-1200 PLC的寻址方式 141
4.3.3 S7-1200 PLC的数据类型 145
4.3.4 S7-1200 PLC的程序结构 156
习题及思考题 160
第5章 S7-1200 PLC指令系统 161
5.1 位逻辑指令 161
5.1.1 触点与线圈指令 161
5.1.2 置位和复位指令 169
5.1.3 置位优先和复位优先
触发器 170
5.1.4 上升沿和下降沿指令 172
5.2 定时器指令 177
5.2.1 定时器指令介绍 177
5.2.2 定时器运行解释 179
5.2.3 定时器应用实例 182
5.3 计数器指令 185
5.3.1 计数器指令介绍 185
5.3.2 计数器运行解释 186
5.3.3 计数器应用实例 188
5.4 比较运算指令 190
5.4.1 比较运算指令介绍 190
5.4.2 比较运算应用实例 191
5.5 数学函数指令 193
5.5.1 CALCULATE(计算)指令 194
5.5.2 四则运算指令 194
5.5.3 指数、对数及三角函数
指令 195
5.5.4 其他数学函数指令 196
5.5.5 数学函数指令应用实例 198
5.6 移动操作指令 199
5.6.1 MOVE(移动值)、MOVE_BLK
(移动块)、UMOVE_BLK(无
中断移动块)和MOVE_BLK_
VARIANT(移动块)指令 199
5.6.2 FILL_BLK(填充块)和UFILL_
BLK(无中断填充块)指令 200
5.6.3 SWAP(交换字节)指令 201
5.7 转换操作指令 202
5.7.1 CONV(转换值)指令 202
5.7.2 ROUND(取整)和 TRUNC
(截尾取整)指令 202
5.7.3 SCALE_X(标定)和 NORM_X
(标准化)指令 203
5.8 程序控制操作指令 205
5.8.1 JMP(RLO=1时跳转)、JMPN(RLO=0时跳转)和Label(跳转标签)指令 205
5.8.2 JMP_LIST(定义跳转列表)
指令 206
5.8.3 SWITCH(跳转分配器)指令 206
5.8.4 RET(返回)指令 207
5.9 字逻辑指令 207
5.9.1 AND、OR和XOR逻辑运算
指令 207
5.9.2 INV(求反码)指令 208
5.10 移位与循环移位指令 208
习题及思考题 210
第6章 PLC与过程控制 212
6.1 S7-1200模拟量控制 212
6.1.1 S7-1200模拟量输入、输出
单元 212
6.1.2 模拟量系统配置和简单控制
实现 217
6.2 S7-1200 PLC的模拟量PID控制 220
6.2.1 PLC模拟量的PID控制 220
6.2.2 PID控制参数整定 223
6.2.3 S7-1200 PLC的PID控制 224
6.3 PID控制案例：恒液位PID控制 228
习题及思考题 232
第7章 PLC与运动控制 233
7.1 交流伺服控制系统简介 233
7.1.1 交流伺服电机 233
7.1.2 交流伺服驱动器 239
7.1.3 交流伺服控制系统 243
7.2 S7-1200 PLC的运动控制功能 244
7.2.1 S7-1200高速脉冲输出 244
7.2.2 工艺对象轴 249
7.2.3 S7-1200运动控制指令 257
7.2.4 基于S7-1200 PLC的运动控制
实例 260
7.3 S7-1200 PLC的高速计数器 271
7.3.1 高速计数器 271
7.3.2 高速计数器应用实例 276
7.4 PWM和PTO脉冲输出 280
7.4.1 PWM/PTO指令 280
7.4.2 PWM/PTO控制应用实例 281
习题及思考题 284
第8章 PLC通信及应用 285
8.1 S7-1200 PLC通信概述 285
8.1.1 S7-1200 PLC通信接口与通信
模块 285
8.1.2 S7-1200 PLC通信选项 286
8.1.3 S7-1200 PLC通信典型应用 289
8.2 S7-1200 PLC以太网通信 291
8.2.1 以太网开放式用户通信 291
8.2.2 S7通信 302
8.3 S7-1200 PLC的串口通信 308
8.3.1 自由口协议通信 308
8.3.2 USS协议通信 312
8.4 S7-1200 PLC的Modbus通信 319
8.4.1 Modbus RTU和Modbus TCP
概述 320
8.4.2 S7-1200 PLC的Modbus
通信 325
8.4.3 S7-1200 PLC的Modbus通信
应用 329
习题及思考题 336
第9章 电气控制系统分析和设计 337
9.1 电气控制线路分析 337
9.1.1 电气控制线路分析基础 337
9.1.2 电气控制原理图分析示例 338
9.2 电气控制线路设计 340
9.2.1 电气控制线路设计基础 340
9.2.2 电气控制线路设计示例 344
9.3 PLC控制系统设计 347
9.3.1 PLC控制系统设计基础 347
9.3.2 PLC控制系统设计示例 350
附录A 项目种类的字母代码(文字
? 符号) 361
附录B 电气图形符号表 365
参考文献 370
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