电气控制与可编程序控制器（张培志 ）（第三版）

本书是根据高等院校电气工程及其自动化、机械工程和自动化等专业的“电气控制及可编程序控制器”课程的教学大纲，并充分考虑到PLC的实际应用和发展情况而编写的。本书特别适合机械类专业和电气类专业开设“电气控制及可编程序控制器”“电气控制与PLC”“可编程序控制器”“机床电气控制”“电力拖动与控制”“机械电气与控制”等课程使用。
本书编写的指导思想是理论结合实际，突出学生工程应用能力的训练和培养，便于组织教学和实践。内容安排上每篇之间既相互联系，又相互独立，以利于分别开设“电气控制技术”及“可编程序控制器”两门课程的院校选用。本书在教学使用过程中，可根据专业、课时的多少进行删减。
全书共分两篇。第1篇为电气控制技术，共5章，分别是常用低压电器，基本电气控制线路，电动机的调速控制，典型生产机械设备电气控制线路，电气控制线路的设计。第2篇为可编程序控制器(PLC)，共8章，分别是可编程序控制器的工作原理及组成，三菱FX系列可编程序控制器，FX系列PLC步进顺控指令及其应用，FX系列PLC应用指令及其应用，FX系列PLC模拟量模块及其应用，FX系列PLC的通信，PLC控制系统设计，西门子S7-1200系列PLC基础。
为全面贯彻党的二十大精神，结合产业发展及培养一流人才的需求，本书在再版过程中，根据需要对以下内容进行了适当修订。
(1)增加电气控制线路仿真软件介绍，方便学生课后验证线下课堂内容，有利于学生理解、消化课堂上的理论知识。
(2)增加可编程序控制器仿真软件介绍，方便学生课后练习基本的梯形图编程、SFC编程、应用指令编程，有利于提高学生的学习兴趣，消化课堂上的重点、难点知识，提高学生应用PLC设计电气产品的能力。
(3)增加西门子S7-1200系列PLC基础知识介绍，供需要选用西门子S7-1200系列PLC实验设备的学校选用，以便学生掌握和理解西门子公司PLC产品的基础知识。
2019年，本书第一版获得第九届中国石油和化学工业优秀教材奖二等奖;2014年，本书第二版获得“四川省教育厅质量工程项目”立项，并入选四川省十二五规划教材。
为方便教学，本书配套的电子教案可免费提供给采用本书作为教材的学校使用，如有需要请登录www.cipedu.com.cn注册并下载。
本书由西南石油大学张培志、罗敏、仇芝、沈霞、石明江、罗小华、夏文鹤、赵书朵老师负责修订，胡泽教授担任主审。在此，对前两版参加编写和修订的老师所付出的辛勤劳动深表敬意。
由于编者水平有限，书中疏漏之处在所难免，恳请读者批评指正。

编者
2023年11月

张培志，西南石油大学电信院，副教授， 张培志，1985年重庆大学工业自动化专业毕业。1985-1998年在四川仪表三厂设计科工作。1998-2002在四川营山供水公司自来水厂从事设备管理工作。2002-2022西南石油大学电气信息学院教师。
任教以来长期主讲本科《电路原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《自动控制原理》、《电气控制与可编程序控制器》、《工厂供电》、《电力拖动自动控制系统》、《电工电子技术I》、《电工电子技术II》、《电工电子技术III》、《可编程序控制器》、《自动检测技术》、《现场总线技术》、《电力系统分析》等课程。
主持省级质量工程项目（2013-2014）：《电气控制与可编程序控制器》（已结题）；主持校级资源共享课程（2013-2015）：《电气控制与可编程序控制器》（已结题）；主持校级科研项目（2007-2009）：基于现场总线技术的油气输送站自动控制技术研究（已结题）等。主研省级教改项目：《电工电子技术基础》线上线下混合式教学（2021-2022）（进行中）等。
发表教改论文：
1、叠加法—方框图化简的一种新方法，电气电子教学学报2007-10；
2、《电气控制与可编程序控制器》课程综合教学改革与实践，教育教学论坛2015-09；
3、普通工科院校新进教师如何通过自我学习快速成长为成熟教师的方法探讨，教育教学论坛2019-09。

全书共分两篇。第1篇为电气控制技术，共5章，分别是常用低压电器，基本电气控制线路，电动机的调速控制，典型生产机械设备电气控制线路，电气控制线路的设计。第2篇为可编程序控制器(PLC)，共8章，分别是可编程序控制器的工作原理及组成，三菱FX系列可编程序控制器，FX系列PLC步进顺控指令及其应用，FX系列PLC应用指令及其应用，FX系列PLC模拟量模块及其应用，FX系列PLC的通信，PLC控制系统设计，西门子S7-1200系列PLC基础。
本书可作为高等院校电气工程及其自动化、机械工程和自动化等相关专业的教材，也可作为相关工程技术人员的参考资料。

第1篇　电气控制技术
1常用低压电器1
1.1接触器2
1.1.1接触器的结构和工作原理2
1.1.2交、直流接触器的特点2
1.1.3接触器的型号及主要技术参数3
1.2继电器5
1.2.1电磁式继电器5
1.2.2时间继电器7
1.2.3热继电器10
1.2.4速度继电器12
1.2.5固态继电器13
1.3熔断器14
1.4低压断路器17
1.5低压隔离器20
1.6主令电器24
1.6.1按钮24
1.6.2位置开关25
1.6.3万能转换开关27
1.6.4凸轮控制器和主令控制器28
1.7其他低压电器30
习题及思考题31

2基本电气控制线路33
2.1电气控制线路的绘图原则及标准33
2.1.1电气线路图中的图形符号及文字符号33
2.1.2电气原理图38
2.1.3电气元件的布置图39
2.1.4电气接线图40
2.2交流异步电动机的基本控制线路40
2.2.1直接启动控制线路40
2.2.2点动控制线路42
2.2.3多地控制线路42
2.2.4正反转控制线路43
2.2.5自动往返行程控制线路44
2.2.6顺序启停控制线路44
2.3交流异步电动机的降压启动控制线路45
2.3.1三相笼型异步电动机的降压启动46
2.3.2三相绕线式异步电动机的启动控制线路51
2.4交流异步电动机的制动控制线路54
2.4.1反接制动控制线路54
2.4.2能耗制动控制线路57
2.5液压电气控制59
2.6直流电动机的基本控制线路62
2.6.1直流电动机的基本控制方法62
2.6.2直流电动机的基本控制线路63
习题及思考题68

3电动机的调速控制70
3.1直流电动机的调速控制方法70
3.2直流电动机无级调速72
3.2.1直流调速系统用的可控直流电源72
3.2.2转速控制的要求和主要技术指标74
3.2.3带转速负反馈的单闭环直流调速系统75
3.3三相笼型异步电动机的调速控制线路80
3.3.1交流调速系统的分类81
3.3.2三相笼型异步电动机的变极对数调速81
3.3.3电磁转差离合器调速异步电动机的控制线路83
3.3.4三相笼型异步电动机的变频调速工作原理84
3.3.5变频器的应用86
习题及思考题104

4典型生产机械设备电气控制线路105
4.1分级振动筛电气控制线路105
4.2C650型卧式普通车床电气控制线路106
4.2.1主要结构及运动形式78cmB107
4.2.2电力拖动及控制要求107
4.2.3C650型卧式普通车床的电气控制线路分析107
4.3X62W型卧式普通铣床电气控制线路111
4.3.1X62W型卧式万能铣床主要结构及运动形式111
4.3.2X62W型卧式万能铣床的电力拖动及控制要求112
4.3.3X62W型卧式万能铣床控制电路分析112
4.3.4X62W型卧式万能铣床电气控制电路的特点117
4.4桥式起重机的电气控制117
4.4.1桥式起重机的结构及运动情况117
4.4.2桥式起重机对电力拖动和电气控制的要求118
4.4.320/5t桥式起重机电气控制线路分析118
习题及思考题124

5电气控制线路的设计125
5.1电气设计的基本内容125
5.1.1电气设计的技术条件125
5.1.2电气传动方案的选择126
5.2电动机的选择127
5.2.1电动机结构型式的选择127
5.2.2电动机容量的选择127
5.2.3电动机额定电压的选择129
5.2.4电动机额定转速的选择129
5.3电气控制线路的设计129
5.3.1电气控制线路的设计方法129
5.3.2控制线路设计的一般步骤130
5.3.3控制线路设计中应注意的问题131
5.4电工仿真软件简介132
习题及思考题132


第2篇　可编程序控制器（PLC）
6可编程序控制器的工作原理及组成133
6.1概述133
6.1.1PLC的分类133
6.1.2PLC的发展135
6.2可编程序控制器的基本结构及工作原理136
6.2.1PLC的基本结构136
6.2.2PLC的工作原理138
6.3可编程序控制器的特点及应用139
6.3.1PLC的特点139
6.3.2PLC的应用领域140
习题及思考题140

7三菱FX系列可编程序控制器141
7.1可编程序控制器的编程语言141
7.1.1PLC编程语言的国际标准141
7.1.2FX系列PLC梯形图的编程举例142
7.1.3S系列PLC的梯形图编程举例143
7.1.4梯形图的主要特点144
7.2FX系列可编程序控制器的编程元件145
7.2.1输入继电器X147
7.2.2输出继电器Y148
7.2.3辅助继电器M148
7.2.4状态元件S149
7.2.5指针P/I149
7.2.6常数K/H150
7.2.7定时器T150
7.2.8计数器C153
7.2.9寄存器157
7.3可编程序控制器梯形图的编程原则158
7.4FX系列PLC的基本逻辑指令164
7.4.1LD、LDI、OUT指令164
7.4.2触头串联指令AND和ANI164
7.4.3触头并联指令OR、ORI165
7.4.4串联电路块的并联指令ORB165
7.4.5并联电路块的串联指令ANB165
7.4.6边沿触发指令166
7.4.7多重输出电路指令MPS、MRD、MPP166
7.4.8运算结果反转指令INV168
7.4.9运算结果脉冲化指令MEP、MEF168
7.4.10主控逻辑指令MC和MCR169
7.4.11自保持与复位指令SET和RST171
7.4.12脉冲输出指令PLS和PLF172
7.4.13空操作指令NOP173
7.4.14程序结束指令END173
习题及思考题173

8FX系列PLC步进顺控指令及其应用177
8.1状态转移图的基本概念177
8.2FX系列状态转移图的编程方法178
8.2.1状态转移图转换成步进顺控梯形图178
8.2.2步进顺控指令179
8.2.3SET、RST指令在状态转移图中的应用180
8.3FX系列状态转移图的编程规则181
8.3.1单流程181
8.3.2可选择性分支与汇合181
8.3.3并行分支与汇合183
8.3.4分支与汇合的组合183
8.3.5SFC图编程中应注意的几个特殊问题187
8.4FX系列状态转移图(SFC)的编程应用187
8.4.1加热反应炉自动控制系统187
8.4.2十字路口交通信号灯控制模拟系统189
8.4.3C650车床主轴PLC控制191
8.4.4人行横道交通信号灯控制192
习题及思考题193

9FX系列PLC应用指令及其应用195
9.1应用指令的表示形式及使用要素195
9.1.1应用指令的表示形式195
9.1.2应用指令的使用要素196
9.2程序流程类指令199
9.2.1有条件跳转199
9.2.2子程序调用与返回指令201
9.2.3中断指令201
9.2.4主程序结束和监视定时器202
9.2.5循环指令及应用203
9.3数据比较和传送类指令204
9.3.1比较和传送类指令说明204
9.3.2传送比较类指令的基本用途及应用实例209
9.4算术及逻辑运算指令210
9.4.1算术及逻辑运算指令的使用说明210
9.4.2算术及逻辑运算指令应用实例212
9.5循环与移位指令213
9.5.1循环与移位指令的使用说明213
9.5.2循环与移位指令应用214
9.6其他常用指令216
9.6.1数据处理指令216
9.6.2高速处理指令218
9.6.3方便类指令222
9.6.4外部设备I/O指令226
习题及思考题230

10FX系列PLC模拟量模块及其应用232
10.1模拟量输入/输出模块232
10.2特殊功能模块读写数据指令240
习题及思考题247

11FX系列PLC的通信248
11.1通信基础知识248
11.2FX系列PLC的通信接口250
11.3FX系列PLC的通信指令253
11.3.1串行异步通信指令RS253
11.3.2串行同步通信指令RS2255
11.3.3变频器专用指令256
11.4三菱PLC的通信网络258
习题及思考题261

12PLC控制系统设计262
12.1PLC控制系统设计概要262
12.1.1PLC控制系统设计的基本原则262
12.1.2PLC控制系统设计的基本内容262
12.1.3PLC控制系统设计的一般步骤263
12.2PLC控制系统的应用264
12.2.1组合机床的PLC控制264
12.2.2可编程控制器在化工过程控制中的应用266
12.2.3PLC在全自动洗衣机控制系统中的应用270
12.2.4三菱公司GXDeveloper软件简介273
习题及思考题273

13西门子S7-1200系列PLC基础274
13.1S7-1200系列PLC硬件274
13.1.1硬件结构及CPU模块274
13.1.2扩展硬件276
13.2西门子博途(TIAPortal)软件277
13.2.1TIAPortal软件简介277
13.2.2使用TIAPortal新建项目278
13.3西门子PLC梯形图编程元件282
13.3.1输入继电器282
13.3.2输出继电器283
13.3.3位存储器283
13.3.4定时器284
13.3.5计数器286
13.4西门子PLC梯形图基本指令288
13.4.1位逻辑运算指令288
13.4.2字逻辑运算指令291
13.4.3数学运算指令292
13.4.4数据比较指令292
13.4.5移动操作指令293
13.4.6转换操作指令294
13.5S7-1200系列PLC的简单应用295
13.5.1工作滑台控制系统295
13.5.2运输带控制系统297
13.5.3散热控制系统299
习题及思考题301


附录1FX系列可编程控制器应用指令总表304

附录2FX可编程控制器的部分特殊元件编号及名称检索318

参考文献326