机械电气控制与PLC

（1）淡化传统教材知识结构体系，以“项目”为引领，按照“做中学、学中做” 的模式展开介绍。

 

本书根据* 财政部“职业院校教师素质提高计划”及职业师资人才培养目标和能力素养要求，对现有的课程教学进行有机整合编写而成。本书共设5章：第1章和第2章重点介绍了常用低压电气控制系统；第3章～第5章介绍了PLC的基础知识，并以广泛应用的S7-200PLC为背景，通过项目学习，系统介绍了PLC的系统配置、指令系统、编程软件、程序设计方法和PLC控制系统的设计实例。本书以项目为导向，大量汲取工程与教学实际中积累的成果，系统性强、阐述清楚、由浅入深、通俗易懂，每章末尾附有思考题，便于教学与自学。本书可作为职教师资本科机械设计制造及其自动化专业教材，也可作为高等院校、职业教育相关专业的教材及工程技术人员参考用书和自学资料。

陈婵娟，陕西科技大学机电工程学院，教授，长期从事机电控制方面的教学和科研工作，主要讲授控制工程基础、机电传动控制课程，承担多项机电控制方面的纵、横向科研项目，包括陕西省科技攻关项目、西安市科技攻关项目等，主要体现在PLC应用方面，近几年发表学术论文二十余篇，专利多项。

第1章典型控制电路

项目1初识低压电气图1

项目目标1

项目描述1

项目分析1

知识储备3

1.电气控制线路3

2.低压电器5

总结归纳6

项目2三相交流异步电动机的启动控制6

任务1三相交流异步电动机的直接启动6

任务目标6

任务描述6

任务分析6

知识储备7

1.刀开关7

2.熔断器8

3.接触器9

4.继电器11

5.按钮开关14

任务实施14

总结评价18

任务2三相交流异步电动机的降压启动19

任务目标19

任务描述19

任务分析19

知识储备19

1.时间继电器的分类与原理19

2.时间继电器的识别、选择和安装20

3.低压断路器21

任务实施23

项目3三相交流异步电动机的运行控制24

任务1三相交流异步电动机的可逆运行25

任务目标25

任务描述25

任务分析25

知识储备25

1.行程开关25

2.微动开关26

3.接近开关26

任务实施27

知识拓展29

任务2三相交流异步电动机的顺序运行31

任务目标31

任务描述31

任务分析31

知识储备32

任务实施32

项目4三相交流异步电动机的制动控制33

任务1三相交流异步电动机的反接制动33

任务目标33

任务描述34

任务分析34

知识储备34

速度继电器的识别、选择和安装34

任务实施35

任务2三相交流异步电动机的能耗制动36

任务目标36

任务描述36

任务分析36

任务实施36

本章小结38

思考题38

第2章典型电气控制系统分析与设计

项目5X62W型铣床的电气控制电路分析39

项目目标39

项目描述39

项目分析39

知识储备39

1.X62W型卧式铣床的结构和运动形式40

2.X62W型卧式铣床的电力拖动和控制要求41

3.X62W型卧式铣床控制电路电气元件清单41

项目实施42

设计与实践1CA6140车床电气控制系统设计49

项目目标49

项目描述49

项目分析50

知识储备50

机床电气控制系统设计基础50

项目实施50

项目拓展58

本章小结61

思考题61

第3章SIEMENS可编程序控制器

项目6认识可编程序控制器62

项目目标62

项目描述62

项目分析62

项目挑战74

项目7S7-200系列PLC的选型与使用74

项目目标74

项目描述75

项目分析75

知识储备75

1.S7-200系列PLC主机硬件组成75

2.S7-200系列PLC的输入/输出接口模块79

3.S7-200PLC的系统配置82

4.扩展模块的编址83

5.S7-200系列PLC编址与寻址84

项目实施89

项目挑战89

项目8S7-200系列PLC编程软件使用89

项目目标89

项目描述90

项目分析90

知识储备90

1.S7-200系列PLC编程软件STEP7-Micro/WIN32功能90

2.STEP7-Micro/WIN32编程软件的安装90

3.STEP7-Micro/WIN32编程软件窗口组件91

4.S7-200系列PLC的通信设置95

5.程序编辑96

6.编译97

7.调试及运行监控97

项目挑战97

项目9运料小车往复运动的PLC控制98

项目目标98

项目描述98

项目分析99

知识储备101

1.基本位操作指令101

2.置位、复位指令S（Set）/R（Reset）103

3.边沿触发指令和取非操作指令104

4.触发器指令105

项目实施106

项目挑战107

项目10花样喷泉的PLC控制107

项目目标107

项目描述107

项目分析108

知识储备108

1.定时器指令108

2.定时器指令应用110

项目实施112

项目挑战114

项目11密码锁的PLC控制116

项目目标116

项目描述116

项目分析116

知识储备117

1.计数器指令117

2.计数器指令应用118

3.比较指令120

项目实施121

项目挑战122

项目12天塔之光的PLC控制124

项目目标124

项目描述124

项目分析124

知识储备125

1.数据传送指令125

2.移位指令127

3.应用实例129

项目实施131

项目挑战132

项目13水箱液位测量与显示133

项目目标133

项目描述133

项目分析135

知识储备135

1.S7-200系列PLC模拟量I/O扩展135

2.S7-200系列PLC模拟量的数据处理141

3.S7-200系列PLC的数据转换指令142

4.S7-200系列PLC的数据运算指令143

项目实施145

项目挑战146

项目148盏彩灯循环控制146

项目目标146

项目描述146

项目分析146

知识储备147

1.中断147

2.中断事件147

3.中断优先级148

4.中断指令148

5.中断程序的建立149

6.中断程序应用举例150

项目实施151

项目挑战152

项目15十字路口交通灯控制153

项目目标153

项目描述153

项目分析153

知识储备153

1.时序图逻辑设计法154

2.顺序控制设计法154

项目实施1时序图逻辑设计法156

项目实施2顺序功能图法单流程设计156

项目实施3顺序功能图法并行序列设计160

项目16两种液体混合控制系统设计161

项目目标161

项目描述162

项目分析162

项目实施1经验设计法设计163

项目实施2启-保-停电路法设计164

项目实施3移位寄存器法设计165

本章小结167

思考题167

练习题167

第4章PLC的典型应用

项目17电动机顺序启动和停止控制171

项目目标171

项目描述171

项目分析171

项目实施172

项目挑战174

项目18步进电机的PLC控制174

项目目标174

项目描述175

项目分析175

知识储备175

1.步进电机175

2.步进电机驱动器176

3.PLC的高速脉冲输出功能177

项目实施185

项目19PLC与MM440变频器控制交流异步电动机正反转运行188

项目目标188

项目描述188

项目分析189

知识储备189

1.认识MM440变频器的接线端子和电路结构189

2.认识MM440变频器的操作面板191

3.变频器的参数设置方法193

4.变频器6个数字输入端子及其功能196

项目实施197

项目20PLC与MM440变频器控制电动机实现10段频速运行199

项目目标199

项目描述199

项目分析199

知识储备199

MM40变频器的多段速控制功能及参数设置199

项目实施200

知识延伸204

1.基于模拟量信号的变频器操作控制电动机的运行和调速204

2.PLC与变频器联机通过USS通信协议控制电动机的运行206

项目21触摸屏与PLC控制206

项目目标206

项目描述206

项目分析207

知识储备207

1.认知人机界面TPC7062K及MCGS嵌入版工控组态软件207

2.MCGS嵌入版组态软件的安装210

3.MCGS嵌入版工程下载及工程上传211

4.MCGS嵌入版的运行212

项目实施212

本章小结227

思考题227

练习题227

第5章PLC控制系统设计实践

设计与实践2转运机械手控制系统的设计229

项目目标229

项目描述229

知识储备230

1.PLC控制系统设计的基本原则、内容和步骤230

2.PLC硬件配置、安装与维护232

项目分析234

项目实施235

项目挑战248

本章小结249

思考题250

练习题250

参考文献

职教师资是保证职业教育质量以及职业教育事业良性发展的关键因素。培养高质量、专业化的职教师资队伍是目前我国职业教育发展急需突破的“瓶颈”。高等职业教育教材应贯彻国家*对职业教育的要求，突出专业特色，着重技术应用的训练，培养应用型和复合型人才。本书是*财政部“职业院校教师素质提高计划”中“机械设计制造及其自动化专业职教师资培养资源开发项目（VTNE008）”的成果之一。

本书在编写中突出职业教育特色，遵循“理论够用、重视实践”的原则，从职教师资人才培养目标及知识、能力和素质结构要求出发，充分考虑电气控制技术的实际应用和现代电气控制技术的应用成果，着眼于培养机械专业“双师型”教师专业知识与能力，突出基础知识的普及，注重应用技能的实用性。

本书共分5章，前2章重点介绍了常用低压电气控制系统；第3章首先对PLC做简单介绍，接着主要以SIEMENSS7-200系列为对象介绍PLC硬件组成及软件设计；第4章介绍PLC的典型应用，包括PLC与变频器、PLC与触摸屏的应用等；第5章完整介绍了PLC控制系统设计的过程及PLC、触摸屏的综合应用。本书从内容的编排设计上从浅入深、自然有序，结合了教师的教学思路和过程，具有以下特点：

（1）淡化传统教材知识结构体系，以“项目”为引领，按照“做中学、学中做”的教学模式展开教材内容。

（2）在内容层次设置上，从传统的电气控制入手，到PLC的应用，再到现代工业中PLC与变频器、触摸屏的综合应用。做到由浅入深、由基础到综合、由传统控制技术到现代控制技术循序渐进地展开。

（3）基于“工作过程”的项目实施细节，注重培养职业习惯和素养。教材中每个项目实施过程，均从项目分析入手，按照项目设计、制作和调试的过程展开，项目实施体现了真实的完成项目的工作过程，使学生在完成项目实践的同时，学习了专业知识技能，也体会到职业人的工作细节，促进职业习惯和职业道德的养成。

（4）内容设置注重专业技能实践及职业综合能力的提高。教材中减少了专业理论知识的平铺直叙，突出专业技能实践环节和细节，强调学生专业知识的应用，重点培养学生的专业技能，兼顾学生职业综合能力的提高。

全书内容知识结构合理，图文并茂，通俗易懂，便于自学。本书可作为机械设计制造及其自动化职教师资本科、高职高专院校，成人高校机电、电气自动化等工程类专业的教学用书，也可作为从事机电、电气技术工作的工程技术人员自学用的参考书。

本书由陕西科技大学陈婵娟担任主编，其中第1章由陕西科技大学王素暖编写，第2章、第4章及第5章中的机械手组态监控系统设计部分由西安航空职业技术学院李宁编写，第3章中的项目6、项目15、项目16及第5章的其余部分由陕西科技大学吉涛编写，第3章的其余项目（项目7～项目14）由西安航空职业技术学院边娟鸽编写。

由于水平有限，书中仍难免有疏漏和不妥之处，恳请读者批评指正。

编者