现代电器及PLC控制技术（S7-1200）（贾超）_贾超主编_9787122425416

本书在介绍常用低压电器及电气控制线路设计方法的基础上，以西门子S7-1200 系列PLC 作为主线、TIA 博途软件及STEP 7 编程系统作为实验平台，系统地介绍了PLC 的基础理论、编程指令、通信网络及工业应用等知识。读者通过本书可掌握现代电器基础理论、PLC 控制技术等方面内容，从而对现代电器及PLC控制技术的整体知识结构形成快速、深入的了解。全书注重理论知识与工程实践的结合，对工程中经常用到的各类控制线路、PLC 指令、网络通信方式，都配以经过实践检验的设计实例，且重点突出，层次分明，注重知识的系统性、先进性和针对性，难度由浅入深，可供高等院校电气工程及其自动化、自动化、机械设计制造及其自动化等专业学生学习参考，也可作为广大工程技术人员培训和自学用书。

SIMATIC S7 系列可编程控制器（PLC）是西门子公司全集成自动化系统中的控制核心，是产品集成性和开放性的重要体现。其以便捷的控制编程方式、稳定的工作性能、较短的开发周期等优点广泛应用于石油化工、智慧农业、运动控制及过程控制等各个领域。而作为PLC 控制的理论基础，常用低压电器及电气控制线路又是所有初学者必须掌握的核心内容。因此，各类高等院校极其重视现代电器及PLC 控制技术的理论知识培养及实践能力培训。
然而，现代电器技术、PLC 控制技术的发展日新月异，要把握这一领域的最新发展趋势，不仅需要掌握传统的基础知识，还要紧跟时代潮流，瞄准最新的理论、标准和技术。例如：近年来，有关电气图形符号和文字符号的国家标准变化比较大，而在绘制电气线路图时，电器元件的图形符号和文字符号又必须符合国家标准的规定，不能采用旧符号和任何非标准符号；在PLC 控制领域，即使是占市场主导地位之一的SIMATIC S7 系列本身，也经历了从S7-200 到S7-300/400、再到S7-1200/1500 等一系列技术的更新和提升，需要不断了解最新型号PLC 的功能和特点，才能掌握最前沿的控制技术。
为全面贯彻党的二十大精神，本书结合产业发展及人才培养的需求，参照国家最新标准介绍常用低压电器及电气控制线路设计方法，以西门子S7-1200 系列PLC 作为主线，以TIA 博途（TIA Protal）软件及STEP 7 编程系统作为实验平台，系统地介绍了PLC 的基础理论、编程指令、通信网络及工业应用等知识。即使是初学者阅读本书，亦可较为快速地同时掌握传统理论知识及最新前沿技术两方面内容，从而对现代电器及PLC 控制技术的整体知识结构形成比较深入的了解。全书非常注重理论知识与工程实践的结合，力图对工程中经常用到的每一条控制线路、每一条PLC 指令、每一种网络通信方式，都配以经过实践检验的设计实例，使读者在实践中加深对相关理论及方法的认识，提高PLC 系统的设计能力。书中的实例、电子课件及习题参考答案，均可提供给读者参考。习题参考答案读者可扫描每章末的二维码获取，电子课件及实例可登录www.cipedu.com.cn 注册后下载使用。
本书由贾超主编，史涛、于航、康军、赵岩老师参编。其中，第1、2 章由史涛编写，分别介绍了常用低压电器的基本原理、应用方法，常用电气控制线路的设计及绘制原则；第3～5 章由于航编写，分别介绍了可编程控制器基础、西门子S7-1200 PLC 的硬件结构与功能及程序设计基础，对PLC 的基本组成、基本功能、调试方法、组态配置、选型问题、编程语言及数据类型做了详细的说明；第6 章由康军、赵岩编写，详细介绍了S7-1200 PLC 的编程语言与指令系统，并以工程实例为基础进行详细分析；第7、8 章由贾超编写，分别介绍了S7-1200 PLC 的用户程序结构与通信网络；第9 章由康军、赵岩编写，通过基于S7-1200 PLC 的系统设计实例分析，给出了智慧农业灌溉系统的相关设计方法。
本书重点突出，层次分明，注重知识的系统性、先进性和针对性，注重理论与实际相结合，培养工程应用能力，难度由浅入深，可供高等院校电气工程及其自动化、自动化、机械设计制造及其自动化等专业学生学习参考，也可作为广大工程技术人员培训和自学用书。
本书在筹备时期，特别得到了董恩增教授的大力支持；在撰写和出版过程中，亦得到了谷海青老师的持续关注和帮助；特别地，本书的成稿及出版还得到了化学工业出版社编辑的悉心指导及作者所在单位的领导和同仁的全力支持与帮助；此外，研究生上官铉岳、宋子健、刘晓华、王泓锟、邵志亮等同学，为书中的相关实例做了大量实验验证工作，且为本书的前期撰写工作提供了大力的支持，在此向他们表示衷心的感谢！
最后，本书的出版还得到了科特迪瓦鲁班工坊建设项目的大力支持，在此一并表示感谢。本书亦可作为鲁班工坊培训项目的重要参考用书。
由于作者水平有限，不妥之处在所难免，希望广大读者批评指正！

编者
2023年1月

第1章常用低压电器
1.1 概述 001
1.1.1 电器 001
1.1.2 电气 002
1.2 接触器 003
1.2.1 接触器的结构 003
1.2.2 接触器的工作原理 004
1.2.3 接触器符号 004
1.2.4 接触器的主要参数 004
1.2.5 接触器的选择 005
1.2.6 接触器型号含义 005
1.3 继电器 006
1.3.1 电磁式继电器 006
1.3.2 时间继电器 007
1.3.3 热继电器 008
1.3.4 速度继电器 010
1.4 低压断路器和刀开关 010
1.4.1 低压断路器结构及工作原理 011
1.4.2 低压断路器的参数 012
1.4.3 低压断路器的选用 012
1.4.4 低压断路器典型产品 012
1.5 熔断器 013
1.5.1 熔断器的保护特性和技术参数 013
1.5.2 熔断器的型号与电气符号 014
1.5.3 熔断器的类型 015
1.5.4 熔断器的选择 015
1.6 主令电器 016
1.6.1 控制按钮 016
1.6.2 行程开关 017
1.6.3 接近开关 017
1.6.4 光电开关 018
1.6.5 转换开关 019
习题 020

第2章常用电气控制线路
2.1 电气控制线路的绘制 022
2.1.1 常用电气图形符号和文字符号 022
2.1.2 电气控制线路的绘制原则 034
2.1.3 阅读和分析电气控制线路图的方法 034
2.2 三相异步电动机典型启动控制线路 037
2.2.1 启保停控制线路 038
2.2.2 电动机的点动控制线路和多地控制线路 039
2.2.3 电动机的正、反转控制线路 039
2.2.4 顺序启停控制线路 042
2.2.5 自动往复控制线路 042
2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路 043
2.4 三相笼型异步电动机制动控制线路 045
2.5 电气控制系统的设计 046
2.5.1 电气控制系统的设计原则 046
2.5.2 经验设计法 046
2.5.3 逻辑设计法 047
2.5.4 电气控制设计中应注意的问题 048
习题 049

第3章可编程控制器基础
3.1 PLC 的基础知识.050
3.1.1 可编程控制器的产生 050
3.1.2 PLC 简称的来历 051
3.1.3 可编程控制器的定义 051
3.2 PLC 的特点及技术性能指标 051
3.2.1 PLC 的分类 051
3.2.2 PLC 的主要功能 052
3.2.3 PLC 与单片机、计算机的比较 052
3.3 可编程控制器的组成 053
3.4 可编程控制器的工作原理 055
3.4.1 PLC 如何代替继电器-接触器控制系统 055
3.4.2 可编程控制器的工作过程 056
习题 058

第4章西门子S7-1200 PLC 的硬件结构与功能
4.1 西门子S7-1200 PLC 的CPU 059
4.1.1 PLC 的开关量输入/输出（I/O）接口 061
4.1.2 输入设备输入信号的举例 063
4.1.3 PLC 与外部设备的接线 065
4.1.4 西门子S7-1200 CPU 的外部接线图 066
4.2 西门子S7-1200 PLC 的信号模块、信号板. 068
4.2.1 信号板 068
4.2.2 数字量I/O 模块 069
4.2.3 模拟量I/O 模块 070
4.3 集成的通信接口与通信模块 072
4.3.1 集成的PROFINET接口 072
4.3.2 通信模块 073
习题 074

第5章 S7-1200 PLC 程序设计基础
5.1 TIA 博途使用入门与硬件组态 075
5.1.1 西门子TIA Portal 软件介绍 075
5.1.2 项目视图的结构 076
5.1.3 创建项目与硬件组态的方法 077
5.1.4 CPU 模块的参数设置 078
5.1.5 信号模块与信号板的参数设置 080
5.2 S7-1200 PLC 编程语言简介 083
5.2.1 编程语言的种类和特征 083
5.2.2 梯形图语言 084
5.3 S7-1200 PLC 的CPU 存储区 085
5.3.1 物理存储器 085
5.3.2 系统存储器 086
5.4 编写用户程序与变量表的使用 088
5.4.1 使用变量表 088
5.4.2 编写用户程序 090
5.5 用户程序的下载与仿真 091
5.5.1 下载用户程序 091
5.5.2 用户程序的仿真调试 093
习题 095

第6章 S7-1200 PLC 的编程语言与指令系统
6.1 位逻辑指令 096
6.1.1 触点指令 096
6.1.2 输出类指令 098
6.1.3 其他位逻辑指令 101
6.2 定时器与计数器指令 105
6.2.1 定时器指令 105
6.2.2 计数器指令 111
6.3 数据处理指令 113
6.3.1 比较指令 113
6.3.2 移动指令 117
6.3.3 转换指令 120
6.4 数学运算指令 123
6.4.1 数学函数指令 123
6.4.2 移位和循环指令 132
6.5 其他指令 134
6.5.1 字逻辑运算指令 134
6.5.2 程序控制指令 138
习题 141

第7章 S7-1200 PLC 的用户程序结构
7.1 用户程序结构简介 143
7.2 函数与函数块 145
7.2.1 函数的创建与调用 145
7.2.2 函数块的创建与调用 148
7.2.3 函数与函数块的区别 151
7.2.4 函数块的多重背景 153
7.3 数据类型与间接寻址 156
7.3.1 S7-1200 PLC 的存储器 156
7.3.2 S7-1200 PLC 的数据类型 157
7.3.3 S7-1200 PLC 的间接寻址 160
7.4 组织块与中断 163
7.4.1 事件与组织块 163
7.4.2 程序循环组织块 164
7.4.3 启动组织块 166
7.4.4 循环中断组织块 167
7.4.5 时间中断组织块 168
7.4.6 硬件中断组织块 171
7.4.7 中断连接与中断分离 172
7.4.8 延时中断组织块 173
7.5 交叉引用与程序信息 175
7.5.1 交叉引用表 175
7.5.2 分配列表 178
7.5.3 调用结构 179
7.5.4 从属性结构 180
7.5.5 资源 181
习题 181

第8章基于S7-1200 PLC 的通信网络
8.1 网络通信基础 183
8.1.1 通信方式 183
8.1.2 计算机通信的国际标准 185
8.1.3 以太网通信 186
8.1.4 PROFINET 186
8.1.5 PROFIBUS 187
8.2 基于以太网的开放式用户通信 188
8.2.1 S7-1200 PLC 之间的TCP 通信 188
8.2.2 S7-1200 PLC 之间的ISO-on-TCP 通信 194
8.2.3 S7-1200 PLC 之间的UDP 通信 194
8.2.4 S7-1200 PLC 与S7-200SMART 之间的UDP 通信 198
8.2.5 三台S7-1200 PLC 之间的UDP 通信 203
8.3 基于以太网的S7 通信 204
8.3.1 S7-1200 PLC 与S7-200SMART 之间的S7 通信 204
8.3.2 S7-1200 PLC 之间的S7 通信 210
8.4 MODBUS RTU 通信 214
8.4.1 S7-1200 PLC 与温度模块进行MODBUS RTU 通信 214
8.4.2 S7-1200 PLC 与变频器进行MODBUS RTU 通信 219
8.5 通信故障诊断 222
8.5.1 与故障诊断有关的中断组织块 222
8.5.2 使用LED 诊断故障 224
8.5.3 STEP 7 故障诊断 225
8.5.4 UDP 通信故障诊断 225
8.5.5 MODBUS RTU 温度计故障排查 228
8.5.6 MODBUS RTU 变频器故障排查 230
习题 232

第9章基于S7-1200 PLC 的系统设计实例
9.1 实训平台介绍 233
9.2 空气温湿度检测实验 234
9.3 空气温度报警实验 237
9.4 涡轮流量计流量采集实验 238
9.5 实训平台紧急停止实验 242
9.6 定时灌溉实验 243
9.7 定量灌溉实验 245
9.8 定时定量切换灌溉实验 246
9.9 智能灌溉实验 249
9.10 附录 252
9.10.1 空气温湿度传感器说明书 252
9.10.2 土壤温度水分传感器说明书 253
9.10.3 液体涡轮流量计说明书 256
9.10.4 电磁阀使用说明书 257
习题 258

参考文献

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