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本書在介紹常用低壓電器及電氣控制線路設計方法的基礎上，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)作為實驗平臺，系統(tǒng)地介紹了PLC 的基礎理論、編程指令、通信網絡及工業(yè)應用等知識。讀者通過本書可掌握現(xiàn)代電器基礎理論、PLC 控制技術等方面內容，從而對現(xiàn)代電器及PLC控制技術的整體知識結構形成快速、深入的了解。全書注重理論知識與工程實踐的結合，對工程中經常用到的各類控制線路、PLC 指令、網絡通信方式，都配以經過實踐檢驗的設計實例，且重點突出，層次分明，注重知識的系統(tǒng)性、先進性和針對性，難度由淺入深，可供高等院校電氣工程及其自動化、自動化、機械設計制造及其自動化等專業(yè)學生學習參考，也可作為廣大工程技術人員培訓和自學用書。

SIMATIC S7 系列可編程控制器（PLC）是西門子公司全集成自動化系統(tǒng)中的控制核心，是產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)點廣泛應用于石油化工、智慧農業(yè)、運動控制及過程控制等各個領域。而作為PLC 控制的理論基礎，常用低壓電器及電氣控制線路又是所有初學者必須掌握的核心內容。因此，各類高等院校極其重視現(xiàn)代電器及PLC 控制技術的理論知識培養(yǎng)及實踐能力培訓。
然而，現(xiàn)代電器技術、PLC 控制技術的發(fā)展日新月異，要把握這一領域的最新發(fā)展趨勢，不僅需要掌握傳統(tǒng)的基礎知識，還要緊跟時代潮流，瞄準最新的理論、標準和技術。例如：近年來，有關電氣圖形符號和文字符號的國家標準變化比較大，而在繪制電氣線路圖時，電器元件的圖形符號和文字符號又必須符合國家標準的規(guī)定，不能采用舊符號和任何非標準符號；在PLC 控制領域，即使是占市場主導地位之一的SIMATIC S7 系列本身，也經歷了從S7-200 到S7-300/400、再到S7-1200/1500 等一系列技術的更新和提升，需要不斷了解最新型號PLC 的功能和特點，才能掌握最前沿的控制技術。
為全面貫徹黨的二十大精神，本書結合產業(yè)發(fā)展及人才培養(yǎng)的需求，參照國家最新標準介紹常用低壓電器及電氣控制線路設計方法，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)作為實驗平臺，系統(tǒng)地介紹了PLC 的基礎理論、編程指令、通信網絡及工業(yè)應用等知識。即使是初學者閱讀本書，亦可較為快速地同時掌握傳統(tǒng)理論知識及最新前沿技術兩方面內容，從而對現(xiàn)代電器及PLC 控制技術的整體知識結構形成比較深入的了解。全書非常注重理論知識與工程實踐的結合，力圖對工程中經常用到的每一條控制線路、每一條PLC 指令、每一種網絡通信方式，都配以經過實踐檢驗的設計實例，使讀者在實踐中加深對相關理論及方法的認識，提高PLC 系統(tǒng)的設計能力。書中的實例、電子課件及習題參考答案，均可提供給讀者參考。習題參考答案讀者可掃描每章末的二維碼獲取，電子課件及實例可登錄www.cipedu.com.cn 注冊后下載使用。
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、應用方法，常用電氣控制線路的設計及繪制原則；第3～5 章由于航編寫，分別介紹了可編程控制器基礎、西門子S7-1200 PLC 的硬件結構與功能及程序設計基礎，對PLC 的基本組成、基本功能、調試方法、組態(tài)配置、選型問題、編程語言及數據類型做了詳細的說明；第6 章由康軍、趙巖編寫，詳細介紹了S7-1200 PLC 的編程語言與指令系統(tǒng)，并以工程實例為基礎進行詳細分析；第7、8 章由賈超編寫，分別介紹了S7-1200 PLC 的用戶程序結構與通信網絡；第9 章由康軍、趙巖編寫，通過基于S7-1200 PLC 的系統(tǒng)設計實例分析，給出了智慧農業(yè)灌溉系統(tǒng)的相關設計方法。
本書重點突出，層次分明，注重知識的系統(tǒng)性、先進性和針對性，注重理論與實際相結合，培養(yǎng)工程應用能力，難度由淺入深，可供高等院校電氣工程及其自動化、自動化、機械設計制造及其自動化等專業(yè)學生學習參考，也可作為廣大工程技術人員培訓和自學用書。
本書在籌備時期，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)關注和幫助；特別地，本書的成稿及出版還得到了化學工業(yè)出版社編輯的悉心指導及作者所在單位的領導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，為書中的相關實例做了大量實驗驗證工作，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項目的大力支持，在此一并表示感謝。本書亦可作為魯班工坊培訓項目的重要參考用書。
由于作者水平有限，不妥之處在所難免，希望廣大讀者批評指正！

編者
2023年1月

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 接觸器的結構 003
1.2.2 接觸器的工作原理 004
1.2.3 接觸器符號 004
1.2.4 接觸器的主要參數 004
1.2.5 接觸器的選擇 005
1.2.6 接觸器型號含義 005
1.3 繼電器 006
1.3.1 電磁式繼電器 006
1.3.2 時間繼電器 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 010
1.4.1 低壓斷路器結構及工作原理 011
1.4.2 低壓斷路器的參數 012
1.4.3 低壓斷路器的選用 012
1.4.4 低壓斷路器典型產品 012
1.5 熔斷器 013
1.5.1 熔斷器的保護特性和技術參數 013
1.5.2 熔斷器的型號與電氣符號 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 017
1.6.3 接近開關 017
1.6.4 光電開關 018
1.6.5 轉換開關 019
習題 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 常用電氣圖形符號和文字符號 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 三相異步電動機典型啟動控制線路 037
2.2.1 啟保�？刂凭€路 038
2.2.2 電動機的點動控制線路和多地控制線路 039
2.2.3 電動機的正、反轉控制線路 039
2.2.4 順序啟�？刂凭€路 042
2.2.5 自動往復控制線路 042
2.3 三相籠型異步電動機降壓啟動控制線路 043
2.4 三相籠型異步電動機制動控制線路 045
2.5 電氣控制系統(tǒng)的設計 046
2.5.1 電氣控制系統(tǒng)的設計原則 046
2.5.2 經驗設計法 046
2.5.3 邏輯設計法 047
2.5.4 電氣控制設計中應注意的問題 048
習題 049

第3章可編程控制器基礎
3.1 PLC 的基礎知識.050
3.1.1 可編程控制器的產生 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 的特點及技術性能指標 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、計算機的比較 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
習題 058

第4章西門子S7-1200 PLC 的硬件結構與功能
4.1 西門子S7-1200 PLC 的CPU 059
4.1.1 PLC 的開關量輸入/輸出（I/O）接口 061
4.1.2 輸入設備輸入信號的舉例 063
4.1.3 PLC 與外部設備的接線 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 的信號模塊、信號板. 068
4.2.1 信號板 068
4.2.2 數字量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
習題 074

第5章 S7-1200 PLC 程序設計基礎
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 項目視圖的結構 076
5.1.3 創(chuàng)建項目與硬件組態(tài)的方法 077
5.1.4 CPU 模塊的參數設置 078
5.1.5 信號模塊與信號板的參數設置 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 存儲區(qū) 085
5.3.1 物理存儲器 085
5.3.2 系統(tǒng)存儲器 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 用戶程序的仿真調試 093
習題 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 定時器與計數器指令 105
6.2.1 定時器指令 105
6.2.2 計數器指令 111
6.3 數據處理指令 113
6.3.1 比較指令 113
6.3.2 移動指令 117
6.3.3 轉換指令 120
6.4 數學運算指令 123
6.4.1 數學函數指令 123
6.4.2 移位和循環(huán)指令 132
6.5 其他指令 134
6.5.1 字邏輯運算指令 134
6.5.2 程序控制指令 138
習題 141

第7章 S7-1200 PLC 的用戶程序結構
7.1 用戶程序結構簡介 143
7.2 函數與函數塊 145
7.2.1 函數的創(chuàng)建與調用 145
7.2.2 函數塊的創(chuàng)建與調用 148
7.2.3 函數與函數塊的區(qū)別 151
7.2.4 函數塊的多重背景 153
7.3 數據類型與間接尋址 156
7.3.1 S7-1200 PLC 的存儲器 156
7.3.2 S7-1200 PLC 的數據類型 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 啟動組織塊 166
7.4.4 循環(huán)中斷組織塊 167
7.4.5 時間中斷組織塊 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 調用結構 179
7.5.4 從屬性結構 180
7.5.5 資源 181
習題 181

第8章基于S7-1200 PLC 的通信網絡
8.1 網絡通信基礎 183
8.1.1 通信方式 183
8.1.2 計算機通信的國際標準 185
8.1.3 以太網通信 186
8.1.4 PROFINET 186
8.1.5 PROFIBUS 187
8.2 基于以太網的開放式用戶通信 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S7-1200 PLC 之間的UDP 通信 203
8.3 基于以太網的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 與溫度模塊進行MODBUS RTU 通信 214
8.4.2 S7-1200 PLC 與變頻器進行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 溫度計故障排查 228
8.5.6 MODBUS RTU 變頻器故障排查 230
習題 232

第9章基于S7-1200 PLC 的系統(tǒng)設計實例
9.1 實訓平臺介紹 233
9.2 空氣溫濕度檢測實驗 234
9.3 空氣溫度報警實驗 237
9.4 渦輪流量計流量采集實驗 238
9.5 實訓平臺緊急停止實驗 242
9.6 定時灌溉實驗 243
9.7 定量灌溉實驗 245
9.8 定時定量切換灌溉實驗 246
9.9 智能灌溉實驗 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 液體渦輪流量計說明書 256
9.10.4 電磁閥使用說明書 257
習題 258

參考文獻

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