电气控制及PLC应用技术/21世纪高等院校电气工程与自动化规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

　　《21世纪高等院校电气工程与自动化规划教材：电气控制及PLC应用技术》以大学本科教育工科类专业为背景，内容以电气控制系统和PLC应用技术为主，系统且有重点地介绍常用低压电器的使用方法，电气控制线路分析方法以及S7-300 PLC在电气控制系统中的应用。
　　全书共分8章，内容包括常用低压电器、电气控制线路基础、典型生产机械电气控制线路分析、可编程控制器概述、S7-300 PLC的硬件与组态、S7-300 PLC的指令系统与应用、S7-300 PLC程序设计方法、S7-300 PLC的通信与网络等。
　　《21世纪高等院校电气工程与自动化规划教材：电气控制及PLC应用技术》可作为高等院校电气工程及其自动化、自动化、测控技术与仪器、电力系统自动化、机械设计制造及其自动化等相关专业教材，也可作为电力系统领域的广大工程技术人员和科技工作者的学习参考书。

内页插图

目录

绪论
第一章 常用低压电器
第一节 电器的基本知识
一、电器的定义和分类
二、电磁式电器
三、电器的触点系统
四、电弧的产生及灭弧方法
第二节 开关电器
一、刀开关
二、低压断路器
第三节 熔断器
一、熔断器的结构
二、熔断器的分类
三、熔断器的选择
第四节 主令电器
一、控制按钮
二、行程开关
三、接近开关
四、组合开关
第五节 接触器
一、接触器的结构及工作原理
二、直流接触器
三、交流接触器的技术参数
四、接触器选择
五、接触器常见故障分析
第六节 继电器
一、电磁式继电器
二、时间继电器
三、热继电器
四、速度继电器
五、液位继电器
习题与思考题

第二章 电气控制线路基础
第一节 电气控制系统图
一、电气图中的图形符号、文字符号和接线端子标记
二、电气控制原理图
三、电器元件布置图
四、电气元件接线图
第二节 三相笼型异步电动机全压启动控制
一、全压启动控制线路
二、点动控制与连续控制线路
三、正反转控制线路
四、自动往复控制电路
五、多点控制系统
六、顺序控制电路
第三节 三相笼型异步电动机降压启动控制
第四节 三相笼型异步电动机速度控制线路
第五节 三相异步电动机的制动控制
一、反接制动控制线路
二、能耗制动控制线路
第六节 电动机控制的保护环节
一、短路保护
二、过载保护
三、过电流保护
四、零电压和欠电压保护
第七节 电气控制线路的简单设计法
一、简单设计法介绍
二、简单设计法设计举例
习题与思考题

第三章 典型生产机械电气控制线路分析
第一节 电气控制线路分析基础
一、电气控制线路分析的内容与要求
二、电气原理图阅读分析的方法与步骤
第二节 C650卧式车床的电气控制线路分析
一、机床的主要结构和运动形式
二、电力拖动及控制要求
三、电气控制线路分析
四、C650卧式车床电气控制线路的特点
第三节 T68型卧式镗床电气控制线路分析
一、主要结构和运动形式
二、电力拖动形式和控制要求
三、电气控制线路分析
四、T68型卧式镗床电气控制线路的特点
第四节 X62W型卧式万能铣床电气控制线路分析
一、主要结构与运动分析
二、电力拖动和控制要求
三、电气控制线路分析
四、X62W卧式万能铣床电气控制线路的特点
习题与思考题

第四章 可编程控制器概述
第一节 PLC的概念
一、PLC的产生和定义
二、PLC的特点
三、PLC的分类
四、PLC的应用
第二节 PLC的结构和工作原理
一、PLC的结构
二、PLC的工作原理
第三节 PLC的编程语言
习题与思考题

第五章 S7-300 PLC的硬件与组态
第一节 S7-300 PLC的系统结构
一、S7-300 PLC的系统组成
二、S7-300 PLC的模块简介
三、将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理值
四、I/Ｏ模块的地址分配
第二节 STEP 7编程软件的使用
一、SIMATIC管理器
二、项目的创建
三、STEP 7与PLC通信连接的组态
四、硬件组态
五、生成梯形图
六、用PLCSIM调试程序
习题与思考题

第六章 S7-300 PLC的指令系统与应用
第一节 S7-300编程基础
一、数制
二、数据类型
三、S7-300 PLC的存储区
四、CPU中的寄存器
五、寻址方式
第二节 位逻辑指令
一、触点与线圈指令
二、置位和复位指令
三、RLO边沿检测指令
四、RS与SR触发器指令
五、触点信号边沿检测指令
第三节 定时器和计数器指令
一、定时器
二、定时器指令
三、计数器指令
第四节 数据处理功能指令
一、传送指令
二、比较指令
三、转换指令
四、数学运算指令
五、移位指令
六、字逻辑运算指令
七、状态位指令
第五节 控制指令
一、逻辑控制指令
二、程序控制指令
三、主控继电器指令
四、数据块指令
习题与思考题

第七章 S7-300 PLC程序设计方法
第一节 STEP 7的程序结构
一、S7 CPU中的程序
二、STEP 7用户程序结构
第二节 S7-300 PLC的应用系统设计
一、PLC应用系统设计的内容和步骤
二、应用实例设计
习题与思考题

第八章 S7-300 PLC的通信与网络
第一节 数据通信
一、数据通信的概念
二、数据传送方式
三、串行通信
四、网络通信协议
五、工业局域网
第二节 西门子PLC的通信网络
一、西门子PLC网络概述
二、网络通信方法
第三节 MPI网络通信技术
第四节 工业以太网通信技术
第五节 PROFIBUS通信技术
一、现场总线的主要类型与特点
二、PROFIBUS（过程现场总线）
三、PROFIBUS的物理结构
四、CPU31x-2DP之间的DP主从通信
习题与思考题
参考文献

前言/序言

智慧电气时代的基石：探索自动化控制的奥秘与实践 在日新月异的工业4.0浪潮席卷全球的今天，自动化、智能化已经成为现代工业发展的核心驱动力。从精密制造的生产线到复杂能源系统的调度，再到智慧城市的构建，这一切的背后都离不开强大的电气控制技术和灵活可靠的Programmable Logic Controller（PLC）的应用。本书旨在深入浅出地剖析电气控制系统的原理，全面阐述PLC在工业自动化领域的核心价值与广泛应用，为电气工程与自动化领域的莘莘学子、广大工程技术人员以及对智慧制造感兴趣的读者，构筑起坚实的理论基础和宝贵的实践经验。 第一章：电气控制系统的基础理论与核心元件 本章将带领读者回归电气控制的本源，系统梳理其发展脉络，明确其在现代工业体系中的关键地位。我们将从最基础的电气知识讲起，包括电学基本定律（欧姆定律、焦耳定律等）、交流与直流电的特性、电能的产生与传输等，为后续内容的理解打下坚实基础。 随后，我们将重点聚焦于构成电气控制系统的核心元件，并对其工作原理、技术参数、选型依据以及在实际应用中的注意事项进行详细讲解。 接触器与继电器： 它们是电气控制中最基础的开关元件，也是实现电路通断控制和逻辑功能的核心。我们将详细介绍接触器和继电器的结构、线圈参数、触点类型（常开、常闭）、动作特性（吸合、释放时间）以及它们在不同控制回路中的应用，例如启动、停止、联锁、延时等。读者将了解如何根据负载电流、电压等级和控制要求选择合适的接触器和继电器，并掌握其接线方法和安全注意事项。 断路器与熔断器： 作为电气安全的第一道防线，断路器和熔断器对于保护电气设备免受过载和短路损坏至关重要。我们将深入探讨不同类型的断路器（如空气断路器、塑壳断路器、微型断路器）和熔断器的原理、分断能力、脱扣特性，并讲解如何根据保护对象和系统容量进行准确选型，以及它们的安装、调试与维护。 开关与按钮： 这些最直观的人机交互元件，是实现手动控制的关键。我们将区分不同类型的开关（如万能转换开关、行程开关、接近开关、限位开关）和按钮（如启动按钮、停止按钮、急停按钮），解析它们的触点形式、防护等级和使用场景。特别地，对于非接触式的接近开关（电感式、电容式、光电式、磁性式）和行程开关，我们将详细讲解其工作原理、检测距离、响应速度和抗干扰能力，为实现自动化检测与定位奠定基础。 电磁阀与气动/液压执行元件： 电气控制的最终目的是驱动机械运动，而电磁阀则是连接电气信号与气动/液压执行元件的桥梁。本节将深入介绍电磁阀的结构、工作原理（二位二通、二位三通、二位五通等）、电压等级、功率消耗和响应时间。在此基础上，我们将简要介绍气缸、油缸等执行元件，阐述它们如何接收电磁阀的控制信号，并实现直线或旋转运动，从而完成实际的机械动作。 指示灯与报警器： 作为系统状态的可视化反馈，指示灯和报警器对于操作人员监控设备运行状态、及时发现异常至关重要。我们将介绍不同颜色、形状和发光原理的指示灯，以及声音和光学的报警器，并讲解它们在电气控制回路中的典型接线方式。 传感器技术简介： 随着自动化程度的提高，传感器在电气控制系统中扮演着越来越重要的角色。本章将对各类常用传感器进行初步介绍，包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器、速度传感器等，并简要说明它们的工作原理和在不同工业场景下的应用，为后续更深入的PLC集成应用打下铺垫。 第二章：PLC（可编程逻辑控制器）的工作原理与基本指令 步入电气控制的智能化时代，PLC无疑是最核心的“大脑”。本章将系统揭示PLC的内部结构、工作机制以及其强大的逻辑控制能力。 PLC的结构与组成： 我们将详细解析PLC的五大部分：中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM、EEPROM）、输入模块、输出模块以及电源模块。通过剖析CPU的工作周期（扫描方式、执行指令），存储器的作用（存储程序、数据），输入/输出模块的电气接口特性（电压、电流、隔离），读者将对PLC的整体架构有一个清晰的认识。 PLC的编程语言： 掌握PLC编程是应用的关键。本章将重点介绍IEC 61131-3国际标准定义的几种主流编程语言，并以最常用、最直观的梯形图（LD）为例，进行详细讲解。 梯形图（Ladder Diagram, LD）： 模拟电气继电器控制电路的图形化语言，易于电气工程师理解和接受。我们将讲解基本触点（常开、常闭）、线圈、定时器、计数器等基本指令的符号、功能和应用。 指令表（Instruction List, IL）： 类似汇编语言的文本式编程语言，执行效率高。 结构化文本（Structured Text, ST）： 类似高级语言（如Pascal）的文本式编程语言，适合复杂算法和数据处理。 顺序功能图（Sequential Function Chart, SFC）： 图形化编程语言，适合顺序控制和状态机设计。 功能块图（Function Block Diagram, FBD）： 图形化编程语言，适合流程控制和重复性功能的实现。 我们将重点演示如何使用梯形图实现基本的逻辑运算（AND、OR、NOT）、位移操作、数据传输等。 PLC的常用指令详解： 除了基本的逻辑指令，PLC还提供了一系列强大的功能指令。 定时器（Timers）： 包括接通延时定时器（TON）、断开延时定时器（TOF）、闪烁定时器（TP）等，用于实现各种延时控制和周期性动作。 计数器（Counters）： 包括加计数器（CTU）、减计数器（CTD）、加减计数器（CTUD）等，用于实现计数、分度、累计等功能。 比较指令： 如大于（>）、小于（<）、等于（=）、大于等于（>=）、小于等于（<=）、不等于（<>），用于实现数据的比较和判断。 数学运算指令： 如加（ADD）、减（SUB）、乘（MUL）、除（DIV）、取模（MOD）等，用于实现数值计算。 数据传送指令： 如移动（MOV）、传送（XCHG）、数据块传送（CPY）等，用于实现数据在不同存储区域之间的传输。 位操作指令： 如位置位（SET）、位复位（RST）、翻转（INV）等，用于直接对单个位进行操作。 特殊功能指令： 如中断指令、通信指令、PID控制指令等，为实现更高级的功能提供支持。 我们将通过大量具体的案例，演示这些指令的用法和组合应用，帮助读者掌握PLC的编程技巧。 PLC的I/O接口与数据交换： 详细讲解PLC的数字量输入/输出（DI/DO）、模拟量输入/输出（AI/AO）模块的特性，以及它们如何与外部设备进行信号的采集与输出。同时，介绍PLC与上位机、其他PLC之间的数据交换方式，如串行通信（RS-232, RS-485）、以太网通信等。 第三章：PLC在典型电气控制系统中的应用实践 理论联系实际是掌握PLC应用的关键。本章将通过一系列典型的工业控制场景，展示PLC的强大功能和灵活应用。 电机起停与正反转控制： 这是最基础的电机控制应用。我们将演示如何使用PLC实现各种电机的启动、停止、点动、连续运行、互锁控制，以及正转、反转的切换。 流水线生产线控制： 模拟生产线上的物料输送、工件定位、加工、检测等环节，演示如何使用PLC协调多个执行机构，实现自动化生产流程。我们将重点讲解如何利用传感器和PLC的逻辑控制，实现对产品位置、状态的判断和动作的触发。 输送带速度与方向控制： 演示如何通过PLC控制变频器，实现输送带速度的无级调节和方向的切换，满足不同生产需求。 液压/气动系统的PLC控制： 结合电磁阀的介绍，详细演示PLC如何控制气动或液压系统，实现复杂机械动作的精确控制，例如冲压、抓取、搬运等。 注塑机、包装机等专用设备控制： 以具体的工业设备为例，分析其控制系统的构成，讲解PLC如何在这些设备中实现温度控制、位置控制、时间控制、顺序控制等关键功能。 物料提升与搬运系统控制： 演示PLC在起重机、升降机、AGV（自动导引车）等物料搬运设备中的应用，实现安全、高效的物料调度。 楼宇自动化与智能家居初步应用： 简要介绍PLC在控制照明、空调、安防系统等方面的应用，展现其在提升生活品质和节能环保方面的潜力。 第四章：PLC控制系统的设计、调试与维护 一个完整的PLC应用项目，不仅仅是编写程序，更包含了系统设计、调试以及长期的维护。 PLC控制系统的设计流程： 从需求分析、系统方案设计、硬件选型、PLC程序设计、接线图绘制到最终的安装调试，我们将梳理出完整的PLC控制系统设计流程。 PLC程序设计原则与技巧： 强调模块化编程、结构化设计、注释的重要性，以及如何编写可读性强、易于维护的PLC程序。 PLC系统的调试方法： 讲解在线调试、离线仿真、故障查找与排除等常用的调试技术，帮助读者快速定位和解决程序及硬件问题。 PLC系统的故障诊断与维护： 介绍PLC常见的故障现象（如程序错误、硬件故障、通信异常），以及相应的诊断方法和维护措施，确保系统的稳定运行。 PLC系统的安全与可靠性： 探讨PLC系统的抗干扰设计、电源保护、程序备份、权限管理等，确保系统的安全可靠运行。 第五章：PLC的高级应用与发展趋势 本章将带领读者展望PLC技术的未来，了解其更广泛的应用和新兴的发展方向。 PID调节在PLC中的应用： 深入讲解比例-积分-微分（PID）控制原理，并演示如何在PLC中实现PID算法，用于温度、压力、流量等过程量的精确闭环控制。 PLC与上位机/HMI的集成： 介绍人机界面（HMI）的作用，以及如何利用HMI实现PLC数据的可视化显示、参数设置、报警管理和操作监控。讲解PLC与SCADA（数据采集与监控系统）的集成应用。 PLC的网络通信与分布式控制： 深入探讨各种工业通信协议（如Modbus TCP/IP, Profinet, EtherNet/IP等），以及如何构建基于网络的分布式控制系统，实现多PLC协同工作。 PLC在机器人与运动控制中的应用： 简要介绍PLC在协调多轴运动、轨迹规划等方面的应用，以及与伺服驱动器、步进电机等运动控制组件的配合。 PLC在工业物联网（IIoT）中的角色： 探讨PLC如何作为IIoT数据采集与控制的节点，实现设备互联、数据分析与远程监控，为智能制造提供支持。 PLC技术的未来发展趋势： 展望PLC在人工智能、边缘计算、云平台等新兴技术融合下的发展方向，例如更加智能化的自学习、自优化能力，以及与大数据、云计算更紧密的结合。 本书力求以严谨的学术态度、清晰的逻辑结构、丰富的案例分析，帮助读者深刻理解电气控制及PLC应用技术的精髓。我们相信，通过对本书的学习，读者不仅能够掌握扎实的理论知识，更能获得宝贵的实践经验，为在蓬勃发展的智慧电气时代大展宏图打下坚实基础。