电气控制工程师手册

定　　价：128 元

• 作者：向晓汉
• 出版时间：2021/2/1
• ISBN：9787122372864
• 出 版 社：化学工业出版社

• 中图法分类：TM921.5-62 
• 页码：549
• 纸张：胶版纸
• 版次：1
• 开本：16K

内容简介

本书以工业控制三大技术——PLC、变频器和触摸屏为主线，采用双色图解和大量实例引导学习的方式，全面系统地介绍电气控制基础及控制系统集成综合应用。全书共分7篇进行讲解，第1篇为电气控制基础；第2篇为PLC编程及应用，介绍西门子S7-1200 PLC编程语言及编程方法与应用；第3篇为变频器技术及其应用；第4篇为步进驱动与伺服驱动系统；第5篇为电气控制系统的通信；第6篇为人机界面及其应用；第7篇为电气控制综合应用。本书配有大量的实用案例，并举一反三帮助读者理解和模仿学习电气控制工程应用。大部分实例都有详细的软硬件配置清单、接线图和程序，且程序已在PLC上运行通过，读者可以直接使用。 
本书还配有100多个微课视频，帮助读者掌握书中所讲的重点知识，读者可扫描书中二维码进行观看学习。 
本书可供电气控制工程技术人员学习使用，也可作为大中专院校机电控制类、电气控制类、信息类等专业的教材。

编辑推荐

全书分为7篇21章，包括： 
第1篇 电气控制与识图，包括低压电器的工作原理、图形符号、文字符号、功能和选型；低压电气基本控制回路；电气控制回路的识读；传感器的接线。 
第2篇 西门子S7-1200 PLC硬件和指令系统介绍，包括S7-1200系列PLC硬件、S7-1200系列PLC硬件接线、S7-1200系列PLC编译软件和S7-1200系列PLC指令系统、PLC的编程方法与调试、PLC在过程控制中的应用，章节中还有典型的工程应用实例讲解。 
第3篇 变频器技术及其应用介绍，包括变频器的工作原理、G120变频器的接线与操作、G120变频器的运行与功能、变频器的常用外围电路、G120变频器的参数设置与调试，章节中还有典型的工程应用实例讲解。 
第4篇 步进驱动与伺服驱动系统介绍，包括步进驱动系统的结构和工作原理、步进驱动系统的应用（速度控制和位置控制）、伺服原理与系统、三菱伺服系统介绍、三菱伺服MR-J4系统工程应用（速度控制、转矩控制和位置控制）、西门子伺服系统介绍、西门子V90伺服系统工程应用（速度控制、转矩控制和位置控制）。这部分包括了PLC在工程应用中常见的重点和难点内容，是本书具有特色的部分之一。 
第5篇 电气控制系统的通信，包括PLC在的通信中应用（详尽讲解自由口通信、MODBUS通信、PROFIBUS通信、S7通信、OUC通信、PROFINET通信、PLC与变频器的通信和工业以太网通信）和PLC工程应用案例。这部分包括了PLC在工程应用中常见的重点和难点内容，是本书具有特色的部分之一。 
第6篇 人机界面及其应用，包括HMI变量与系统函数、画面组态、用户管理、报警组态、创建一个HMI项目。 
第7篇 电气控制综合应用，包括三个实际工程项目。 

序 言

自动控制系统的集成最常用的器件是可编程控制器（PLC）、变频器和触摸屏（HMI），即“工控三大件”。“工控三大件”已经广泛应用于工业控制，通常应用于同一个控制系统，是一个有机的整体，不宜人为分割，故将电气控制技术与传感器、可编程控制器、变频器、步进驱动器、伺服驱动器、电气控制系统的通信和触摸屏合并写成一本书。这种做法更加切合工程实际，更加便于读者掌握自动控制的系统集成。 
西门子PLC、变频器和触摸屏具有卓越的性能，因此在工控市场占有非常大的份额，应用十分广泛。为了使读者能更好地掌握相关知识，我们在总结长期的教学经验和工程实践的基础上，联合相关企业人员共同编写了本书，使读者通过“看书”和观看微课视频就能掌握“工控三大件”的应用技术，进而掌握自动化系统的集成。本书采用较多的小例子引领读者入门，让读者学完入门部分后，能完成简单的工程。应用部分精选工程实际案例，供读者模仿学习，提高读者解决实际问题的能力。 
我们在编写过程中，将一些生动的操作实例融入其中，以提高读者的学习兴趣。本书具有以下特点。 
① 用实例引导读者学习。该书的大部分章节用精选的例子讲解，例如，用例子说明现场通信实现的全过程。实例容易进行工程移植，实用性强。 
② 重点的例子都包含软硬件的配置方案图、原理图和程序，而且为确保程序的正确性，程序已经在PLC上运行通过。 
③ 对于重点和复杂的例子，本书还配有100多个微课视频，扫描对应二维码即可观看，便于读者学习。 
全书分为7篇21章，主要包括以下内容。 
第1篇电气控制基础，包括低压电器的工作原理、图形符号、文字符号、功能和选型；常用电气控制回路；电气控制回路的识读；传感器的接线。 
第2篇PLC编程及应用，包括西门子S7-1200 PLC硬件、西门子S7-1200 PLC硬件接线、西门子S7-1200 PLC编译软件和西门子S7-1200 PLC指令系统、PLC的编程方法与调试、PLC在过程控制中的应用，章节中还有典型的工程应用实例讲解。 
第3篇变频器技术及其应用，包括变频器的工作原理、G120变频器的接线与操作、G120变频器的运行与功能、变频器的常用外围电路、G120变频器的参数设置与调试，章节中还有典型的工程应用实例讲解。 
第4篇步进驱动与伺服驱动系统，包括步进驱动系统的结构和工作原理、步进驱动系统的应用（速度控制和位置控制）、伺服原理与系统、三菱伺服系统介绍、三菱MR-J4伺服系统工程应用（速度控制、转矩控制和位置控制）、西门子伺服系统介绍、西门子V90伺服系统工程应用（速度控制、转矩控制和位置控制）。这部分包括了PLC在工程应用中常见的重点和难点内容，是本书*特色的部分之一。 
第5篇电气控制系统的通信，包括PLC在通信中的应用（详尽讲解自由口通信、Modbus通信、PROFIBUS通信、S7通信、OUC通信、PROFINET通信、PLC与变频器的通信和工业以太网通信）和PLC工程应用案例。这部分也包括了PLC在工程应用中常见的重点和难点内容，也是本书*特色的部分之一。 
第6篇人机界面及其应用，包括HMI变量与系统函数、画面组态、用户管理、报警组态、创建一个简单的HMI项目。 
第7篇电气控制综合应用，包括三个实际工程项目。 
这部手册由于编写内容多、工作量大，编写组邀请了具有实践经验且教学经验丰富的高校教师和具有丰富实践经验的企业专家参与讨论、提供案例和编写工作，具体如下：第1、2、6～11章由龙丽编写；第3、4、5、16、19、20、21章由无锡职业技术学院的向晓汉编写；第12～15章由无锡职业技术学院的于多编写；第17、18章由无锡雪浪环境科技股份有限公司的刘摇摇编写。本书由向晓汉任主编，龙丽、于多任副主编，无锡职业技术学院的奚茂龙（博士）教授任主审。 
由于笔者水平有限，缺点和不足在所难免，敬请读者批评指正，笔者将万分感激！ 

编者

目 录

第1篇电气控制基础 1 
第1章常用低压电器 2 
1.1低压开关电器 2 
1.1.1刀开关 2 
1.1.2低压断路器 3 
1.1.3剩余电流保护电器 8 
1.2接触器 10 
1.2.1接触器的功能 10 
1.2.2接触器的结构及其工作原理 10 
1.2.3常用的接触器 11 
1.2.4接触器的技术参数 12 
1.2.5接触器的选用 13 
1.3继电器 14 
1.3.1电磁继电器 15 
1.3.2时间继电器 18 
1.3.3计数继电器 22 
1.3.4电热继电器 23 
1.3.5其他继电器 25 
1.4熔断器 26 
1.5主令电器 29 
1.5.1按钮 29 
1.5.2行程开关 32 
1.6变压器和电源 33 
1.6.1变压器 33 
1.6.2直流稳压电源 35 
1.7其他电器 36 
1.7.1浪涌保护器 36 
1.7.2安全栅 36 

第2章常用电气控制回路 38 
2.1电气控制线路图 38 
2.2继电接触器控制电路基本控制规律 40 
2.2.1点动运行控制线路 40 
2.2.2连续运行控制线路 41 
2.2.3正/反转运行控制线路 41 
2.2.4多地联锁控制线路 42 
2.2.5自动循环控制线路 42 
2.3三相异步电动机的启动控制电路 43 
2.3.1直接启动 43 
2.3.2星形-三角形减压启动 44 
2.3.3自耦变压器减压启动 45 
2.4三相异步电动机的调速控制 45 
2.4.1改变转差率的调速 45 
2.4.2改变极对数的调速 46 
2.4.3变频调速 46 
2.5三相异步电动机的制动控制 46 
2.5.1机械制动 46 
2.5.2反接制动 47 
2.5.3能耗制动 47 
2.6电气控制系统常用的保护环节 49 
2.6.1电流保护 49 
2.6.2电压保护 50 
2.6.3其他保护 51 

第3章常用传感器及其应用 52 
3.1开关式传感器 52 
3.2传感器和变送器 57 
3.3隔离器 58 

第2篇PLC编程及应用 59 
第4章西门子S7-1200 PLC的硬件 60 
4.1西门子S7-1200 PLC概述 60 
4.1.1西门子PLC简介 60 
4.1.2西门子S7-1200 PLC的性能特点 61 
4.2西门子S7-1200 PLC常用模块及其接线 62 
4.2.1西门子S7-1200 PLC的CPU模块及接线 62 
4.2.2西门子S7-1200 PLC数字量扩展模块及接线 67 
4.2.3西门子S7-1200 PLC模拟量模块 70 
4.2.4西门子S7-1200 PLC信号板及接线 76 
4.2.5西门子S7-1200 PLC通信模块 78 
4.2.6其他模块 78 

第5章TIA博途（Portal）软件使用入门 80 
5.1TIA博途（Portal）软件简介 80 
5.1.1TIA博途（Portal）软件 80 
5.1.2安装TIA博途软件的软硬件条件 81 
5.1.3安装TIA博途软件的注意事项 82 
5.2TIA Portal视图与项目视图 83 
5.2.1TIA Portal视图结构 83 
5.2.2项目视图 84 
5.2.3项目树 86 
5.3创建和编辑项目 87 
5.3.1创建项目 87 
5.3.2添加设备 88 
5.3.3编辑项目 90 
5.4西门子S7-1200 PLC的I/O参数的配置 92 
5.4.1数字量输入模块参数的配置 92 
5.4.2数字量输出模块参数的配置 93 
5.4.3模拟量输入模块参数的配置 94 
5.4.4模拟量输出模块参数的配置 94 
5.4.5在“设备概览”选项卡中进行模块参数的配置 95 
5.5编译、下载、上传和检测 96 
5.5.1编译 96 
5.5.2下载 98 
5.5.3上传 100 
5.5.4 硬件检测 104 
5.6用TIA博途软件创建一个完整的项目 106 

第6章西门子S7-1200 PLC的编程语言 112 
6.1西门子S7-1200 PLC的编程基础知识 112 
6.1.1数制 112 
6.1.2数据类型 113 
6.1.3西门子S7-1200 PLC的存储区 118 
6.1.4全局变量与区域变量 123 
6.1.5编程语言 124 
6.2变量表、监控表和强制表的应用 124 
6.2.1变量表 124 
6.2.2监控表 128 
6.2.3强制表 131 
6.3位逻辑运算指令 132 
6.4定时器和计数器指令 138 
6.4.1IEC定时器 138 
6.4.2IEC计数器 148 
6.5移动操作指令 151 
6.6比较指令 154 
6.7转换指令 156 
6.8数学函数指令 160 
6.9实例 164 
6.9.1电动机的控制 164 
6.9.2定时器和计数器应用 167 

第7章西门子S7-1200 PLC的程序结构 171 
7.1TIA博途软件编程方法简介 171 
7.2函数、数据块和函数块 172 
7.2.1块的概述 172 
7.2.2函数（FC）及其应用 173 
7.2.3数据块（DB）及其应用 178 
7.2.4函数块（FB）及其应用 182 
7.3组织块（OB）及其应用 184 
7.3.1中断的概述 184 
7.3.2启动组织块及其应用 185 
7.3.3主程序块（OB1） 186 
7.3.4循环中断组织块及其应用 186 
7.3.5时间中断组织块及其应用 187 
7.3.6延时中断组织块及其应用 187 
7.3.7硬件中断组织块及其应用 188 
7.3.8错误处理组织块 188 
7.4实例 189 

第8章PLC的编程方法 192 
8.1功能图 192 
8.1.1功能图的画法 192 
8.1.2梯形图编程的原则 198 
8.2逻辑控制的梯形图编程方法 199 
8.2.1经验设计法 199 
8.2.2功能图设计法 201 

第9章PLC的工艺功能及应用 212 
9.1PID控制简介 212 
9.1.1PID控制原理简介 212 
9.1.2PID控制器的参数整定 215 
9.1.3PID指令简介 217 
9.1.4PID控制应用 217 
9.2S7-1200 PLC的高速计数器及其应用 227 
9.2.1S7-1200 PLC高速计数器的简介 227 
9.2.2S7-1200 PLC高速计数器的应用 231 

第3篇变频器技术及其应用 241 
第10章变频器基础知识 242 
10.1变频器概述 242 
10.1.1变频器的发展 242 
10.1.2变频器的分类 243 
10.1.3变频器的应用 244 
10.2变频器的工作原理 245 
10.2.1交-直-交变换技术 245 
10.2.2变频变压的原理 245 
10.2.3正弦脉宽调制波的实现方法 247 
10.2.4交-直-交变频器的主电路 249 

第11章G120变频器的接线与操作 252 
11.1G120变频器配置 252 
11.1.1西门子变频器概述 252 
11.1.2G120变频器的系统构成 253 
11.2G120变频器的接线 255 
11.2.1G120变频器控制单元的接线 255 
11.2.2G120变频器功率模块的接线 259 
11.2.3G120变频器的接线实例 259 
11.3G120变频器的基本操作 260 
11.3.1G120变频器常用参数简介 260 
11.3.2用BOP-2基本操作面板设置G120变频器的参数 263 
11.3.3BOP-2基本操作面板的应用 265 

第12章G120变频器的速度给定与功能 268 
12.1G120变频器的BICO和宏 268 
12.1.1G120变频器的BICO功能 268 
12.1.2预定义接口宏的概念 269 
12.1.3G120C的预定义接口宏 269 
12.2变频器正反转控制 271 
12.2.1正反转控制方式 271 
12.2.2二线制和三线制控制 273 
12.2.3命令源和设定值源 274 
12.3G120变频器多段速给定 275 
12.3.1数字量输入 275 
12.3.2数字量输出 276 
12.3.3直接选择模式给定 277 
12.4G120变频器模拟量输入给定 281 
12.4.1模拟量输入 281 
12.4.2模拟量输出 282 
12.4.3模拟量给定的应用 283 
12.5V/f控制功能 286 
12.5.1V/f控制方式 286 
12.5.2转矩补偿功能 286 

第13章变频器的常用外围电路 289 
13.1变频器并联控制电路 289 
13.1.1模拟电压输入端子控制的并联运行电路 289 
13.1.2由升降速端子控制的同速运行电路 291 
13.2停车方式与制动控制电路 293 
13.2.1电动机四象限运行 293 
13.2.2停车方式 294 
13.2.3制动控制 295 
13.2.4抱闸功能控制电路 298 
13.3保护功能及其电路 302 
13.3.1变频器的温度保护 302 
13.3.2电动机的温度保护 303 
13.3.3电动机的过流保护 305 
13.3.4报警及保护控制电路 305 
13.4工频-变频切换控制电路 306 

第14章G120变频器的参数设置与调试 309 
14.1G120变频器的参数设置与调试软件简介 309 
14.2用TIA Portal软件对G120变频器设置参数和调试 309 
14.3用软件设置G120变频器的IP地址 313 

第4篇步进驱动与伺服驱动系统 316 
第15章步进驱动系统原理及工程应用 317 
15.1步进驱动系统的结构和工作原理 317 
15.1.1步进电动机简介 317 
15.1.2步进电动机的结构和工作原理 320 
15.1.3步进驱动器工作原理 322 
15.2步进驱动系统的应用 324 
15.2.1PLC对步进驱动系统的速度控制 324 
15.2.2PLC对步进驱动系统的位置控制 331 

第16章伺服原理与系统 344 
16.1伺服系统概述 344 
16.1.1伺服系统的概念 344 
16.1.2主流伺服系统品牌 345 
16.2伺服系统行业应用 345 
16.2.1伺服控制在机床行业的应用 345 
16.2.2伺服控制在纺织行业的应用 345 
16.2.3伺服控制在包装行业的应用 346 
16.2.4伺服控制在印刷行业的应用 346 
16.2.5伺服控制在机器人行业的应用 346 
16.3伺服技术的发展趋势 346 
16.4伺服电动机及其控制技术 347 
16.4.1伺服电动机的特点 347 
16.4.2直流伺服电动机 348 
16.4.3交流伺服电动机 350 
16.4.4直接驱动电动机 351 
16.4.5伺服电动机的选型 352 
16.5伺服系统的检测元件 353 
16.5.1编码器的分类 353 
16.5.2光电编码器的结构和工作原理 354 
16.5.3编码器的主要应用场合 355 
16.5.4编码器的选型 355 

第17章三菱MR-J4伺服系统工程应用 356 
17.1三菱伺服系统 356 
17.1.1三菱伺服系统简介 356 
17.1.2三菱MR-J4伺服系统接线 356 
17.1.3三菱伺服系统常用参数介绍 363 
17.1.4用操作单元设置三菱伺服系统参数 367 
17.1.5用MR Configurator2软件设置三菱伺服系统参数 368 
17.2三菱MR-J4伺服系统工程应用 369 
17.2.1伺服系统的工作模式 369 
17.2.2PLC对MR-J4伺服系统的位置控制 370 
17.2.3PLC对MR-J4伺服系统的速度控制 372 
17.2.4PLC对MR-J4伺服系统的转矩控制 374 

第18章西门子SINAMICS V90伺服系统工程应用 378 
18.1西门子伺服系统 378 
18.1.1西门子伺服系统简介 378 
18.1.2V90伺服系统的接线 378 
18.1.3V90伺服系统的参数介绍 385 
18.1.4V90伺服系统的参数设置与调试 385 
18.2V90伺服系统工程应用 393 
18.2.1PLC对V90伺服系统的速度控制（基于PROFINET） 393 
18.2.2PLC对V90伺服系统的位置控制（基于高速脉冲） 401 

第5篇电气控制系统的通信 412 
第19章电气控制系统的通信及其应用 414 
19.1通信基础知识 413 
19.1.1通信的基本概念 413 
19.1.2PLC网络的术语解释 414 
19.1.3RS-485标准串行接口 416 
19.1.4OSI参考模型 417 
19.2现场总线概述 417 
19.2.1现场总线的概念 417 
19.2.2主流现场总线的简介 418 
19.2.3现场总线的发展 419 
19.3PROFIBUS 通信及其应用 419 
19.3.1PROFIBUS 通信概述 419 
19.3.2S7-1200 PLC与西门子S7-1200 PLC间的PROFIBUS-DP通信 420 
19.4以太网通信及其应用 428 
19.4.1以太网通信基础 428 
19.4.2S7-1200 PLC的以太网通信方式 431 
19.4.3S7-1200 PLC之间的OUC通信及其应用 431 
19.4.4S7-1500 PLC与S7-1200 PLC之间的Modbus TCP通信及其应用 439 
19.4.5S7-1200 PLC之间的S7通信及其应用 447 
19.5PROFINET IO通信及其应用 453 
19.5.1PROFINET IO通信基础 453 
19.5.2S7-1200 PLC与分布式IO模块的PROFINET IO通信及其应用 454 
19.5.3S7-1200 PLC之间的PROFINET IO通信及其应用 460 
19.6串行通信及其应用 464 
19.6.1S7-1200 PLC与S7-1200 PLC之间的Modbus RTU通信 464 
19.6.2S7-1200 PLC与SINAMICS G120变频器之间的USS通信 471 
19.6.3S7-1200 PLC之间的自由口通信 476 

第6篇人机界面及其应用 482 
第20章西门子人机界面（HMI）应用 483 
20.1人机界面简介 483 
20.1.1初识人机界面 483 
20.1.2西门子常用触摸屏的产品简介 483 
20.1.3触摸屏的通信连接 484 
20.2使用变量与系统函数 485 
20.2.1变量分类与创建 485 
20.2.2系统函数 486 
20.3画面组态 488 
20.3.1按钮组态 488 
20.3.2I/O域组态 490 
20.3.3开关组态 491 
20.3.4图形输入输出对象组态 492 
20.3.5时钟和日期的组态 494 
20.3.6符号I/O域组态 494 
20.3.7图形I/O域组态 495 
20.3.8画面的切换 497 
20.4用户管理 499 
20.4.1用户管理的基本概念 499 
20.4.2用户管理的组态 500 
20.5报警组态 505 
20.5.1报警组态简介 505 
20.5.2离散量报警组态 506 
20.6创建一个简单的HMI项目 508 
20.6.1一个简单的HMI项目技术要求描述 508 
20.6.2一个简单的HMI项目创建步骤 508 

第7篇电气控制综合应用 516 
第21章PLC、触摸屏、变频器和伺 服系统工程应用 517 
21.1送料小车自动往复运动的PLC控制 517 
21.2刨床的PLC控制 521 
21.3剪切机的PLC控制 530 
21.4物料搅拌机的PLC控制 539 

参考文献 549