電氣控制工程師手冊

第1篇電氣控制基礎 1
第1章常用低壓電器 2
1.1低壓開關電器 2
1.1.1刀開關 2
1.1.2低壓斷路器 3
1.1.3剩余電流保護電器 8
1.2接觸器 10
1.2.1接觸器的功能 10
1.2.2接觸器的結構及其工作原理 10
1.2.3常用的接觸器 11
1.2.4接觸器的技術參數(shù) 12
1.2.5接觸器的選用 13
1.3繼電器 14
1.3.1電磁繼電器 15
1.3.2時間繼電器 18
1.3.3計數(shù)繼電器 22
1.3.4電熱繼電器 23
1.3.5其他繼電器 25
1.4熔斷器 26
1.5主令電器 29
1.5.1按鈕 29
1.5.2行程開關 32
1.6變壓器和電源 33
1.6.1變壓器 33
1.6.2直流穩(wěn)壓電源 35
1.7其他電器 36
1.7.1浪涌保護器 36
1.7.2安全柵 36

第2章常用電氣控制回路 38
2.1電氣控制線路圖 38
2.2繼電接觸器控制電路基本控制規(guī)律 40
2.2.1點動運行控制線路 40
2.2.2連續(xù)運行控制線路 41
2.2.3正/反轉運行控制線路 41
2.2.4多地聯(lián)鎖控制線路 42
2.2.5自動循環(huán)控制線路 42
2.3三相異步電動機的啟動控制電路 43
2.3.1直接啟動 43
2.3.2星形-三角形減壓啟動 44
2.3.3自耦變壓器減壓啟動 45
2.4三相異步電動機的調(diào)速控制 45
2.4.1改變轉差率的調(diào)速 45
2.4.2改變極對數(shù)的調(diào)速 46
2.4.3變頻調(diào)速 46
2.5三相異步電動機的制動控制 46
2.5.1機械制動 46
2.5.2反接制動 47
2.5.3能耗制動 47
2.6電氣控制系統(tǒng)常用的保護環(huán)節(jié) 49
2.6.1電流保護 49
2.6.2電壓保護 50
2.6.3其他保護 51

第3章常用傳感器及其應用 52
3.1開關式傳感器 52
3.2傳感器和變送器 57
3.3隔離器 58

第2篇PLC編程及應用 59
第4章西門子S7-1200 PLC的硬件 60
4.1西門子S7-1200 PLC概述 60
4.1.1西門子PLC簡介 60
4.1.2西門子S7-1200 PLC的性能特點 61
4.2西門子S7-1200 PLC常用模塊及其接線 62
4.2.1西門子S7-1200 PLC的CPU模塊及接線 62
4.2.2西門子S7-1200 PLC數(shù)字量擴展模塊及接線 67
4.2.3西門子S7-1200 PLC模擬量模塊 70
4.2.4西門子S7-1200 PLC信號板及接線 76
4.2.5西門子S7-1200 PLC通信模塊 78
4.2.6其他模塊 78

第5章TIA博途（Portal）軟件使用入門 80
5.1TIA博途（Portal）軟件簡介 80
5.1.1TIA博途（Portal）軟件 80
5.1.2安裝TIA博途軟件的軟硬件條件 81
5.1.3安裝TIA博途軟件的注意事項 82
5.2TIA Portal視圖與項目視圖 83
5.2.1TIA Portal視圖結構 83
5.2.2項目視圖 84
5.2.3項目樹 86
5.3創(chuàng)建和編輯項目 87
5.3.1創(chuàng)建項目 87
5.3.2添加設備 88
5.3.3編輯項目 90
5.4西門子S7-1200 PLC的I/O參數(shù)的配置 92
5.4.1數(shù)字量輸入模塊參數(shù)的配置 92
5.4.2數(shù)字量輸出模塊參數(shù)的配置 93
5.4.3模擬量輸入模塊參數(shù)的配置 94
5.4.4模擬量輸出模塊參數(shù)的配置 94
5.4.5在“設備概覽”選項卡中進行模塊參數(shù)的配置 95
5.5編譯、下載、上傳和檢測 96
5.5.1編譯 96
5.5.2下載 98
5.5.3上傳 100
5.5.4 硬件檢測 104
5.6用TIA博途軟件創(chuàng)建一個完整的項目 106

第6章西門子S7-1200 PLC的編程語言 112
6.1西門子S7-1200 PLC的編程基礎知識 112
6.1.1數(shù)制 112
6.1.2數(shù)據(jù)類型 113
6.1.3西門子S7-1200 PLC的存儲區(qū) 118
6.1.4全局變量與區(qū)域變量 123
6.1.5編程語言 124
6.2變量表、監(jiān)控表和強制表的應用 124
6.2.1變量表 124
6.2.2監(jiān)控表 128
6.2.3強制表 131
6.3位邏輯運算指令 132
6.4定時器和計數(shù)器指令 138
6.4.1IEC定時器 138
6.4.2IEC計數(shù)器 148
6.5移動操作指令 151
6.6比較指令 154
6.7轉換指令 156
6.8數(shù)學函數(shù)指令 160
6.9實例 164
6.9.1電動機的控制 164
6.9.2定時器和計數(shù)器應用 167

第7章西門子S7-1200 PLC的程序結構 171
7.1TIA博途軟件編程方法簡介 171
7.2函數(shù)、數(shù)據(jù)塊和函數(shù)塊 172
7.2.1塊的概述 172
7.2.2函數(shù)（FC）及其應用 173
7.2.3數(shù)據(jù)塊（DB）及其應用 178
7.2.4函數(shù)塊（FB）及其應用 182
7.3組織塊（OB）及其應用 184
7.3.1中斷的概述 184
7.3.2啟動組織塊及其應用 185
7.3.3主程序塊（OB1） 186
7.3.4循環(huán)中斷組織塊及其應用 186
7.3.5時間中斷組織塊及其應用 187
7.3.6延時中斷組織塊及其應用 187
7.3.7硬件中斷組織塊及其應用 188
7.3.8錯誤處理組織塊 188
7.4實例 189

第8章PLC的編程方法 192
8.1功能圖 192
8.1.1功能圖的畫法 192
8.1.2梯形圖編程的原則 198
8.2邏輯控制的梯形圖編程方法 199
8.2.1經(jīng)驗設計法 199
8.2.2功能圖設計法 201

第9章PLC的工藝功能及應用 212
9.1PID控制簡介 212
9.1.1PID控制原理簡介 212
9.1.2PID控制器的參數(shù)整定 215
9.1.3PID指令簡介 217
9.1.4PID控制應用 217
9.2S7-1200 PLC的高速計數(shù)器及其應用 227
9.2.1S7-1200 PLC高速計數(shù)器的簡介 227
9.2.2S7-1200 PLC高速計數(shù)器的應用 231

第3篇變頻器技術及其應用 241
第10章變頻器基礎知識 242
10.1變頻器概述 242
10.1.1變頻器的發(fā)展 242
10.1.2變頻器的分類 243
10.1.3變頻器的應用 244
10.2變頻器的工作原理 245
10.2.1交-直-交變換技術 245
10.2.2變頻變壓的原理 245
10.2.3正弦脈寬調(diào)制波的實現(xiàn)方法 247
10.2.4交-直-交變頻器的主電路 249

第11章G120變頻器的接線與操作 252
11.1G120變頻器配置 252
11.1.1西門子變頻器概述 252
11.1.2G120變頻器的系統(tǒng)構成 253
11.2G120變頻器的接線 255
11.2.1G120變頻器控制單元的接線 255
11.2.2G120變頻器功率模塊的接線 259
11.2.3G120變頻器的接線實例 259
11.3G120變頻器的基本操作 260
11.3.1G120變頻器常用參數(shù)簡介 260
11.3.2用BOP-2基本操作面板設置G120變頻器的參數(shù) 263
11.3.3BOP-2基本操作面板的應用 265

第12章G120變頻器的速度給定與功能 268
12.1G120變頻器的BICO和宏 268
12.1.1G120變頻器的BICO功能 268
12.1.2預定義接口宏的概念 269
12.1.3G120C的預定義接口宏 269
12.2變頻器正反轉控制 271
12.2.1正反轉控制方式 271
12.2.2二線制和三線制控制 273
12.2.3命令源和設定值源 274
12.3G120變頻器多段速給定 275
12.3.1數(shù)字量輸入 275
12.3.2數(shù)字量輸出 276
12.3.3直接選擇模式給定 277
12.4G120變頻器模擬量輸入給定 281
12.4.1模擬量輸入 281
12.4.2模擬量輸出 282
12.4.3模擬量給定的應用 283
12.5V/f控制功能 286
12.5.1V/f控制方式 286
12.5.2轉矩補償功能 286

第13章變頻器的常用外圍電路 289
13.1變頻器并聯(lián)控制電路 289
13.1.1模擬電壓輸入端子控制的并聯(lián)運行電路 289
13.1.2由升降速端子控制的同速運行電路 291
13.2停車方式與制動控制電路 293
13.2.1電動機四象限運行 293
13.2.2停車方式 294
13.2.3制動控制 295
13.2.4抱閘功能控制電路 298
13.3保護功能及其電路 302
13.3.1變頻器的溫度保護 302
13.3.2電動機的溫度保護 303
13.3.3電動機的過流保護 305
13.3.4報警及保護控制電路 305
13.4工頻-變頻切換控制電路 306

第14章G120變頻器的參數(shù)設置與調(diào)試 309
14.1G120變頻器的參數(shù)設置與調(diào)試軟件簡介 309
14.2用TIA Portal軟件對G120變頻器設置參數(shù)和調(diào)試 309
14.3用軟件設置G120變頻器的IP地址 313

第4篇步進驅動與伺服驅動系統(tǒng) 316
第15章步進驅動系統(tǒng)原理及工程應用 317
15.1步進驅動系統(tǒng)的結構和工作原理 317
15.1.1步進電動機簡介 317
15.1.2步進電動機的結構和工作原理 320
15.1.3步進驅動器工作原理 322
15.2步進驅動系統(tǒng)的應用 324
15.2.1PLC對步進驅動系統(tǒng)的速度控制 324
15.2.2PLC對步進驅動系統(tǒng)的位置控制 331

第16章伺服原理與系統(tǒng) 344
16.1伺服系統(tǒng)概述 344
16.1.1伺服系統(tǒng)的概念 344
16.1.2主流伺服系統(tǒng)品牌 345
16.2伺服系統(tǒng)行業(yè)應用 345
16.2.1伺服控制在機床行業(yè)的應用 345
16.2.2伺服控制在紡織行業(yè)的應用 345
16.2.3伺服控制在包裝行業(yè)的應用 346
16.2.4伺服控制在印刷行業(yè)的應用 346
16.2.5伺服控制在機器人行業(yè)的應用 346
16.3伺服技術的發(fā)展趨勢 346
16.4伺服電動機及其控制技術 347
16.4.1伺服電動機的特點 347
16.4.2直流伺服電動機 348
16.4.3交流伺服電動機 350
16.4.4直接驅動電動機 351
16.4.5伺服電動機的選型 352
16.5伺服系統(tǒng)的檢測元件 353
16.5.1編碼器的分類 353
16.5.2光電編碼器的結構和工作原理 354
16.5.3編碼器的主要應用場合 355
16.5.4編碼器的選型 355

第17章三菱MR-J4伺服系統(tǒng)工程應用 356
17.1三菱伺服系統(tǒng) 356
17.1.1三菱伺服系統(tǒng)簡介 356
17.1.2三菱MR-J4伺服系統(tǒng)接線 356
17.1.3三菱伺服系統(tǒng)常用參數(shù)介紹 363
17.1.4用操作單元設置三菱伺服系統(tǒng)參數(shù) 367
17.1.5用MR Configurator2軟件設置三菱伺服系統(tǒng)參數(shù) 368
17.2三菱MR-J4伺服系統(tǒng)工程應用 369
17.2.1伺服系統(tǒng)的工作模式 369
17.2.2PLC對MR-J4伺服系統(tǒng)的位置控制 370
17.2.3PLC對MR-J4伺服系統(tǒng)的速度控制 372
17.2.4PLC對MR-J4伺服系統(tǒng)的轉矩控制 374

第18章西門子SINAMICS V90伺服系統(tǒng)工程應用 378
18.1西門子伺服系統(tǒng) 378
18.1.1西門子伺服系統(tǒng)簡介 378
18.1.2V90伺服系統(tǒng)的接線 378
18.1.3V90伺服系統(tǒng)的參數(shù)介紹 385
18.1.4V90伺服系統(tǒng)的參數(shù)設置與調(diào)試 385
18.2V90伺服系統(tǒng)工程應用 393
18.2.1PLC對V90伺服系統(tǒng)的速度控制（基于PROFINET） 393
18.2.2PLC對V90伺服系統(tǒng)的位置控制（基于高速脈沖） 401

第5篇電氣控制系統(tǒng)的通信 412
第19章電氣控制系統(tǒng)的通信及其應用 414
19.1通信基礎知識 413
19.1.1通信的基本概念 413
19.1.2PLC網(wǎng)絡的術語解釋 414
19.1.3RS-485標準串行接口 416
19.1.4OSI參考模型 417
19.2現(xiàn)場總線概述 417
19.2.1現(xiàn)場總線的概念 417
19.2.2主流現(xiàn)場總線的簡介 418
19.2.3現(xiàn)場總線的發(fā)展 419
19.3PROFIBUS 通信及其應用 419
19.3.1PROFIBUS 通信概述 419
19.3.2S7-1200 PLC與西門子S7-1200 PLC間的PROFIBUS-DP通信 420
19.4以太網(wǎng)通信及其應用 428
19.4.1以太網(wǎng)通信基礎 428
19.4.2S7-1200 PLC的以太網(wǎng)通信方式 431
19.4.3S7-1200 PLC之間的OUC通信及其應用 431
19.4.4S7-1500 PLC與S7-1200 PLC之間的Modbus TCP通信及其應用 439
19.4.5S7-1200 PLC之間的S7通信及其應用 447
19.5PROFINET IO通信及其應用 453
19.5.1PROFINET IO通信基礎 453
19.5.2S7-1200 PLC與分布式IO模塊的PROFINET IO通信及其應用 454
19.5.3S7-1200 PLC之間的PROFINET IO通信及其應用 460
19.6串行通信及其應用 464
19.6.1S7-1200 PLC與S7-1200 PLC之間的Modbus RTU通信 464
19.6.2S7-1200 PLC與SINAMICS G120變頻器之間的USS通信 471
19.6.3S7-1200 PLC之間的自由口通信 476

第6篇人機界面及其應用 482
第20章西門子人機界面（HMI）應用 483
20.1人機界面簡介 483
20.1.1初識人機界面 483
20.1.2西門子常用觸摸屏的產(chǎn)品簡介 483
20.1.3觸摸屏的通信連接 484
20.2使用變量與系統(tǒng)函數(shù) 485
20.2.1變量分類與創(chuàng)建 485
20.2.2系統(tǒng)函數(shù) 486
20.3畫面組態(tài) 488
20.3.1按鈕組態(tài) 488
20.3.2I/O域組態(tài) 490
20.3.3開關組態(tài) 491
20.3.4圖形輸入輸出對象組態(tài) 492
20.3.5時鐘和日期的組態(tài) 494
20.3.6符號I/O域組態(tài) 494
20.3.7圖形I/O域組態(tài) 495
20.3.8畫面的切換 497
20.4用戶管理 499
20.4.1用戶管理的基本概念 499
20.4.2用戶管理的組態(tài) 500
20.5報警組態(tài) 505
20.5.1報警組態(tài)簡介 505
20.5.2離散量報警組態(tài) 506
20.6創(chuàng)建一個簡單的HMI項目 508
20.6.1一個簡單的HMI項目技術要求描述 508
20.6.2一個簡單的HMI項目創(chuàng)建步驟 508

第7篇電氣控制綜合應用 516
第21章PLC、觸摸屏、變頻器和伺 服系統(tǒng)工程應用 517
21.1送料小車自動往復運動的PLC控制 517
21.2刨床的PLC控制 521
21.3剪切機的PLC控制 530
21.4物料攪拌機的PLC控制 539

參考文獻 549