了得網研究生_電氣控制與可編程邏輯控制器——傳統低壓電器與西門子S7-1500 PL

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《電氣控制與可編程邏輯控制器——傳統低壓電器與西門子S7-1500 PLC控制方法》緊跟專業*發展成果，將硬件電路和軟件編程相結合，使讀者能夠盡快掌握S7-1500 PLC的相關知識，並能初步實現編程。

內容簡介

本書主要從硬件電路、S71500 PLC和軟件編程這3個方面入手，使初學者能盡快熟悉S71500 PLC，並完成一些簡單的編程。
硬件電路部分介紹各類低壓控制電器、電氣控制線路，重點學習三相異步電動機的起動、正反轉、制動和調速控制電路分析。S71500 PLC部分介紹了PLC的產生、定義、發展、分類、組成和工作原理等，並詳細介紹了S71500 PLC的硬件組成。軟件編程部分是學習的重點，介紹了Portal軟件、S71500 PLC所處理的數據類型和變量存儲地址以及編程所需的基本指令，重點介紹了梯形圖的編程規則，*後用實例講解如何用Portal軟件進行硬件組態、定義變量、編寫程序等。
本書可作為電氣工程及其自動化、自動化、機電一體化、機械類專業本科生的教材，參考學時為64學時，包括課程理論教學環節(48學時)和實驗教學環節(16學時)。

目錄

緒論

第1章常用低壓控制電器

1.1概述

1.1.1電磁機構

1.1.2觸點繫統
目錄

緒論

第1章常用低壓控制電器

1.1概述

1.1.1電磁機構

1.1.2觸點繫統

1.2接觸器

1.2.1交流接觸器

1.2.2直流接觸器

1.2.3接觸器的主要技術參數及型號的含義

1.2.4接觸器的選擇

1.3繼電器

1.3.1電磁式繼電器

1.3.2時間繼電器

1.3.3熱繼電器

1.3.4速度繼電器

1.3.5溫度繼電器

1.3.6固態繼電器

1.3.7壓力繼電器

1.3.8液位繼電器

1.4低壓斷路器

1.4.1結構及工作原理

1.4.2低壓斷路器的主要參數

1.4.3低壓斷路器的主要類型

1.4.4低壓斷路器的選擇

1.4.5低壓斷路器型號含義與電路符號

1.5熔斷器

1.5.1熔斷器的結構與工作原理

1.5.2常用熔斷器

1.5.3熔斷器技術參數

1.5.4熔斷器的選擇

1.5.5熔斷器的型號意義與電路符號

1.6主令電器

1.6.1控制按鈕

1.6.2位置開關

1.6.3轉換開關

1.7其他常用電器

1.7.1刀開關

1.7.2轉換開關

本章小結

習題

第2章基本電氣控制線路

2.1電氣控制線路的繪制

2.1.1常用電氣圖形符號和文字符號

2.1.2電氣控制線路的繪制原則

2.1.3閱讀和分析電氣控制路線圖的方法

2.2三相異步電動機的起動控制線路

2.2.1籠型異步電動機全壓起動控制線路

2.2.2三相籠型異步電動機降壓起動線路

2.2.3繞線式異步電動機起動控制線路

2.3三相異步電動機的正反轉控制線路

2.3.1電動機可逆運行的手動控制線路

2.3.2電動機可逆運行的自動控制線路

2.4三相異步電動機制動控制線路

2.4.1電磁機械制動控制線路

2.4.2反接制動控制線路

2.4.3能耗制動控制線路

2.5三相異步電動機調速控制線路

2.5.1變更極對數的調速控制線路

2.5.2變更轉子外加電阻的調速控制線路

2.6其他典型控制線路

2.6.1多地點控制線路

2.6.2順序起停控制線路

2.6.3步進控制線路

2.6.4多臺電動機同時起停電路

本章小結

習題

第3章PLC基礎知識

3.1PLC的產生和定義

3.1.1PLC的產生

3.1.2PLC的定義

3.2PLC的發展

3.2.1PLC的發展歷史

3.2.2PLC的發展趨勢

3.3PLC的應用領域

3.4PLC的特點

3.5PLC與其他典型控制繫統的區別

3.5.1與繼電器控制繫統的區別

3.5.2與單片機控制繫統的區別

3.5.3與DCS、FCS控制繫統的區別

3.6PLC的分類

3.6.1按I/O點數容量分類

3.6.2按結構形式分類

3.7PLC的繫統組成

3.8PLC的工作原理

3.8.1PLC的工作方式

3.8.2PLC工作過程的中心內容

3.8.3PLC對輸入輸出的處理原則

本章小結

習題

第4章TIA Portal軟件概述

4.1TIA Portal軟件簡介

4.2TIA Portal軟件的組成

4.2.1TIA Portal STEP7

4.2.2TIA Portal STEP7工程組態繫統的選件

4.2.3TIA Portal WinCC

4.2.4TIA Portal WinCC工程組態繫統和運行繫統的選件

4.3TIA Portal軟件的安裝

4.3.1安裝硬件要求

4.3.2支持的操作繫統

4.3.3安裝步驟

4.4TIA Portal軟件的卸載

4.5授權管理功能

4.5.1授權的種類

4.5.2授權管理器

4.5.3安裝許可證密鑰

4.6TIA Portal中的視圖

4.6.1TIA Portal中的導航

4.6.2Portal視圖

4.6.3項目視圖

4.7TIA Portal軟件的特性

本章小結

習題

第5章SIMATIC S71500 PLC硬件組成

5.1S71500電源模塊

5.1.1PS電源模塊

5.1.2PM電源模塊

5.1.3電源模塊技術數據

5.2S71500 CPU模塊

5.2.1S71500 CPU模塊所具有的功能

5.2.2CPU模塊技術數據

5.3SIMATIC存儲卡

5.3.1SIMATIC存儲卡概述

5.3.2設置卡類型

5.3.3使用SIMATIC存儲卡進行數據傳輸

5.4CPU的顯示屏

5.4.1顯示屏的優點

5.4.2顯示屏的操作溫度

5.4.3顯示屏

5.4.4菜單圖標

5.4.5操作前蓋板

5.4.6控制鍵

5.4.7語言設置

5.5S71500信號模塊

5.5.1S71500信號模塊的特性

5.5.2S71500信號模塊的參數

5.6S71500通信模塊

5.6.1S71500通信模塊的類型

5.6.2S71500通信模塊的技術數據

5.7S71500接口模塊

5.8S71500工藝模塊

本章小結

習題

第6章數據類型和地址區

6.1S71500 PLC的數據類型

6.1.1基本數據類型

6.1.2復合數據類型

6.1.3參數類型

6.1.4繫統數據類型

6.1.5硬件數據類型

6.2S71500 PLC的地址區

6.2.1CPU的地址區的劃分及尋址方法

6.2.2全局變量與局部變量

6.2.3全局常量與局部常量

本章小結

習題

第7章S71500 PLC基本指令

7．1位邏輯指令

7．1．1位邏輯指令概述

7．1．2位邏輯指令組件

7．2定時器指令

7．2．1定時器指令概述

7．2．2存儲器中定時器的位置

7．2．3定時器的組件

7．3計數器指令

7．3．1計數器指令概述

7．3．2計數器的組件

7．4比較指令

7．4．1比較指令概述

7．4．2比較指令組件

7．5轉換指令

7．5．1轉換指令概述

7．5．2轉換指令組件

7．6數據塊指令

7．7邏輯控制指令

7．7．1邏輯控制指令概述

7．7．2邏輯控制指令組件

7．8整型數學運算指令

7．8．1整型數學運算指令概述

7．8．2使用整數算術指令計算狀態字的位

7．8．3整數算術指令組件

7．9浮點型數學運算指令

7．9．1浮點運算指令概述

7．9．2判斷浮點運算指令狀態字的位

7．9．3基本指令

7．9．4擴展指令

7．10傳送指令

7．11移位和循環移位指令

7．11．1移位指令

7．11．2循環移位指令

7．12狀態位指令

7．12．1狀態位指令概述

7．12．2狀態位指令組件

7．13字邏輯指令

7．13．1字邏輯指令概述

7．13．2字邏輯指令組件

7．14程序控制指令

本章小結

習題

第8章PLC梯形圖編程簡介

8．1梯形圖編程規則

8．1．1梯形圖編程時應遵守的規則

8．1．2梯形圖程序優化

8．2經驗設計法

8．3順序控制設計法

8．3．1順序控制設計法概述

8．3．2過程與動作

8．3．3有向連線

8．3．4切換和切換條件

8．3．5狀態切換圖的基本結構

8．3．6切換實現的基本原則

8．3．7順序控制設計法的本質

本章小結

習題

第9章PLC基本數字電路程序

9．1自鎖和互鎖電路

9．1．1自鎖電路

9．1．2互鎖電路

9．2起動、保持和停止電路

9．2．1復位優先型起保停電路

9．2．2置位優先型起保停電路

9．3瞬時接通/延時斷開電路

9．4延時接通/延時斷開電路

9．5長時間定時電路

9．5．1多個定時器組合的長時間定時電路

9．5．2定時器和計數器組合的長時間定時電路

9．6振蕩電路

9．7脈衝發生電路

9．7．1順序脈衝發生電路

9．7．2脈衝寬度可控制電路

9．7．3延時脈衝產生電路

9．8計數器應用電路

9．8．1計數器應用電路

9．8．2多個計數器的延時電路

9．9分頻電路

9．10比較電路(譯碼電路)

9．11優先電路

9．12報警電路

本章小結

習題

第10章S71500組態控制

10．1PLC組態

10．1．1創建新項目

10．1．2設備組態

10．1．3編譯與下載

10．2查看或修改I/Q地址

10．3定義變量與編寫程序

10．3．1定義變量

10．3．2編寫程序

10．3．3程序運行

10．3．4程序監視

10．3．5變量的監控與強制

10．3．6程序段的復制和粘貼

10．4添加函數FC、函數塊FB及數據塊DB

10．4．1添加函數FC

10．4．2添加函數塊FB

10．4．3調用和添加數據塊DB

本章小結

習題

參考文獻

前言

前言
工業制造是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基，“工業4．0”和“中國制造2025”等概念的提出標志著新一輪工業革命的開始。可編程邏輯控制器(PLC)在這次革命中扮演著至關重要的角色，為了順應工業電氣化、自動化、數字化生產的潮流，各大公司的PLC也逐漸趨於集成化、靈活化和網絡化。
西門子公司作為全球工業自動化的領航者，早在數年前便提出了全集成自動化（Totally Integrated Automation，TIA）的概念，並且將全部自動化組態任務完美地集成在一個單一的開發環境——TIA Portal(Totally Interated Automation Portal)之中。所研發的新一代SIMATIC繫列控制器是TIA全集成自動化架構的，其中新型的SIMATIC S71500控制器除了包含多種創新技術之外，還設定了新標準，程度地提高生產效率，而且無論是小型設備還是對速度和準確性要求較高的復雜設備裝置都適用。SIMATIC S71500無縫集成到TIA Portal中，極大提高了工程組態的效率，在工程研發、生產操作與日常維護等各個階段，在提高工程效率、提升操作體驗、增強維護便捷性等各個方面樹立了新的標杆。前言
工業制造是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基，“工業4．0”和“中國制造2025”等概念的提出標志著新一輪工業革命的開始。可編程邏輯控制器(PLC)在這次革命中扮演著至關重要的角色，為了順應工業電氣化、自動化、數字化生產的潮流，各大公司的PLC也逐漸趨於集成化、靈活化和網絡化。
西門子公司作為全球工業自動化的領航者，早在數年前便提出了全集成自動化（Totally Integrated Automation，TIA）的概念，並且將全部自動化組態任務完美地集成在一個單一的開發環境——TIA Portal(Totally Interated Automation Portal)之中。所研發的新一代SIMATIC繫列控制器是TIA全集成自動化架構的，其中新型的SIMATIC S71500控制器除了包含多種創新技術之外，還設定了新標準，程度地提高生產效率，而且無論是小型設備還是對速度和準確性要求較高的復雜設備裝置都適用。SIMATIC S71500無縫集成到TIA Portal中，極大提高了工程組態的效率，在工程研發、生產操作與日常維護等各個階段，在提高工程效率、提升操作體驗、增強維護便捷性等各個方面樹立了新的標杆。
目前市面上有關SIMATIC S71500 PLC的書籍還相對較少，大部分教材以SIMATIC S7300/400 PLC為主，缺少有關新型控制器的介紹，使得廣大高校學生、電氣工作者難以學習到知識。另外，盡管西門子工業自動化技術叢書對SIMATIC繫列控制器有較詳細的介紹(如參考文獻［8］)，但卻不適用於初學者或者本科生教學，其中缺少繼電器型硬件電路的介紹，割裂了硬件控制電路與PLC之間的聯繫，難以使初學者對梯形圖形成快速、直觀的認識進而掌握。基於此，本書主要從以下3個方面入手，使初學者能盡快熟悉S71500 PLC，並完成一些簡單的編程。
 硬件電路部分。介紹各類低壓控制電器，包括接觸器、繼電器、斷路器、熔斷器和主令電器等；介紹電氣控制線路，包括如何繪制和閱讀分析電氣控制線路，重點學習三相異步電動機的啟動、正反轉、制動和調速控制電路分析，為後面的梯形圖編程打下基礎。
 S71500 PLC。介紹了PLC的產生、定義、發展、分類、組成和工作原理等，並專門對S71500 PLC的組成硬件做了詳細介紹，以熟悉所使用的對像。
 軟件編程。這一部分是學習重點，首先介紹Portal軟件的組成、安裝、卸載、授權和視圖；其次介紹S71500 PLC所處理的數據類型和變量存儲地址，並將編程所需的基本指令一一羅列，介紹它們的功能、示例用法等；再次重點介紹梯形圖的編程規則，主要包括經驗設計法和順序控制設計法，以基本數字電路為例，示意如何使用指令編輯程序；後示例如何用Portal軟件進行硬件組態、定義變量、編寫程序等。
“電氣控制與可編程邏輯控制器”是一門應用性很強的課程，學習本門課程的主要目的在於通過課程與實驗，培養學生設計電氣控制線路、應用西門子PLC編程指令控制電動機實際應用的能力；通過課堂講授和實踐教學，使學生熟悉電氣控制設備的基本構成，掌握電氣設備的基本原理和分析方法，學會正確選擇和使用電氣設備，具有一定的電氣控制線路設計能力；通過參觀實驗室和企業的深入學習，使學生建立感性認識，再通過課程設計對所學內容和所參觀的實物作進一步的深入研究。
後，感謝楊麗、張凱歌、王佳浩、劉智聰、連宏彙等同學對本書的編寫做出的貢獻。
因作者水平有限，書中難免有不足之處，懇請讀者批評指正。
編者2018.2

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第5章
CHAPTER 5

SIMATIC S71500 PLC硬件組成

新一代的SIMATIC S71500控制器經過多方面的革新，以其的性價比，在提升客戶生產效率、縮短新產品上市時間、提高客戶關鍵競爭力方面樹立了新的標杆，並以其卓越的產品設計理念為實現工廠的可持續性發展提供強有力的保障。
SIMATICS71500 PLC外形如圖51所示。

圖51S71500 PLC配置示例

1—繫統電源； 2—CPU； 3—I/O模塊； 4—帶有集成DIN導軌的安裝導軌

第5章
CHAPTER 5

SIMATIC S71500 PLC硬件組成

新一代的SIMATIC S71500控制器經過多方面的革新，以其的性價比，在提升客戶生產效率、縮短新產品上市時間、提高客戶關鍵競爭力方面樹立了新的標杆，並以其卓越的產品設計理念為實現工廠的可持續性發展提供強有力的保障。
SIMATICS71500 PLC外形如圖51所示。

圖51S71500 PLC配置示例

1—繫統電源； 2—CPU； 3—I/O模塊； 4—帶有集成DIN導軌的安裝導軌

5.1S71500電源模塊
SIMATIC S71500電源模塊是S71500 PLC繫統中的一員，分為繫統電源模塊(Power Supply，PS)和負載電源模塊(Power Module，PM)。基於S71500統一的平臺設計開發和測試以及西門子在自動化領域的豐富經驗，S71500電源模塊，其功能、安全及EMC完全滿足繫統需求，匹配於S71500 PLC繫統。
5.1.1PS電源模塊
PS電源模塊連接到背板總線，並專門為背板總線提供內部所需的繫統電源，這種繫統電源可為模件和LED指示燈供電，且滿足以下兩點。
(1) 總線電氣隔離和安全電氣隔離符合EN 61131—2標準。
(2) 支持固件更新、標識數據I&M0~I&M4、在RUN模式下組態、診斷報警和診斷中斷。
5.1.2PM電源模塊
PM電源模塊為CPU/IM、I/O模塊、PS電源等提供高效、穩定、可靠的直流24V供電，且具有以下特性。
(1) 輸入交流120V/230V自適應，適應世界各地供電網絡。
(2) 優秀的輸入抗過壓性能和輸出過壓保護功能，有效提高了繫統的運行安全。
(3) 卓越的起動和緩衝能力，增強了繫統的穩定性。
(4) 先進的電路設計和高品質電子器件，保證了電源的高可靠性。
(5) 符合SELV，提高了S71500 PLC的應用安全。
(6) 優異的EMC兼容性能，完全符合S71500 PLC繫統的TIA集成測試要求。

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