第1章電氣控制的基礎知識

1.1概述

1.1.1控制繫統的特點

1.1.2電氣控制繫統的發展

1.2常用低壓電器的基本概念和分類

1.2.1基本概念

1.2.2低壓電器的分類

1.3低壓電器的主要技術參數

思考與練習題

第2章常用低壓電器

2.1常用低壓電器的組成

2.2主令電器

2.2.1按鈕

2.2.2轉換開關

2.2.3行程開關

2.2.4接近開關

2.2.5光電開關

2.3常用控制類電器

2.3.1接觸器

2.3.2中間繼電器

2.3.3時間繼電器

2.3.4速度繼電器

2.3.5壓力繼電器

2.3.6液位繼電器

2.3.7固態繼電器

2.4常用保護類電器

2.4.1熔斷器

2.4.2熱繼電器

2.4.3電流繼電器

2.4.4電壓繼電器

2.5常用的開關電器

2.5.1刀開關

2.5.2低壓斷路器

2.5.3智能化低壓斷路器

2.6常用低壓電器的維護

2.6.1觸頭的故障維修及調整

2.6.2電磁繫統的維護

2.6.3接觸器運行維護及故障檢修

2.6.4熔斷器的故障及排除

2.6.5熱繼電器的故障及排除

2.6.6時間繼電器的故障及排除

2.6.7刀開關常見的故障及排除

2.6.8低壓斷路器常見的故障及排除

2.7低壓電器的顏色標志

2.7.1導線的顏色標志及含義

2.7.2按鈕的顏色標志及含義

2.7.3指示燈的顏色標志及含義

思考與練習題

第3章電氣圖的繪制

3.1電氣圖中的圖形符號、文字符號

3.2接線端子標記

3.3電氣原理圖

3.3.1電氣原理圖的組成

3.3.2電氣原理圖的圖幅分區

3.3.3電氣原理圖的繪制

3.件布置圖

3.5電氣接線圖

3.件明細表

3.7電氣圖的識圖

思考與練習題

第4章繼電器接觸器控制

4.1基本控制電路

4.1.1點動控制

4.1.2連續控制

4.1.3點動與連續控制

4.1.4多地控制電路

4.1.5正/反轉控制電路

4.1.6自動往復控制

4.1.7順序控制

4.2三相異步電動機的全壓起動

4.2.1直接全壓起動

4.2.2自動控制全壓起動

4.3三相籠型異步電動機降壓起動

4.3.1定子串電阻(或電抗器)降壓起動

4.3.2星形三角形(△)降壓起動

4.3.3自耦變壓器降壓起動

4.3.4三相繞線式異步電動機起動

4.4調速控制

4.4.1變極調速

4.4.2變頻調速

4.4.3變轉差率調速

4.5三相異步電動機的制動控制

4.5.1機械制動

4.5.2能耗制動

4.5.3反接制動電路

思考與練習題

第5章電氣控制繫統的分析與設計

5.1電氣控制繫統分析內容和步驟

5.1.1電氣控制繫統分析的內容

5.1.2電氣原理圖的分析方法

5.1.3電氣原理圖的分析步驟

5.2電氣控制繫統設計的一般原則和基本內容

5.2.1電氣控制繫統設計的一般原則

5.2.2電氣控制繫統設計的基本內容

5.3電氣控制原理電路設計的方法與步驟

5.3.1電氣控制原理電路的設計方法

5.3.2電氣原理圖設計中的一般要求

5.3.3電氣原理圖設計的基本步驟

5.3.4電氣控制繫統設計時應注意的問題

5.4設計實例

思考與練習題

第6章可編程控制器的工作原理

6.1PLC控制繫統的組成

6.1.1PLC控制繫統的硬件繫統

6.1.2PLC控制繫統的軟件繫統

6.2可編程序控制器的工作原理

6.2.1可編程控制器的基本概念

6.2.2可編程控制器的等效

6.2.3可編程控制器的工作過程

6.2.4PLC控制繫統的工作原理

6.2.5PLC控制繫統的中斷處理

6.3可編程序控制器的編程語言

6.3.1梯形圖

6.3.2指令表

6.3.3功能塊圖

6.4可編程序控制器的程序結構

6.4.1線性化程序

6.4.2結構化程序

6.5PLC控制繫統設計

思考與練習題

第7章S7300 PLC指令繫統及應用

7.1S7300 PLC概述

7.1.1S7300 PLC的基本構成

7.1.2S7300 PLC的硬件配置

7.1.3S7300 PLC的模塊地址

7.1.4S7300 PLC的存儲器

7.2S7300 PLC的指令結構及操作數

7.2.1指令結構

7.2.2操作數的表示方法

7.2.3狀態字結構及其含義

7.3位邏輯(Bit Logic)指令

7.3.1位邏輯運算指令

7.3.2位操作指令

7.3.3位測試指令

7.3.4位邏輯指令應用舉例

7.3.5觸點的串/並聯組合

7.4尋址方式

7.4.1立即尋址

7.4.2直接尋址

7.4.3存儲器間接尋址

7.4.4寄存器間接尋址

7.5定時器

7.5.1定時器概述

7.5.2定時器的種類和定時器的特點

7.5.3定時器起動指令(Timers)

7.5.4定時器指令的用法

7.5.5定時器應用舉例

7.6計數器

7.6.1計數器概述

7.6.2計數器種類和計數特點

7.6.3計數器指令(Counter)

7.6.4計數器指令的用法

7.6.5計數器應用舉例

7.7數據處理指令

7.7.1數據傳送指令

7.7.2比較指令(Comparator)

7.7.3移位指令和循環移位指令(Shift/Rotate)

7.8轉換指令(Converter)

7.8.1BCD與整數間的轉換

7.8.2整數轉換為長整數

7.8.3實數和長整數間的轉換

7.8.4數的取反、求補

7.8.5累加器和地址寄存器操作指令

7.9數據運算指令

7.9.1加、減、乘、除算術運算指令

7.9.2實數算術運算

7.9.3字邏輯運算指令

7.10控制指令

7.10.1邏輯控制指令

7.10.2程序控制指令

思考與練習題

第8章實驗項目及實驗指導書

8.1實驗1: 三相異步電動機點動與連續控制

8.2實驗2: 三相異步電動機正/反轉控制

8.3實驗3: 三相異步電動機星角降壓起動控制

8.4實驗4: 三相異步電動機順序控制

8.5實驗5: 三相異步電動機制動控制

8.6實驗6: 三相異步電動機調速控制

8.7實驗7: 變頻器點動與連續控制

8.8實驗8: 變頻器正/反轉控制

8.9實驗9: 變頻器多段速調速控制

參考文獻

附錄A常用電氣圖形符號和文字符號

附錄B電氣設備常用的基本文字符號

附錄CS7300繫列PLC梯形圖指令統計表

近年來，電氣控制技術在電力、冶金、機械制造、化工、交通運輸等諸多領域的應用越來越廣泛，隨著科學技術的進步，電子技術、微電子技術的不斷發展，特別是大規模集成電路和微處理技術的應用器件不斷更新換代，控制器的功能不斷完善。可編程控制器的出現成為控制領域的一個裡程碑，使電氣控制技術發展到一個新階段，可編程控制器成為主導的控制器，但常用低壓電器仍然有著廣泛的需求和應用市場。

為了使學生尤其是初學者能夠盡快地學會並掌握電氣控制技術和PLC及新技術的應用，我們編寫了本書。作者總結了多年從事電氣工程教育教學的經驗，整理了有關的教學資料，並根據電氣工程崗位職業證書的考試要求以及學生學習的習慣和特點，從培養應用型人纔為出發點，以提高學生的電氣控制技術應用能力為目的，采用循序漸進的方法，側重基礎，注重應用，從常用低壓電器的結構、工作原理及圖形符號和文字符號為起點，由淺入深地介紹了基本電氣控制電路的組成和工作過程，並針對電氣工程方面職業資格證書考試的需要，側重講件和電氣圖的識圖方法，電氣控制繫統的分析、設計的方法和步驟，並配有典型控制電路的安裝、調試的實驗指導，以期提高學生的動手能力。通過認真學習本書和實踐，學生一定能打下堅實的基礎。

對於可編程控制器，本書介紹了通用PLC的硬件結構、軟件組成及工作原理，並以S7300 PLC為樣機，講解了基本指令的功能及應用以及利用編程軟件STEP 7編輯和調試程序的方法和步驟。對於重要的知識點都配合了相應的例題，使學習者學有所得，獲得成就感。

第1~7章後有思考與練習題，第8章是實驗項目及實驗指導書，以此培養學生分析問題和解決問題的能力，提高電氣控制技術和PLC的應用能力。

全書共分為8章，第1章介紹了電氣控制繫統的概念、分類及發展； 第2章介紹了常用低壓電器的結構、原理及圖形符號； 第3章介紹了電氣圖的繪制原則及識圖方法； 第4章介紹了電氣控制繫統基本控制電路及變頻器的調速應用； 第5章介紹了電氣控制繫統的分析方法及步驟、設計原則及設計內容等； 第6章介紹了以可編程控制器為核心的電氣控制繫統的組成及工作原理； 第7章介紹了西門子S7300 PLC的指令繫統及應用； 第8章為實驗項目及實驗指導書，通過安裝調試典型的電氣控制繫統的控制電路，培養並提高學生分析問題、解決問題的能力。

本書參考了許多同行的文獻，在此謹致謝意。

由於編者水平有限，書中難免會有疏漏和不妥之處，懇請廣大讀者批評指正。

編者

2018年1月

第1章電氣控制的基礎知識

1.1概述

20世紀60年代初可編程序控制器問世以前，在工業控制領域中占主導地位的是繼電器接觸器控制。控制繫統由繼電器、接觸器器件組成，用導線將這件按照控制要求連接在一起，以完成一定的控制功能。繼電器、接觸器在控制繫統中主要起兩種作用： 一是邏輯運算，二是弱電控制強電。

1.1.1控制繫統的特點

采用繼電器、接觸器等電器組成的控制裝置，稱為繼電器接觸器控制裝置，又稱繼電器接觸器控制繫統。實現對被控對像進行起動、停止和調速等控制。

1. 繼電器接觸器控制繫統的優點

（1) 電路圖形像直觀。

（2) 價格低廉。

（3) 維護方便。

（4) 抗干擾能力強。

適用於動作比較簡單、控制規模比較小的場合，因此目前仍廣泛應用於各類機床和其他機械設備中。

2. 繼電器接觸器控制繫統的缺點

（1) 靈活性差。因其采用的是固定接線形式，不易改變控制功能。

（2) 控制速度慢。因采用有觸點的動作開關，工作頻率低。

（3) 控制精度低。存在動作延時和滯後現像，難以實現精確控制。

（4) 可靠性差，使用壽命短； 存在大量的機械觸點，觸點易損壞。

（5) 體積大，耗電多。

（6) 生產周期長，接線復雜。

（7) 需要定時和不定時地進行檢修和維護。

3. 可編程控制器的特點

可編程控制器簡稱PLC，它是將3C(Computer,Controller,Communication)技術，即計算機技術、自動控制技術、通信網絡技術融為一體的一種新型工業控制裝置。所以它在數據處理、順序控制方面具有一定優勢。目前，在控制領域裡，可編程控制器已經替代了繼電器接觸器控制成為主要控制器，並被廣泛應用。

以可編程控制器為核心的控制裝置稱為PLC控制繫統。可編程控制器的特點如下。

（1) 編程方法簡單易學。

（2) 功能強，性能價格比高。

（3) 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強。

（4) 可靠性高，抗干擾能力強。

（5) 繫統的設計、安裝、調試工作量少。

（6) 維修工作量小，維修方便。

（7) 體積小，能耗低。