前言

在生产过程、科学研究和其他产业领域中，电气控制技术的应用十分广泛。在机械设备控制中，电气控制比其他控制方法使用得更为普遍。随着科学技术的发展，特别是大规模集成电路的问世和微处理机技术的应用，出现了可编程序控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它不仅可以取代传统的继电接触器控制系统，还可以进行复杂的过程控制和构成分布式自动化系统，使电气控制技术进入了一个崭新的阶段。目前PLC在我国的应用相当广泛，尤其是小型PLC，采用类似继电器逻辑的过程操作语言，使用十分方便，备受电气工程技术人员的青睐，因此，了解和学习这些重要的技术对机电类和电气类专业的高职高专学生来说是必不可少的。

在本书的编写过程中，我们始终坚持高职教育应以培养技能型应用人才为目标，因此，在简明扼要地介绍基本理论和基础技能的同时，重点突出了实践性环节，主要体现在大量增加的应用性实例的编程，从工程实际出发，由易到难，循序渐进，使读者在简单的实际应用中领悟西门子S7-200 PLC系列编程的技巧和方法，感悟实践渗透理论带来认知的快捷与方便，通过学习、实践，逐步进入一般工程应用的组织、规划、设计、调试和运行等领域。

本书以任务驱动为导向，各模块从项目实际入手，深入浅出。内容上可分为 4 个部分：项目一主要介绍了常用低压电器及其控制电路，项目二主要介绍了西门子S7-200 CPU 22X系列PLC的基本构成、内部元器件、基本指令及应用举例，项目三主要介绍了西门子S7-200 CPU 22X系列PLC步进顺控指令及应用，项目四主要介绍了西门子S7-200 CPU 22X系列PLC功能指令及应用举例、实际应用系统的设计方法等。

本书由三峡电力职业学院陈经文、胡瑞、韩宏亮担任主编，曾曲洋、鲍海锋、王兴芳担任副主编。书中部分项目的编写参考了相关资料，在此表示衷心的感谢。

限于编者水平有限，书中疏漏、错误之处在所难免，恳请读者批评指正。

编者
2021 年 11 月

绪论

1）电气控制技术的发展概况

电气控制技术是随着科学技术的不断发展和生产工艺不断提出新的要求而得到飞速发展。从最早的手动控制发展到自动控制，从简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有触点的硬接线继电器控制系统发展到以微处理器或计算机为中心的网络化自动控制系统。随着新电器元件的不断出现和计算机技术的发展，电气控制技术也在持续发展。现代电气控制技术正是综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果而迅速发展起来的，并向着集成化、智能化、信息化、网络化的方向发展。

低压电器是现代工业过程自动化的重要元器件，是组成电气成套设备的基础配套器件，是低压用电系统和控制系统安全运行的基础和保障。而继电接触器控制系统则主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，其控制方式是断续的，所以又称为断续控制系统。这种系统具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强等优点，至今仍是机床和其他许多机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习更先进电气控制系统的基础。这种控制系统的缺点是采用固定接线方式，灵活性差，工作频率低，触点易损坏，可靠性差。

电气控制系统的执行机构包括电机拖动部分、液压与气压传动部分。电机拖动已由最早的采用成组拖动方式→单独拖动方式→生产机械的不同运动部件分别由不同电机拖动的多电动机拖动方式，发展成今天无论是自动化功能，还是生产安全性方面都相当完善的电气自动化系统。

液压传动与控制是现代工程机械的基础技术，因其在功率质量比、无级调速、自动控制、过载保护等方面的独特技术优势，已成为国民经济中多行业、多类机械装备实现传动与控制的重要技术手段。

从 20 世纪 30 年代开始，机械加工企业为了提高生产效率，采用机械化流水作业的生产方式，对不同类型的零件分别组成自动生产线。随着产品机型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，而继电接触器控制系统采用固定接线很难适应这一要求。大型自动生产线的控制系统使用的继电器数量有很多，这种有触点的电器工作频率较低，在频繁动作情况下寿命较短，从而造成系统故障，使生产线的运行可靠性降低。为了解决这一问题，20 世纪 60 年代初，利用电子技术研制出矩阵式顺序控制器和晶体管逻辑控制系统来代替继电接触器控制系统，对复杂的自动控制系统则采用电子计算机控制，由于这些控制装置本身存在某些不足，均未能获得广泛应用。1968 年，美国最大的汽车制造商——通用汽车公司为适应汽车型号不断更新，提出把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和继电接触器控制系统的简单易懂、操作方便、价格低廉等优点结合起来，做成一种能适应工业环境的通用控制装置，并把编程方法和程序输入方式加以简化，使不熟悉计算机的人员也能很快掌握其使用技术。根据这一设想，美国数字设备公司（Digtial Equipment Corporation,DEC）于 1969 年率先研制出第一台可编程控制器（简称“PLC”），在通用汽车公司的自动装配线上试用获得成功。从此以后，许多国家的著名厂商竞相研制，各自形成系列且品种更新快，功能不断增强，从最初的逻辑控制为主发展到能进行模拟量控制，具有数据运算、数据处理和通信联网等多种功能。 PLC的另一个突出优点是可靠性高，无故障运行时间平均可达 10 万h以上，可以大大减少设备维修费用和停产造成的经济损失。当前PLC已成为电气自动控制系统中应用最为广泛的核心装置之一，在工业自动控制领域占有十分重要的地位。

2）本课程的性质与任务

本课程是一门实用性很强的专业课，主要内容是以电动机或其他执行电器为控制对象，介绍继电接触器控制系统和PLC控制系统的工作原理、典型机械的电气控制线路以及PLC控制系统的设计方法。当前PLC控制系统应用十分普遍，已成为实现工业自动化的主要手段，是教学的重点所在。但是，一方面，根据我国目前情况，继电接触器控制系统仍然是机械设备较常用的电气控制方式，而且低压电器正在向小型化、智能化发展，出现了功能多样的电子式电器，使继电接触器控制系统性能不断提高，因此，它在今后的电气控制技术中仍然占有相当重要的地位；另一方面，PLC是计算机技术与继电接触器控制技术相结合的产物，而且PLC的输入、输出仍与低压电器密切相关，因此，掌握继电接触器控制技术也是学习和掌握PLC应用技术所必需的基础。

本课程的目标是培养学生的实际应用能力，具体要求如下：

①熟悉常用控制电器的结构原理、用途，具有合理选择、使用主要控制电器的能力。

②熟练掌握继电接触器控制线路的基本环节，具有阅读和分析电气控制线路的工作原理的能力。

③熟悉典型设备的电气控制系统，具有从事电气设备安装、调试、维修和管理等知识。

④掌握PLC的基本结构和工作原理，能够根据工艺过程和控制要求进行简单的PLC控制系统的硬件设计和安装调试。

⑤熟悉PLC的内部元器件的结构与功能，掌握PLC的指令系统与编程应用，提高PLC控制系统程序的设计能力与技巧，增强实际控制系统的设计与调试能力。

⑥了解PLC的网络和通信原理。