◆ 適用性：從實際應用和教學的角度，一般理論以夠用為度，低壓電器和典型繼電接觸器的原理性內容精簡扼要，注重電路分析設計，為深入學習PLC 程序設計打好基礎。

◆ 系統性：把電氣控制與PLC 應用技術聯系在一起，由淺入深地介紹了電氣控制、PLC 基礎知識、指令系統、模塊化程序設計方法及工藝功能設計，知識前后貫通且系統化。

◆ 應用性：在強調基礎知識、基本操作技能的同時，對程序設計方法、高速計數器、運動控制、PID 控制技術等重點和難點知識內容結合工程實例做了詳細介紹，可操作性強，實用價值高。

◆ 實踐性：注重項目訓練，各章配備相應的項目實訓，引導學生理論聯系實際，增強其工程應用意識，培養學生的解決問題和動手能力。

◆ 先進性：以技術先進、功能強大的S7-1200 PLC 為例介紹模塊化程序設計的思想，對網絡通信、人機界面設計深入講解，符合工廠自動化和電氣信息技術的發展需求。

隨著工業自動化向網絡化、開放化、智能化和集成化方向快速發展，作為工業網絡控制系統核心的PLC控制器不但要能完成邏輯控制、順序控制、定時、計數、模擬回路控制等任務，還要具備強大的數據運算、網絡通信等功能，以滿足電氣控制網絡化和工廠信息化的需求，推進數字化生產。進入新時代，我國提出“科技強國”重大戰略部署，“當今世界正經歷百年未有之大變局，科技創新是其中一個關鍵變量”，掌握先進的PLC程序設計與應用技術，是對電氣自動化類專業學生的基本要求，是學生投身社會主義現代化建設，以科技現代化推進民族工業發展的有力工具。

本書以目前國內市場占有率較高、網絡功能強大、具有較高性價比的西門子SIMATIC系列S7-1200 PLC為例，對電氣控制技術和PLC編程技術及其在電氣工程設計中的應用進行介紹，是較為全面和先進的教科書。在本書編寫過程中，編者注意精選內容，講解深入淺出，理論聯系實際，突出應用，注重對學生能力的培養。本書內容系統全面、學用一致、通俗易懂，主要特點如下：

（1）適用性：從實際應用和教學的角度出發，一般理論以夠用為度，低壓電器和典型繼電接觸器的原理性內容精簡扼要，注重電路分析設計，為深入學習PLC程序設計打好基礎。

（2）系統性：把電氣控制與PLC應用技術聯系在一起，由淺入深地介紹了電氣控制、PLC基礎知識、指令系統、模塊化程序設計方法及工藝功能設計，知識前后貫通且系統化。

（3）應用性：在強調基礎知識、基本操作技能的同時，對程序設計方法、高速計數器、運動控制、PID控制技術等重點和難點內容結合工程實例做了詳細介紹，可操作性強，實用價值高。

（4）實踐性：注重項目訓練，第1～7章配備相應的項目實訓，引導學生理論聯系實際，增強其工程應用意識，培養學生的解決問題能力和動手能力。

（5）先進性：以技術先進、功能強大的S7-1200 PLC為例介紹模塊化程序設計的思想，對網絡通信、人機界面設計深入講解，符合工廠自動化和電氣信息技術的發展需求。

第二版教材全面保留第一版教材注重工程實踐和應用創新培養的復合型新工科特色，針對第一版使用中的問題和不足進行了修訂和改進，主要包括以下幾個方面：

（1）把握時代脈搏，高舉中國特色社會主義偉大旗幟，全面貫徹習近平新時代中國特色社會主義思想。本書根據課程知識特點，挖掘課程思政元素，在每一章起始位置設置了本章思政目標，使思政教育與專業知識深入融合，實現全面育人的目標，培養符合新工科需求的復合型人才。

（2）為了滿足學生自學、線上線下混合教學的需求，豐富課程教學和學習資源，第二版各章節配備了專業教師團隊的視頻講解，大大拓展了學習渠道，提高了學生學習的便利性和效率。

（3）完善知識內容，提高整體流暢度，精簡不必要的文字，尤其是對第一版中存在的紕漏從文字內容和電路圖上進行了全面更正，對描述不清的內容重新進行編寫，同時電氣系統文字符號全部采用新的國家標準，并從實際情況出發加上新舊文字符號的對比，便于學生查閱和學習。

本書由山東交通學院胡冠山任主編（負責統稿工作），由山東交通學院潘為剛、煙臺大學楊仁弟、山東交通學院韓耀振任副主編，楊明仁教授任主審，山東交通學院孫毅、張建軍、張煌、唐相猛參與本書部分章節的編寫工作。

本書得到山東省高等教育本科教學改革研究項目“四種能力、五維空間、深度學習的生態課堂教學模式研究與實踐”（Z2023249）的資助；在本書編寫過程中，編者參考了同類教材、著作及科技文獻，在此對其作者表示衷心感謝。

由于編者水平有限，書中難免存在疏漏甚至錯誤不足之處，懇請讀者批評和指正。

編 者

2023年12月

第1章 電氣控制中的常用低壓電器 1
1.1 電磁式低壓電器基礎知識 1
1.1.1 電器的概念和分類 1
1.1.2 電磁式低壓電器 2
1.2 接觸器 7
1.2.1 交流接觸器 7
1.2.2 直流接觸器 11
1.3 繼電器 11
1.3.1 電磁式繼電器 11
1.3.2 時間繼電器 13
1.3.3 熱繼電器 14
1.3.4 速度繼電器 18
1.4 低壓斷路器 19
1.4.1 低壓斷路器的結構及工作原理 19
1.4.2 低壓斷路器的技術參數 20
1.4.3 低壓斷路器的選用 20
1.5 熔斷器 21
1.5.1 熔斷器的結構與類型 21
1.5.2 熔斷器的電氣符號與型號表示 21
1.5.3 熔斷器的特性和技術參數 22
1.5.4 熔斷器的選擇 22
1.6 主令電器 23
1.6.1 控制按鈕 23
1.6.2 行程開關與接近開關 24
1.6.3 轉換開關 26
1.6.4 主令控制器 27
1.7 項目實訓—常用低壓電器的選用
和裝配 28
思考練習題 32
第2章 電氣控制線路分析與設計 33
2.1 電氣控制系統圖 33
2.1.1 電氣控制系統圖的概念及分類 33
2.1.2 常用的電氣圖形符號和文字符號 34
2.1.3 電氣原理圖的構成及繪制原則 37
2.2 三相異步電動機典型控制線路 39
2.2.1 三相異步電動機基本控制線路 39
2.2.2 三相異步電動機點動與多地
控制線路 40
2.2.3 三相異步電動機正反轉控制線路 40
2.3 三相異步電動機降壓啟動控制線路 43
2.3.1 Y-△降壓啟動 43
2.3.2 定子繞組串電阻降壓啟動
控制線路 44
2.4 三相異步電動機變極調速控制線路 45
2.4.1 變極調速原理 45
2.4.2 雙速極對數調速控制線路 45
2.4.3 三速電動機的調速控制線路 47
2.5 三相異步電動機的制動控制線路 48
2.5.1 能耗制動控制線路 48
2.5.2 電動機反接制動控制線路 50
2.6 電氣控制線路的分析 51
2.6.1 電氣控制線路的讀圖分析方法 51
2.6.2 電氣控制線路實例分析 52
2.7 電氣控制線路的設計 53
2.7.1 電氣控制線路的設計原則 53
2.7.2 經驗設計法 54
2.7.3 邏輯設計法 54
2.7.4 電氣控制系統設計中應注意的
問題 55
2.7.5 電氣控制線路設計實例 56
2.8 項目實訓—電動機順序控制線路的
安裝與調試 59
思考練習題 63
第3章 可編程邏輯控制器的結構及組態 64
3.1 PLC概述 64
3.1.1 PLC的產生 64
3.1.2 PLC的定義 65
3.1.3 PLC的發展歷程 65
3.1.4 PLC的特點 66
3.2 PLC的基本結構與工作原理 67
3.2.1 PLC的基本結構 67
3.2.2 PLC的性能指標 70
3.2.3 PLC的分類 70
3.2.4 PLC的工作原理 72
3.3 S7-1200 PLC的硬件組成 74
3.3.1 S7-1200 PLC的產品定位 74
3.3.2 S7-1200 PLC的硬件結構 75
3.3.3 S7-1200 CPU的工作模式 79
3.4 S7-1200存儲器及其尋址 80
3.4.1 S7-1200存儲器與數據存儲 80
3.4.2 S7-1200存儲器尋址 82
3.5 博途軟件的使用 84
3.5.1 博途軟件介紹 84
3.5.2 博途軟件界面視圖 85
3.6 S7-1200 PLC的項目組態 87
3.6.1 硬件設備組態 87
3.6.2 程序編譯和運行 93
3.7 PLC的編程語言 97
3.7.1 梯形圖 97
3.7.2 功能塊圖 99
3.7.3 指令表 99
3.7.4 結構文本 99
3.7.5 順序功能圖 99
3.8 項目實訓—STEP 7中項目的建立 100
思考練習題 105
第4章 S7-1200 PLC程序結構和編程指令 106
4.1 PLC的數據類型 106
4.1.1 基本數據類型 106
4.1.2 復雜數據類型 107
4.1.3 參數類型 109
4.1.4 系統數據類型 110
4.1.5 硬件數據類型 110
4.2 S7-1200的塊結構與程序結構 111
4.2.1 S7-1200的塊結構 111
4.2.2 S7-1200的程序結構 113
4.3 S7-1200的基本指令及使用 115
4.3.1 位邏輯指令 115
4.3.2 定時器指令 119
4.3.3 計數器指令 124
4.3.4 比較指令 126
4.3.5 數學運算指令 128
4.3.6 移動指令 131
4.3.7 轉換指令 131
4.3.8 移位和循環移位指令 132
4.3.9 字邏輯指令 134
4.3.10 程序控制指令 135
4.4 擴展指令 137
4.4.1 日期時間指令 137
4.4.2 字符串指令 140
4.4.3 中斷指令 144
4.4.4 脈沖指令 146
4.5 項目實訓—步進電動機的PLC
控制 152
思考練習題 155
第5章 S7-1200 PLC程序設計 156
5.1 經驗設計法編程 156
5.1.1 經驗設計法的特點 156
5.1.2 從電路圖到梯形圖的轉換 157
5.1.3 PLC編程原則 159
5.2 順序功能圖設計法 160
5.2.1 順序控制設計的概念 160
5.2.2 用起保停方法實現順序控制設計 163
5.2.3 用置位復位指令實現順序
控制設計 168
5.3 模塊化編程 172
5.3.1 模塊化程序構建 172
5.3.2 功能和功能塊的使用 172
5.4 組織塊在程序設計中的使用 178
5.4.1 程序循環組織塊 178
5.4.2 啟動組織塊 179
5.4.3 循環中斷組織塊 180
5.4.4 硬件中斷組織塊 181
5.4.5 延時中斷組織塊 183
5.4.6 時間錯誤中斷組織塊 184
5.4.7 診斷中斷組織塊 185
5.5 數據塊的使用 186
5.5.1 數據塊的類型 186
5.5.2 數據塊的創建 186
5.5.3 數據塊聲明表的結構 187
5.5.4 數據塊在編程中的使用 188
5.6 項目實訓—材料分揀系統模塊化
設計 189
思考練習題 193
第6章 S7-1200 PLC通信設計 194
6.1 S7-1200通信概述 194
6.1.1 S7-1200串口通信模塊 194
6.1.2 S7-1200的以太網通信功能 196
6.2 S7-1200的Modbus通信設計 198
6.2.1 Modbus通信模式 198
6.2.2 Modbus功能代碼 198
6.2.3 Modbus RTU指令與組態 199
6.3 S7-1200的USS通信 205
6.3.1 通用串行通信的特點 205
6.3.2 USS指令 206
6.4 S7-1200的自由口通信 209
6.5 S7-1200與S7-1200之間的以太網
通信 211
6.5.1 帶連接管理的通信指令 211
6.5.2 不帶連接管理的通信指令 214
6.5.3 S7-1200以太網通信組態 216
6.6 項目實訓—PLC與變頻器通信
設計 222
思考練習題 226
第7章 SIMATIC HMI精智面板的組態應用 227
7.1 HMI概述 227
7.1.1 HMI的概念 227
7.1.2 SIMATIC HMI精智面板 228
7.2 觸摸屏組態入門 230
7.2.1 HMI工程的建立 230
7.2.2 組態變量 231
7.2.3 畫面編輯窗口 232
7.2.4 觸摸屏的在線運行與仿真模擬 233
7.3 畫面對象的組態 234
7.3.1 按鈕、開關與指示燈的組態 235
7.3.2 棒圖和時間域的組態 239
7.3.3 組態符號I/O域 240
7.3.4 組態圖形I/O域 243
7.3.5 動畫功能的使用 244
7.4 畫面對象的報警組態 245
7.4.1 HMI報警基礎知識 245
7.4.2 變量報警 247
7.4.3 報警視圖 247
7.5 用戶管理組態 248
7.6 項目實訓—精智面板的使用設置 251
思考練習題 257
第8章 PLC系統設計與工藝功能應用 258
8.1 PLC的系統設計 258
8.1.1 設計任務分析 258
8.1.2 PLC選型 259
8.1.3 硬件電路設計 260
8.1.4 軟件設計 260
8.1.5 系統調試 261
8.1.6 文件編制 261
8.2 PLC高速計數器的功能與應用 261
8.2.1 高速計數器的工作模式 261
8.2.2 高速計數器的尋址 262
8.2.3 高速計數器的指令參數 263
8.2.4 高速計數器的組態應用 263
8.3 PID控制功能與應用 266
8.3.1 PID控制器結構 266
8.3.2 PID控制指令 267
8.3.3 組態PID控制器 269
8.3.4 PID Compact的調試 272
8.3.5 PID組態應用 274
8.4 運動控制功能與應用 278
8.4.1 S7-1200 CPU運動控制功能 278
8.4.2 運動控制的功能原理 278
8.4.3 S7-1200軸資源啟用 280
8.4.4 工藝對象軸組態 281
8.4.5 運動控制指令 285
8.4.6 運動控制功能應用 289
思考練習題 297
參考文獻 298

1. 大學生創新創業實踐——外語類 [主編　王純磊　袁　媛]
2. 自然拼讀黃金法則（第二版） [李漢回　編著]
3. 應急管理體系建設的理論與實踐探析 [張巖]
4. 大學生創新創業實踐——信息類 [主編　陸超　袁靜　秦玉龍]
5. Photoshop圖像處理案例教程 [李清玲]
6. 智慧能源典型技術及應用 [主編　張斌　王鋒]
7. 設計構成基礎教程（第二版） [劉艷芳　王陽]
8. 系統架構設計師備考一本通（第二版） [倪奕文 王建平 編著]
9. 用英語講中國熱詞（微課版） [白陽明　編著]
10. 信息系統監理師考試32小時通關 （第二版） [薛大龍]
11. 學前兒童教育戲劇活動指導 [主編　王一鷗　黃科]
12. 信息安全工程師考試32小時通關 [薛大龍]
13. 典型替代燃料的低溫氧化反應動力學理論研究 [邢利利 著]
14. 電力施工企業內控合規實務操作手冊 [白雪鵬　張　義　張海峰　編著]
15. 基于雙元制的機電一體化技術專業、工業機器人技術專業標準開發 [主編 黃崇富 朱永麗 胡銀全]
16. 職前教師職業倫理教育研究—以云南為例 [侯阿冰 著]
17. Java Web項目化設計實踐教程 [邱云 曾陳萍]
18. 系統集成項目管理工程師5天修煉（第四版） [黃少年 劉毅 編著]
19. 中國通信工業協會教育專委會2023年會議論文集 [中國通信工業協會教育專委會]
20. 氧化石墨烯在頁巖陶粒高強輕質混凝土中的應用研究 [洪曉江 著]
21. 應用型高校通識教育課程思政教學設計研究 [唐敬偉 江娜 著]
22. 系統集成項目管理工程師考試32小時通關（第二版） [薛大龍]
23. 鴻蒙系統應用開發項目化教程 [鄧文達　史勁　李禮]
24. 新形勢下全球價值鏈視角的地方汽車產業集群升級實證研究 [張兆英 著]
25. 梅蘭竹菊松詩詞與君子文化再讀 [李汶凈 著]
26. 戰略管理——新思維與商業競爭分析工具 [主編 舒波]
27. 用英語介紹中國：經典誦讀 [青閏　編譯]
28. 化工分離技術與優化策略研究 [王婷婷 著]
29. 人工智能開發框架應用 [主編 王明超 蘆婭云]
30. 信息系統項目管理師案例分析一本通（第二版） [王樹文 編著]