本书内容包括电气控制基础和可编程控制器两大部分，分为8章：第1章、第2章以电气控制基础为主，系统介绍了电气控制系统基本概念、常用低压电器元件和电气控制电路分析方法；第3章至第8章以可编程控制器为主，重点介绍了西门子公司S7-300 PLC的工作原理、系统组成与硬件组态、基本指令及应用、功能指令及应用、程序结构与设计及在模拟量闭环控制中的应用。本书体系完整、通俗易懂、注重实际、强调应用，是一本工程性较强的应用研究型专业书籍。

前 言
可编程控制器（PLC）是为工业控制应用而设计制造的一种新型的、通用的自动控制装置。它以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术，具有可靠性高、配置灵活、使用方便、易于扩展等优点，成为现代工业自动化的三大支柱（PLC、CAD/CAM、机器人）之一，在工业控制领域和许多其他行业得到了迅猛发展。
本书内容以电气控制系统和西门子S7-300可编程控制器应用技术为主，系统介绍了常用低压电器的基本知识、电气控制电路分析方法、可编程控制器概述、S7-300 PLC软硬件基础及其自动化控制系统中的应用。为了便于教学和自学，本书精心编写了大量的例题及其实现程序。此外，本书精心挑选的工程实例都有较为详细的设计步骤，对从事自动化系统设计、系统集成的工程师也有一定的帮助。
本书分8章，由齐鲁工业大学（山东省科学院）王斌鹏、董霞、孙涛、肖中俊4位教师共同参与编写，具体分工为：王斌鹏编写第3章、第4章、第5章、第6章和第7章；董霞编写第1章、第2章和第8章；孙涛、肖中俊对全书进行修改和统稿。本书的编写得到了齐鲁工业大学（山东省科学院）电气工程与自动化学院各级领导的大力支持，同时，藏家义、张慧等教师也做了许多具体工作，在此一并表示感谢。
此外，本书在编写过程中参考了一些相关的优秀教材及西门子公司官网技术资源，特此对相关人员表示谢意。
由于编者水平有限，书中难免会有不妥和错误之处，恳请读者批评指正。

编著者

王斌鹏，齐鲁工业大学副教授，曾获《过程控制》课程教学研究与创新奖，齐鲁工业大学首届青年教学优秀奖，山东省教育厅项目"电（磁）流变液阻尼器智能控制技术研究三等奖。

目 录
第1章　电气控制系统常用器件（1）
1.1　电器的基本知识（1）
1.1.1　电器的定义和分类（1）
1.1.2　电磁式低压电器（2）
1.2　熔断器（6）
1.2.1　熔断器的结构和分类（6）
1.2.2　熔断器的安秒特性（8）
1.2.3　熔断器的技术数据（9）
1.2.4　熔断器的选择（9）
1.3　低压断路器（10）
1.3.1　低压断路器的结构及工作原理（10）
1.3.2　低压断路器的类型（11）
1.3.3　低压断路器的主要技术数据（12）
1.3.4　低压断路器的选择及使用（12）
1.4　接触器（13）
1.4.1　接触器的分类（13）
1.4.2　接触器的结构及工作原理（13）
1.4.3　接触器的型号及主要技术数据（15）
1.4.4　接触器的选择与使用（16）
1.5　继电器（17）
1.5.1　电磁式继电器（17）
1.5.2　时间继电器（20）
1.5.3　热继电器（20）
1.5.4　速度继电器（24）
1.5.5　其他功能继电器（24）
1.6　主令电器（26）
1.6.1　控制按钮（26）
1.6.2　转换开关（27）
1.6.3　行程开关（28）
1.6.4　接近开关（29）
1.6.5　光电开关（30）
1.7　信号电器（31）
1.8　常用的执行器件（31）
1.8.1　电磁执行器件（32）
1.8.2　驱动设备（33）
1.9　常用的检测仪表（34）
1.10　常用电气安装附件（36）
本章小结（37）
思考题与练习题（37）
第2章　电气控制电路基础（39）
2.1　电气控制系统图（39）
2.1.1　电气图中常用的图形符号和文字符号（40）
2.1.2　电气原理图的绘制原则（48）
2.1.3　电气元件布置图的绘制原则（50）
2.1.4　电气安装接线图的绘制原则（50）
2.2　三相笼型异步电动机的基本控制电路（51）
2.2.1　全压启动控制电路（51）
2.2.2　点动控制电路（52）
2.2.3　正反转控制电路（53）
2.2.4　多点控制电路（54）
2.2.5　顺序控制电路（54）
2.2.6　自动往复控制电路（55）
2.3　三相笼型异步电动机降压启动控制电路（56）
2.3.1　星形-三角形降压启动控制电路（56）
2.3.2　软启动器及其使用（57）
2.4　三相笼型异步电动机速度控制电路（61）
2.4.1　基本概念（62）
2.4.2　变极调速控制电路（62）
2.4.3　变频调速与变频器的使用（63）
2.5　三相异步电动机的制动控制电路（70）
2.5.1　反接制动控制电路（70）
2.5.2　能耗制动控制电路（72）
本章小结（73）
思考题与练习题（74）
第3章 可编程控制器概述（76）
3.1 可编程控制器的产生和定义（76）
3.1.1 可编程控制器的产生（76）
3.1.2 PLC的定义（77）
3.2 PLC的发展（78）
3.2.1 PLC的发展历史（78）
3.2.2 PLC的发展趋势（79）
3.3 PLC的特点（81）
3.4 PLC的应用领城（83）
3.5 PLC的系统组成（84）
3.6 PLC的分类（86）
3.6.1 按输入/输出点数容量分类（86）
3.6.2 按结构形式分类（87）
3.6.3 按功能分类（88）
3.7 PLC的工作方式、原理及特点（89）
3.7.1 PLC的工作方式（89）
3.7.2 PLC工作原理（89）
3.7.3 循环扫描工作方式的特点（90）
3.8 PLC的编程语言（91）
本章小结（93）
思考题与练习题（94）
第4章 S7-300 PLC系统组成与硬件组态（95）
4.1 S7-300 PLC的模块简介（95）
4.1.1 中央处理单元（CPU）（95）
4.1.2 信号模块（SM）（99）
4.1.3 电源模块（PS）（103）
4.1.4 接口模块（104）
4.1.5 功能模块（104）
4.1.6 通信处理模块（105）
4.2 S7-300 PLC控制系统组成（106）
4.2.1 系统模块结构（106）
4.2.2 模块地址分配（107）
4.3 硬件组态（109）
4.3.1 STEP 7简介（109）
4.3.2 创建项目（110）
4.3.3 硬件搭建与参数设置（111）
本章小结（114）
思考题与练习题（114）
第5章 S7-300 PLC基本指令及应用（116）
5.1 S7-300编程基础（116）
5.1.1 数制（116）
5.1.2 数据类型（117）
5.1.3 S7-300 PLC的存储器（120）
5.1.4 CPU中的寄存器（121）
5.1.5 寻址方式（123）
5.2 位逻辑指令（126）
5.2.1 触点与线圈指令（126）
5.2.2 置位和复位指令（128）
5.2.3 RS与SR触发器指令（130）
5.2.4 RLO边沿检测指令（130）
5.3 定时器和计数器（132）
5.3.1 定时器（132）
5.3.2 计数器（140）
本章小结（143）
思考题与练习题（144）
第6章 S7-300 PLC功能指令及应用（146）
6.1 数据传送指令（146）
6.2 比较指令（147）
6.3 转换指令（149）
6.4 数学运算指令（152）
6.4.1 整数运算指令（152）
6.4.2 浮点数运算指令（153）
6.5 移位和循环移位指令（154）
6.5.1 移位指令（154）
6.5.2 循环移位指令（156）
6.6 字逻辑运算指令（157）
6.7 控制指令（158）
6.7.1 逻辑控制指令（158）
6.7.2 程序控制指令（158）
本章小结（161）
思考题与练习题（162）
第7章 S7-300 PLC程序结构与设计（163）
7.1 用户程序的基本单元（163）
7.2 符号定义与变量声明（167）
7.2.1 符号定义（167）
7.2.2 局部变量声明（169）
7.3 功能与功能块的编程（170）
7.3.1 功能（FC）的编程（170）
7.3.2 功能块（FB）的编程（172）
7.4 用户程序的基本结构（174）
7.5 顺序控制系统的梯形图设计方法（176）
7.5.1 顺序控制与顺序功能图（176）
7.5.2 顺序功能图的组成（176）
7.5.3 顺序功能图的基本结构（179）
7.5.4 顺序功能图转换实现的基本规则（180）
7.5.5 使用置位复位指令的顺序控制梯形图编程方法（180）
7.6 设计实例（184）
7.6.1 交通灯程序设计（184）
7.6.2 搅拌系统程序设计（187）
7.6.3 水箱水位控制系统程序设计（190）
7.6.4 机械手控制系统程序设计（195）
本章小结（202）
思考题与练习题（203）

第8章 S7-300在模拟量闭环控制系统中的应用（205）
8.1 模拟量闭环控制与PID控制器（205）
8.1.1 模拟量闭环控制系统的组成（205）
8.1.2 PID控制器的数字化（208）
8.1.3 S7-300实现PID闭环控制的方法（210）
8.2 连续PID控制器FB41（211）
8.2.1 设定值与过程变量的处理（211）
8.2.2 PID控制算法与输出值的处理（213）
本章小结（214）
思考题与练习题（214）
参考文献（216）