本书以西门子S7-1200系列PLC为对象，以实际工程项目——电梯控制系统设计为脉络，全面阐述了PLC控制系统设计的核心要点，包括总体设计、硬件设计、软件设计、人机界面设计以及网络通信设计等关键环节，让学生在“学中做，做中练”，系统掌握S7-1200PLC编程及实际应用。
全书共分为7章。第1章主要介绍电气控制系统的基本控制线路；第2章重点讲述S7-1200PLC的系统组成；第3章介绍S7-1200PLC编程软件安装及使用；第4章介绍电梯控制系统项目部分程序设计，重点讲述S7-1200编程语言，并在指令基础上实现电梯控制系统的部分功能；第5章主要介绍电梯控制系统项目中变频器的应用；第6章介绍S7-1200PLC的通信及网络；第7章主要讲述电梯控制系统设计实例。书中全部电气图形符号均采用最新国标，所有实例均经过实践检验；实例讲解，深入浅出，读者可在最短时间掌握S7-1200系列PLC在电气控制领域的应用。
本书可作为高等学校电气工程及其自动化、自动化、机械设计制造及其自动化、智能制造、机器人工程等相关专业本科的教材，也可供从事PLC应用、设计的从业者参考使用。
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第一篇　电气控制基础
第1章　电气控制系统的基本控制线路 2
1.1　电气控制的基本知识 2
1.1.1　低压电器的基本知识 2
1.1.2　电气图形符号和文字符号 3
1.1.3　电气图的分类与作用 5
1.1.4　电气原理图的绘制规则 5
1.2　手动启停控制 8
1.2.1　低压开关 8
1.2.2　熔断器 10
1.2.3　手动控制线路实例设计 13
1.3　点动和长动控制 13
1.3.1　按钮 13
1.3.2　接触器 13
1.3.3　热继电器 17
1.3.4　点动控制线路 17
1.3.5　长动控制线路 18
1.3.6　中间继电器 18
1.3.7　长动与点动控制线路 19
1.4　正、反转控制线路实例设计 20
1.4.1　接触器互锁正、反转控制线路 20
1.4.2　按钮互锁正、反转控制线路 21
1.4.3　双重互锁正、反转控制线路 23
1.5　顺序和多点控制线路实例设计 24
1.5.1　顺序控制线路 24
1.5.2　多点控制线路 25
1.6　三相异步电动机降压启动控制 28
1.6.1　时间继电器 28
1.6.2　定子串电阻降压启动控制线路 29
1.6.3　星形-三角形降压启动控制线路 30
1.7　三相笼型异步电动机的制动控制线路实例设计 33
1.7.1　速度继电器 33
1.7.2　反接制动控制线路 34
1.7.3　能耗制动控制线路 35
1.8　平面磨床的电气控制线路实例设计 37
1.8.1　平面磨床电力拖动特点与工作原理 37
1.8.2　磨床电气控制原理图分析 37
1.9　CADe_SIMU 仿真软件介绍 40
思考与练习 44


第二篇　S7-1200 系列PLC 应用技术
第2章　S7-1200 PLC 的系统组成 47
2.1　PLC 基础 47
2.1.1　什么是 PLC 47
2.1.2　PLC 的产生 47
2.1.3　PLC 的发展 48
2.1.4　PLC 的分类及功能 48
2.1.5　PLC 的特点及应用领域 49
2.1.6　PLC 系统组成和工作原理 50
2.2　S7-1200 PLC 的硬件配置 53
2.2.1　CPU 模块 53
2.2.2　I/O 模块 56
2.2.3　其他模块 58
2.3　S7-1200 PLC 的硬件设计步骤 59
思考与练习 62

第3章　S7-1200 PLC 控制软件设计 63
3.1　STEP 7 设计软件 63
3.1.1　STEP 7 软件的安装 63
3.1.2　STEP 7 的项目创建与硬件组态 65
3.1.3　生成用户程序 76
3.1.4　程序的下载与上传 78
3.2　S7-PLCSIM 仿真软件 79
3.2.1　S7-PLCSIM 的主要功能 79
3.2.2　S7-PLCSIM 的使用方法 80
3.2.3　仿真PLC 与真实PLC 的区别 83
3.3　建立电梯控制系统项目及硬件组态 84
思考与练习 85

第4章　电梯控制系统的 PLC 程序设计 86
4.1　S7-1200 PLC 编程基础知识 86
4.1.1　S7-1200 PLC 编程语言 86
4.1.2　S7-1200 PLC 的存储区及寻址 87
4.1.3　数据类型 89
4.1.4　全局变量与区域变量 92
4.1.5　程序结构 92
4.2　电梯控制系统中数字量的处理 92
4.2.1　触点和线圈指令 93
4.2.2　触点的串并联 93
4.2.3　置位和复位指令 94
4.2.4　边沿检测指令 97
4.2.5　电梯控制系统中位逻辑指令应用 99
4.3　电梯控制系统中时间控制的设计 101
4.3.1　S7-1200 定时器指令 101
4.3.2　电梯控制系统中时间控制的程序设计 107
4.4　电梯控制系统中计数功能的设计 107
4.4.1　计数器指令 108
4.4.2　电梯控制系统中计数器指令的应用 111
4.5　电梯控制系统中数据处理的设计 112
4.5.1　比较操作指令 112
4.5.2　移动操作指令 113
4.5.3　移位操作指令 115
4.5.4　电梯控制系统中数据处理指令应用 119
4.6　电梯控制系统中数学运算的设计 120
4.6.1　数学运算指令 120
4.6.2　逻辑运算指令 122
4.6.3　电梯控制系统中数学运算指令应用 123
4.7　电梯控制系统中模拟量的处理 124
4.7.1　模拟量的处理指令 124
4.7.2　电梯控制系统模拟量控制应用 126
4.8　顺序控制编程方法 127
4.8.1　顺序功能图的基本要素 127
4.8.2　顺序功能图的基本类型 128
4.8.3　顺序功能图转换的基本规则 129
4.8.4　顺序控制梯形图设计方法 129
思考与练习 131

第5章　电梯控制系统项目中变频器应用 133
5.1　变频器基础知识 133
5.1.1　变频器入门知识 133
5.1.2　变频器的分类与结构 134
5.2　西门子通用变频器简介 136
5.2.1　MM4 变频器概述 136
5.2.2　MM440 变频器的外部接线 137
5.2.3　MM430 变频器的外部接线 138
5.3　MM4 系列变频器的基本操作 139
5.3.1　键盘操作 AOP/BOP 139
5.3.2　基本键盘操作器BOP 上的显示、按钮及其含义 140
5.3.3　用BOP 更改一个参数的案例 141
5.3.4　用 AOP 调试变频器 144
5.3.5　MM420 变频器的外部接线 145
5.3.6　MM420 变频器的默认设置 146
5.3.7　通电运行 146
5.4　MM4 系列变频器的快速调试与参数设置 147
5.4.1　了解变频器所带动电动机的基本参数 147
5.4.2　了解变频器的停车功能 147
5.4.3　了解变频器的制动功能 149
5.4.4　复位为出厂时变频器的默认设置值 152
5.4.5　MM440 变频器快速调试的基本流程 152
5.4.6　MM420 变频器调试案例分析 157
5.5　MM440 变频器调试案例分析 159
5.5.1　MM440 变频器的面板操作与运行 159
5.5.2　MM440 变频器的外部运行操作 161
5.5.3　MM440 变频器的模拟信号操作控制 163
5.5.4　MM440 变频器的多段速运行操作 164
5.6　MM440 变频器在电梯控制中的应用 167
思考与练习 181

第6章　通信网络基础 182
6.1　S7-1200 通信网络 182
6.1.1　S7-1200 以太网通信概述 182
6.1.2　S7-1200 以太网通信实例 183
6.2　PROFINET 通信 189
6.2.1　PROFINET 简介 189
6.2.2　PROFINET 网络 189
6.3　PROFIBUS 通信 195
6.3.1　PROFIBUS 简介 195
6.3.2　PROFIBUS 网络 196
6.4　AS-i 网络 200
6.4.1　AS-i 网络简介 200
6.4.2　AS-i 网络部件 201
思考与练习 203


第三篇　电气控制系统设计实例
第7章　电梯控制系统设计应用实例 205
7.1　单部六层电梯实例 205
7.1.1　电梯结构 205
7.1.2　电梯的功能及要求 205
7.1.3　电梯主体程序设计 207
7.1.4　电梯的 I/O 变量分配 215
7.2　六部十层电梯实例 218
7.2.1　电梯群控系统的结构 218
7.2.2　电梯群控运行原则 219
7.2.3　六部十层电梯系统的群控算法 219
7.2.4　仿真画面 220
7.2.5　WinCC 监控画面 221


参考文献 222

PLC原理及应用是自动化、电气工程及其自动化、机械设计制造及其自动化、智能控制、机器人工程等专业的主干课程之一，该课程具有极强的实践性，知识覆盖面广、涉及内容多、更新发展快，与生产实际和工程应用联性紧密。
本书以电梯控制系统为主线进行内容编排，旨在培养学生的系统思维、工程素养和创新意识。本书分为电气控制基础、S7-1200 PLC应用技术、电气控制系统设计实例三篇，详细介绍了PLC控制系统总体设计、硬件设计、软件设计、人机界面设计和网络通信设计等方面内容。全书以西门子S7-1200系列PLC为对象，以电梯控制系统设计为脉络，以仿真分析的方式贯穿讲解过程。
全书共分为7章，结构清晰，循序渐进。第1章系统阐述电气控制系统的基本控制线路，为学习PLC控制系统筑牢基础。第2章聚焦于S7-1200系列PLC的系统组成，帮助读者透彻理解其架构原理。第3章主要介绍S7-1200系列PLC编程软件的安装及使用方法，助力读者快速上手操作。第4章以电梯控制系统项目部分程序设计为实例，着重讲解S7-1200编程语言，并基于指令实现电梯控制系统的部分功能，理论与实践紧密结合。第5章围绕电梯控制系统项目中变频器的应用展开，拓宽读者在工业控制领域的知识面。第6章介绍S7-1200系列PLC的通信及网络技术，紧跟行业发展趋势。第7章以电梯控制系统设计为例，进一步强化读者对知识的综合运用能力。书中所有电气图形符号均采用最新国标，所有实例均经过实践检验。实例讲解，深入浅出，便于读者快速掌握S7-1200系列PLC在电气控制领域的应用。
本书是新形态立体化教材，配有微课和视频，可扫描二维码观看。
本书是2022年度黑龙江省高等教育本科教育教学改革研究重点委托项目“新工科背景下TMBH 新工程师人才培养模式的探索与实践” （项目编号：SJGZ20220146）、2024年度黑龙江省高等教育教学改革研究一般项目“人工智能引领下《可编程控制器原理与应用》课程知识图谱的构建与教学研究”（项目编号：SJGYB2024558）、2024年度河南省本科高校研究性教学创新实践平台“智能信息研究性教学创新实践平台” （文件号：教高〔2024〕403号）等项目的阶段性成果。
本书由黑龙江科技大学李忠勤、王玉萍主编，赵岩、任思璟副主编，郑爽、刘宏洋参编。第1章由李忠勤编写，第2章由郑爽编写，第3、4章由王玉萍编写，第5章由任思璟编写，第6章由刘宏洋编写，第7章由赵岩编写。全书由李忠勤策划和统稿。
限于作者水平，书中难免有疏漏之处，敬请广大同行和读者指正。同时也欢迎读者，尤其是采用本书的教师和学生，共同探讨相关教学内容、教学方法等问题。

编者
2025年5月