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《现代电气控制技术》以现代电气控制系统常用电器元件及可编程控制器为基础，阐述电力拖动系统的控制方法，同时列举了大量工程实例，为电气控制的教学和工业应用构建了较为完善的理论体系。《现代电气控制技术》内容主要包括现代电气控制系统概述、现代电气控制系统常用器件、三相感应电动机电力拖动系统电气控制、发电厂变电站电气控制线路、智能电器、西门子S7-200可编程控制器及其编程和应用。
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目录：前言第1章 现代电气控制系统概述 11.1 现代电气控制系统简介 11.1.1 现代电气控制系统特点 11.1.2 现代电气控制系统组成 11.1.3 现代电气控制系统发展现状 21.2 电气控制线路的绘制原则 31.2.1 常用电气图形符号和文字符号 41.2.2 电气原理图的绘制原则 61.3 电气控制线路的阅读原则 71.3.1 图面区域划分 91.3.2 符号位置索引 9习题与思考 9第2章 现代电气控制系统常用器件 102.1 电器的基本知识 102.1.1 电器的定义和分类 102.1.2 电磁式低压电器的基本特性 102.2 接触器 182.3 继电器 202.4 熔断器 252.5 开关电器 272.5.1 刀开关 272.5.2 低压断路器 272.6 主令电器 302.6.1 控制按钮 302.6.2 转换开关 312.6.3 行程开关 322.7 高压电器元件 332.7.1 互感器 332.7.2 电抗器 362.7.3 高压开关设备 37习题与思考 40第3章 三相感应电动机电力拖动系统电气控制 423.1 三相感应电动机电气控制的基本环节 423.1.1 *简单的启停控制线路 423.1.2 长动与点动控制 433.1.3 多地点控制 453.1.4 顺序控制 453.2 三相感应电动机正反转及往复运动控制线路 473.2.1 正反转控制线路 473.2.2 往复运动控制线路 493.3 三相感应电动机启动控制 513.3.1 直接启动 513.3.2 降压启动 523.3.3 绕线式转子启动 603.4 三相感应电动机制动控制 633.4.1 机械制动 633.4.2 反接制动 653.4.3 能耗制动 693.4.4 回馈制动 723.5 三相感应电动机调速控制 723.5.1 变极调速 733.5.2 变频调速 773.6 三相感应电动机电气保护 803.6.1 短路保护 803.6.2 过载保护 813.6.3 断相（缺相）保护 813.6.4 失压或欠压保护 833.6.5 漏电保护（接零保护） 833.7 电气控制线路设计 843.7.1 电气控制线路设计的基本内容 843.7.2 电力拖动方案的确定 853.7.3 控制方式的选择 873.7.4 电气控制线路设计的基本要求 883.7.5 电气控制线路的设计要点 893.7.6 电器元件的选择 933.7.7 电气控制线路的经验设计方法 983.7.8 电气控制线路的逻辑设计方法 1043.8 典型卧式车床电气控制线路分析 1093.8.1 CM6132 普通车床电气控制线路分析 1093.8.2 C650 普通车床电气控制线路分析 111习题与思考 114第4章 发电厂变电站电气控制线路 1154.1 电力系统概述 1154.1.1 电力系统的概念 1154.1.2 电气设备的分类 1164.2 电气主接线 1174.2.1 电气主接线概述 1174.2.2 主接线的基本形式 1184.2.3 中性点接地方式 1274.2.4 开关电器的运行 1354.3 电气二次接线 1384.3.1 原理接线图 1394.3.2 展开接线图 1404.3.3 安装接线图 1424.4 电气设备控制电路接线 1474.4.1 断路器的控制电路 1474.4.2 隔离开关的控制电路 1504.4.3 励磁系统的控制电路 1524.5 继电保护 1574.5.1 对继电保护装置的基本要求 1574.5.2 继电保护的类型 1594.5.3 继电保护的发展 1604.5.4 输电线路的继电保护 1614.6 电力变压器控制及保护 1694.7 发电机控制及保护 1754.8 互感器及其接线 1784.8.1 互感器概述 1784.8.2 电压互感器的接线方式 1794.8.3 电流互感器的接线方式 182习题与思考 183第5章 智能电器 1855.1 智能电器概述 1855.1.1 智能电器的定义与特点 1855.1.2 智能电器的典型结构 1855.2 智能电器的信号检测系统 1865.2.1 智能电器的数字化测量 1865.2.2 电量信号检测方法 1875.2.3 被测量输入通道设计 2025.2.4 隔离措施 2165.2.5 信号检测系统的误差分析 2205.3 智能电器的控制系统 2225.3.1 控制系统的基本结构与组成 2235.3.2 控制系统的基本功能 2255.3.3 控制系统设计 2265.3.4 智能电器的硬件系统 2285.4 典型的智能电器 2325.4.1 接近开关 2325.4.2 电子式时间继电器 2345.4.3 智能型断路器 2355.4.4 智能型继电器 236习题与思考 237第6章 西门子S7-200可编程控制器 2386.1 可编程控制器的硬件系统 2386.2 外部接线 2406.2.1 CPU和扩展模块供电 2406.2.2 数字量I/O接线 2416.2.3 模拟量I/O接线 2426.3 内部资源 2446.4 I/O地址分配 2526.5 寻址方式 2536.5.1 数据类型 2536.5.2 寻址的概念与目的 2546.5.3 直接寻址 2556.5.4 间接寻址 2556.6 编程语言 257习题与思考 260第7章 西门子S7-200可编程控制器的编程和应用 2617.1 PLC梯形图的编程特点和原则 2617.1.1 PLC梯形图的编程特点 2617.1.2 PLC梯形图的编程原则 2637.2 S7-200 PLC的基本编程电路 2667.2.1 AND电路 2667.2.2 OR电路 2677.2.3 自锁（自保持）电路 2677.2.4 互锁电路 2687.2.5 分频电路 2687.2.6 时间控制电路 2697.2.7 计数控制电路 2727.2.8 脉冲控制电路 2737.2.9 其他电路 2747.3 S7-200 PLC的应用编程实例 2757.3.1 电动机正反转控制 2757.3.2 展厅人数控制 2797.3.3 多台电动机顺序启动与逆序停止控制 2797.3.4 房间灯的控制 2817.3.5 流水灯控制 2837.3.6 小车自动往返控制 2857.3.7 多地点控制 2877.3.8 门铃及警铃控制 290习题与思考 291参考文献 292
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第1章现代电气控制系统概述 1.1现代电气控制系统简介 1.1.1现代电气控制系统特点 随着科学技术的不断发展，人们对生产工艺不断提出新要求：从简单的手动控制转向自动控制；从简单的控制功能转向复杂的控制功能；从硬件控制到软件控制。当前，在许多领域和行业中，由于微电子、微型计算机和传感技术的飞速发展和应用，传统控制系统正在逐渐被新型控制装置所取代，这进一步推动了产品从设计到制造全面自动化发展。 由继电器-接触器触点硬接线构成的传统控制系统具有原理简单、易实现、经济实用等优点，早期被广泛应用在多种工业场所。由于该系统靠相互连接的电器触点开闭传递信号，存在动作频率低、线路连接复杂、触点接触不良、不易检修、体积庞大等缺点。尤其当生产工艺要求发生变化时必须重新接线，甚至重新制作系统，费时又费力。同时，传统控制系统通常只能处理逻辑信号，不能处理模拟信号，灵活性和通用性差，不能满足现代控制设备的要求。 采用以可编程控制器（programmable logical controller，PLC）及个人计算机（personal computer，PC）控制技术为主的现代电气控制系统，由于舍弃传统控制系统的机械触点而采用无机械触点，PLC不仅保留了传统控制系统的优点，同时具有可靠性高、机械性能良好、运行磨损小、寿命较长、体积小的优势。二者的控制方式及工作原理亦有较大差别，传统的继电器-接触器控制系统靠元件之间的硬接线控制，在工作状态下继电器会受到制约；而PLC采用更加先进的软件编程实现线路控制，其“软继电器”处于周期性循环扫描接通模式下，不受时间的制约。由于现代电气控制系统采用软件实现逻辑控制，可以省去大量控制电器元件和线路，当控制要求发生变化时只需改动程序相应部分，无须变动外部线路，大大节省资源和成本。 1.1.2现代电气控制系统组成 电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路，由若干电气元件组合而成，用于实现对某个或某些对象的控制，从而保证被控设备能够安全、可靠运行。电气控制系统的主要功能有自动控制、保护、监视和测量。它的构成主要有三部分：输入部分（如传感器、开关、按钮等）、逻辑部分（如继电器、PLC等）和执行部分（如接触器、指示灯等）。 常用的控制线路的基本回路由以下几部分组成。 （1）电源供电回路。供电回路的供电电源有交流AC380V、220V和直流24V等多种。 （2）保护回路。保护（辅助）回路的工作电源有单相220（交流）、36V（直流）或直流220（交流）、24V（直流）等多种，对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护，由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成。 （3）信号回路。能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路，如不同颜色的信号灯、不同声响的音响设备等。 （4）自动与手动回路。电气设备为了提高工作效率，一般都设有自动环节，但在安装、调试及紧急事故的处理中，控制线路中还需要设置手动环节，用于调试。通过组合开关或转换开关等可实现自动与手动方式的转换。 （5）制动停车回路。切断电路的供电电源，并采取某些制动措施使电动机迅速停车，如能耗制动、电源反接制动，倒拉反接制动和再生发电制动等。 （6）自锁及闭锁回路。启动按钮松开后，线路保持通电，电气设备能继续工作的电气环节为自锁环节，如接触器的动合触点串联在线圈电路中。两台或两台以上的电气装置和组件，为了保证设备运行的安全与可靠，只能一台通电启动，另一台不能通电启动的保护环节，为闭锁环节，如两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。 1.1.3现代电气控制系统发展现状 20世纪70年代以前，电气自动控制的基本任务主要由继电器-接触器构成的控制系统完成，这取代了早期的手动控制方式。由于这种控制系统具有原理简单易实现、抗干扰能力强、经济实用的显著优点，在当时得到广泛应用和推广，至今仍在许多机械设备中延续实用。由于靠相互连接在一起的电器触点的闭合与断开传递信号，因此该系统工作频率低、可靠性差，特别是这种采用固定接线的方式只适用单一的控制要求，无法满足控制设备或工艺的变化，容易造成浪费。 1969年**台PLC诞生，并成功在美国通用汽车自动装配线上试用。这种新型的工控装置，以其体积小、可变性好、可靠性高、使用寿命长、简单易懂、操作 维护方便等一系列优点，很快就在美国的许多行业得到推广应用。到1971年，PLC已经成功地被应用于食品、饮料、冶金、造纸等行业。 这一新型的工控装置受到世界上许多国家的高度重视。1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了他们的**台PLC。1973年，西欧国家也研制出他们的**台PLC。我国从1974年始研制PLC，1977年开始将其应用于工控领域。 到了20世纪80年代，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器价格大幅度下跌，使各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。早期的PLC—般采用8位的中央处理器（central processing unit，CPU），现在的PLC—般采用16位或32位的CPU。另外，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂还纷纷研制开发出专用的逻辑处理芯片，这就使得PLC的软硬件功能有了巨变。 目前，世界上约有200家PLC生产厂商，其中，美国的罗克韦尔自动化公司（Rockwell）、通用电气（General Electric，GE）公司，德国的西门子（Siemens）公司，法国的施耐德（Schneider）公司，以及日本的三菱集团（Mitsubishi Group）、欧姆龙集团（OMRON Corporation）掌控着全世界80%以上的PLC市场份额，它们的系列产品从只有几十个点（I/O总点数）的微型PLC到有上万个点的巨型PLC，应有尽有。 智能化的发展势必会成为电气控制系统未来发展的趋势。智能化的发展能够提升自动化控制系统的性能，并对外界指令做出快速反应，提高被控对象安全性。由此可见，电气控制系统未来的发展会更加迅速，且技术水平也会随着时代的发展而逐渐提高，从而为人们的生活提供更多便利。 1.2电气控制线路的绘制原则 各种电器元件（包括电动机、电器、仪表等）按照一定要求连接起来实现特定控制要求，这就构成了电气控制系统；为便于系统的安装、调试及维修，用一定形式的图形将各种电器元件及连接线路表达出来即电气控制系统图。电气控制系统图主要有电气安装接线图和电气原理图两种。 电气安装接线图是用规定的图形符号，按照电器元件实际位置和实际接线线路绘制的电路图，这种形式的安装图便于安装、调试和检修，适用于工程实际现场应用。 电气原理图则是将电气系统中控制电路的工作原理用电气图形符号绘制表达出来，具有结构简单、层次分明的优点，它能清晰表达电路功能，便于研究分析电路工作原理，广泛适用于设计和实际工程现场。不同电气控制系统图具有不同的用途，画法也有不同规定，无论哪种图在绘制时都要遵循简明易懂的原则，利用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号及绘制原则来绘制。本节先简单介绍电气控制技术相关的图形符号和文字符号规定的国家标准，再重点说明电气原理图的绘制原则。 1.2.1常用电气图形符号和文字符号 电气原理图应按照国家标准规定绘制。我国电气技术专业领域的国家标准大体经历了三代：20世纪50年代，只能套用苏联的国家标准；到了20世纪60年代中期，在与国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）和国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）接轨基础上，开始编制我们的国家标准（GB）;20世纪90年代以后，开始贯彻执行新标准。近年来，有关电气图形符号和文字符号的新国家标准也有较大变化。表1-1列出一些常用电气图形符号和文字符号。
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