《现代电气控制及PLC应用技术》(第5版)前言
发布部门:   发布时间:2019-04-09   浏览次数:

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前   言

“电气控制及可编程序控制器应用技术”是各高等院校电类和机电类专业最重要的专业基础课程之一,它包含传统的“电气控制技术”和“可编程序控制器原理及应用”两门课程的内容。随着科学技术的发展,电气控制技术已发展到了相当的高度。传统电气控制技术的内容也发生了很大变化,虽然有些已被淘汰,但其最基础的部分对任何先进的控制系统来说仍是必不可少的。可编程序控制器基于继电器逻辑控制系统的原理而设计,它的出现取代了继电器接触器逻辑控制系统,它成为当今工业自动化应用领域中不可替代的中心控制器件。作为重要的专业基础课,“电气控制及可编程序控制器应用技术”课程中必须包括传统继电器接触器控制系统的内容,只不过要精心组织、合理删节,而对于可编程序控制器的原理及应用则要重点讲解。

本书是最早选用SIEMENS公司S7-200 PLC为对象讲解“可编程序控制器原理及应用”的书籍之一。自从2002第一版至今,被400余所大专院校和培训机构采用作为教材,截止到2018年9月,共销售40余万册。十多年来,我去不少学校做过和本课程相关的学术报告,也为一些教师培训班讲课,更多情况下,通过电子邮件和近百位高校教师和进行学术和教学业务上的交流,此外还回答了许许多多的读者通过电子邮件和电话向我提出的问题。更让我感动的是有十多位读者为我指出了书中的错误之处,所有这一切都为本书成为精品教材提供了保证,也使它成为被许多任课教师及广大读者喜爱的好书。

在这几年时间里,和本课程有关的技术和知识有了很大程度上的发展和更新。在国际和国内市场上,SIEMENS公司已逐步淘汰了S7-200 PLC,推出了换代产品S7-200 SMART PLC和S7-1200 PLC。虽然现在工作十分繁忙,但广大读者的厚爱和数十位同行的要求和鼓励,使我抑制不住发自内心的责任感和使命感,要把自己所掌握的该领域最新的知识和亲身工程实践经验真诚地奉献出来,以使广大的青年学生受益,这是我编写本教材的初衷,同样也是我今天编写新版教材的动力来源。

在这次改版之前,我和近百位任课老师进行了交流,咨询大家该选择什么样的PLC为背景进行讲解,如何把新版教材编写得更好。在他们意见和建议的基础上,结合高校相关实验室建设情况和国内PLC应用市场情况,我确定了本次编写的基调和原则。

本教材力求做到语言通畅、叙述清楚、讲解细致,所有的内容都为了便于实际应用和教学,并尽可能多地融进自己的经验和成果。

本版教材全面继承了前几版的精华。既包含全新的传统电气控制技术的内容,也包含对PLC精深透彻的讲解;既包含工业自动化常用设备,如变频器、HMI和工业组态软件的详细介绍,也深度讲解了PLC通信联网技术。第5版教材继续保留大量例题和课程设计、毕业设计课题素材。

第5版教材的主要修订和修改之处

(1) 考虑到技术进步和工程实际应用情况,对第1章和第2章传统电气控制技术的内容进行了较多删减和重新编排。

(2) 删除了原版第4章,其相关内容有机合并到新版教材的第3章、第4章和第5章。对原版第3章进行了较大幅度的改编。

(3) 考虑到目前高校实验室和国内PLC应用市场的实际情况,特别是学生学习PLC时更容易入门的需要,本教材基于SIEMENS S7-200 SMART PLC进行可编程序控制器的讲解,这也是近80%被调查的老师所给出的建议。

(4) 恢复了第3版中的“工业控制领域国际标准编程语言IEC61131-3”一章,为需要该部分内容的老师教学和广大的社会读者提供方便。

(5) 由于以太网技术开始大量在工业自动化领域应用,本教材对“PLC网络通信技术 应用”一章进行了较大幅度的修订,增加了与以太网技术相关的基础知识和应用技术的讲解。对PLC通信网络技术的深度讲解是本教材的特色之一。

(6) “编程软件的使用”不再单独成章,而是给出相关编程软件学习的相关电子资源链接,学生可以提前预习或者下载。

    本书是国内第一本全面采用新的电气系统文字表示符号国家标准(GB/T 5094和GB/T 20939)的教材。新国标的采用,以及IEC 61131-3国际标准编程语言的补充,使本教材继续保持了在电气控制及PLC应用技术教学方面的先进性。

本书的具体结构

本书共分四大部分,总共9章内容和3个附录。

第一部分:电气控制技术基础知识

本部分包括绪论和2章内容。在绪论中简单介绍了电气控制技术的发展历程和最新情况,介绍了学习本课程的主要任务;第1章主要介绍常用低压电器的结构、工作原理以及使用方法等有关知识,同时根据电器发展状况,介绍一些新型电器元件。最后对一些常用的检测、执行器件进行简单的介绍;第2章全面讲解了电气制图最新的图形符号和文字符号国家标准,讲解了电气线路图的绘制原则,然后主要介绍广泛应用的三相笼型异步电动机的基本控制线路和一些典型控制线路,其中重点讲解变频器的使用。根据电气应用技术的发展和多年的教学及应用实践,作者对现代电气控制线路的设计总结出一种方法——简单设计法,并对其进行详细的讲解。

第二部分:核心内容

本部分是本书的中心,主要讲解可编程序控制器的原理及其应用技术,它包括6章内容。第3章介绍了可编程序控制器的产生和发展,重点讲解它的组成、工作原理和工作方式;第4章基于SIEMENS S7-200 SMART PLC,用举例的形式讲解其基本逻辑指令系统及其使用方法,然后介绍常用典型电路及环节的编程,最后深入浅出地讲解PLC程序的简单设计法。本章是学习PLC的重点,也是本书最重要的章节。第5章详细讲解S7-200 SMART PLC的功能指令,重点讲解子程序、中断、高速计数和PID的应用,本章给出了大量的例题;第6章重点讲解顺序功能图(SFC)的基本概念,以及它在S7-200 SMART PLC中的具体使用方法,把SFC放在单独的一章讲解是本书的特色之一。第7章首先介绍了一些工业通信网络基础知识,重点讲解各种通信协议和网络配置,通过举例介绍了S7-200 SMART PLC通信指令的使用。第8章首先讲解如何设计一个PLC控制系统,然后讲解了PLC控制系统中不可或缺的设备——人机界面和变频器,以及工业自动化监控系统。本章提供了2个非常翔实的PLC控制系统的例子,通过例子大家可以更进一步了解和深入学习PLC控制系统的设计,最后讲解了实际工程项目中必须注意和遵守的安装技术和规范。

第三部分:工业控制国际标准编程语言——IEC 61131-3

本部分作为最重要的课程补充内容,可使学生和读者全面了解工业控制领域国际标准编程语言,为后续的学习和工作打下基础。

第四部分:重要附录

本部分包括3个主要的附录。附录A中设计了12个实验,它们是这门应用性很强的课程所必须具备的内容,每个实验都包括实验目的、使用设备及装置、实验内容和实验报告要求等,该部分可为任课教师开设实验提供指导;附录B提供了8个可用于课程设计或毕业设计课题的素材,供任课教师选用。附录C是有关S7-200 SMART PLC的常用信息速查表。

另外,在每一章的最后都有对本章内容进行回顾和总结的“本章小结”,以及丰富的“思考题与练习题”。

如何分配课时和授课内容

本书既可以作为相关专业本科生、高职高专和中职技师院校学生的教材,也可以作为电气工程师、电工等有关技术人员的参考资料和培训教材。层次不同,所需要的授课内容、课时进度和实验项目也会不同。本书既可以供少学时(如46学时)使用,也可以供多学时(如100学时)使用。两者的区别在于是对某些章节作简单介绍,还是详细讲解。另外实验的多少也有不同。下表给出一些指导性的建议,供授课教师参考。下表中一个课时为50分种,每个实验所使用的课时数为2个,实验个数和实验内容请根据实际情况在附录A中选择,给学生布置的“思考题和练习题”也可进行适当选择。选用本教材的教师可根据自己学校的实际情况对课程设计和毕业设计的内容进行调整和安排。教师也可以根据自己的实际需要对教材中的内容进行取舍,比如以普通知识为主,则多讲一些前5章的内容;以提高为主,则多讲一些后4章的内容,当然这只是一种建议。

 

范围

绪论

第1章

第2章

第3章

第4章

第5章

第6章

第7章

第8章

第9章

实验

总课时

本科院校教学

1

4

6

5

8

4

4

2

2

自学

10

46

高职高专教学

1

6

10

8

11

12

8

6

8

2

28

100

中职院校教学

2

8

14

10

14

14

8

8

10

4

28

120

技术人员培训

 

1

3

4

8

6

4

2

2

自学

16

46

 

致谢

感谢中国机械科学研究院的郭汀研究员,2007年她给我提供了国家标准(GB/T 20939),没有她的帮助,本书电气控制线路的文字符号不可能在第2版就使用新的国家标准。

感谢数十位给我提出编写建议的高校老师!这些意见和建议是打造精品教材的保证!

感谢我的学生吕新磊高级工程师和工作助手江豪副教授,以及课程团队的老师和科研团队的成员,还有我指导的研究生,他们提出了许多具体的修订意见,并和我一起完成了全书的校对工作。

在写作时,本书部分章节个别段落的内容参考了一些已出版的文献,这些文献已在书后的参考文献中一一列出,在此向这些文献的作者表示衷心的感谢!

最后要真诚地感谢我的家人,他们所给予我的最无私的爱是我不断前行的精神力量,一想起这些,我就不敢有丝毫的懈怠,而只有更加刻苦勤奋地学习和工作。

我相信,以自己深厚熟练的写作功底、对PLC应用及其发展前沿的深入理解和把握、以及全面的应用经验为基础而完成的新版《现代电气控制及PLC应用技术》(第5版)会是一本值得大家使用的教材和参考资料。本书还配有电子教案,限于时间和精力,该教案只向高等院校和培训机构中使用本教材的任课教师提供。

该书的修订和改版工作花费了半年多时间,虽然经过认真仔细的修改、校对,但由于作者工作繁忙,以及在学术水平上的局限性和写作过程中的疏漏,书中肯定还会有不正确、不准确的地方出现,不管是大错还是小错,我都希望广大的读者能给我指出来,以便再次印刷时改正。也欢迎大家来E-mail就高校电气控制技术、PLC应用和现场总线技术(工业控制网络技术)实验室建设问题,以及相关课程的教学问题进行交流和探讨。

江豪、李秀芳、兑幸福、李娜、宋玉琴、赵庭兵等参加了部分章节的编写工作。

本教材的电子信息资源如下所列,诸如“视频课程资料”、“SMART PLC系统手册”、“Micro/WIN SMART使用手册”、“勘误信息”等都可以在以下相关网站找到,有些可以下载,。

①   作者电子信箱:wyh@zzuli.edu.cn

②   本教材精品课程网站:dqkzplc.zzuli.edu.cn/

③   本课程在线开放课程网站:icourse163.org/course/ZZULI-1002123026

④   工业控制网络工程中心网站:zzictec.zzuli.edu.cn

⑤   郑州天启自动化系统有限公司网站:tianqiauto.com

 

 

                                                                                                                              王永华

                                                                                                                              2018年11月

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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