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1 自动控制系统的基本知识1

1.1 引言1

1.2 开环控制和闭环控制1

1.2.1 开环控制系统2

1.2.2 人工控制3

1.2.3 闭环控制系统4

1.2.4 自动控制系统的特征和定义6

1.3 自动控制系统的组成7

1.3.1 自动控制系统的基本组成部分7

1.3.2 自动控制系统中常用的名词术语7

1.3.3 自动控制系统方框图的绘制8

1.4 自动控制系统的分类12

1.5 自动控制系统的应用实例12

1.5.1 蒸汽机转速自动控制系统12

1.5.2 炉温自动控制系统13

1.5.3 导弹发射架的方位角控制系统14

1.5.4 船舶随动舵的控制15

1.6 对自动控制系统的基本要求16

1.7 PID控制器18

1.7.1 比例（P）控制器18

1.7.2 积分（I）控制器20

1.7.3 比例积分（PI）控制器21

1.7.4 比例微分（PD）控制器22

1.7.5 比例积分微分（PID）控制器25

2 传感器技术及应用26

2.1 传感器的基本概念26

2.1.1 传感器的组成26

2.1.2 传感器的分类27

2.1.3 传感器的特性与技术指标28

2.2 温度传感器31

2.2.1 热电偶传感器32

2.2.2 金属热电阻传感器34

2.3 力及压力传感器35

2.3.1 电阻应变片传感器35

2.3.2 压力传感器36

2.4 接近开关37

2.4.1 电感式接近开关38

2.4.2 电容式接近开关38

2.4.3 电感式及电容式接近开关的选型要点及应用39

2.5 光电开关41

2.5.1 光电开关的分类41

2.5.2 光电开关的选型要点及应用43

2.6 旋转编码器44

2.6.1 绝对编码器44

2.6.2 增量编码器45

2.7 霍尔效应传感器46

2.7.1 霍尔效应传感器的原理46

2.7.2 霍尔效应传感器的应用47

2.8 光纤传感器48

2.8.1 光纤的结构48

2.8.2 光纤的传光原理49

2.8.3 RGB数字光纤传感器50

2.8.4 光纤式光电开关51

3 电气调速系统53

3.1 直流调速系统的静态品质指标53

3.1.1 调速范围D53

3.1.2 静差率s54

3.1.3 D、s和△nN三者的关系54

3.2 有静差调速系统55

3.2.1 开环控制有静差调速系统55

3.2.2 带电压负反馈的闭环调速系统56

3.2.3 带电压负反馈和电流正反馈的调速系统56

3.2.4 带转速负反馈的闭环调速系统57

3.3 无静差调速系统59

3.3.1 无静差调速系统中的控制器59

3.3.2 带转速负反馈的无静差直流调速系统60

3.4 多闭环控制的直流调速系统60

3.4.1 转速、电流双闭环调速系统的组成61

3.4.2 双闭环调速系统的工作原理62

3.5 直流脉宽调速系统63

3.5.1 不可逆型的PWM变换器64

3.5.2 可逆型的PWM变换器64

3.5.3 可逆PWM变换器的控制信号66

3.6 交流调速系统67

3.6.1 异步电动机的一般变频调速系统68

3.6.2 静止式变频装置及其工作原理72

3.6.3 180°导通型交-直-交电压型逆变器73

3.6.4 120°导通型交-直-交电流型逆变器76

3.7 脉宽调制型（PWM）变频器77

3.7.1 SPWM逆变器脉冲的性质78

3.7.2 SPWM逆变器的工作原理78

3.8 步进电动机及其驱动81

3.8.1 步进电动机的工作原理82

3.8.2 步进电动机的主要技术指标与特性84

3.8.3 步进电动机的驱动电源85

3.8.4 其它类型的步进电动机88

3.9 伺服驱动系统94

3.9.1 概述94

3.9.2 伺服系统的分类95

3.9.3 伺服系统的组成97

3.9.4 位置伺服系统的构成97

3.9.5 一种商业用途的伺服放大器102

4 可编程控制器104

4.1 概述104

4.1.1 PLC的特点104

4.1.2 PLC的分类105

4.1.3 PLC的硬件组成106

4.1.4 PLC的工作方式108

4.1.5 国内外PLC产品介绍109

4.2 FX系列PLC的内部元件110

4.2.1 输入继电器（X）113

4.2.2 输出继电器（Y）113

4.2.3 辅助继电器（M）113

4.2.4 状态器（S）114

4.2.5 定时器（T）114

4.2.6 计数器（C）116

4.2.7 数据寄存器（D）120

4.2.8 指针（P、I）120

4.2.9 常数（K、H）121

4.3 FX系列PLC的基本逻辑指令122

4.3.1 取指令与输出指令（LD/IDI/LDP/LDF/OUT）122

4.3.2 触点串联指令（AND/ANI/ANDP/ANDF）122

4.3.3 触点并联指令（OR/ORI/ORP/ORF）123

4.3.4 块操作指令（ORB/ANB）124

4.3.5 置位与复位指令（SET/RST）125

4.3.6 微分指令（PLS/PLF）126

4.3.7 主控指令（MC/MCR）126

4.3.8 堆栈指令（MPS/MRD/MPP）127

4.3.9 逻辑反、空操作与结束指令（INV/NOP/END）128

4.4 步进顺序控制131

4.4.1 FX系列PLC的步进指令131

4.4.2 选择性分支编程134

4.4.3 并行性分支编程135

4.5 FX系列PLC的功能指令136

4.5.1 概述136

4.5.2 程序流向控制类指令（FNC00～FNC09）138

4.5.3 传送与比较类指令（FNC10～FNC19）140

4.5.4 算术和逻辑运算类指令（FNC20～FNC29）145

4.5.5 循环与移位类指令（FNC30～FNC39）147

4.5.6 数据处理指令（FNC40～FNC49）151

4.5.7 高速处理指令（FNC50～FNC59）154

4.5.8 方便指令（FNC60～FNC69）156

4.5.9 外部I/O设备指令（FNC70～FNC79）157

4.5.10 PLC的特殊功能模块及其指令158

4.5.11 外围设备（SER）指令（FNC80～FNC89）163

4.5.12 时钟运算指令（FNC160～FNC169）172

4.5.13 触点比较指令（FNC224～FNC246）174

4.5.14 功能指令综合实例177

4.6 西门子S7-200系列PLC184

4.6.1 S7-200 PLC的寻址方式185

4.6.2 S7-200系列PLC的基本指令189

4.6.3 S7-200系列PLC顺序控制指令194

4.6.4 功能指令及其应用196

5 触摸屏及其应用201

5.1 触摸屏的作用与功能201

5.1.1 部件名称及功能201

5.1.2 TPC7062KX触摸屏的规格203

5.1.3 TPC7062KX触摸屏与外围单元的连接204

5.1.4 TPC7062KX的操作系统设置206

5.2 MCGS嵌入版组态软件的使用208

5.2.1 MCGS嵌入版安装208

5.2.2 MCGS组态软件的整体结构和组成部分208

5.2.3 MCGS嵌入版组态软件的操作方式210

5.2.4 MCGS嵌入版工程下载及工程上传212

5.3 组建工程214

5.3.1 组建工程的一般过程214

5.3.2 MCGS工程建立案例214

6 工业数据网络238

6.1 工业数据网络基础238

6.1.1 工业数据网络简介238

6.1.2 通信方式与串行通信接口239

6.1.3 网络的类型241

6.1.4 常用网络设备243

6.1.5 构成通信网络的数据传输介质243

6.2 PLC、变频器、触摸屏之间的通信及其应用244

6.2.1 变频器参数设定245

6.2.2 通信步骤245

6.2.3 通信格式245

6.2.4 PLC、变频器和触摸屏之间的通信实例252

6.3 现场总线技术257

6.3.1 现场总线的概念257

6.3.2 现场总线标准258

6.4 现场总线PROFIBUS技术要点260

6.4.1 PROFIBUS概貌260

6.4.2 PROFIBUS-DP的基本功能260

6.4.3 PROFIBUS-DP基本特征261

6.4.4 PROFIBUS-DP系统配置和设备类型261

6.4.5 电子设备数据文件（GSD）261

6.5 三菱变频器在PROFIBUS-DP现场总线的应用262

6.5.1 QJ71PB92D的特点262

6.5.2 应用实例264

6.6 组态软件及其应用269

6.6.1 组态软件简介269

6.6.2 组态软件的发展趋势270

6.6.3 组态软件的开发步骤270

6.6.4 基于力控组态软件的交通灯模拟系统271

6.7 工业以太网基础277

6.7.1 国际工业以太网的标准278

6.7.2 PROFINET279

6.7.3 S7-200与S7-300的PROFINET应用实例279

7 工业机器人286

7.1 工业机器人概述286

7.1.1 工业机器人的发展286

7.1.2 工业机器人的构成与特点286

7.1.3 工业机器人的分类287

7.1.4 工业机器人的技术参数288

7.1.5 工业机器人的安全使用289

7.1.6 工业机器人的基础操作290

7.2 三菱工业机器人290

7.2.1 三菱工业机器人的结构290

7.2.2 三菱工业机器人的手动操作295

7.3 三菱工业机器人程序指令的应用303

7.3.1 机器人动作指令303

7.3.2 机器人逻辑判断指令307

7.3.3 机器人I/O控制指令310

7.3.4 机器人特殊功能指令312

7.4 三菱工业机器人编程313

7.4.1 机器人手动编程313

7.4.2 机器人计算机离线编程方法与路径316

7.4.3 三菱6轴机器人编程软件的安装与使用316

7.4.4 机器人计算机离线编程327

7.5 ABB工业机器人的基础操作331

7.5.1 ABB工业机器人介绍331

7.5.2 ABB工业机器人的手动操作334

7.6 ABB工业机器人程序指令的应用338

7.6.1 ABB工业机器人赋值指令338

7.6.2 ABB工业机器人运动指令339

7.6.3 机器人I/O控制指令341

7.6.4 条件逻辑判断指令342

7.6.5 其它常用指令344

7.6.6 功能指令345

7.7 ABB工业机器人编程345

7.7.1 ABB工业机器人RAPID程序的建立与调试345

7.7.2 对“RAPID”程序进行调试350

7.7.3 ABB工业机器人编程软件的安装与使用352

7.8 工业机器人的维护保养358

7.8.1 维护点检期限358

7.8.2 日常点检项目359

7.8.3 定期点检项目360

7.9 练习361

附录 STEP7-Micro/WIN的操作说明363

参考文献375