學習PLC的閱讀開悟書
由淺入深，直擊要點，實用性強
西門子、三菱、歐姆龍等PLC功能指令及模塊
西門子、三菱、歐姆龍等變頻器的控制繫統設計詳解
結合實例，可與實際工程直接接軌
理論與實際操作相結合，讀者可以邊學邊用

本書介紹了變頻器調速、控制等基礎知識，講解了PLC功能指令、模塊和變頻器調速繫統設計方法，並結合具體工程實例講解了PLC和變頻器控制繫統的設計方法。 本書內容全面、條理清晰、實例豐富，可供PLC自學者閱讀，也可作為大專院校相關專業的參考用書。本書有助於讀者快速掌握PLC和變頻器控制原理，完成高質量的控制繫統設計。

豈興明，男, 清華大學工程熱物理博士學位，現任中國艦船研究設計中心工程師，具有二十餘年自動化控制繫統設計經驗。擔任1500噸級科考船、6500噸級救助船等多型號的動力繫統主任設計師。承擔《動力總體技術》等3項十二五預研課題。 累計發表科技論文23篇（其中EI檢索14篇，ISTP檢索3篇），出版專著20本，發明專利8項。

基礎篇

第 1章 可編程控制器概述 3
1.1 PLC的發展 3
1.1.1 PLC技術的產生 3
1.1.2 PLC技術的發展趨勢 4
1.2 PLC的功能、特點及分類 5
1.2.1 PLC的功能 5
1.2.2 PLC的特點 6
1.2.3 PLC的分類 8
1.3 PLC的工作原理與性能指標 9
1.3.1 PLC的基本工作原理 9
1.3.2 PLC的掃描工作方式 10
1.3.3 PLC的輸入/輸出原則 11
1.3.4 PLC的性能指標 11
1.4 PLC繫統的基本組成 12
1.4.1 PLC的硬件結構 12
1.4.2 PLC的軟件繫統 18
1.5 部分品牌PLC簡介 19
1.5.1 西門子S7-200繫列PLC 19
1.5.2 西門子S7-300/400繫列
PLC 20
1.5.3 西門子S7-1200繫列PLC 20
1.5.4 三菱FX繫列PLC 21
1.5.5 三菱Q繫列PLC 22
1.5.6 歐姆龍CH1H繫列PLC 23
1.5.7 歐姆龍C繫列PLC 25
1.6 本章小結 26

第 2章 變頻器概述 27
2.1 變頻器的發展 27
2.1.1 變頻器的技術發展 28
2.1.2 變頻器的發展趨勢 30
2.2 變頻器的基本工作原理及
特點 31
2.2.1 變頻器的基本工作原理 31
2.2.2 變頻器的特點 32
2.3 變頻器的構成與功能 33
2.3.1 整流電路 33
2.3.2 中間電路 34
2.3.3 逆變電路 35
2.3.4 控制電路 36
2.4 變頻器的分類 36
2.4.1 依據主電路結構形式分類 36
2.4.2 依據主電路工作方式分類 38
2.4.3 依據控制方式分類 39
2.4.4 依據逆變器開關方式分類 40
2.4.5 依據用途分類 41
2.5 變頻器的配套設備 42
2.6 本章小結 46

第3章 交流調速基礎 47
3.1 電動機調速的7種方法 48
3.2 變頻調速概述 50
3.2.1 變頻調速和PWM技術簡介 50
3.2.2 變頻調速控制技術的發展
趨勢 52
3.2.3 新型調速電動機的特點 54
3.3 PWM控制原理 55
3.3.1 PWM的調制模式 55
3.3.2 PWM的方法 57
3.3.3 正弦波脈寬調制 62
3.3.4 電壓空間矢量脈寬調制 68
3.3.5 特定諧波消除脈寬調制 71
3.3.6 SPWM與SVPWM兩種方法的
比較 78
3.4 本章小結 79

第4章 變頻器的運行 81
4.1 變頻器常用運行參數及設定 81
4.1.1 變頻器的常用運行參數 81
4.1.2 變頻器的常用運行參數設定 84
4.2 變頻器的運行方式 88
4.2.1 點動運行 88
4.2.2 並聯運行 89
4.2.3 同步運行 91
4.2.4 正、反轉運行 92
4.2.5 瞬停再啟動運行 94
4.2.6 正轉運行 95
4.2.7 多段速運行 95
4.2.8 PID運行 98
4.2.9 工頻與變頻運行 101
4.2.10 節能運行 105
4.3 變頻器與PLC的連接方式 107
4.3.1 運行信號的輸入 107
4.3.2 頻率指令信號的輸入 109
4.3.3 觸點輸出信號 111
4.3.4 連接注意事項 112
4.4 本章小結 113

第5章 變頻調速控制原理 114
5.1 異步電動機基本工作原理 114
5.1.1 異步電動機的結構 114
5.1.2 三相異步電動機旋轉原理 116
5.2 U/f恆定控制 118
5.2.1 U/f控制基本原理 118
5.2.2 恆定控制方式 118
5.2.3 恆磁通控制方式 119
5.2.4 恆功率控制方式 120
5.2.5 電壓型U/f控制變頻器 121
5.3 轉差頻率控制 122
5.3.1 轉差頻率控制基本原理 122
5.3.2 轉差頻率控制規律 122
5.3.3 轉差頻率控制變頻器的繫統
結構 123
5.4 矢量控制 124
5.4.1 矢量控制基本原理 124
5.4.2 基於轉差頻率控制的矢量
控制方式 124
5.4.3 無速度傳感器的矢量控制
方式 126
5.4.4 3種控制方式的特性比較 127
5.5 直接轉矩控制 128
5.5.1 直接轉矩控制基本原理 128
5.5.2 直接轉矩控制的特點 128
5.5.3 直接轉矩控制繫統與矢量
控制繫統的比較 129
5.6 本章小結 129

提高篇

第6章 PLC的基本指令繫統 133
6.1 基本邏輯指令 133
6.1.1 標準觸點指令 133
6.1.2 輸出指令 134
6.1.3 置位和復位指令 135
6.2 立即I/O指令 136
6.2.1 立即觸點指令 136
6.2.2 立即輸出指令 136
6.2.3 立即置位和立即復位
指令 137
6.3 電路塊串、並聯指令 138
6.4 多路輸出指令 138
6.5 計時器和計數器指令 139
6.5.1 計時器和計數器指令 139
6.5.2 計數器指令 142
6.6 正（負）跳變觸點指令 144
6.7 順序控制繼電器指令 145
6.8 比較觸點指令 148
6.9 部分變頻器相關功能指令 149
6.9.1 時鐘指令 150
6.9.2 脈衝輸出指令 150
6.10 本章小結 154
第7章 PLC功能指令及功能模塊 155
7.1 模擬量控制 155
7.1.1 概述 155
7.1.2 模擬量基本PID控制 156
7.1.3 用歐姆龍PLC PID指令
實現PID控制 158
7.1.4 用三菱PLC PID指令實現
PID控制 161
7.1.5 用西門子PLC PID指令、
函數塊實現PID控制 166
7.2 高速計數比較控制 171
7.2.1 高速計數比較控制概述 171
7.2.2 用羅克韋爾（A-B）PLC
內置高速計數器比較控制 171
7.2.3 用三菱PLC高速計數模塊
比較控制 174
7.3 PLC通信程序 175
7.3.1 概述 175
7.3.2 西門子S7-200繫列 176
7.3.3 三菱FX繫列PLC 179
7.3.4 PLC與智能裝置間的通信
程序設計 180
7.4 本章小結 181

第8章 變頻器調速繫統設計 183
8.1 PLC控制繫統的設計流程 183
8.1.1 PLC控制繫統的基本原則 183
8.1.2 PLC控制繫統的設計內容 184
8.1.3 PLC控制繫統的設計步驟 185
8.1.4 硬件選型及繫統電路設計 186
8.1.5 PLC控制程序設計 189
8.1.6 設計經驗與注意事項 192
8.2 變頻器的選擇和容量計算 194
8.2.1 負載的轉矩特性 194
8.2.2 變頻器容量計算 197
8.2.3 變頻器的選擇 200
8.3 變頻器的主要控制功能與參數
設定 203
8.3.1 變頻器的外部接口電路 204
8.3.2 變頻器的主要控制功能 205
8.3.3 變頻器的參數設定 210
8.4 變頻器周邊設備的選擇 212
8.4.1 電源協調用交流電抗器 212
8.4.2 改善功率因數直流電抗器 213
8.4.3 電源濾波器 214
8.4.4 制動電阻與制動單元 215
8.5 變頻器的安裝 217
8.5.1 安裝環境的要求 217
8.5.2 安裝方法 219
8.5.3 安裝櫃設計 220
8.5.4 變頻器的接線 221
8.6 變頻器繫統的調試 225
8.6.1 聯調試驗 225
8.6.2 故障分析與排除 227
8.7 本章小結 229

第9章 部分品牌通用變頻器簡介 230
9.1 西門子通用變頻器 230
9.1.1 MM 440繫列變頻器 232
9.1.2 MM 430繫列變頻器 233
9.1.3 MM 420繫列變頻器 234
9.1.4 G120C緊湊型變頻器 235
9.1.5 S120型變頻器 236
9.1.6 V20通用變頻器 236
9.2 三菱通用變頻器 237
9.2.1 FR-S500繫列簡單易用型
變頻器 238
9.2.2 FR-D700繫列緊湊型多功能
變頻器 238
9.2.3 FR-F700繫列風機、水泵型
變頻器 238
9.2.4 FR-F740繫列風機、水泵型
變頻器 239
9.2.5 FR-A700繫列變頻器 239
9.2.6 FR-A500繫列變頻器 240
9.2.7 FR-E500繫列多功能經濟型
變頻器 240
9.2.8 FR-E700繫列變頻器 241
9.3 歐姆龍通用變頻器 243
9.3.1 3G3RX繫列變頻器 243
9.3.2 3G3JZ繫列變頻器 244
9.3.3 3G3RV-ZV1繫列變頻器 244
9.3.4 3G3MZ-ZV2繫列變頻器 244
9.4 臺達通用變頻器 245
9.4.1 MH300 / MS300繫列
變頻器 246
9.4.2 C2000繫列變頻器 247
9.4.3 CP2000繫列變頻器 247
9.4.4 CT2000繫列變頻器 248
9.4.5 C200繫列變頻器 248
9.4.6 CH2000繫列變頻器 248
9.4.7 ED繫列變頻器 249
9.4.8 E/EL繫列變頻器 249
9.4.9 VFD-L繫列變頻器 250
9.4.10 B繫列變頻器 252
9.5 本章小結 254

實踐篇

第 10章 歐姆龍PLC與變頻器工程
實例 257
10.1 開煉機變頻器控制繫統設計 257
10.1.1 開煉機控制繫統概述 258
10.1.2 硬件選型及繫統電路設計 260
10.1.3 PLC程序設計 267
10.2 PLC控制牽引機變頻器啟動、
停止的實現 270
10.2.1 牽引機控制繫統概述 270
10.2.2 硬件選型及繫統電路設計 271
10.2.3 PLC程序設計 275
10.3 本章小結 282

第 11章 三菱PLC與變頻器工程
實例 283
11.1 自動噴塗控制繫統設計 283

11.1.1 自動噴塗控制繫統概述 283
11.1.2 硬件選型及繫統電路設計 284
11.1.3 PLC程序設計 288
11.2 變頻調速恆壓供水繫統 295
11.2.1 變頻調速恆壓供水繫統
概述 295
11.2.2 硬件選型及繫統電路設計 301
11.2.3 PLC程序設計 308
11.3 基於PLC的復貼機電控張力
控制繫統設計 321
11.3.1 PLC復貼機電控張力控制
繫統概述 321
11.3.2 電路設計及硬件選型 327
11.3.3 PLC程序設計 332
11.4 本章小結 345

第 12章 西門子PLC與變頻器工程
實例 346
12.1 擠出機控制繫統設計 346
12.1.1 擠出機繫統概述 346
12.1.2 硬件選型及繫統電路設計 353
12.1.3 PLC程序設計 366
12.2 基於現場總線的造紙機傳動
調速繫統設計 373
12.2.1 造紙機傳動調速繫統概述 374
12.2.2 硬件選型及繫統電路設計 379
12.2.3 PLC程序設計 386
12.3 本章小結 393

附錄1 MM440變頻器的故障信息及
排除 394
附錄2 MM440變頻器報警信息及
排除 398
附錄3 變頻器常用附件選型 401
附錄4 變頻器典型應用電路 405
參考文獻 408