本教材共两篇，按照制丝线控制系统的特点分别从制丝线电气基础知识、制丝线监控系统两个方面对检测器件、执行控制器件、驱动控制器件、可编程序控制器、监控系统基础、工业网络系统、集中监控系统进行了全面系统地的介绍和阐述，重点介绍设备的使用方法、故障分析判断与排除方法；同时对制丝线常用可编程序控制器、工业网络、常用监控软件的使用方法进行了详细的介绍。突出了培训教材、鉴定教材的特点。
本教材可作为烟草行业制丝设备电气维修人员及设备管理人员的技术培训和技能鉴定教材，也可作为有关机械、电气工程技术人员的参考用书。

烟草行业烟机设备维修管理人员的必备读物，烟机设备维修工技能鉴定培训教材。

该套教材由在卷烟厂长期从事烟机设备的管理和电气维修工作一线优秀电工技师、高级技师以及中国烟草职工进修学院和各省级烟草职工培训中心的教师组成教材编审组共同编写。

第一篇 制丝线电气基础知识
第一章 检测器件…………………………………………………………… 2
第一节 光电开关……………………………………………………… 3
一、光电开关的工作原理………………………………………… 3
二、光电开关的种类及特点……………………………………… 3
第二节 接近开关……………………………………………………… 5
一、电感式接近开关的结构及工作原理………………………… 5
二、电容式接开关的结构及工作原理…………………………… 5
三、霍耳接近开关的工作原理…………………………………… 6
四、接近开关的选型……………………………………………… 6
五、接近开关的特点……………………………………………… 7
第三节 压力传感器与称重传感器…………………………………… 7
一、压力传感器…………………………………………………… 7
二、称重传感器…………………………………………………… 9
三、压力传感器与称重传感器的对比…………………………… 9
第四节 温度传感器…………………………………………………… 9
一、温度测量的主要方法……………………………………… 10
二、温度传感器的组成及分类………………………………… 10
第五节 超声波传感器……………………………………………… 16
一、超声波及其物理性质……………………………………… 16
二、超声波传感器的工作原理………………………………… 16
三、超声波检测技术的应用…………………………………… 17
第六节 液位传感器………………………………………………… 19
一、干簧管液位控制器………………………………………… 19
二、浮球(筒)式液位控制器………………………………… 19
三、音叉式液位开关…………………………………………… 19
2
四、电接触液位控制器………………………………………… 20
第七节 位移传感器………………………………………………… 20
一、电感式位移传感器………………………………………… 20
二、光栅位移传感器…………………………………………… 21
三、磁致伸缩位移传感器……………………………………… 21
第八节 光电编码器………………………………………………… 21
一、光电编码器的工作原理…………………………………… 22
二、光电编码器的分类………………………………………… 22
第九节 流量计……………………………………………………… 25
一、差压式流量计……………………………………………… 25
二、电磁流量计………………………………………………… 26
三、涡街流量计………………………………………………… 29
四、质量流量计………………………………………………… 30
第十节 金属探测仪………………………………………………… 33
一、金属探测仪的组成………………………………………… 33
二、金属探测仪的工作原理…………………………………… 33
第十一节 红外水分仪……………………………………………… 34
一、红外水分仪的工作原理………………………………… 34
二、TM710型红外水分仪…………………………………… 35
第二章 执行控制器件…………………………………………………… 42
第一节 阀门定位器………………………………………………… 42
一、定位器的结构和工作原理………………………………… 42
二、阀门定位器的基本功能…………………………………… 43
三、阀门定位器的分类…………………………………………… 45
四、数字阀门定位器…………………………………………… 46
第二节 电磁阀……………………………………………………… 47
一、电磁阀的工作原理………………………………………… 48
二、电磁阀的种类……………………………………………… 48
第三节 阀岛………………………………………………………… 49
一、带多针接口的阀岛………………………………………… 50
二、现场总线型阀岛…………………………………………… 50
三、可编程阀岛………………………………………………… 50
四、模块式阀岛………………………………………………… 51
五、紧凑型阀岛(CP阀岛) …………………………………… 51
六、ASI接口与阀岛的结合……………………………………… 52
3
第四节 气动伺服系统……………………………………………… 52
一、伺服气缸…………………………………………………… 52
二、电气比例阀………………………………………………… 53
第三章 驱动控制器件…………………………………………………… 56
第一节 软启动器…………………………………………………… 56
一、软启动器概述……………………………………………… 56
二、软启动器的结构和原理…………………………………… 56
第二节 变频器……………………………………………………… 58
一、变频器的基本构成及工作原理…………………………… 58
二、变频器的分类……………………………………………… 60
三、变频器的选用原则………………………………………… 62
四、变频器的安装与调试……………………………………… 64
五、变频器的维护与保养……………………………………… 68
六、变频器常见故障判断与排除……………………………… 69
七、变频器与软启动器的对比………………………………… 71
第三节 伺服控制系统……………………………………………… 72
一、伺服控制系统的结构组成………………………………… 72
二、伺服控制系统的技术要求………………………………… 73
三、电气伺服系统的组成……………………………………… 73
第四章 可编程控制器…………………………………………………… 82
第一节 可编程控制器基础知识…………………………………… 82
一、可编程控制器的产生和定义……………………………… 82
二、可编程控制器的特点……………………………………… 84
三、可编程控制器的分类……………………………………… 85
四、可编程控制器的结构……………………………………… 86
五、可编程控制器的工作原理………………………………… 89
第二节 西门子PLC的硬件及组态………………………………… 91
一、西门子S7-300/400组件概述…………………………… 91
二、西门子S7-300/400的安装规范………………………… 95
三、西门子S7-300/400硬件组态…………………………… 98
四、西门子项目的下载及保存………………………………… 106
五、PLC的连接与监控………………………………………… 107
第三节 西门子PLC的编程和指令………………………………… 110
一、西门子编程基础…………………………………………… 110
二、西门子PLC基本位指令…………………………………… 112
4
三、数据传送指令及其应用…………………………………… 121
四、数据运算指令……………………………………………… 131
五、模拟量模块的应用………………………………………… 138
六、数据块和功能块…………………………………………… 144
第四节 罗克韦尔PLC的组态与编程……………………………… 148
一、罗克韦尔PLC的硬件介绍………………………………… 148
二、罗克韦尔PLC的软件介绍………………………………… 157
三、罗克韦尔PLC的硬件组态………………………………… 161
四、罗克韦尔PLC的编程与指令……………………………… 166
第五节 可编程控制器的通信……………………………………… 184
一、通信基础知识……………………………………………… 184
二、MPI网络通信……………………………………………… 185
三、Profibus网络通信………………………………………… 189
四、以太网通信………………………………………………… 196
第二篇 制丝线集中监控系统
第一章 监控系统基础知识……………………………………………… 200
第一节 通信基础…………………………………………………… 200
一、通信基本概念……………………………………………… 200
二、工业网络物理结构………………………………………… 205
第二节 开放系统互连参考模型…………………………………… 208
一、OSI参考模型概述………………………………………… 208
二、OSI的分层技术…………………………………………… 210
三、IEEE802标准与网络互连………………………………… 213
四、现场总线的通信协议模型………………………………… 216
第三节 网络主要拓扑结构………………………………………… 220
一、总线型拓扑………………………………………………… 220
二、星型拓扑…………………………………………………… 220
三、环型拓扑…………………………………………………… 221
四、树型拓扑…………………………………………………… 222
五、星环型拓扑………………………………………………… 222
六、网络拓扑结构的规划设计原则…………………………… 222
第四节 网络主要设备……………………………………………… 223
一、计算机网络系统的组成…………………………………… 223
二、工业网络系统的组成……………………………………… 225
5
三、计算机网络的功能………………………………………… 226
第二章 工业网络系统…………………………………………………… 228
第一节 现场总线…………………………………………………… 228
一、现场总线简介……………………………………………… 228
二、现场总线的种类…………………………………………… 229
三、现场总线的原理和发展概况……………………………… 229
四、现场总线的协议…………………………………………… 230
五、基于现场总线的自动化监控及信息集成系统的主要优点… 232
六、现场总线的发展现状……………………………………… 233
七、现场总线的发展趋势……………………………………… 235
八、现场总线的未来趋势……………………………………… 236
九、烟草行业制丝线常用现场总线技术详细说明…………… 236
第二节 工业以太网………………………………………………… 250
一、工业以太网简介…………………………………………… 250
二、ProfiNet …………………………………………………… 253
三、EtherNet/IP ……………………………………………… 255
四、交换机……………………………………………………… 256
第三节 制丝线典型网络架构及常见故障………………………… 260
一、采用总线技术的制丝线典型网络架构…………………… 260
二、采用以太网技术的制丝线典型网络架构………………… 264
三、制丝线网络设计及使用中的注意事项…………………… 265
四、制丝线常见网络故障分析与排除………………………… 267
第三章 集中监控系统…………………………………………………… 280
第一节 集中监控系统概述………………………………………… 280
一、先进性……………………………………………………… 280
二、扩展性……………………………………………………… 281
三、标准化……………………………………………………… 282
四、可维护性、可操作性……………………………………… 282
五、模块化、参数化…………………………………………… 282
六、智能化、柔性化…………………………………………… 282
七、安全性、可靠性…………………………………………… 282
八、经济性……………………………………………………… 283
九、兼容性……………………………………………………… 283
第二节 监控系统软件……………………………………………… 283
一、监控软件…………………………………………………… 284
6
二、关系数据库………………………………………………… 339
三、实时数据库………………………………………………… 341
第三节 监控系统功能……………………………………………… 348
一、监控系统功能概述………………………………………… 348
二、监控系统功能模块………………………………………… 348
三、集中监控系统接口设计…………………………………… 358
第四节 监控系统常见故障分析与排除…………………………… 361
一、硬件故障…………………………………………………… 361
二、软件故障…………………………………………………… 363
参考文献…………………………………………………………………… 368