具体描述
编辑推荐
适读人群 :电工,电气技术人员 1.内容依据初学者的学习特点编写
2.以应用广泛的西门子和欧姆龙两种品牌为例
3.列举了大量的工程应用实例
内容简介
本书介绍了PLC的基本概念,分类,特点,基本结构,工作原理和编程语言;PLC编程的基本要求和规则,PLC的程序设计的常用方法和典型应用编程,PLC控制系统设计的基本内容和步骤,PLC机型的选择,系统的安装调试方法;并分西门子和欧姆龙介绍了PLC的指令系统,用大量实例介绍了PLC在控制系统中的应用,后介绍了PLC通信与网络技术。
本书内容由浅入深,密切联系实际,可以帮助初学者尽快掌握PLC的基本知识技能。
本书可作为电工及电气技术人员的自学,培训用书,也可作为高等院校相关知识专业师生的教学参考用书。
内页插图
目录
第1章 概述
1.1PLC的基本概念、分类、特点和应用1
1.1.1PLC的基本概念1
1.1.2PLC的分类1
1.1.3PLC的特点3
1.1.4PLC的应用4
1.2PLC的基本结构5
1.2.1中央处理器5
1.2.2存储器6
1.2.3输入、输出接口6
1.2.4电源8
1.2.5编程器8
1.3PLC的工作原理8
1.3.1PLC的等效电路8
1.3.2PLC的工作方式10
1.3.3PLC的工作过程10
1.4PLC的编程语言11
1.4.1PLC的软件组成11
1.4.2梯形图(LAD)编程语言12
1.4.3指令表(STL)编程语言12
1.4.4顺序功能图(SFC)编程语言13
1.5PLC主要产品品牌13
1.5.1西门子13
1.5.2欧姆龙15
第2章PLC的指令系统
2.1西门子的指令系统18
2.1.1数据类型及寻址方式18
2.1.2常用基本指令22
2.1.3常用功能指令37
2.2欧姆龙的指令系统53
2.2.1存储区分配53
2.2.2常用基本指令55
2.2.3常用功能指令70
第3章PLC的程序设计
3.1PLC编程的基本要求和规则85
3.1.1PLC程序设计的基本要求85
3.1.2梯形图编程的基本原则86
3.2PLC的程序设计的常用方法90
3.2.1经验设计法90
3.2.2顺序控制设计法92
3.2.3使用启保停电路的编程方法99
3.3PLC典型应用编程100
3.3.1系统启停控制100
3.3.2延时接通控制102
3.3.3延时断开控制103
3.3.4延时接通延时断开控制104
3.3.5脉冲发生器104
3.3.6闪烁信号(脉宽和周期可调的脉冲发生器)104
3.3.7定时器定时时间扩展105
3.3.8计数器计数值扩展106
3.3.9二分频107
第4章 PLC的系统设计
4.1PLC控制系统设计的基本内容和步骤108
4.1.1PLC控制系统设计的基本原则108
4.1.2PLC控制系统设计的基本内容109
4.1.3PLC控制系统设计的一般步骤109
4.2PLC机型的选择112
4.2.1选型原则112
4.2.2PLC型号的选择113
4.2.3PLC容量的估算114
4.2.4I/O模块的选择114
4.2.5分配输入/输出点115
4.3系统的安装115
4.3.1安装注意事项115
4.3.2PLC的安装与接线117
4.4系统调试120
4.4.1调试的方法120
4.4.2系统调试过程123
4.5PLC的维护与检修124
4.5.1维护检查124
4.5.2故障排除126
第5章 PLC在控制系统中的应用实例
5.1常用电动机启停电路的PLC控制130
5.1.1西门子PLC控制电路130
5.1.2欧姆龙PLC控制电路138
5.2常用灯光系统的PLC控制156
5.2.1西门子PLC控制电路156
5.2.2欧姆龙PLC控制电路163
5.3典型生产自动线的PLC控制168
5.3.1西门子PLC控制电路168
5.3.2欧姆龙PLC控制电路172
5.4其他常用系统的PLC控制183
5.4.1西门子PLC控制电路183
5.4.2欧姆龙PLC控制电路187
第6章 PLC通信与网络
6.1PLC通信基础知识194
6.1.1通信方式194
6.1.2通信介质196
6.1.3PLC常用通信接口198
6.1.4计算机通信标准201
6.2PC与PLC通信的实现204
6.2.1概述204
6.2.2PC与S7-200系列PLC通信的实现205
6.2.3PC与CPM1A系列PLC通信的实现207
6.3PLC网络210
6.3.1生产金字塔结构与工厂计算机控制系统模型210
6.3.2PLC网络的拓扑结构210
6.3.3PLC网络各级子网通信协议配置的规律213
6.3.4PLC网络中常用的通信方式214
6.4现场总线技术216
6.4.1现场总线概述217
6.4.2现场总线的特点与优点219
6.4.3几种有影响的现场总线221
6.4.4PROFIBUS-DP现场总线223
6.4.5CC-Link现场总线228
6.5PLC通信应用230
6.5.1西门子PLC通信应用230
6.5.2欧姆龙PLC通信应用241
参考文献254
前言/序言
《PLC控制系统原理与应用》 一、 核心内容概述 本书深入浅出地剖析了可编程逻辑控制器(PLC)的系统原理,从硬件架构到软件编程,再到实际工程应用,为读者构建了一个全面且系统的知识体系。全书以实践为导向,结合大量经典工程实例,旨在培养读者独立设计、开发和维护PLC控制系统的能力。 第二部分:PLC控制系统硬件基础 本部分将系统性地介绍构成PLC控制系统的核心硬件组件。 1. PLC的组成与工作原理 1.1 PLC硬件架构详解: 详细阐述CPU模块(中央处理器)、存储器模块(程序存储器、数据存储器)、输入模块、输出模块、通信模块、电源模块等核心组成部分的功能、接口方式及技术规格。我们将深入探讨CPU的工作模式,包括扫描周期、指令执行流程以及中断处理机制。 1.2 CPU模块的深入研究: 详细解析CPU的微处理器类型、时钟频率、运算能力、指令集,以及它们对系统性能的影响。重点介绍CPU与内存、输入输出接口之间的数据交换方式(如总线结构、接口电路),以及CPU在执行程序过程中的状态指示(如运行、停止、故障)。 1.3 存储器模块的分类与作用: 详细区分RAM、ROM、EEPROM、Flash Memory等不同类型存储器在PLC中的应用,讲解它们的读写速度、存储容量、断电保持能力及其对程序和数据存储的意义。重点分析程序存储器用于存放用户程序、数据存储器用于存储变量、定时器、计数器等参数,以及内存区域的划分和管理。 1.4 输入/输出(I/O)模块的类型与选型: 详细介绍数字量输入模块(DI)、数字量输出模块(DO)、模拟量输入模块(AI)、模拟量输出模块(AO)等各类I/O模块的工作原理、接口特性、电气参数(如电压、电流、隔离方式)。重点讲解如何根据被控对象的信号类型、精度要求、负载特性来选择合适的I/O模块,并分析光耦隔离、继电器输出、晶体管输出等不同输出方式的优缺点。 1.5 通信模块与网络集成: 详细介绍PLC与其他设备(如上位机、HMI、其他PLC)进行通信的原理,包括串行通信(RS-232/485)、以太网通信(Ethernet/IP、Profinet)、现场总线(Profibus、DeviceNet)等,讲解通信协议、接口标准、数据传输方式,以及如何实现PLC与分布式I/O、变频器、机器人等设备的组网。 1.6 电源模块的作用与保护: 详细阐述电源模块在PLC系统中的关键作用,包括提供稳定可靠的直流电压,以及各种保护功能(如过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护),确保PLC硬件的安全稳定运行。 1.7 PLC硬件的安装与接地: 提供详细的PLC硬件安装指南,包括机架安装、导轨安装、接线规范、环境要求(温度、湿度、电磁干扰),并强调接地对保障系统稳定性和人身安全的重要性,讲解不同接地方式的应用场景。 2. 传感器与执行器的接口技术 2.1 传感器基础知识与选型: 详细介绍各类常用传感器的工作原理、信号输出类型(开关量、模拟量、数字量)、性能参数(精度、响应时间、量程)等,包括接近开关、光电开关、限位开关、温度传感器(热电偶、热电阻)、压力传感器、液位传感器、编码器等,并指导读者如何根据被控对象的物理量和测量需求进行合理选型。 2.2 执行器的驱动与控制: 详细介绍各类执行器的基本原理、接口要求、控制方式,包括电磁阀、电机(交流、直流)、伺服电机、步进电机、继电器、接触器等,讲解如何通过PLC的输出信号驱动这些执行器,并重点阐述如何实现对执行器运行状态的监测与反馈。 2.3 信号的隔离与保护: 详细解释在PLC输入输出电路中,信号隔离(如光电隔离、电隔离)和保护(如浪涌保护、滤波)的必要性及具体实现方法,以防止外部电气干扰和高压冲击损坏PLC内部电路,提高系统的可靠性。 2.4 模拟量信号的处理: 深入讲解模拟量信号(如4-20mA, 0-10V)在PLC中的采集(AI模块)和输出(AO模块)过程,包括量程转换、A/D与D/A转换原理、滤波处理、线性化等,以及如何处理传感器信号的非线性特性。 第三部分:PLC控制软件编程基础 本部分将聚焦PLC的编程语言、指令系统以及程序结构,为读者掌握PLC编程打下坚实基础。 3. PLC编程语言概述 3.1 IEC 61131-3国际标准: 详细介绍IEC 61131-3国际标准,理解其规定的五种主要编程语言:梯形图(Ladder Diagram, LD)、指令表(Instruction List, IL)、结构化文本(Structured Text, ST)、功能块图(Function Block Diagram, FBD)、顺序功能图(Sequential Function Chart, SFC)的特点、适用场景和应用领域。 3.2 梯形图(LD)的深入解析: 详细讲解梯形图的基本语法、指令(触点、线圈、定时器、计数器、比较指令、数学运算指令等)的含义与用法,以及逻辑运算(AND、OR、NOT)在梯形图中的表示。通过大量图示和示例,使读者快速掌握梯形图的阅读和编写。 3.3 指令表(IL)的简洁高效: 介绍指令表语言的指令集、操作码、操作数,以及其简洁高效的特点,适合编写结构化程度较高的程序,并阐述其与梯形图的相互转换关系。 3.4 结构化文本(ST)的强大灵活性: 讲解结构化文本语言的语法结构,包括变量声明、赋值、条件语句(IF-THEN-ELSE)、循环语句(FOR、WHILE、REPEAT)、过程调用等,使其能够进行复杂的算法和数据处理,适用于复杂的逻辑控制和数据管理。 3.5 功能块图(FBD)的模块化设计: 介绍功能块图的图形化编程方式,通过连接预定义的功能块(如逻辑运算、定时器、计数器、PID控制器)来实现控制功能,强调其模块化和重用性。 3.6 顺序功能图(SFC)的流程化控制: 阐述顺序功能图在描述顺序控制和流程控制方面的优势,包括状态、转移、动作等元素,能够清晰地展现控制系统的执行流程,适用于多步骤、多状态的控制任务。 4. PLC指令系统与数据类型 4.1 基本逻辑指令: 详细讲解位逻辑指令(LD, LDI, OUT, OUT NOT)、指令操作(SET, RESET)、比较指令(EQU, NEQ, GRT, LES, GEQ, LEQ)等,并给出在梯形图中的应用示例。 4.2 定时器指令: 深入讲解不同类型的定时器(TON, TOF, TP)的工作原理、设定值、当前值、定时精度,以及它们在延时控制、周期定时中的应用。 4.3 计数器指令: 详细介绍各类计数器(CTU, CTD, CTUD)的计数方向、预设值、当前值、溢出/回零处理,以及它们在计数、分频、位置控制中的应用。 4.4 数据传送与数学运算指令: 讲解数据传送指令(MOV)、数据交换指令(XCHG)、算术运算指令(ADD, SUB, MUL, DIV)、逻辑运算指令(AND, OR, XOR)等,以及它们在数据处理和计算中的应用。 4.5 移位与循环指令: 介绍位移指令(SFB, SRB)和字节移位指令(BSFB, BRB)的应用,以及循环移位指令(RL, RR)在位操作中的作用。 4.6 程序控制指令: 讲解跳转指令(JMP, RET)、子程序调用指令(CALL, RETC)、中断指令(DI, EI)等,以及它们在程序流程控制和中断处理中的应用。 4.7 步进指令: 介绍步进指令(STP)在实现步进式顺序控制时的功能,以及其与SFC的结合应用。 4.8 常用数据类型: 详细说明PLC中常用的数据类型,包括布尔型(Boolean)、整型(Integer, Word)、浮点型(Real)、双字型(Double Word)、字符型(String)等,以及它们的存储格式、取值范围和在不同指令中的应用。 5. PLC程序结构与组织 5.1 主程序与子程序: 讲解主程序的概念,以及如何通过子程序实现代码的模块化和重用,提高程序的可读性和维护性。 5.2 中断服务程序(ISR): 深入阐述中断的概念,包括外部中断、定时中断、通信中断等,以及中断服务程序的编写、调用机制和优先级管理,强调其在实时性控制中的重要性。 5.3 顺序功能图(SFC)的应用: 详细介绍如何利用SFC来组织复杂的顺序控制程序,将控制过程分解为一系列有序的步骤和转移条件,提高程序的逻辑性和清晰度。 5.4 数据块与全局变量: 讲解数据块的概念,以及如何利用数据块来组织和管理程序中的变量,实现数据的集中管理和共享,提高程序的可维护性。 5.5 程序注释与文档: 强调在PLC编程中添加详细注释的重要性,以及编写完整的程序文档(包括系统结构图、I/O分配表、程序流程图、变量说明等)对后续维护和故障排除的价值。 第四部分:PLC控制系统的工程应用实例 本部分将通过一系列贴近实际的工程案例,引导读者将理论知识应用于实践,掌握PLC的系统设计、调试和应用方法。 6. 典型工业自动化控制应用 6.1 生产线自动化控制: 以典型的装配线、输送线为例,讲解如何设计PLC控制方案,实现物料的自动识别、定位、搬运,以及生产流程的协调控制。 6.2 机械设备联动控制: 针对多台电机、执行器协同工作的机械设备,如起重机、升降平台,讲解如何通过PLC实现精确的联动控制、速度控制和安全保护。 6.3 过程控制系统应用: 介绍PLC在液位控制、温度控制、流量控制等过程控制领域的应用,重点讲解PID控制算法在PLC中的实现与调优。 6.4 物料搬运与仓储系统: 讲解PLC在自动仓库、AGV(自动导引车)调度等系统中的应用,实现物料的智能化管理和高效搬运。 6.5 包装与灌装设备控制: 以自动化包装机、灌装机为例,讲解PLC如何实现精确的计量、封口、切割等动作的同步控制。 6.6 工业机器人协同控制: 介绍PLC如何与工业机器人进行协同控制,实现机器人与自动化生产线的无缝集成。 7. PLC系统设计与调试要点 7.1 控制需求分析与方案设计: 指导读者如何从实际的控制需求出发,进行系统的功能分析、I/O点位估算,并选择合适的PLC型号和配置,制定详细的控制方案。 7.2 控制逻辑设计与程序编写: 重点讲解如何将控制逻辑转化为PLC可执行的程序,包括算法选择、指令运用、程序结构设计等,以及如何编写高质量、易于理解的程序。 7.3 I/O分配与接线设计: 详细介绍I/O点位的合理分配,以及PLC硬件与现场设备之间的电气连接规范,强调安全性和可靠性。 7.4 仿真调试与离线测试: 讲解利用PLC编程软件自带的仿真功能,在实际硬件连接前进行程序逻辑的离线测试和调试,有效发现和纠正程序错误。 7.5 在线调试与故障排除: 指导读者在PLC硬件连接完成后,如何进行在线调试,观察PLC运行状态,利用监控表格、变量监视等工具,以及如何分析和处理常见的控制系统故障。 7.6 系统优化与性能提升: 介绍在系统运行过程中,如何根据实际运行效果对程序进行优化,提高控制精度、响应速度和系统效率。 8. 案例研究与综合应用 8.1 综合性生产线控制案例: 选取一个较为复杂的生产线控制案例,从系统需求分析、硬件选型、PLC程序设计、通信组网到最终调试的全过程进行详细讲解。 8.2 变频器与伺服电机集成应用: 演示如何通过PLC控制变频器和伺服电机,实现精确的速度、位置和转矩控制,并应用于实际设备中。 8.3 HMI(人机界面)集成应用: 介绍如何设计与PLC配套的人机界面,实现操作监控、参数设置、报警显示等功能,提高系统的智能化水平。 8.4 故障诊断与维护技术: 探讨PLC控制系统中常见的故障类型,以及如何通过编程和硬件诊断来快速定位和排除故障,保障系统的稳定运行。 第五部分:PLC系统进阶与发展趋势 本部分将对PLC控制系统的进阶技术和未来发展趋势进行探讨。 9. PLC系统的进阶技术 9.1 高级运动控制: 介绍PLC在伺服电机、步进电机等高精度运动控制中的应用,包括多轴联动、电子齿轮、凸轮等功能。 9.2 安全控制技术(Safety PLC): 阐述安全PLC在工业安全防护方面的作用,包括安全等级、安全编码器、安全继电器等。 9.3 故障转移与冗余系统: 讲解如何设计PLC系统的冗余备份,以提高系统的可靠性和可用性,尤其适用于关键工业领域。 9.4 能源管理与监控: 介绍PLC在工业能源管理系统中的应用,实现对能源消耗的监测、分析和优化。 9.5 工业物联网(IIoT)与云平台集成: 探讨PLC如何接入工业物联网,与云平台进行数据交互,实现远程监控、预测性维护和智能决策。 10. PLC控制系统的发展趋势 10.1 智能化与集成化: 随着人工智能和大数据技术的发展,PLC将集成更多智能化功能,如自学习、自适应控制,并与MES、ERP等企业管理系统更紧密集成。 10.2 绿色化与节能化: 强调PLC系统在提高能源利用效率、降低碳排放方面的作用,以及对低功耗、环保型PLC设备的需求。 10.3 柔性制造与个性化定制: 探讨PLC如何支持生产线的柔性化改造,以适应快速变化的市场需求和个性化定制生产。 10.4 开放性与标准化: 随着通信协议和软件标准的不断发展,PLC系统将更加开放和互联互通,降低系统集成的难度和成本。 10.5 虚拟化与仿真技术: 虚拟仿真技术在PLC系统设计、调试和培训中的应用将日益广泛,提高开发效率和降低风险。 本书通过对PLC控制系统硬件、软件、工程应用及未来发展趋势的全面阐述,旨在为读者提供一个系统、深入的学习路径,使其能够胜任PLC相关的技术工作,并在工业自动化领域不断探索和创新。