具體描述
編輯推薦
適讀人群 :電工,電氣技術人員 1.內容依據初學者的學習特點編寫
2.以應用廣泛的西門子和歐姆龍兩種品牌為例
3.列舉瞭大量的工程應用實例
內容簡介
本書介紹瞭PLC的基本概念,分類,特點,基本結構,工作原理和編程語言;PLC編程的基本要求和規則,PLC的程序設計的常用方法和典型應用編程,PLC控製係統設計的基本內容和步驟,PLC機型的選擇,係統的安裝調試方法;並分西門子和歐姆龍介紹瞭PLC的指令係統,用大量實例介紹瞭PLC在控製係統中的應用,後介紹瞭PLC通信與網絡技術。
本書內容由淺入深,密切聯係實際,可以幫助初學者盡快掌握PLC的基本知識技能。
本書可作為電工及電氣技術人員的自學,培訓用書,也可作為高等院校相關知識專業師生的教學參考用書。
內頁插圖
目錄
第1章 概述
1.1PLC的基本概念、分類、特點和應用1
1.1.1PLC的基本概念1
1.1.2PLC的分類1
1.1.3PLC的特點3
1.1.4PLC的應用4
1.2PLC的基本結構5
1.2.1中央處理器5
1.2.2存儲器6
1.2.3輸入、輸齣接口6
1.2.4電源8
1.2.5編程器8
1.3PLC的工作原理8
1.3.1PLC的等效電路8
1.3.2PLC的工作方式10
1.3.3PLC的工作過程10
1.4PLC的編程語言11
1.4.1PLC的軟件組成11
1.4.2梯形圖(LAD)編程語言12
1.4.3指令錶(STL)編程語言12
1.4.4順序功能圖(SFC)編程語言13
1.5PLC主要産品品牌13
1.5.1西門子13
1.5.2歐姆龍15
第2章PLC的指令係統
2.1西門子的指令係統18
2.1.1數據類型及尋址方式18
2.1.2常用基本指令22
2.1.3常用功能指令37
2.2歐姆龍的指令係統53
2.2.1存儲區分配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的程序設計
3.1PLC編程的基本要求和規則85
3.1.1PLC程序設計的基本要求85
3.1.2梯形圖編程的基本原則86
3.2PLC的程序設計的常用方法90
3.2.1經驗設計法90
3.2.2順序控製設計法92
3.2.3使用啓保停電路的編程方法99
3.3PLC典型應用編程100
3.3.1係統啓停控製100
3.3.2延時接通控製102
3.3.3延時斷開控製103
3.3.4延時接通延時斷開控製104
3.3.5脈衝發生器104
3.3.6閃爍信號(脈寬和周期可調的脈衝發生器)104
3.3.7定時器定時時間擴展105
3.3.8計數器計數值擴展106
3.3.9二分頻107
第4章 PLC的係統設計
4.1PLC控製係統設計的基本內容和步驟108
4.1.1PLC控製係統設計的基本原則108
4.1.2PLC控製係統設計的基本內容109
4.1.3PLC控製係統設計的一般步驟109
4.2PLC機型的選擇112
4.2.1選型原則112
4.2.2PLC型號的選擇113
4.2.3PLC容量的估算114
4.2.4I/O模塊的選擇114
4.2.5分配輸入/輸齣點115
4.3係統的安裝115
4.3.1安裝注意事項115
4.3.2PLC的安裝與接綫117
4.4係統調試120
4.4.1調試的方法120
4.4.2係統調試過程123
4.5PLC的維護與檢修124
4.5.1維護檢查124
4.5.2故障排除126
第5章 PLC在控製係統中的應用實例
5.1常用電動機啓停電路的PLC控製130
5.1.1西門子PLC控製電路130
5.1.2歐姆龍PLC控製電路138
5.2常用燈光係統的PLC控製156
5.2.1西門子PLC控製電路156
5.2.2歐姆龍PLC控製電路163
5.3典型生産自動綫的PLC控製168
5.3.1西門子PLC控製電路168
5.3.2歐姆龍PLC控製電路172
5.4其他常用係統的PLC控製183
5.4.1西門子PLC控製電路183
5.4.2歐姆龍PLC控製電路187
第6章 PLC通信與網絡
6.1PLC通信基礎知識194
6.1.1通信方式194
6.1.2通信介質196
6.1.3PLC常用通信接口198
6.1.4計算機通信標準201
6.2PC與PLC通信的實現204
6.2.1概述204
6.2.2PC與S7-200係列PLC通信的實現205
6.2.3PC與CPM1A係列PLC通信的實現207
6.3PLC網絡210
6.3.1生産金字塔結構與工廠計算機控製係統模型210
6.3.2PLC網絡的拓撲結構210
6.3.3PLC網絡各級子網通信協議配置的規律213
6.3.4PLC網絡中常用的通信方式214
6.4現場總綫技術216
6.4.1現場總綫概述217
6.4.2現場總綫的特點與優點219
6.4.3幾種有影響的現場總綫221
6.4.4PROFIBUS-DP現場總綫223
6.4.5CC-Link現場總綫228
6.5PLC通信應用230
6.5.1西門子PLC通信應用230
6.5.2歐姆龍PLC通信應用241
參考文獻254
前言/序言
《PLC控製係統原理與應用》 一、 核心內容概述 本書深入淺齣地剖析瞭可編程邏輯控製器(PLC)的係統原理,從硬件架構到軟件編程,再到實際工程應用,為讀者構建瞭一個全麵且係統的知識體係。全書以實踐為導嚮,結閤大量經典工程實例,旨在培養讀者獨立設計、開發和維護PLC控製係統的能力。 第二部分:PLC控製係統硬件基礎 本部分將係統性地介紹構成PLC控製係統的核心硬件組件。 1. PLC的組成與工作原理 1.1 PLC硬件架構詳解: 詳細闡述CPU模塊(中央處理器)、存儲器模塊(程序存儲器、數據存儲器)、輸入模塊、輸齣模塊、通信模塊、電源模塊等核心組成部分的功能、接口方式及技術規格。我們將深入探討CPU的工作模式,包括掃描周期、指令執行流程以及中斷處理機製。 1.2 CPU模塊的深入研究: 詳細解析CPU的微處理器類型、時鍾頻率、運算能力、指令集,以及它們對係統性能的影響。重點介紹CPU與內存、輸入輸齣接口之間的數據交換方式(如總綫結構、接口電路),以及CPU在執行程序過程中的狀態指示(如運行、停止、故障)。 1.3 存儲器模塊的分類與作用: 詳細區分RAM、ROM、EEPROM、Flash Memory等不同類型存儲器在PLC中的應用,講解它們的讀寫速度、存儲容量、斷電保持能力及其對程序和數據存儲的意義。重點分析程序存儲器用於存放用戶程序、數據存儲器用於存儲變量、定時器、計數器等參數,以及內存區域的劃分和管理。 1.4 輸入/輸齣(I/O)模塊的類型與選型: 詳細介紹數字量輸入模塊(DI)、數字量輸齣模塊(DO)、模擬量輸入模塊(AI)、模擬量輸齣模塊(AO)等各類I/O模塊的工作原理、接口特性、電氣參數(如電壓、電流、隔離方式)。重點講解如何根據被控對象的信號類型、精度要求、負載特性來選擇閤適的I/O模塊,並分析光耦隔離、繼電器輸齣、晶體管輸齣等不同輸齣方式的優缺點。 1.5 通信模塊與網絡集成: 詳細介紹PLC與其他設備(如上位機、HMI、其他PLC)進行通信的原理,包括串行通信(RS-232/485)、以太網通信(Ethernet/IP、Profinet)、現場總綫(Profibus、DeviceNet)等,講解通信協議、接口標準、數據傳輸方式,以及如何實現PLC與分布式I/O、變頻器、機器人等設備的組網。 1.6 電源模塊的作用與保護: 詳細闡述電源模塊在PLC係統中的關鍵作用,包括提供穩定可靠的直流電壓,以及各種保護功能(如過壓保護、欠壓保護、過流保護、短路保護),確保PLC硬件的安全穩定運行。 1.7 PLC硬件的安裝與接地: 提供詳細的PLC硬件安裝指南,包括機架安裝、導軌安裝、接綫規範、環境要求(溫度、濕度、電磁乾擾),並強調接地對保障係統穩定性和人身安全的重要性,講解不同接地方式的應用場景。 2. 傳感器與執行器的接口技術 2.1 傳感器基礎知識與選型: 詳細介紹各類常用傳感器的工作原理、信號輸齣類型(開關量、模擬量、數字量)、性能參數(精度、響應時間、量程)等,包括接近開關、光電開關、限位開關、溫度傳感器(熱電偶、熱電阻)、壓力傳感器、液位傳感器、編碼器等,並指導讀者如何根據被控對象的物理量和測量需求進行閤理選型。 2.2 執行器的驅動與控製: 詳細介紹各類執行器的基本原理、接口要求、控製方式,包括電磁閥、電機(交流、直流)、伺服電機、步進電機、繼電器、接觸器等,講解如何通過PLC的輸齣信號驅動這些執行器,並重點闡述如何實現對執行器運行狀態的監測與反饋。 2.3 信號的隔離與保護: 詳細解釋在PLC輸入輸齣電路中,信號隔離(如光電隔離、電隔離)和保護(如浪湧保護、濾波)的必要性及具體實現方法,以防止外部電氣乾擾和高壓衝擊損壞PLC內部電路,提高係統的可靠性。 2.4 模擬量信號的處理: 深入講解模擬量信號(如4-20mA, 0-10V)在PLC中的采集(AI模塊)和輸齣(AO模塊)過程,包括量程轉換、A/D與D/A轉換原理、濾波處理、綫性化等,以及如何處理傳感器信號的非綫性特性。 第三部分:PLC控製軟件編程基礎 本部分將聚焦PLC的編程語言、指令係統以及程序結構,為讀者掌握PLC編程打下堅實基礎。 3. PLC編程語言概述 3.1 IEC 61131-3國際標準: 詳細介紹IEC 61131-3國際標準,理解其規定的五種主要編程語言:梯形圖(Ladder Diagram, LD)、指令錶(Instruction List, IL)、結構化文本(Structured Text, ST)、功能塊圖(Function Block Diagram, FBD)、順序功能圖(Sequential Function Chart, SFC)的特點、適用場景和應用領域。 3.2 梯形圖(LD)的深入解析: 詳細講解梯形圖的基本語法、指令(觸點、綫圈、定時器、計數器、比較指令、數學運算指令等)的含義與用法,以及邏輯運算(AND、OR、NOT)在梯形圖中的錶示。通過大量圖示和示例,使讀者快速掌握梯形圖的閱讀和編寫。 3.3 指令錶(IL)的簡潔高效: 介紹指令錶語言的指令集、操作碼、操作數,以及其簡潔高效的特點,適閤編寫結構化程度較高的程序,並闡述其與梯形圖的相互轉換關係。 3.4 結構化文本(ST)的強大靈活性: 講解結構化文本語言的語法結構,包括變量聲明、賦值、條件語句(IF-THEN-ELSE)、循環語句(FOR、WHILE、REPEAT)、過程調用等,使其能夠進行復雜的算法和數據處理,適用於復雜的邏輯控製和數據管理。 3.5 功能塊圖(FBD)的模塊化設計: 介紹功能塊圖的圖形化編程方式,通過連接預定義的功能塊(如邏輯運算、定時器、計數器、PID控製器)來實現控製功能,強調其模塊化和重用性。 3.6 順序功能圖(SFC)的流程化控製: 闡述順序功能圖在描述順序控製和流程控製方麵的優勢,包括狀態、轉移、動作等元素,能夠清晰地展現控製係統的執行流程,適用於多步驟、多狀態的控製任務。 4. PLC指令係統與數據類型 4.1 基本邏輯指令: 詳細講解位邏輯指令(LD, LDI, OUT, OUT NOT)、指令操作(SET, RESET)、比較指令(EQU, NEQ, GRT, LES, GEQ, LEQ)等,並給齣在梯形圖中的應用示例。 4.2 定時器指令: 深入講解不同類型的定時器(TON, TOF, TP)的工作原理、設定值、當前值、定時精度,以及它們在延時控製、周期定時中的應用。 4.3 計數器指令: 詳細介紹各類計數器(CTU, CTD, CTUD)的計數方嚮、預設值、當前值、溢齣/迴零處理,以及它們在計數、分頻、位置控製中的應用。 4.4 數據傳送與數學運算指令: 講解數據傳送指令(MOV)、數據交換指令(XCHG)、算術運算指令(ADD, SUB, MUL, DIV)、邏輯運算指令(AND, OR, XOR)等,以及它們在數據處理和計算中的應用。 4.5 移位與循環指令: 介紹位移指令(SFB, SRB)和字節移位指令(BSFB, BRB)的應用,以及循環移位指令(RL, RR)在位操作中的作用。 4.6 程序控製指令: 講解跳轉指令(JMP, RET)、子程序調用指令(CALL, RETC)、中斷指令(DI, EI)等,以及它們在程序流程控製和中斷處理中的應用。 4.7 步進指令: 介紹步進指令(STP)在實現步進式順序控製時的功能,以及其與SFC的結閤應用。 4.8 常用數據類型: 詳細說明PLC中常用的數據類型,包括布爾型(Boolean)、整型(Integer, Word)、浮點型(Real)、雙字型(Double Word)、字符型(String)等,以及它們的存儲格式、取值範圍和在不同指令中的應用。 5. PLC程序結構與組織 5.1 主程序與子程序: 講解主程序的概念,以及如何通過子程序實現代碼的模塊化和重用,提高程序的可讀性和維護性。 5.2 中斷服務程序(ISR): 深入闡述中斷的概念,包括外部中斷、定時中斷、通信中斷等,以及中斷服務程序的編寫、調用機製和優先級管理,強調其在實時性控製中的重要性。 5.3 順序功能圖(SFC)的應用: 詳細介紹如何利用SFC來組織復雜的順序控製程序,將控製過程分解為一係列有序的步驟和轉移條件,提高程序的邏輯性和清晰度。 5.4 數據塊與全局變量: 講解數據塊的概念,以及如何利用數據塊來組織和管理程序中的變量,實現數據的集中管理和共享,提高程序的可維護性。 5.5 程序注釋與文檔: 強調在PLC編程中添加詳細注釋的重要性,以及編寫完整的程序文檔(包括係統結構圖、I/O分配錶、程序流程圖、變量說明等)對後續維護和故障排除的價值。 第四部分:PLC控製係統的工程應用實例 本部分將通過一係列貼近實際的工程案例,引導讀者將理論知識應用於實踐,掌握PLC的係統設計、調試和應用方法。 6. 典型工業自動化控製應用 6.1 生産綫自動化控製: 以典型的裝配綫、輸送綫為例,講解如何設計PLC控製方案,實現物料的自動識彆、定位、搬運,以及生産流程的協調控製。 6.2 機械設備聯動控製: 針對多颱電機、執行器協同工作的機械設備,如起重機、升降平颱,講解如何通過PLC實現精確的聯動控製、速度控製和安全保護。 6.3 過程控製係統應用: 介紹PLC在液位控製、溫度控製、流量控製等過程控製領域的應用,重點講解PID控製算法在PLC中的實現與調優。 6.4 物料搬運與倉儲係統: 講解PLC在自動倉庫、AGV(自動導引車)調度等係統中的應用,實現物料的智能化管理和高效搬運。 6.5 包裝與灌裝設備控製: 以自動化包裝機、灌裝機為例,講解PLC如何實現精確的計量、封口、切割等動作的同步控製。 6.6 工業機器人協同控製: 介紹PLC如何與工業機器人進行協同控製,實現機器人與自動化生産綫的無縫集成。 7. PLC係統設計與調試要點 7.1 控製需求分析與方案設計: 指導讀者如何從實際的控製需求齣發,進行係統的功能分析、I/O點位估算,並選擇閤適的PLC型號和配置,製定詳細的控製方案。 7.2 控製邏輯設計與程序編寫: 重點講解如何將控製邏輯轉化為PLC可執行的程序,包括算法選擇、指令運用、程序結構設計等,以及如何編寫高質量、易於理解的程序。 7.3 I/O分配與接綫設計: 詳細介紹I/O點位的閤理分配,以及PLC硬件與現場設備之間的電氣連接規範,強調安全性和可靠性。 7.4 仿真調試與離綫測試: 講解利用PLC編程軟件自帶的仿真功能,在實際硬件連接前進行程序邏輯的離綫測試和調試,有效發現和糾正程序錯誤。 7.5 在綫調試與故障排除: 指導讀者在PLC硬件連接完成後,如何進行在綫調試,觀察PLC運行狀態,利用監控錶格、變量監視等工具,以及如何分析和處理常見的控製係統故障。 7.6 係統優化與性能提升: 介紹在係統運行過程中,如何根據實際運行效果對程序進行優化,提高控製精度、響應速度和係統效率。 8. 案例研究與綜閤應用 8.1 綜閤性生産綫控製案例: 選取一個較為復雜的生産綫控製案例,從係統需求分析、硬件選型、PLC程序設計、通信組網到最終調試的全過程進行詳細講解。 8.2 變頻器與伺服電機集成應用: 演示如何通過PLC控製變頻器和伺服電機,實現精確的速度、位置和轉矩控製,並應用於實際設備中。 8.3 HMI(人機界麵)集成應用: 介紹如何設計與PLC配套的人機界麵,實現操作監控、參數設置、報警顯示等功能,提高係統的智能化水平。 8.4 故障診斷與維護技術: 探討PLC控製係統中常見的故障類型,以及如何通過編程和硬件診斷來快速定位和排除故障,保障係統的穩定運行。 第五部分:PLC係統進階與發展趨勢 本部分將對PLC控製係統的進階技術和未來發展趨勢進行探討。 9. PLC係統的進階技術 9.1 高級運動控製: 介紹PLC在伺服電機、步進電機等高精度運動控製中的應用,包括多軸聯動、電子齒輪、凸輪等功能。 9.2 安全控製技術(Safety PLC): 闡述安全PLC在工業安全防護方麵的作用,包括安全等級、安全編碼器、安全繼電器等。 9.3 故障轉移與冗餘係統: 講解如何設計PLC係統的冗餘備份,以提高係統的可靠性和可用性,尤其適用於關鍵工業領域。 9.4 能源管理與監控: 介紹PLC在工業能源管理係統中的應用,實現對能源消耗的監測、分析和優化。 9.5 工業物聯網(IIoT)與雲平颱集成: 探討PLC如何接入工業物聯網,與雲平颱進行數據交互,實現遠程監控、預測性維護和智能決策。 10. PLC控製係統的發展趨勢 10.1 智能化與集成化: 隨著人工智能和大數據技術的發展,PLC將集成更多智能化功能,如自學習、自適應控製,並與MES、ERP等企業管理係統更緊密集成。 10.2 綠色化與節能化: 強調PLC係統在提高能源利用效率、降低碳排放方麵的作用,以及對低功耗、環保型PLC設備的需求。 10.3 柔性製造與個性化定製: 探討PLC如何支持生産綫的柔性化改造,以適應快速變化的市場需求和個性化定製生産。 10.4 開放性與標準化: 隨著通信協議和軟件標準的不斷發展,PLC係統將更加開放和互聯互通,降低係統集成的難度和成本。 10.5 虛擬化與仿真技術: 虛擬仿真技術在PLC係統設計、調試和培訓中的應用將日益廣泛,提高開發效率和降低風險。 本書通過對PLC控製係統硬件、軟件、工程應用及未來發展趨勢的全麵闡述,旨在為讀者提供一個係統、深入的學習路徑,使其能夠勝任PLC相關的技術工作,並在工業自動化領域不斷探索和創新。