可編程序控制器與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線

前言

2009年底，陳忠華教授邀請(qǐng)我為他的新書《可編程序控制器與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線》作序，不勝榮幸。此書姐妹篇《可編程序控制器與工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)》自2006年出版后受到工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)讀者普遍好評(píng)。此次新書，是經(jīng)過陳教授精心修訂、補(bǔ)充，特別是根據(jù)自動(dòng)化工程師的實(shí)際需要，增添了近年來(lái)興起的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)內(nèi)容。本書特點(diǎn)是將可編程序控制器（PLC）應(yīng)用技術(shù)與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相結(jié)合，論述詳盡，內(nèi)容上融會(huì)貫通，符合當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，是自動(dòng)化工程師難得的技術(shù)參考及工具書?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概念產(chǎn)生于20年前，在國(guó)內(nèi)有近十幾年快速發(fā)展歷史?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)迎合了近年來(lái)制造業(yè)信息化、工廠數(shù)字化的技術(shù)需求，為工廠自動(dòng)化底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)底層生產(chǎn)設(shè)備信息集成提供了技術(shù)平臺(tái)?，F(xiàn)代工廠自動(dòng)化技術(shù)不單純追求提高單機(jī)設(shè)備自動(dòng)化水平，而是注重整個(gè)工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的效率和為企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)提供的支持?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用為整個(gè)工廠實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)縱向透明傳輸，為MES（Manufacturing Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng)）、ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計(jì)劃）提供技術(shù)平臺(tái)。因此，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不是單純用來(lái)提高單機(jī)生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平，而是為整個(gè)工廠數(shù)字化、信息化建設(shè)提供技術(shù)基礎(chǔ)，進(jìn)而為企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力做出貢獻(xiàn)，這便是近年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用飛速發(fā)展的根本原因?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，簡(jiǎn)而言之，就是控制器（如PLC）與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)裝置、專用控制器、人機(jī)界面等）之間的連接不采用一對(duì)一的I／O連線，而是通過工業(yè)數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)——現(xiàn)場(chǎng)總線，將所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制器連接，采用數(shù)字通信方式（而不是4-20mA或開關(guān)量信號(hào)）實(shí)現(xiàn)控制器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的產(chǎn)生使整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)生結(jié)構(gòu)性變革。比如PLC技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的結(jié)合使PLC的功能定位發(fā)生了很大變化。由于PLC可采用現(xiàn)場(chǎng)總線連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如變頻器、傳感器、控制面板等）并通過遠(yuǎn)程I／O來(lái)替代本地機(jī)架I／O擴(kuò)展，因此，I／O規(guī)模不再是PLC的關(guān)鍵指標(biāo)。通信能力、指令執(zhí)行速度、功能可擴(kuò)展性、安全性、信息處理能力等成為PLC的關(guān)鍵技術(shù)性能。在基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)主PLC更多地被稱為控制器；而具備現(xiàn)場(chǎng)總線通信接口的小型PLC可能會(huì)向?qū)Ｓ每刂破鞣较虬l(fā)展。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的前提不僅要求現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備必須智能化，而且要求通信接口必須遵守統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。所以，在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展過程中，現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)就成為此項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵所在，也是不同企業(yè)技術(shù)聯(lián)盟激烈競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)。

內(nèi)容概要

　　本書對(duì)PLC的硬件體系、工作原理、組態(tài)方法、編程語(yǔ)言、模塊化結(jié)構(gòu)編程、梯形圖指令系統(tǒng)、調(diào)試手段和故障診斷，作了全面詳細(xì)的介紹。對(duì)20世紀(jì)80年代產(chǎn)生并迅速發(fā)展的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，以IEC 61158標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用廣泛的PROFIBUS_DP和PROFINET兩個(gè)類型為代表，進(jìn)行了深入的介紹，說(shuō)明了DP_V0、DP_V1和DP_V2 3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版本、PROFINET的基本概念，特別提供了應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)PLC和伺服驅(qū)動(dòng)裝置之間的通信實(shí)例，并對(duì)該實(shí)例進(jìn)行了詳細(xì)分析和解讀。本書適合作為高等院校自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的教材或教學(xué)參考書，對(duì)從事自動(dòng)化領(lǐng)域的工程技術(shù)人員、設(shè)計(jì)人員和設(shè)備維修人員也有很高的參考價(jià)值。

書籍目錄

序言 序言 前言 第1章　PLC的發(fā)明和發(fā)展過程 第2章　PLC的定義及硬件和軟件的基本構(gòu)成 　2.1　PLC的硬件體系 　　2.1.1　硬件結(jié)構(gòu) 　　2.1.2　CPU和中央存儲(chǔ)器 　　2.1.3　I/O接口 　　2.1.4　PLC的工作原理 　2.2　PLC的軟件體系 第3章　PLC編程語(yǔ)言的應(yīng)用 　3.1　西門子公司SPLC和STEP 7編程軟件的應(yīng)用 　3.2　西門子公司STEP 7編程軟件的安裝 　3.3　啟動(dòng)SIMATIC管理器 　3.4　應(yīng)用STEP 7對(duì)PLC進(jìn)行硬件組態(tài) 　3.5　SPLC 分布式I/O模板的組態(tài) 　3.6　應(yīng)用符號(hào)地址編程 　3.7　STEP 7的模塊化程序結(jié)構(gòu)——組織方塊OB1的作用和程序編寫 　3.8　用功能塊和數(shù)據(jù)塊建立一個(gè)程序 　3.9　生成功能塊（FB）的背景數(shù)據(jù)塊及使用實(shí)際參數(shù)替代形式參數(shù)改變實(shí)際值 　3.10　使用梯形圖邏輯語(yǔ)言編寫方塊調(diào)用程序 　3.11　STEP 7語(yǔ)言中的功能（FC）編程 　3.12　STEP 7語(yǔ)言中的共享數(shù)據(jù)塊編程 　3.13　高級(jí)功能塊和多背景數(shù)據(jù)塊 　3.14　如何在分布式系統(tǒng)中對(duì)第三方產(chǎn)品進(jìn)行硬件組態(tài) 　3.15　下載和調(diào)試程序 　3.16　通過監(jiān)視程序狀態(tài)的方法來(lái)測(cè)試程序 　3.17　通過建立變量表的方法來(lái)測(cè)試程序 　3.18　通過CPU診斷緩沖區(qū)檢查錯(cuò)誤 　3.19　STEP 7中的組織方塊OB 第4章　梯形圖編程語(yǔ)言指令系統(tǒng)介紹 　4.1　STEP 7梯形圖指令系統(tǒng)分類 　4.2　位邏輯指令類 　　4.2.1　常開觸點(diǎn)（地址） 　　4.2.2　常閉觸點(diǎn)（地址） 　　4.2.3　異或指令 　　4.2.4　取反指令 　　4.2.5　輸出線圈 　　4.2.6　中間線輸出指令 　　4.2.7　復(fù)位線圈 　　4.2.8　置位線圈 　　4.2.9　復(fù)位-置位觸發(fā)器 　　4.2.10　置位-復(fù)位觸發(fā)器 　　4.2.11　RLO下降沿檢測(cè)指令 　　4.2.12　RLO上升沿檢測(cè)指令 　　4.2.13　保存RLO到狀態(tài)位BR指令 　　4.2.14　地址下降沿檢測(cè)指令 　　4.2.15　地址上升沿檢測(cè)指令 　　4.2.16　立即讀指令 　　4.2.17　立即寫指令 　4.3　比較指令類 　　4.3.1　整型數(shù)比較指令 　　4.3.2　雙整型數(shù)比較指令 　　4.3.3　實(shí)數(shù)（浮點(diǎn)數(shù)）比較指令　……第5章　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)附錄　梯形圖指令系統(tǒng)索引表參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：在中央存儲(chǔ)器中，還有一種特殊的應(yīng)用區(qū)，稱為堆棧。堆棧是中央存儲(chǔ)器中的一個(gè)特殊區(qū)域，用來(lái)存放程序執(zhí)行過程中的結(jié)果或者在子程序調(diào)用過程中用來(lái)保護(hù)“現(xiàn)場(chǎng)”信息，以便子程序結(jié)束時(shí)能正確地返回。在PLC中使用的堆棧主要有兩種形式：一種稱后進(jìn)先出堆棧（Last In First Out LIFO），另一種稱先進(jìn)先出堆棧（First In First Out，F(xiàn)IFO）。圖2-4表示了這兩種“堆棧”在進(jìn)行棧操作時(shí)的數(shù)據(jù)位置。2.1.3 I／O接口1.I／O擴(kuò)展結(jié)構(gòu)PLC的硬件結(jié)構(gòu)因其系統(tǒng)規(guī)模和特點(diǎn)不同可有多種結(jié)構(gòu)形式，有整體型非總線結(jié)構(gòu)和總線型組件結(jié)構(gòu)兩大類。大、中型系統(tǒng)一般均采用組件結(jié)構(gòu)，而微型以及部分小型PLC則趨向于整體型非總線結(jié)構(gòu)。（1）整體型非總線結(jié)構(gòu)20世紀(jì)80年代，PLC的結(jié)構(gòu)多為組件式，由CPU、I／O及備用模塊等組合而成?，F(xiàn)在的小型、微型PLC結(jié)構(gòu)則趨向于將CPU、存儲(chǔ)器與I／O做成一體型結(jié)構(gòu)，整體做成平板薄型，以追求低價(jià)格和便于安裝。這種結(jié)構(gòu)的PLC往往采用非總線結(jié)構(gòu)，追求低價(jià)格和小型化，其安裝方法也與過去不同，大多安裝到配電盤或機(jī)械之中，有的不用外殼，做成插件，以降低售價(jià)。（2）總線型結(jié)構(gòu)大、中型以及一部分小型PLC通常采用總線型方式，可視用戶要求進(jìn)行組合以滿足不同要求，如圖2-5所示的總線結(jié)構(gòu)有多種形式，有采用微機(jī)總線，例如‘VME總線和PC總線，或開發(fā)商的專用總線，例如Siemens公司的s5總線等，PLC的I／O總線擴(kuò)展可以有多種結(jié)構(gòu)方式，主要采用：1）并行本地總線（見圖2-5a）；2）串行遠(yuǎn)程通信連接（見圖2-5b）。由圖2-5可見，中央處理器和中央存儲(chǔ)器通過總線與輸入／輸出（I／O）交換信息。PLC以輸入／輸出接口從被控過程采集信息和用來(lái)控制被控過程，因此I／O在PLC中起著重要作用。工業(yè)控制機(jī)通常使用在比較惡劣、苛刻的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，這就對(duì)I／O提出了比較高的要求。盡管I／O模板的電路并不十分復(fù)雜，但PLC用的I／O工藝都十分考究，對(duì)于抑制工業(yè)環(huán)境帶來(lái)的干擾都采取了許多有效措施，如符合電磁兼容（EMC）標(biāo)準(zhǔn)。此外，為了用戶接線和檢查的方便，所有I／O模板都帶有端子或方便可靠的接插座，以及標(biāo)志狀態(tài)的指示燈。

編輯推薦

《可編程序控制器與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線》是由機(jī)械工業(yè)出版社出版的。

圖書封面

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