可編程控制器原理與應用

前言

可編程控制器（PLC）是一種數(shù)字式運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破饕云浜唵我锥?、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長等一系列優(yōu)點，在汽車、鋼鐵、航空航天、船舶、化工、紡織、食品、造紙、軍工等工業(yè)領域獲得了廣泛的應用。本書以目前市場上具有廣泛影響的主流機型Fx2N為主要對象，詳細介紹了PLC的工作原理、軟硬件構成、指令系統(tǒng)和通信應用等相關知識。在選材上本書特別注意從應用角度出發(fā)，以大量的編程方法和PLC的工程應用實例貫穿全書，以幫助讀者更快地理解和掌握PLC技術及使用方法。同時還以專門的篇幅采用對比的方法介紹了與Fx2N系列相似的西門子公司的S7-200和歐姆龍公司的C系列PLC，以方便讀者全面掌握不同廠家的PLC系統(tǒng)。在編寫風格上遵循由淺入深、循序漸進的認識規(guī)律，便于讀者自學。趙燕、周新建擔任本書的主編，麥云飛、阮祥發(fā)擔任副主編，楊福合、余先濤、陳娟參加編寫。具體分工為：第1、第2章及附錄由安徽科技學院的陳娟編寫；第3、第8章由中北大學的楊福合編寫；第4、第5章和第7章的第3、第4節(jié)由武漢理工大學的阮祥發(fā)編寫；第6章由武漢理工大學的余先濤編寫；第7章的第1、第2節(jié)及第11章由上海理工大學的麥云飛編寫；第9章由武漢理工大學的趙燕編寫；第10章由華東交通大學的周新建編寫。其中趙燕負責了全書的組織、修改和統(tǒng)稿。武漢理工大學的江征風教授擔任本書的主審，他仔細審閱了全部書稿，提出了許多寶貴的意見和建議，在此表示誠摯的謝意！書中部分章節(jié)還參考了三菱公司最新技術資料和同行作者的有關文獻，在此對書中所參考和引用的相關教材與資料的作者、譯者和單位一并表示感謝！因編者水平有限，書中難免有疏漏之處，懇請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　《可編程控制器原理與應用（第2版）》以我國目前應用最為廣泛的高性能小型可編程控制器（簡稱PLC）為基礎，系統(tǒng)地闡述了可編程控制器系統(tǒng)的構造、工作原理以及PLC應用系統(tǒng)的硬件和軟件設計、系統(tǒng)以及PLC控制系統(tǒng)從設計、安裝和維護方法，并對PLC的組網(wǎng)技術進行了詳細介紹?！　　犊删幊炭刂破髟砼c應用（第2版）》內(nèi)容新穎，深入淺出，語言通俗易懂，注重理論聯(lián)系實際，通過實例詳細介紹了PLC在不同行業(yè)中的具體應用。在編寫形式上，注重理論與實踐的結合，不但在各章節(jié)適時插入實例，使讀者加深理解和掌握具體內(nèi)容，而且以PLC控制系統(tǒng)的解決方案作為第7章的內(nèi)容，以便于讀者參考，以提高其綜合應用可編程控制器的能力?！　　犊删幊炭刂破髟砼c應用（第2版）》可作為高等院校機電一體化專業(yè)、自動化專業(yè)、電氣技術專業(yè)及其他相關專業(yè)的教材，也可作為廣大工程技術人員的參考用書。

書籍目錄

第1章 可編程控制器（PLC）概論1.1 PLC定義及特點1.1.1 PLC的產(chǎn)生及定義1.1.2 PLC的特點1.1.3 PLC的分類1.2 PLC的發(fā)展趨勢小結習題第2章 可編程控制器的組成和工作原理2.1 PLC的組成及各部分的作用2.1.1 PLC的硬件組成2.1.2 PLC的軟件組成2.2 PLc的輸入／輸出（I／O）接口2.2.1 PLC的開關量輸入接口2.2.2 PLC的開關量輸出接口2.3 FX2N型PLC的特點及系統(tǒng)配置2.3.1 FX2N的技術特點2.3.2 FXZN的型號說明2.3.3 FX2N系統(tǒng)的硬件配置2.3.4 FX2N的技術指標2.4 PLC的工作原理2.4.1 存儲式控制系統(tǒng)與編程式控制系統(tǒng)2.4.2 PLC的工作原理小結習題第3章 可編程控制器程序設計基礎3.1 PLC的編程語言3.1.1 PLC編程語言的國際標準3.1.2 梯形圖的特點3.2 FX2N的編程等效元件3.3 可編程控制器與微型計算機及繼電器控制的區(qū)別3.3.1 PLC與微機（MC）的區(qū)別3.3.2 PLC與繼電器控制的區(qū)別小結習題第4章 基本邏輯指令4.1 基本邏輯指令4.1.1 邏輯取及線圈驅動指令LD，LDI，OUT4.1.2 觸點串聯(lián)指令AND，ANI4.1.3 觸點并聯(lián)指令OR，ORI4.1.4 串聯(lián)回路塊并聯(lián)指令ORB4.1.5 并聯(lián)回路塊串聯(lián)指令ANB4.1.6 邊沿檢出指令LDP LDF，ANDP，ANDF ORP，ORF4.1.7 脈沖指令PLS，PLF4.1.8 置位與復位指令SET，RST4.1.9 反轉指令INV4.1.10 棧存儲器與多重輸出指令MPS，MRD，MPP4.1.11 主控觸點指令MC，MCR4.1.12 空操作指令NOP4.1.13 程序結束指令END4.2 梯形圖設計4.2.1 梯形圖編程格式4.2.2 梯形圖設計的基本步驟4.2.3 梯形圖設計規(guī)則4.3 基本邏輯指令應用舉例小結習題第5章 狀態(tài)轉移圖及步進指令5.1 狀態(tài)轉移圖5.2 步進梯形圖及步進指令5.2.1 步進梯形圖5.2.2 步進指令5.3 步進梯形圖指令編程基本方法5.4 狀態(tài)轉移圖常見流程狀態(tài)的編程5.4.1 單流程狀態(tài)編程5.4.2 跳轉與重復狀態(tài)編程5.4.3 選擇性分支與匯合狀態(tài)編程5.4.4 并行分支與匯合狀態(tài)5.4.5 分支與匯合的組合5.5 狀態(tài)轉移圖及步進指令的應用舉例小結習題第6章 Fx2N功能指令6.1 功能指令的表示與執(zhí)行方式6.1.1 指令與操作數(shù)6.1.2 指令的數(shù)據(jù)長度與執(zhí)行形式6.1.3 變址操作6.2 程序流向控制指令6.2.1 條件跳轉指令6.2.2 子程序調(diào)用和返回指令6.2.3 中斷指令6.2.4 主程序結束指令6.2.5 監(jiān)視定時器指令6.2.6 循環(huán)開始指令和循環(huán)結束指令6.3 數(shù)據(jù)傳送和比較指令6.3.1 比較指令6.3.2 區(qū)間比較指令6.3.3 傳送指令6.3.4 移位傳送指令6.3.5 取反傳送指令6.3.6 塊傳遞指令6.3.7 多點傳送指令6.3.8 數(shù)據(jù)交換指令6.3.9 BCD變換指令6.3.10 BIN變換指令6.4 算術運算和邏輯運算指令6.4.1 加法指令6.4.2 減法指令SUB6.4.3 乘法指令MUL6.4.4 除法指令6.4.5 加1指令、減1指令6.4.6 邏輯與、或和異或指令6.4.7 求補指令6.5 循環(huán)與移位指令6.5.1 左、右循環(huán)指令6.5.2 帶進位的左、右循環(huán)指令6.5.3 位組件左移、位組件右移指令6.5.4 字元件右移、字元件左移指令6.6 數(shù)據(jù)處理指令6.6.1 區(qū)間復位指令6.6.2 譯碼指令6.6.3 編碼指令6.6.4 置1位數(shù)總和指令6.6.5 置1位判別指令6.6.6 平均值指令6.6.7 報警器置位指令6.6.8 報警器復位指令6.6.9 平方根指令6.6.10 浮點操作指令6.7 高速處理指令6.7.1 I／O刷新指令6.7.2 刷新和調(diào)整濾波時間指令6.7.3 矩陣輸入指令6.7.4 高速計數(shù)器置位指令6.7.5 高速計數(shù)器復位指令6.7.6 高速計數(shù)器區(qū)別比較指令6.7.7 轉速測量指令6.7.8 脈沖輸出指令6.7.9 脈寬調(diào)制指令6.8 方便指令6.8.1 初始狀態(tài)指令6.8.2 絕對值式凸輪順控指令6.8.3 增量式凸輪順控指令6.8.4 示教定時器指令6.8.5 特殊定時器指令6.8.6 交替輸出指令6.8.7 旋轉臺控制指令6.9 外圍設備I／O功能指令6.9.1 數(shù)據(jù)輸入指令6.9.2 數(shù)字譯碼指令6.9.3 ASCII碼轉換指令6.9.4 打印輸出指令6.9.5 特殊功能模塊讀指令6.9.6 特殊功能模塊寫指令6.10 外圍設備指令6.10.1 串行通信指令RS（FNC80）6.10.2 八進制位傳送指令6.10.3 ASCI變換指令6.10.4 十六進制轉換指令6.11 外圍設備指令6.11.1 格雷碼轉換、逆轉換指令6.11.2 模擬量模塊讀、寫指令6.12 觸點比較指令6.12.1 觸點比較指令6.12.2 觸點比較串聯(lián)指令6.12.3 觸點比較并聯(lián)指令小結習題第7章 PLC控制系統(tǒng)的設計7.1 PLC控制系統(tǒng)設計原則和步驟7.1.1 PLC控制系統(tǒng)設計的一般原則7.1.2 PLC控制系統(tǒng)設計步驟7.2 PLC控制系統(tǒng)的硬件設計7.2.1 I／O點數(shù)的簡化與擴展7.2.2 PLC的選型及模塊選型7.2.3 PLC的外圍電路設計7.3 PLC控制系統(tǒng)的軟件設計7.3.1 經(jīng)驗設計法7.3.2 繼電器一接觸器控制線路轉換設計法7.3.3 邏輯設計方法7.3.4 狀態(tài)轉移圖設計法7.4 PLC的控制系統(tǒng)設計實例小結習題第8章 PLC的功能模塊8.1 功能模塊概述8.1.1 特殊功能模塊的類型及用途8.1.2 特殊功能模塊的安裝及應用8.2 模擬量輸入模塊8.2.1 性能參數(shù)8.2.2 應用舉例8.3 模擬量輸出模塊8.3.1 性能參數(shù)8.3.2 應用舉例8.4 高速計數(shù)模塊8.4.1 基本性能參數(shù)8.4.2 應用舉例8.5 可編程凸輪控制器模塊8.5.1 FX2N-IRM-SET的特點8.5.2 緩沖寄存器及設置8.5.3 應用實例小結習題第9章 PLC通信與計算機網(wǎng)絡9.1 PLC通信的基本知識9.1.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)構成9.1.2 數(shù)據(jù)通信方式及傳輸速率9.1.3 串行通信接口標準9.1.4 開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型9.2 PLC與PLC之間的通信9.2.1 N：N鏈接通信9.2.2 雙機并行鏈接通信9.3 計算機鏈接與無協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸9.3.1 串行通信協(xié)議的格式9.3.2 計算機鏈接通信協(xié)議9.3.3 無協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸小結習題第10章 其他常用PLc系統(tǒng)簡介10.1 歐姆龍公司C系列C20普及型PLC10.1.1 C20的性能10.1.2 C20的選件和配置10.1.3 C20的基本指令10.1.4 C20的專用指令10.2 西門子公司S7-200PLC10.2.1 S7-200系歹0PLC的硬件系統(tǒng)10.2.2 S7-200系列PLC的內(nèi)部資源及尋址方式10.2.3 S7-200系列PLC基本邏輯指令及舉例10.3 三種PLC應用程序舉例10.3.1 簡單程序舉例1013.2 綜合應用舉例小結習題第11章 可編程控制器的編程工具11.1 基于DOS的編程軟件MEDOC11.1.1 MEDOC系統(tǒng)概述11.1.2 MEDOC的主要功能11.1.3 編輯一個新的MEDO程序的主要步驟11.2 手持編程器11.2.1 手持編程器的組成和操作面板11.2.2 手持編程器的操作過程11.2.3 編程操作11.3 編程軟件FXGP／WIN11.3.1 進入程序編制環(huán)境11.3.2 編寫或編輯程序及注釋11.3.3程序的下載和上載11.3.4 軟元件的監(jiān)控及強制設置11.3.5 程序的打印11.4 編程軟件GX Developer11.4.1 程序編制環(huán)境及功能11.4.2 梯形圖程序的建立及編輯操作11.4.3 梯形圖程序下載到PLc11.4.4 PLC程序的運行、監(jiān)控與調(diào)試11.4.5 PLC程序的打印11.4.6 PLC程序的注釋和顯示11.4.7 幫助菜單小結習題參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：在PLC應用方面，我國是很活躍的，應用的行業(yè)也很廣。如上海寶鋼第一、二期工程中共使用了近900臺PLC，又如武漢鋼鐵廠、首都鋼鐵廠、秦山核電站、上海別克汽車生產(chǎn)線、北京吉普車生產(chǎn)線等都大量采用PLC進行自動化控制，取得了顯著的經(jīng)濟效益。迅猛發(fā)展的經(jīng)濟催生了巨大的需求，生產(chǎn)的快速發(fā)展帶來了可編程邏輯控制器（PLC）以及各種自動化產(chǎn)品和服務的健康增長。ARC咨詢集團的一份新報告指出，預計未來5年里全球PLC市場總值將以每年7.3 ％的年復合增長率（CAGR）增長。2006年該市場總值超過83億美元，而到2011年將接近120億美元。PLC未來的發(fā)展方向如下。1.微型化、網(wǎng)絡化、開放性微型化、網(wǎng)絡化、開放性是PLC未來發(fā)展的主要方向。隨著PLC控制組態(tài)軟件的進一步完善和發(fā)展，安裝有PLC組態(tài)軟件和PC-based控制的市場份額將逐步得到增長。當前，過程控制領域最大的發(fā)展趨勢之一就是以太網(wǎng)技術的擴展，PLC也不例外。現(xiàn)在，越來越多的PLC供應商開始提供Ethemet接口。2.智能模塊智能模塊是以微處理器為基礎的功能部件，是PLC未來發(fā)展的另一方向。為滿足工業(yè)自動化各種控制系統(tǒng)的需要，國內(nèi)外眾多PLC生產(chǎn)廠家不斷致力于開發(fā)各種新器件和智能模塊，如專用智能PID控制群，智能模擬量I／O模塊，智能位置控制模塊，語音處理模塊，專用數(shù)控模塊，智能通信與計算模塊等。這些模塊的特點是本身帶有CPU，能獨立工作，在速度、精度、適應性、可靠性等各方面都對PLC作了極好的補充，有助于克服PLC掃描算法的局限，完成許多PLC本身無法完成的功能。3.編程語言的標準化和高級化PLC的編程語言主要有梯形圖、狀態(tài)轉移圖和指令表語言等，其中最常用的是梯形圖。梯形圖編程雖然方便直觀，但隨著現(xiàn)代PLC產(chǎn)品應用領域的急速擴展，尤其是對于邏輯控制以外的控制領域，如一些復雜的大規(guī)模的控制系統(tǒng)以及在通信聯(lián)網(wǎng)方面的應用，僅靠梯形圖編程已經(jīng)不能滿足需求。因此，近年來PLC已發(fā)展出了多種編程語言，有面向順序控制的步進順控語言和面向過程控制系統(tǒng)的流程圖語言，還有與計算機兼容的高級語言，如BASIC、C語言及匯編語言。另外還有專用的高級語言，如三菱公司的MELSAP采用編譯的方法將語句變?yōu)樘菪螆D程序。還有很多PLC公司已開發(fā)了圖形化編程組態(tài)軟件，這種軟件提供簡潔、直觀的圖形符號及注釋信息，使得用戶控制邏輯的表示更加直觀明了，操作和使用也更加方便。

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