PLC工业控制
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天津西青
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作者(美)哈立德·卡梅尔(Khaled Kamel),(美)埃曼·卡梅尔(Eman Kamel) 著;朱永强 等 译
出版社机械工业出版社
ISBN9787111507857
出版时间2015-09
装帧平装
开本16开
定价69元
货号1201164162
上书时间2024-10-12
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作者简介
Khaled Kamel博士现为德克萨斯南方大学计算机科学系教授。之前，他曾在路易斯维尔大学工程学院计算机科学与工程系当了22年的教授兼系主任。Khaled Kamel博士也曾是GE Jet Engine的仪表工程师，还荣膺阿拉伯联合酋长国大学信息科技学院及阿布扎比大学计算机科学与信息科技学院的首任院长。Khaled Kamel博士拥有开罗大学电气工程系和艾因夏姆斯大学（埃及）数学系的双学士学位、滑铁卢大学计算机科学系的硕士学位以及辛辛那提大学电气与计算机工程系的博士学位。
Eman Kamel博士拥有开罗大学电气工程的学士学位、辛辛那提大学电气与计算机工程系的硕士学位以及路易斯维尔大学工业工程系的博士学位。Eman Kamel博士在Dow Chemical、GE Jet Engine、Philip Morris、VITOK Engineers、Evana Tools及PLC Automation公司积累了丰富的过程控制经验。Eman Kamel博士在诸多工业领域成功设计并实施了基于PLC的自动控制项目，例如卷烟、化学反应、污水处理、塑膜加工以及水利灌溉等工业控制领域。Eman Kamel博士对Siemens和 Allen Bradley公司PLC产品的编程、仪表、通信及用户界面具有丰富的实践经验。Eman Kamel博士还在多所大学教授PLC、计算机控制及自动化课程。
目录
译者序
作者简介
前言
章自动化及PLC控制系统简介1
1.1控制系统概述2
1.1.1过程概述2
1.1.2人工控制3
1.1.3自动化系统的组成5
1.2硬连接系统概述6
1.2.1常规继电器6
1.2.2继电器逻辑系统8
1.2.3控制继电器应用9
1.2.4电机磁力启动器10
1.2.5保持和去保持控制继电器12
1.3PLC概述13
1.3.1什么是PLC13
1.3.2PLC的历史15
1.3.3PLC 的结构19
1.3.4硬连接系统改造20
1.3.5PLC梯形图21
1.3.6电机的人工/自动控制21
1.3.7S7-1200教学套件配置23
1.3.8过程控制的选择25
习题与实验27
第2章PLC逻辑编程基础39
2.1PLC硬件结构40
2.1.1S7-1200处理器40
2.1.2CPU工作状态41
2.1.3通信模块41
2.1.4信号板41
2.1.5I/O模块42
2.1.6供电电源43
2.1.7S7-1200 PLC存储器配置44
2.1.8存储器地址及程序存储44
2.2梯形图47
2.2.1PLC I/O终端连接48
2.2.2PLC布尔指令49
2.2.3移位及循环移位指令51
2.2.4程序控制指令52
2.3顺序逻辑和组合逻辑指令54
2.3.1置位复位触发指令54
2.3.2置位、复位输出指令55
2.3.3上升沿与下降沿指令56
2.3.4逻辑门和真值表57
2.3.5组合逻辑指令60
2.3.6梯形图编程举例62
习题与实验65
第3章定时器和计数器程序设计83
3.1定时器基础84
3.1.1延时导通定时器84
3.1.2延时关断定时器87
3.1.3时间累加器（记忆累加定时器）89
3.1.4定时器应用举例90
3.2计数器基础95
3.2.1增计数器95
3.2.2减计数器97
3.2.3增减计数器99
3.2.4计数器应用举例101
3.3特殊定时指令102
3.3.1脉冲发生器/脉冲定时器102
3.3.2单稳态指令103
3.3.3单稳态指令应用举例104
3.3.4计数器应用举例104
习题与实验108
第4章数学、传送、比较指令119
4.1数学运算指令120
4.1.1编号系统120
4.1.2西门子S7-1200 PLC的数据和计数表示法121
4.1.3常用数学运算指令122
4.1.4MOVE指令和TRANSFER指令130
4.2比较指令132
4.2.1相等、大于及小于指令133
4.2.2在范围指令和超范围指令134
4.3工业应用举例139
4.3.1过程控制常见任务139
4.3.2小型工业过程控制应用143
习题与实验147
第5章设备配置与人机界面155
5.1设备及PLC/HMI配置156
5.1.1西门子S7-1200 PLC硬件准备156
5.1.2PLC/ HMI配置157
5.2HMI161
5.2.1通信基础161
5.2.2PROFINET与以太网协议162
5.2.3HMI编程163
5.3监视和控制178
5.3.1分布式控制系统过程描述178
5.3.2过程控制系统I/O配置178
5.3.3水泵站控制梯形图设计179
5.3.4HMIPLC应用举例186
习题与实验189
第6章过程控制系统设计与故障诊断197
6.1过程控制系统概述(层次1)198
6.1.1过程描述198
6.1.2自动化控制系统的层级199
6.1.3控制系统组件199
6.2过程控制实施(层次2)200
6.2.1I/O表200
6.2.2数据采集和闭环控制201
6.2.3项目逻辑框图和梯形图模块201
6.2.4控制系统文档初稿202
6.2.5程序文档中的交叉引用203
6.3过程控制系统校验和启动(层次3)204
6.3.1强制赋值校验205
6.3.2观察表校验209
6.3.3交叉引用、程序状态和系统诊断校验211
6.4系统校验和故障排除222
6.4.1静态校验222
6.4.2安全标准和预防措施223
6.5安全措施应用举例225
习题与实验227
第7章仪表与过程控制233
7.1仪表基础234
7.1.1传感器基础234
7.1.2模拟传感器234
7.1.3数字传感器235
7.2过程控制单元235
7.2.1测量单元基础236
7.2.2过程控制变量237
7.2.3信号调理238
7.2.4信号传输238
7.3信号变换238
7.3.1A/ D转换239
7.3.2D/ A转换240
7.3.3分辨率和量化误差241
7.4过程控制系统242
7.4.1控制过程242
7.4.2被控变量243
7.4.3控制策略与控制类型243
7.4.4过程控制闭环245
7.4.5控制系统偏差量化246
7.4.6控制系统暂态过程与性能评估247
7.5闭环过程控制的类型248
7.5.1ON/ OFF控制方式249
7.5.2比例控制方式250
7.5.3联合控制方式251
7.5.4PLC/分布式计算机监视控制251
习题与实验252
第8章模拟应用和先进控制257
8.1模拟I/O配置与编程258
8.1.1模拟I/ O模块258
8.1.2模拟I/ O模块配置258
8.1.3模拟I/ O诊断功能配置259
8.1.4模拟信号调理262
8.1.5模拟I/ O编程264
8.2PID控制的配置与编程267
8.2.1闭环控制系统267
8.2.2控制系统的时域响应267
8.2.3控制系统分类270
8.2.4控制器的输出特性271
8.2.5控制器结构选择272
8.3PID指令273
SIMATIC S7-1200容器液位PID控制275
习题与实验291
第9章综合案例分析297
9.1灌溉渠水位控制298
9.1.1系统I/ O配置298
9.1.2逻辑框图300
9.1.3控制系统模块302
9.2灌溉渠控制系统梯形图编程303
9.3灌溉渠控制系统人机界面设计314
9.4水泵站控制系统316
9.4.1系统I/O分配表317
9.4.2控制系统模块317
9.5水泵站控制系统梯形图编程318
水泵报警功能318
9.6水泵站控制系统人机界面设计323
习题与实验323
内容摘要
本书是一本内容充实、实践性强的可编程逻辑控制器指导书。全面介绍了西门子公司推出的S7-1200PLC的编程与应用，介绍了工业自动化及过程控制的基本概念、继电器逻辑程序设计的基本知识、定时器和计数器编程、算术逻辑等常用控制指令、梯形图编程、通用设计和故障诊断技术、数字化的开环闭环过程控制等内容。本书由浅入深的讲解、大量实验案例、精心挑选的课后习题都能使读者更好地掌握可编程逻辑控制器的知识。本书内容丰富、可读性高、实用性强，既可作为高等院校自动化、电气工程、计算机控制及相关专业的教材，也可作为PLC工程应用设计人员的参考书。
精彩内容
前言这是一本介绍PLC编程的书，其关注点集中于实际的工业过程自动控制。全书以西门子S7-1200 PLC的硬件配置和整体式自动化集成（Totally Integrated Automation,TIA）界面为基础进行介绍。一套小型的、价格适中的教学套件将用于介绍本书中所有的编程概念及作者过去15年间实施的自动控制项目程序片段，该套件包括：西门子电源模块、控制器、分离式输入/输出模块、分离式两通道模拟输入模块、单路模拟输出板、8路ON/OFF开关、人机界面（HMI）、4端口以太网交换模块以及笔记本电脑。作者对在本书编写过程中提供大力支持的西门子公司深表感谢，尤其是他们在专业技术方面提供的专家审校。
本书每章最后有一些课后问题、实验设计题、编程题、调试题或者项目程序改错题。最后第9章详细介绍了一个综合性设计项目。本书选取的所有程序及系统配置参数都经过了充分的测试验证。本书的网站为wwwmhprofessionalcom/ProgrammableLogicControllers，该网站上有一个Microsoft PowerPoint格式的多媒体演示文稿，其中包含一些用于示意PLC控制原理的模拟仿真器，可用于交互学习。建议读者结合这些仿真器学习演示文稿并完成练习，从而充分理解和掌握PLC编程的基础知识。
章主要介绍了工业自动化及过程控制的概念。第2章详细介绍了继电器逻辑设计的基本知识，包括PLC的结构和工作原理。PLC定时器和计数器的配置、操作及编程控制等内容构成本书的第3章。本书网站上提供了多种PLC定时器的仿真器：延时导通（ONDELAY）定时器、延时关断（OFFDELAY）定时器以及记忆型定时器。该网站还提供了用于阐释本书前3章一些概念的仿真器，比如电机的启动/停止控制、正转/反转控制。
第4章专门介绍了相关的数学、逻辑及常用控制命令等内容，并重点介绍了这些内容在实时工业控制中的应用。用于PLC控制逻辑和HMI（人机界面）编程的梯形图设计方法将在第5章详细讨论。第5章还介绍了模块式结构化程序设计方法，并强调了相关的工业标准和安全性要求。整章内容是以西门子S7-1200 PLC、SIMATIC 基本型HMI和PROFINET以太网协议为基础介绍的，然而，基本原理和其他系统是类似的和通用的。
工业自动化过程控制项目中的系统测试和故障排查是一项费时费力且极富挑战性的工作。第6章主要是通用设计和故障排查技术方面的内容，也包括功能验证、危险性、安全标准等关键性问题以及针对软硬件故障失灵的保护问题。第7章介绍了模拟部分及相关模块，包括软硬件配置、接口设计、模/数转换的量化校准以及相关用户接口等内容。
第8章全面介绍了数字化的开环、闭环过程控制，其内容涉及传感器、执行器、ON/OFF控制、反馈控制、PID调节控制以及其他好的控制方法。本章旨在为读者提供包含系统任务、系统需求及总体预期的控制系统“宏观考察”，这些内容可作为工程技术、计算机科学及信息技术专业高年级学生的必备基础，也可作为前7章的实操部分，还可以作为前几章所述技术内容的总括。
本书最后的第9章是一个综合应用案例。该案例详细介绍了一个渠灌工程下游水位的控制过程。内容涵盖了从最初任务计划到最终系统设计实施的全过程，并提供了相关文档。该项目是作者在一个非洲国家历时10多年实施的一个大型项目中的一小部分。 所有的设计程序都在西门子S7-1200系统上重新验证过。
随着工业过程控制的最新发展，目前已推出了比本书介绍的西门子S7-1200更加智能和小巧的PLC硬件，这些PLC的优势在于其友好的软件开发环境更利于实现结构化梯形图编程、通信功能、软硬件配置、模块化设计、文档管理以及整个系统的故障排查，同时这些先进的产品在PLC技术和过程自动化领域也提出了许多挑战和创造了很多高回报的工作机会。本书适合于大学两季度的系列课程或一学期4学分的课程，最好配以每周一次的实验动手实践课。本书也可以用于一个两周的、偏重于实践应用的小组式工业控制培训课程。要想在PLC控制和自动化领域获得好的工作机会，不仅要掌握本书介绍的所有技能，还必须具备丰富的切身实践经验。
得克萨斯南方大学计算机科学系，教授，Khaled KamelPLC自动控制不错工程师， 博士，Eman Kamel
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