PLC基础教程9787030507167
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作者童旺宇，涂军，蔡浩主编
出版社科学出版社
ISBN9787030507167
出版时间2016-03
装帧平装
开本16开
定价32元
货号9087547
上书时间2024-12-23
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目录
目录
章 认识可编程控制 1
模块1 项目导人 1
模块2 完成项目所需条件 1
模块3 控制要求 1
模块4 项目操作 1
模块5 项目知识点 2
第2章 PLC的基本组成和系统构成 14
模块1 项目导人 14
模块2 完成项目所需条件 14
模块3 控制要求 14
模块4 项目操作 15
模块5 项目知识点 16
第3章 PLC编程元件 28
模块1 项目导人 28
模块2 完成项目所需条件 28
模块3 控制要求 28
模块4 项目操作 29
模块5 项目知识点 31
第4章 PLC编程软件、语言和基本指令 46
模块1 项目导人 46
模块2 完成项目所需条件 46
模块3 控制要求 46
模块4 项目操作 46
模块5 项目知识点 68
第5章 梯形图经验设计法 72
模块1 项目导人 72
模块2 完成项目所需条件 72
模块3 控制要求 72
模块4 项目操作 73
模块5 项目知识点 75
习题 82
第6章 撞电器控制电路移植法 83
模块1 项目导人 83
模块2 完成项目所需条件 83
模块3 控制要求 83
模块4 项目操作 86
模块5 项目知识点 88
第7章 单序列结构的编程方法 91
模块1 项目导人 91
模块2 完成项目所需条件 91
模块3 控制要求 92
模块4 项目操作 92
模块5 项目知识点 118
习题 119
第8章 顺序控制功能圈的编程方法 121
模块1 项目导人 121
模块2 完成项目所需条件 121
模块3 控制要求 122
模块4 操作演示 122
模块5 项目知识点 137
习题 145
第9章 PLC控制系统设计 149
模块1 项目导人 149
模块2 完成项目所需条件 149
模块3 控制要求 149
模块4 操作演示 150
模块5 项目知识点 154
习题 160
0章 PLC的应用(用于模拟量的控制) 162
模块1 项目导人 162
模块2 完成项目所需条件 162
模块3 控制要求 162
模块4 操作演示 162
模块5 项目知识点 166
1章 PLC的应用(通信与编程) 173
模块1 项目导人 173
模块2 完成项目所需条件 173
模块3 控制要求 173
模块4 操作演示 174
模块5 项目知识点 176
2章 PLC控制系统设计与习题 184
模块1 PLC控制系统设计概要 184
模块2 设计题练习 186
内容摘要
靠前章 认识可编程控制
模块1 项目导入
1. 项目要求
（1）了解PLC(programmable logic controller，可编程逻辑控制器)的定义、产生与发展历史。
（2）了解PLC的特点和应用领域。
（3）熟悉PLC的基本组成、结构和选用。
（4）掌握PLC的工作过程及常用编程语言。
（5）了解靠前外PLC产品概况。
2．项目特点
该项目主要是关于PLC产品的认识与介绍。
模块2 完成项目所需条件
1．硬件条件
常用低压电器如按钮、行程开关、电源开关和各种保护电器及连接导线等。
2．软件条件
PC基本软件（如Windows7、Microsoft Office 2010办公软件、三菱公司FX系列PLC及其编程软件fxgpwin、GX Developer或者GX Works2等）。
模块3 控制要求
简单的单台电动机直接起动控制。
模块4 项目操作
用PLC控制1台电动机的运行情况。
（1）控制要求。按下电动机起动按钮后，电动机运行10 s，停止10 s，重复执行3次后停止。
（2）软件设计。该控制系统的PLC梯形图如图1-1所示。
图1-1 电动机运行梯形图
模块5 项目知识点
在工业控制领域，传统的继电器接触控制系统是用继电器、接触器、按钮、行程开关等电器元件，按一定的接线方式组成的机电传动（电力拖动）控制系统，它结构简单、价格便宜，但系统庞大、维护困难。PLC控制系统其实是一种以微处理器为核心、用于控制的特殊计算机，它可以在不改变硬件接线的情况下，通过软件方式，即修改程序实现电动机按规定顺序起动的变化。下面将主要介绍PLC控制系统的产生、发展和功能。
1．PLC的产生、发展和定义
1）PLC的产生
在1968年以前，传统的继电接触控制系统早已被广泛应用于各类生产过程中，承担着各种复杂而艰巨的控制任务。这种复杂的控制系统中一般会使用成百上千的各类控制元件，接线繁杂，系统结构庞大。安装这些控制元件需要用到很多控制柜，因此需要很大的设备存放空间。对于这样庞大的控制系统运维往往会很好不容易，通常一个小小的电气故障就可能会影响到整个控制系统的正常运行。因此，为保证控制系统安全、可靠地运行，需要大量的工程技术人员及维修人员。系统故障时，检查和排除故障点显得异常艰难，尤其是在控制要求有变时，控制柜内使用的电器和整个接线系统也必须做出相应的改变，而这种变化的代价是很好高昂的，系统改造的费用高、工期长、很容易出错，有时甚至不得不重新制作控制系统。有鉴于此，人们迫切希望能有一种新的工业控制装置来替代传统的继电器-接触器控制系统，使电气控制系统工作更加可靠，维修更加方便，而当时正处在计算机技术迅猛发展的时代，通过将计算机技术与工业控制技术进行有机结合，为人们这种需求提供了技术途径和发展方向。
20世纪60年代，美国的汽车制造业迅速发展，汽车型号不断更新，生产工艺不断变化，小批量、多品种的汽车更新换代模式迅速充斥整个市场，汽车制造业巨头美国通用汽车公司（GE）原有的由继电器-接触器控制系统组成的生产线已经无法满足市场更新换代的需求。于是1968年，美国通用汽车公司公开招标了一种新型、通用的工业控制器，要求此类控制器要比继电器-接触器控制系统工作更可靠、功能更齐全、响应速度更快。1969年美国数字设备公司（DEC）中标后，从继电器和计算机两者的优缺点出发，设计了世界上靠前台PLC，其型号为PDP-14。继电器和计算机两者的优缺点分别为：继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜、操作方便；而计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难。于是DEC研究时尽量采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握并使用。将这台PDP-14投入到通用汽车公司生产线之后，其完美地减少了重新设计、解决了更换电气控制系统及接线的问题，且时间响应快、控制精度高、可靠性好，当工艺改变时控制程序也随之改变，维修十分方便，整个生产成本降低，制造周期缩短，从此开创了PLC的新纪元。
2）PLC的发展
PDP-14易于安装，占用空间小，易用于工业环境，并且具有模块化、可扩充、可重复编程的特性。尽管编程有些琐碎，但它使用梯形图作为编程语言，从而使得没有计算机编程基础的人员也能很方便地上手操作。初代的PLC只有逻辑预算功能，大规模集成电路的出现，使可编程控制技术产生了飞跃，增加了数值运算、数据传送和数据处理等功能，运算速度得到了显著提高，输入/输出规模也得到扩大。此时的日本、联邦德国和法国都相继研制出自己的PLC。
我国于1974年开始研发PLC，并于三年后成功应用于工业生产。当时的食品、金属和制造等行业都陆续使用PLC来代替原有的继电接触控制设备，迈出了PLC实用化阶段坚实的靠前步。20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，PLC的性能进一步提升。PLC不仅控制功能得到增强，同时可靠性也得到提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图像显示等功能，这些改进使PLC符合现在对高质量、高产出的要求。尽管PLC功能越来越强，但它仍保留了先前的简单与易于使用的特点。
到目前为止，各大电气制造商几乎都在生产PLC装置，如德国的西门子、美国的Rockwell自动化公司和通用汽车公司、日本的三菱和OMRON等。PLC从其研制到发展，到目前也只有短短几十年时间，但由于其编程简单、可靠性高、通用性强、使用方便等特点，其应用领域很好广泛，如冶金、化工、机械、纺织、建筑、运输、电力等行业。由于PLC是一种具备计算机功能的通用工业控制装置，集三电（电控、电仪、电传）为一体，性能价格比高、可靠性高，所以其逐渐成为自动化领域的重要支柱之一。而在未来的工业生产中，PLC技术将和机器人技术、计算机辅助设计技术一起，成为工业生产自动化的三大核心技术。
3）PLC的定义
1980年，美国电气制造商协会(National Electrical Manufacturers Association， NEMA)将可编程控制器正式命名为programmable controller，为区别于个人计算机（personal computer）的缩写PC，将可编程控制器简称为PLC。NEMA是这样定义PLC的：PLC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体来储存指令，用以执行诸如逻辑、顺序、定时、计数和运算等功能，并通过数字或模拟的输入/输出接口，来控制各种机械或工作过程。一部数字电子计算机若是用来执行PLC的功能，也被视同为PLC，但不包括鼓式或机械式顺序控制器。
1982年11月，靠前电工委员会(International Electrical Committee，IEC)颁布了PLC标准草案靠前稿，于1985年1月又颁布了第二稿，在1987年2月颁布了第三稿。该草案中对PLC的定义如下：可编程控制器是一种进行数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境下应用而设计的工业控制器。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储能执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。该定义将PLC视为一种进行数字运算操作的电子系统，它是一种专为工业环境下应用而设计的工业控制的计算机。PLC可以直接应用于工业环境，具有很强的抗干扰能力，以及广泛的适应能力，这是其区别于其他微机系统的一个重要特性。
PLC采用面向用户和控制过程的指令系统，编写程序比较方便，能完成逻辑运算、顺序控制、定时与计数以及算术运算功能，还具有数字量或模拟量的输入/输出控制功能，易于扩展和与其他工业控制系统互联。从实质上讲，它是一台适用于工业环境的、满足实时控制要求的专用计算机。
2．PLC的特点
1）硬件可靠性高
PLC专为条件恶劣的工业环境设计，具有很强的抗电噪声、抗电磁干扰、抗机械振动能力，且能在特别温度和湿度环境中正常运行。
PLC通过选用优质电器元件，采用合理的系统结构，并加固、简化安装，使它易于抗振动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如，各个I/O端口除采用常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；在输入/输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，又提高了抗干扰性能；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。由于PLC本身具有很高的可靠性，因此发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁阀、电动机等外围装置上。
2）编程简单，使用方便
PLC的编程语言采用的是面向控制过程、面向问题的“自然语言”，容易掌握。例如，目前大多数PLC均采用梯形图语言编程方式，既顾及大多数电气技术人员的操作习惯及计算机应用能力，又继承了传统继电接触控制线路的清晰直观感，很容易被电气从业人员学习和使用。这种面向控制过程、面向问题的编程方式，虽然在PLC内部增加了解释程序和程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这是微不足道的，并且程序修改起来也十分方便。
3）接线简单，通用性好
PLC的接线只需将输入信号的设备（如按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接收输出信号执行控制任务的执行元件（如接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。接线量少、操作简单，省去了传统继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变，因此控制系统使用PLC后具有很高的经济效益。
用于将PLC和现场设备进行连接的硬件接口实际上是PLC的组成部分，其自带的模块化自诊断接口电路能指出故障，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于使用，并易于排除故障与替换故障部件。
4）易于安装，便于维护
PLC设备体积较小，因此相较于传统继电接触控制系统，其所需要的安装空间是很小的，安装起来也很好方便，在从继电器控制系统改换到PLC系统的情况下，PLC小的模块结构使之能安装在继电器箱附近，并将连线连接到已有PLC的接线端，这就使得改换很好方便，只要将输入/输出设备连向接线端口即可。
PLC是以易于维护、易于改变控制功能为目标设计的，由于几乎所有器件都是模块化设计，维护时只需更换模块级插件即可，带故障检测电路的诊断指示器嵌入安装在大多数PLC组成部件中，用来指示器件是否正常工作，借助于编程设备可显示输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。
PLC的这些特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装，其收益也马上实现，像其他智能设备一样，PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。
5）PLC的应用领域
PLC自研发生产以来，已被成功地应用于几乎所有工业控制领域，包括钢铁、造纸、食品加工、化工和石化、汽车等行业。它能完成各种控制任务，从重复开关控制单一机器到复杂的制造加工控制，以下列出的是已应用PLC的一些主要领域及一些典型应用。
（1）化工/石油化工：批处理、原料处理、称重、混合成品处理、水/废水处理、管理控制、海上钻井。
精彩内容
本书可作为电气自动化工程师的plc入门与提高的参考书，也可供相关专业大中专院校的师生学习与参考。本书介绍了PLC的工作原理、硬件结构、指令系统、编程软件和仿真软件的使用方法；介绍了数字量控制系统梯形图的一整套优选完整的设计方法，这些方法易学易用，可以节约大量的设计时间：全面介绍了S7-200的通信功能。介绍了模拟量模块的使用方法，子程序和中断程序的设计方法，高速计数器和高速输出的应用，PLC在PID闭环控制和变频器控制中的应用，触摸屏的组态与应用，提高PLC控制系统可靠性的措施，以及常用的编程向导的使用方法。
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