可編程控制器應用技術與設計實例

第1章  可編程控制器綜述  1
1.1  可編程控制器的歷史  1
1.2  可編程控制器的定義與發(fā)展  2
1.3  可編程控制器系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)  4
1.4  可編程控制器的分類  5
1.5  可編程控制器的特點  6
1.6  可編程控制器的應用領域  7
1.7  常見可編程控制器  8
1.8  可編程控制器的發(fā)展趨勢  9
第2章  可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)  11
2.1  可編程控制器的組成  11
2.1.1  CPU模塊  11
2.1.2  存儲器  12
2.1.3  底板及電源模塊  12
2.1.4  I/O模塊及特殊I/O模塊  12
2.1.5  通信接口模塊  13
2.2  可編程控制器的工作原理  13
2.2.1  巡回掃描機制  14
2.2.2  I/O映象區(qū)  15
2.2.3  I/O響應時間  16
2.3  可編程控制器的開關量I/O模塊  18
2.3.1  開關量I/O模塊及其接線方式  18
2.3.2  直流開關量輸入模塊  19
2.3.3  交流開關量輸入模塊  20
2.3.4  晶體管型開關量輸出模塊  20
2.3.5  繼電器型開關量輸出模塊  21
2.3.6  本地I/O與遠程I/O  22
2.4  可編程控制器的模擬量I/O模塊  23
2.4.1  模擬量I/O模塊的功用與種類  23
2.4.2  模擬量輸入模塊  23
2.4.3  模擬量輸出模塊  24
2.5  可編程控制器的擴展I/O模塊  25
2.5.1  高速計數(shù)模塊  25
2.5.2  中斷輸入模塊  27
2.5.3  閉環(huán)控制模塊  27
2.5.4  BCD碼輸入/輸出模塊  30
2.5.5  溫度控制模塊  30
2.5.6  數(shù)據(jù)通信模塊  30
第3章  可編程控制器的編程語言與指令系統(tǒng)  32
3.1  可編程控制器的編程語言  32
3.1.1  常見編程語言簡介  32
3.1.2  梯形圖的特點與編程規(guī)則  34
3.2  可編程控制器的指令格式與編程元素  37
3.2.1  可編程控制器的指令與指令格式  37
3.2.2  可編程控制器指令中的變量與常數(shù)  38
3.2.3  可編程控制器的編程元素  40
3.3  可編程控制器的指令系統(tǒng)  45
3.3.1  基本指令  45
3.3.2  步進指令  55
3.3.3  功能指令  58
3.3.4  PLC指令系統(tǒng)比較  60
3.4  常見功能的梯形圖實現(xiàn)  63
3.4.1  控制器運行狀態(tài)的指示  63
3.4.2  單一脈沖發(fā)生器  63
3.4.3  順序脈沖發(fā)生器  63
3.4.4  方波和占空比可調(diào)的脈沖發(fā)生器  64
3.4.5  起動、保持和停止回路  65
3.4.6  延時接通和斷開回路  65
3.4.7  長延時計時器  66
3.4.8  閃爍與單穩(wěn)態(tài)回路  66
第4章  可編程控制器的應用技術  68
4.1  PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則與步驟  68
4.1.1  PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則  68
4.1.2  PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟  68
4.2  PLC的選型與硬件配置  71
4.2.1  PLC機型的選擇  71
4.2.2  PLC容量的確定  73
4.2.3  I/O模塊的選擇  74
4.3  PLC運行方式及外部電路設計  75
4.3.1  系統(tǒng)運行方式的設計  75
4.3.2  PLC外部電路設計  76
4.4  PLC控制系統(tǒng)的可靠性設計  82
4.4.1  PLC的環(huán)境適應性設計  82
4.4.2  控制系統(tǒng)的冗余性設計  84
4.4.3  控制系統(tǒng)的抗干擾性設計  85
4.4.4  控制系統(tǒng)的故障診斷  89
第5章  可編程控制器的應用程序設計  91
5.1  可編程控制器應用程序的設計流程  91
5.1.1  熟悉被控對象  91
5.1.2  熟悉編程器和編程語言  92
5.1.3  參數(shù)表的定義  92
5.1.4  程序框圖的設計  93
5.1.5  程序的編寫  94
5.1.6  程序的測試  94
5.1.7  程序說明書的編寫  94
5.2  邏輯控制程序設計的方法與技巧  94
5.2.1  程序中輸入設備狀態(tài)的表示  95
5.2.2  按鈕信號的程序設計  96
5.2.3  邊沿信號的檢測與程序設計  98
5.2.4  時間控制邏輯的程序設計  99
5.2.5  邏輯控制信號的輸出  100
5.2.6  邏輯控制程序的經(jīng)驗設計法  102
5.2.7  邏輯控制程序設計中的狀態(tài)分析法  106
5.3  基于功能表圖的順序控制過程描述  107
5.3.1  功能表圖的由來  107
5.3.2  功能表圖中的基本元素  108
5.3.3  功能表圖的基本結(jié)構(gòu)  111
5.3.4  功能表圖中轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則  112
5.3.5  功能表圖繪制時的注意事項  113
5.4  基于功能表圖的順序控制梯形圖設計  114
5.4.1  利用功能表圖實現(xiàn)順序控制的基本思想  114
5.4.2  用起保停回路設計順序控制梯形圖  115
5.4.3  用置位/復位指令設計順序控制梯形圖  117
5.4.4  用移位寄存器設計順序控制梯形圖  119
5.4.5  用步進指令設計順序梯形圖  120
5.4.6  幾種編程方法的比較  120
5.5  程序設計中如何節(jié)省掃描時間  121
第6章  電氣控制類應用  123
6.1  實例1——PLC在三相異步電動機控制中的應用  123
6.1.1  應用背景與需求  123
6.1.2  電動機的順序啟動控制  123
6.1.3  電動機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止控制  124
6.1.4  電動機的星-三角降壓啟動控制  125
6.1.5  總結(jié)與評價  127
6.2  實例2——PLC在自耦變壓器控制多臺電動機中的應用  127
6.2.1  應用背景與需求  127
6.2.2  PLC控制系統(tǒng)分析與設計  127
6.2.3  PLC控制梯形圖設計  129
6.2.4  總結(jié)與評價  130
6.3  實例3——PLC在步進電機控制中的應用  131
6.3.1  應用背景與需求  131
6.3.2  PLC控制步進電機的方式  131
6.3.3  PLC控制步進電機的實現(xiàn)  133
6.3.4  總結(jié)與評價  137
6.4  實例4——PLC在輸電線路自動重合閘控制中的應用  138
6.4.1  應用背景與需求  138
6.4.2  自動重合閘PLC控制系統(tǒng)設計  138
6.4.3  自動重合閘PLC控制程序設計  139
6.4.4  總結(jié)與評價  140
6.5  實例5——PLC在電鍍專用行車控制中的應用  141
6.5.1  應用背景與需求  141
6.5.2  電鍍專用行車PLC控制系統(tǒng)設計  141
6.5.3  電鍍專用行車PLC控制程序設計  144
6.5.4  總結(jié)與評價  145
6.6  實例6——PLC在交流雙速電梯控制中的應用  145
6.6.1  應用背景與需求  145
6.6.2  交流雙速電梯PLC控制系統(tǒng)設計  146
6.6.3  交流雙速電梯PLC控制程序設計  148
6.6.4  總結(jié)與評價  155
第7章  工業(yè)生產(chǎn)控制類應用  157
7.1  實例7——PLC在多工步機床控制中的應用  158
7.1.1  應用背景與需求  158
7.1.2  多工步機床PLC控制系統(tǒng)的設計  158
7.1.3  多工步機床PLC控制梯形圖的設計  160
7.1.4  總結(jié)與評價  160
7.2  實例8——PLC在光源機械上泡機械手控制中的應用  163
7.2.1  應用背景與需求  163
7.2.2  控制過程分析與PLC選型  164
7.2.3  采用移位寄存器控制法的控制梯形圖設計  165
7.2.4  總結(jié)與評價  168
7.3  實例9——PLC在砂處理生產(chǎn)線上的應用  168
7.3.1  應用背景與需求  168
7.3.2  砂處理生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)分析  168
7.3.3  采用計時器設計型砂輸送控制梯形圖  169
7.3.4  采用鼓形控制器設計舊砂輸送控制梯形圖  169
7.3.5  采用移位寄存器設計碾混系統(tǒng)控制梯形圖  172
7.3.6  總結(jié)與評價  173
7.4  實例10——PLC在機器人施釉生產(chǎn)線控制中的應用  173
7.4.1  應用背景與需求  173
7.4.2  施釉生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)設計  174
7.4.3  施釉生產(chǎn)線PLC控制梯形圖設計  177
7.4.4  總結(jié)與評價  178
7.5  實例11——PLC在貯絲生產(chǎn)線系統(tǒng)控制中的應用  178
7.5.1  應用背景與需求  178
7.5.2  貯絲生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)的設計  179
7.5.3  貯絲生產(chǎn)線PLC控制梯形圖設計  181
7.5.4  總結(jié)與評價  182
7.6  實例12——PLC用于生產(chǎn)過程的聯(lián)鎖報警控制  186
7.6.1  應用背景與需求  186
7.6.2  生產(chǎn)過程聯(lián)鎖報警控制功能分析  186
7.6.3  聯(lián)鎖報警控制功能的實現(xiàn)  187
7.6.4  總結(jié)與評價  188
第8章  機電設備控制類應用  190
8.1  實例13——PLC在液壓實驗臺控制中的應用  190
8.1.1  應用背景與需求  190
8.1.2  實驗臺PLC控制系統(tǒng)設計與控制實例  191
8.1.3  總結(jié)與評價  193
8.2  實例14——PLC在液體混合裝置控制中的應用  194
8.2.1  應用背景與需求  194
8.2.2  液體混合裝置PLC控制系統(tǒng)設計  194
8.2.3  液體混合裝置PLC控制梯形圖設計  195
8.2.4  總結(jié)與評價  198
8.3  實例15——PLC在谷物烘干機自動控制中應用  198
8.3.1  應用背景與需求  198
8.3.2  谷物烘干機PLC控制系統(tǒng)設計  198
8.3.3  谷物烘干機PLC控制梯形圖設計  199
8.3.4  總結(jié)與評價  199
8.4  實例16——PLC在交通信號燈自動控制中的應用  201
8.4.1  應用背景與需求  201
8.4.2  交通信號燈PLC控制系統(tǒng)分析與設計  202
8.4.3  交通信號燈PLC控制梯形圖設計  204
8.4.4  總結(jié)與評價  205
8.5  實例17——PLC在橋式起重機檢測控制中的應用  205
8.5.1  應用背景與需求  205
8.5.2  橋式起重機檢測的PLC控制系統(tǒng)設計  206
8.5.3  橋式起重機檢測的PLC控制梯形圖設計  207
8.5.4  總結(jié)與評價  210
8.6  實例18——PLC在高壓離心風機控制中的應用  210
8.6.1  應用背景與需求  210
8.6.2  高壓離心風機PLC控制系統(tǒng)的分析與設計  210
8.6.3  高壓離心風機PLC控制梯形圖設計  211
8.6.4  總結(jié)與評價  212
8.7  實例19——PLC在多機系統(tǒng)自動切換控制中的應用  213
8.7.1  應用背景與需求  213
8.7.2  雙機系統(tǒng)自動切換的PLC控制  213
8.7.3  雙機系統(tǒng)自動切換的PLC控制  215
8.7.4  總結(jié)與評價  216
第9章  模擬量檢測與控制類應用  217
9.1  實例20——PLC實現(xiàn)模擬量檢測與控制的基本方法  217
9.1.1  應用背景與需求  217
9.1.2  F1/F2系列PLC的模擬量輸入輸出單元簡介  218
9.1.3  實現(xiàn)模擬量信號輸入、運算與輸出功能的編程實例  220
9.1.4  總結(jié)與評價  222
9.2  實例21——PLC實現(xiàn)模擬量輸入信號濾波的程序設計  223
9.2.1  應用背景與需求  223
9.2.2  輸入信號的慣性濾波法及其梯形圖設計  223
9.2.3  輸入信號的平均值濾波法及其梯形圖設計  224
9.2.4  總結(jié)與評價  227
9.3  實例22——PLC模擬量信號的數(shù)值整定  228
9.3.1  應用背景與需求  228
9.3.2  模擬量輸入信號的數(shù)值整定  229
9.3.3  模擬量輸出信號的數(shù)值整定  230
9.3.4  總結(jié)與評價  231
9.4  實例23——PLC閉環(huán)控制系統(tǒng)中PID控制器的實現(xiàn)  232
9.4.1  應用背景與需求  232
9.4.2  PLC實現(xiàn)PID控制的方式  232
9.4.3  PLC PID控制器的實現(xiàn)  233
9.4.4  總結(jié)與評價  237
9.5  實例24——PLC在溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)中的應用  237
9.5.1  應用背景與需求  237
9.5.2  PLC溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)的設計  237
9.5.3  PLC溫度監(jiān)測與控制梯形圖的設計  238
9.5.4  總結(jié)與評價  243
9.6  實例25——PLC在雙參量隨動控制系統(tǒng)中的應用  243
9.6.1  應用背景與需求  243
9.6.2  PLC雙參量隨動控制系統(tǒng)設計  244
9.6.3  雙參量隨動控制梯形圖設計  245
9.6.4  總結(jié)與評價  248
9.7  實例26——PLC在軸承滾針分選機控制中的應用  248
9.7.1  應用背景與需求  248
9.7.2  軸承滾針分選機PLC控制系統(tǒng)設計  248
9.7.3  PLC控制梯形圖的設計  250
9.7.4  總結(jié)與評價  252
9.8  實例27——PLC在污水處理模糊控制中的應用  252
9.8.1  應用背景與需求  252
9.8.2  SBR法污水處理過程分析  253
9.8.3  PLC模糊控制器的設計  253
9.8.4  總結(jié)與評價  257
第10章  網(wǎng)絡通信類應用  258
10.1  網(wǎng)絡通信中的基本概念  258
10.1.1  并行通信與串行通信  258
10.1.2  異步傳輸和同步傳輸  259
10.1.3  單工通信與雙工通信  260
10.1.4  基帶傳輸與頻帶傳輸  261
10.1.5  數(shù)據(jù)傳輸速率  262
10.1.6  數(shù)據(jù)傳輸中的差錯控制與檢錯碼  263
10.1.7  串行通信接口標準  264
10.2  工業(yè)局域網(wǎng)及其組網(wǎng)技術  267
10.2.1  局域網(wǎng)基礎  267
10.2.2  工業(yè)局域網(wǎng)的組網(wǎng)技術  274
10.2.3  現(xiàn)場總線技術  275
10.3  實例28——西門子S7系列PLC的網(wǎng)絡通信技術  281
10.3.1  應用背景與需求  281
10.3.2  S7系列PLC的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)與協(xié)議  282
10.3.3  S7-200 PLC的通信方式與硬件選擇  284
10.3.4  編程軟件中S7-200 PLC的通信參數(shù)設置  286
10.3.5  S7-200 PLC的通信指令  288
10.3.6  S7-200通信應用實例  291
10.3.7  S7-300/S7-400的通信與組網(wǎng)  293
10.4  實例29——Windows下計算機與PLC串行通信的實現(xiàn)  295
10.4.1  應用背景與需求  295
10.4.2  Delphi下用Windows API函數(shù)實現(xiàn)計算機串行通信  295
10.4.3  Windows串行通信控件MSComm介紹  296
10.4.4  VB下用MSComm實現(xiàn)計算機與PLC的串行通信  297
10.4.5  總結(jié)與評價  299
10.5  實例30——自由端口模式下PLC串行通信的實現(xiàn)  300
10.5.1  應用背景與需求  300
10.5.2  自由端口初始化與參數(shù)設置  300
10.5.3  程序設計要考慮的幾個問題  303
10.5.4  編程實例  305
10.5.5  總結(jié)與評價  307
10.6  實例31——OMRON系列PLC與計算機的通信技術  307
10.6.1  應用背景  307
10.6.2  OMRON PLC與上位機的硬件連接  307
10.6.3  OMRON PLC與上位機的通信協(xié)議  308
10.6.4  用VB實現(xiàn)OMRON PLC與計算機的串行通信  311
10.6.5  用VC++實現(xiàn)OMRON PLC與計算機的串行通信  313
10.6.6  總結(jié)與評價  316
10.7  實例32——FX系列PLC與計算機串行通信的實現(xiàn)  316
10.7.1  應用背景與需求  316
10.7.2  FX2 PLC與計算機的硬件連接  317
10.7.3  FX2系列PLC與計算機的通信協(xié)議  318
10.7.4  VC++語言下串行通信程序的設計  318
10.7.5  總結(jié)與評價  324
10.8  實例33——基于USS協(xié)議實現(xiàn)PLC對變頻器的控制  324
10.8.1  應用背景與需求  324
10.8.2  變頻器的USS控制協(xié)議  325
10.8.3  PLC控制變頻器的程序設計  326
10.8.4  總結(jié)與評價  329
10.9  實例34——PLC在以太網(wǎng)中與上位計算機通信的實現(xiàn)  329
10.9.1  應用背景與需求  329
10.9.2  局域網(wǎng)技術與以太網(wǎng)  329
10.9.3  PLC與以太網(wǎng)的結(jié)合  332
10.9.4  用組態(tài)王實現(xiàn)PLC在以太網(wǎng)中的通信  332
10.9.5  總結(jié)與評價  336
10.10  實例35——利用電話網(wǎng)實現(xiàn)PLC與計算機的遠程通信  336
10.10.1  應用背景與需求  336
10.10.2  PLC與計算機遠程通信系統(tǒng)的設計  337
10.10.3  上位計算機遠程通信功能的設計  338
10.10.4  MODBUS協(xié)議下PLC的通信程序  339
10.10.5  總結(jié)與評價  341