可编程控制器应用技术与设计实例

第1章  可编程控制器综述  1
1.1  可编程控制器的历史  1
1.2  可编程控制器的定义与发展  2
1.3  可编程控制器系统的基本结构  4
1.4  可编程控制器的分类  5
1.5  可编程控制器的特点  6
1.6  可编程控制器的应用领域  7
1.7  常见可编程控制器  8
1.8  可编程控制器的发展趋势  9
第2章  可编程控制器的硬件结构  11
2.1  可编程控制器的组成  11
2.1.1  CPU模块  11
2.1.2  存储器  12
2.1.3  底板及电源模块  12
2.1.4  I/O模块及特殊I/O模块  12
2.1.5  通信接口模块  13
2.2  可编程控制器的工作原理  13
2.2.1  巡回扫描机制  14
2.2.2  I/O映象区  15
2.2.3  I/O响应时间  16
2.3  可编程控制器的开关量I/O模块  18
2.3.1  开关量I/O模块及其接线方式  18
2.3.2  直流开关量输入模块  19
2.3.3  交流开关量输入模块  20
2.3.4  晶体管型开关量输出模块  20
2.3.5  继电器型开关量输出模块  21
2.3.6  本地I/O与远程I/O  22
2.4  可编程控制器的模拟量I/O模块  23
2.4.1  模拟量I/O模块的功用与种类  23
2.4.2  模拟量输入模块  23
2.4.3  模拟量输出模块  24
2.5  可编程控制器的扩展I/O模块  25
2.5.1  高速计数模块  25
2.5.2  中断输入模块  27
2.5.3  闭环控制模块  27
2.5.4  BCD码输入/输出模块  30
2.5.5  温度控制模块  30
2.5.6  数据通信模块  30
第3章  可编程控制器的编程语言与指令系统  32
3.1  可编程控制器的编程语言  32
3.1.1  常见编程语言简介  32
3.1.2  梯形图的特点与编程规则  34
3.2  可编程控制器的指令格式与编程元素  37
3.2.1  可编程控制器的指令与指令格式  37
3.2.2  可编程控制器指令中的变量与常数  38
3.2.3  可编程控制器的编程元素  40
3.3  可编程控制器的指令系统  45
3.3.1  基本指令  45
3.3.2  步进指令  55
3.3.3  功能指令  58
3.3.4  PLC指令系统比较  60
3.4  常见功能的梯形图实现  63
3.4.1  控制器运行状态的指示  63
3.4.2  单一脉冲发生器  63
3.4.3  顺序脉冲发生器  63
3.4.4  方波和占空比可调的脉冲发生器  64
3.4.5  起动、保持和停止回路  65
3.4.6  延时接通和断开回路  65
3.4.7  长延时计时器  66
3.4.8  闪烁与单稳态回路  66
第4章  可编程控制器的应用技术  68
4.1  PLC控制系统设计的基本原则与步骤  68
4.1.1  PLC控制系统设计的基本原则  68
4.1.2  PLC控制系统设计的一般步骤  68
4.2  PLC的选型与硬件配置  71
4.2.1  PLC机型的选择  71
4.2.2  PLC容量的确定  73
4.2.3  I/O模块的选择  74
4.3  PLC运行方式及外部电路设计  75
4.3.1  系统运行方式的设计  75
4.3.2  PLC外部电路设计  76
4.4  PLC控制系统的可靠性设计  82
4.4.1  PLC的环境适应性设计  82
4.4.2  控制系统的冗余性设计  84
4.4.3  控制系统的抗干扰性设计  85
4.4.4  控制系统的故障诊断  89
第5章  可编程控制器的应用程序设计  91
5.1  可编程控制器应用程序的设计流程  91
5.1.1  熟悉被控对象  91
5.1.2  熟悉编程器和编程语言  92
5.1.3  参数表的定义  92
5.1.4  程序框图的设计  93
5.1.5  程序的编写  94
5.1.6  程序的测试  94
5.1.7  程序说明书的编写  94
5.2  逻辑控制程序设计的方法与技巧  94
5.2.1  程序中输入设备状态的表示  95
5.2.2  按钮信号的程序设计  96
5.2.3  边沿信号的检测与程序设计  98
5.2.4  时间控制逻辑的程序设计  99
5.2.5  逻辑控制信号的输出  100
5.2.6  逻辑控制程序的经验设计法  102
5.2.7  逻辑控制程序设计中的状态分析法  106
5.3  基于功能表图的顺序控制过程描述  107
5.3.1  功能表图的由来  107
5.3.2  功能表图中的基本元素  108
5.3.3  功能表图的基本结构  111
5.3.4  功能表图中转换实现的基本规则  112
5.3.5  功能表图绘制时的注意事项  113
5.4  基于功能表图的顺序控制梯形图设计  114
5.4.1  利用功能表图实现顺序控制的基本思想  114
5.4.2  用起保停回路设计顺序控制梯形图  115
5.4.3  用置位/复位指令设计顺序控制梯形图  117
5.4.4  用移位寄存器设计顺序控制梯形图  119
5.4.5  用步进指令设计顺序梯形图  120
5.4.6  几种编程方法的比较  120
5.5  程序设计中如何节省扫描时间  121
第6章  电气控制类应用  123
6.1  实例1——PLC在三相异步电动机控制中的应用  123
6.1.1  应用背景与需求  123
6.1.2  电动机的顺序启动控制  123
6.1.3  电动机的正转、反转和停止控制  124
6.1.4  电动机的星-三角降压启动控制  125
6.1.5  总结与评价  127
6.2  实例2——PLC在自耦变压器控制多台电动机中的应用  127
6.2.1  应用背景与需求  127
6.2.2  PLC控制系统分析与设计  127
6.2.3  PLC控制梯形图设计  129
6.2.4  总结与评价  130
6.3  实例3——PLC在步进电机控制中的应用  131
6.3.1  应用背景与需求  131
6.3.2  PLC控制步进电机的方式  131
6.3.3  PLC控制步进电机的实现  133
6.3.4  总结与评价  137
6.4  实例4——PLC在输电线路自动重合闸控制中的应用  138
6.4.1  应用背景与需求  138
6.4.2  自动重合闸PLC控制系统设计  138
6.4.3  自动重合闸PLC控制程序设计  139
6.4.4  总结与评价  140
6.5  实例5——PLC在电镀专用行车控制中的应用  141
6.5.1  应用背景与需求  141
6.5.2  电镀专用行车PLC控制系统设计  141
6.5.3  电镀专用行车PLC控制程序设计  144
6.5.4  总结与评价  145
6.6  实例6——PLC在交流双速电梯控制中的应用  145
6.6.1  应用背景与需求  145
6.6.2  交流双速电梯PLC控制系统设计  146
6.6.3  交流双速电梯PLC控制程序设计  148
6.6.4  总结与评价  155
第7章  工业生产控制类应用  157
7.1  实例7——PLC在多工步机床控制中的应用  158
7.1.1  应用背景与需求  158
7.1.2  多工步机床PLC控制系统的设计  158
7.1.3  多工步机床PLC控制梯形图的设计  160
7.1.4  总结与评价  160
7.2  实例8——PLC在光源机械上泡机械手控制中的应用  163
7.2.1  应用背景与需求  163
7.2.2  控制过程分析与PLC选型  164
7.2.3  采用移位寄存器控制法的控制梯形图设计  165
7.2.4  总结与评价  168
7.3  实例9——PLC在砂处理生产线上的应用  168
7.3.1  应用背景与需求  168
7.3.2  砂处理生产线PLC控制系统分析  168
7.3.3  采用计时器设计型砂输送控制梯形图  169
7.3.4  采用鼓形控制器设计旧砂输送控制梯形图  169
7.3.5  采用移位寄存器设计碾混系统控制梯形图  172
7.3.6  总结与评价  173
7.4  实例10——PLC在机器人施釉生产线控制中的应用  173
7.4.1  应用背景与需求  173
7.4.2  施釉生产线PLC控制系统设计  174
7.4.3  施釉生产线PLC控制梯形图设计  177
7.4.4  总结与评价  178
7.5  实例11——PLC在贮丝生产线系统控制中的应用  178
7.5.1  应用背景与需求  178
7.5.2  贮丝生产线PLC控制系统的设计  179
7.5.3  贮丝生产线PLC控制梯形图设计  181
7.5.4  总结与评价  182
7.6  实例12——PLC用于生产过程的联锁报警控制  186
7.6.1  应用背景与需求  186
7.6.2  生产过程联锁报警控制功能分析  186
7.6.3  联锁报警控制功能的实现  187
7.6.4  总结与评价  188
第8章  机电设备控制类应用  190
8.1  实例13——PLC在液压实验台控制中的应用  190
8.1.1  应用背景与需求  190
8.1.2  实验台PLC控制系统设计与控制实例  191
8.1.3  总结与评价  193
8.2  实例14——PLC在液体混合装置控制中的应用  194
8.2.1  应用背景与需求  194
8.2.2  液体混合装置PLC控制系统设计  194
8.2.3  液体混合装置PLC控制梯形图设计  195
8.2.4  总结与评价  198
8.3  实例15——PLC在谷物烘干机自动控制中应用  198
8.3.1  应用背景与需求  198
8.3.2  谷物烘干机PLC控制系统设计  198
8.3.3  谷物烘干机PLC控制梯形图设计  199
8.3.4  总结与评价  199
8.4  实例16——PLC在交通信号灯自动控制中的应用  201
8.4.1  应用背景与需求  201
8.4.2  交通信号灯PLC控制系统分析与设计  202
8.4.3  交通信号灯PLC控制梯形图设计  204
8.4.4  总结与评价  205
8.5  实例17——PLC在桥式起重机检测控制中的应用  205
8.5.1  应用背景与需求  205
8.5.2  桥式起重机检测的PLC控制系统设计  206
8.5.3  桥式起重机检测的PLC控制梯形图设计  207
8.5.4  总结与评价  210
8.6  实例18——PLC在高压离心风机控制中的应用  210
8.6.1  应用背景与需求  210
8.6.2  高压离心风机PLC控制系统的分析与设计  210
8.6.3  高压离心风机PLC控制梯形图设计  211
8.6.4  总结与评价  212
8.7  实例19——PLC在多机系统自动切换控制中的应用  213
8.7.1  应用背景与需求  213
8.7.2  双机系统自动切换的PLC控制  213
8.7.3  双机系统自动切换的PLC控制  215
8.7.4  总结与评价  216
第9章  模拟量检测与控制类应用  217
9.1  实例20——PLC实现模拟量检测与控制的基本方法  217
9.1.1  应用背景与需求  217
9.1.2  F1/F2系列PLC的模拟量输入输出单元简介  218
9.1.3  实现模拟量信号输入、运算与输出功能的编程实例  220
9.1.4  总结与评价  222
9.2  实例21——PLC实现模拟量输入信号滤波的程序设计  223
9.2.1  应用背景与需求  223
9.2.2  输入信号的惯性滤波法及其梯形图设计  223
9.2.3  输入信号的平均值滤波法及其梯形图设计  224
9.2.4  总结与评价  227
9.3  实例22——PLC模拟量信号的数值整定  228
9.3.1  应用背景与需求  228
9.3.2  模拟量输入信号的数值整定  229
9.3.3  模拟量输出信号的数值整定  230
9.3.4  总结与评价  231
9.4  实例23——PLC闭环控制系统中PID控制器的实现  232
9.4.1  应用背景与需求  232
9.4.2  PLC实现PID控制的方式  232
9.4.3  PLC PID控制器的实现  233
9.4.4  总结与评价  237
9.5  实例24——PLC在温度监测与控制系统中的应用  237
9.5.1  应用背景与需求  237
9.5.2  PLC温度监测与控制系统的设计  237
9.5.3  PLC温度监测与控制梯形图的设计  238
9.5.4  总结与评价  243
9.6  实例25——PLC在双参量随动控制系统中的应用  243
9.6.1  应用背景与需求  243
9.6.2  PLC双参量随动控制系统设计  244
9.6.3  双参量随动控制梯形图设计  245
9.6.4  总结与评价  248
9.7  实例26——PLC在轴承滚针分选机控制中的应用  248
9.7.1  应用背景与需求  248
9.7.2  轴承滚针分选机PLC控制系统设计  248
9.7.3  PLC控制梯形图的设计  250
9.7.4  总结与评价  252
9.8  实例27——PLC在污水处理模糊控制中的应用  252
9.8.1  应用背景与需求  252
9.8.2  SBR法污水处理过程分析  253
9.8.3  PLC模糊控制器的设计  253
9.8.4  总结与评价  257
第10章  网络通信类应用  258
10.1  网络通信中的基本概念  258
10.1.1  并行通信与串行通信  258
10.1.2  异步传输和同步传输  259
10.1.3  单工通信与双工通信  260
10.1.4  基带传输与频带传输  261
10.1.5  数据传输速率  262
10.1.6  数据传输中的差错控制与检错码  263
10.1.7  串行通信接口标准  264
10.2  工业局域网及其组网技术  267
10.2.1  局域网基础  267
10.2.2  工业局域网的组网技术  274
10.2.3  现场总线技术  275
10.3  实例28——西门子S7系列PLC的网络通信技术  281
10.3.1  应用背景与需求  281
10.3.2  S7系列PLC的网络结构与协议  282
10.3.3  S7-200 PLC的通信方式与硬件选择  284
10.3.4  编程软件中S7-200 PLC的通信参数设置  286
10.3.5  S7-200 PLC的通信指令  288
10.3.6  S7-200通信应用实例  291
10.3.7  S7-300/S7-400的通信与组网  293
10.4  实例29——Windows下计算机与PLC串行通信的实现  295
10.4.1  应用背景与需求  295
10.4.2  Delphi下用Windows API函数实现计算机串行通信  295
10.4.3  Windows串行通信控件MSComm介绍  296
10.4.4  VB下用MSComm实现计算机与PLC的串行通信  297
10.4.5  总结与评价  299
10.5  实例30——自由端口模式下PLC串行通信的实现  300
10.5.1  应用背景与需求  300
10.5.2  自由端口初始化与参数设置  300
10.5.3  程序设计要考虑的几个问题  303
10.5.4  编程实例  305
10.5.5  总结与评价  307
10.6  实例31——OMRON系列PLC与计算机的通信技术  307
10.6.1  应用背景  307
10.6.2  OMRON PLC与上位机的硬件连接  307
10.6.3  OMRON PLC与上位机的通信协议  308
10.6.4  用VB实现OMRON PLC与计算机的串行通信  311
10.6.5  用VC++实现OMRON PLC与计算机的串行通信  313
10.6.6  总结与评价  316
10.7  实例32——FX系列PLC与计算机串行通信的实现  316
10.7.1  应用背景与需求  316
10.7.2  FX2 PLC与计算机的硬件连接  317
10.7.3  FX2系列PLC与计算机的通信协议  318
10.7.4  VC++语言下串行通信程序的设计  318
10.7.5  总结与评价  324
10.8  实例33——基于USS协议实现PLC对变频器的控制  324
10.8.1  应用背景与需求  324
10.8.2  变频器的USS控制协议  325
10.8.3  PLC控制变频器的程序设计  326
10.8.4  总结与评价  329
10.9  实例34——PLC在以太网中与上位计算机通信的实现  329
10.9.1  应用背景与需求  329
10.9.2  局域网技术与以太网  329
10.9.3  PLC与以太网的结合  332
10.9.4  用组态王实现PLC在以太网中的通信  332
10.9.5  总结与评价  336
10.10  实例35——利用电话网实现PLC与计算机的远程通信  336
10.10.1  应用背景与需求  336
10.10.2  PLC与计算机远程通信系统的设计  337
10.10.3  上位计算机远程通信功能的设计  338
10.10.4  MODBUS协议下PLC的通信程序  339
10.10.5  总结与评价  341