高級(jí)PLC硬件和編程:基于Allen-Bradley和Siemens平臺(tái)的軟、硬件基礎(chǔ)和高級(jí)技術(shù)
定 價(jià):99 元
叢書(shū)名:工業(yè)自動(dòng)化與智能化叢書(shū)
- 作者:[美] 弗蘭克·蘭姆(Frank Lamb)
- 出版時(shí)間:2023/7/1
- ISBN:9787111729136
- 出 版 社:機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TM571.61
- 頁(yè)碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開(kāi)本:16開(kāi)
本書(shū)對(duì)PLC(可編程邏輯控制器)的硬件和軟件進(jìn)行了全面的論述。全書(shū)共分為三部分。
第1部分從通用的角度介紹了PLC,討論了所有平臺(tái)共有的功能及差異。第2部分涵蓋高級(jí)PLC主題,包括計(jì)劃和組織PLC代碼。第3部分介紹Allen-Bradley 品牌的PLC平臺(tái)及其實(shí)踐案例。
本書(shū)內(nèi)容全面,涵蓋了西門子和Allen-Bradley的PLC主題,安排合理,闡述簡(jiǎn)明,實(shí)用性強(qiáng),可供自動(dòng)化工程師參考閱讀。
前 言
本書(shū)基于我2016年在AuthorHouse自行出版的PLC Hardware and Programming Multi-Platform。這是一本培訓(xùn)手冊(cè),供我在定制PLC培訓(xùn)課程時(shí)使用。由于各PLC平臺(tái)有很多共同之處,所以我在講特定品牌的課程時(shí)決定采用通用方式介紹所講授的內(nèi)容。
自2013年以來(lái),我為一家加拿大公司工作,在美國(guó)和北美其他地區(qū)講授艾倫–布拉德利(Allen-Bradley,AB)和西門子(Siemens)自動(dòng)化培訓(xùn)課程,該公司名為Automation Training,提供PLC、HMI(人機(jī)交互)和SCADA(監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))產(chǎn)品相關(guān)課程。大多數(shù)學(xué)生希望在特定的平臺(tái)上接受培訓(xùn)—在北美,主要是Allen-Bradley和Siemens平臺(tái)。其他平臺(tái)在美國(guó)也很常見(jiàn),但由于沒(méi)有足夠的培訓(xùn)需求,所以除了制造商的課程以外沒(méi)有其他培訓(xùn)材料。雖然Automation Training公司也提供歐姆龍(Omron)、三菱(Mitsubishi)和莫迪康(Modicon)產(chǎn)品相關(guān)的培訓(xùn)課程,但需求寥寥。為了可以在培訓(xùn)地點(diǎn)使用PLC訓(xùn)練機(jī)和筆記本計(jì)算機(jī),并支付教員的差旅費(fèi)和培訓(xùn)費(fèi),至少需要3名學(xué)生報(bào)名才能開(kāi)課。
因?yàn)槲业霓k公地方還有很大空間,所以我在桌面上搭建了一個(gè)“迷你工廠”,專門用于高級(jí)PLC技術(shù)的定制培訓(xùn)。由于缺少硬件,我很難編寫(xiě)出復(fù)雜的順序邏輯和接口例程,所以我花了大量時(shí)間尋找培訓(xùn)所需的模擬硬件和軟件。然而,我所找到的大多數(shù)軟硬件都很貴,而且沒(méi)有反映出我需要強(qiáng)調(diào)的技術(shù)。
在迷你工廠(見(jiàn)圖1)里,我用帶有轉(zhuǎn)位索引的花紋傳送帶、擒縱器、刻度盤以及具有拿放功能的氣動(dòng)裝置搭建了一款訓(xùn)練機(jī),通過(guò)它講授一些高級(jí)概念,例如自動(dòng)順序控制、零件跟蹤和配方管理。
除了圖1中顯示的由Allen-Bradley CompactLogix PLC控制的區(qū)域外,在左側(cè)還有一臺(tái)Siemens S7-300,以及一個(gè)帶有容器、泵和閥門的過(guò)程控制區(qū)。PLC可以通過(guò)電纜和插頭連接到任何一臺(tái)訓(xùn)練機(jī)上。
圖1 迷你工廠
建立這個(gè)高級(jí)培訓(xùn)演示意味著我的書(shū)面材料里必須涵蓋這些高級(jí)技術(shù)。除了在Automation Training公司的課程里講授不同PLC平臺(tái)的指令集外,我還為Automation NTH(一家位于田納西州納什維爾附近的工程和系統(tǒng)集成公司)的實(shí)習(xí)生、工程師及客戶授課。Automation NTH有一個(gè)名為“NTH大學(xué)”的培訓(xùn)項(xiàng)目,為其內(nèi)部員工提供培訓(xùn)。其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的培訓(xùn)課程是利用一個(gè)傳送帶和氣動(dòng)推料器以及幾個(gè)傳感器和一個(gè)可移動(dòng)料倉(cāng)來(lái)講授如何搭建PLC應(yīng)用程序。講授這門課需要撰寫(xiě)和完善文件實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,這也增加了在培訓(xùn)中動(dòng)手操作設(shè)備的價(jià)值,學(xué)生很喜歡這門課。
Automation NTH為我制作了PLC訓(xùn)練機(jī),如圖2所示。講授這些課程需要我編寫(xiě)介紹高新技術(shù)的資料,這樣學(xué)生就可以學(xué)習(xí)到實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中使用的技術(shù)。一般來(lái)說(shuō),學(xué)生對(duì)他們?cè)谠O(shè)施中使用的特定平臺(tái)感興趣。因此,培訓(xùn)課程通常針對(duì)特定平臺(tái)的指令系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué),相應(yīng)的練習(xí)也需同步。典型的訓(xùn)練機(jī)都配有按鈕、指示燈、電位器和儀表,學(xué)生編寫(xiě)的程序可以與它們相連接。
圖2 PLC訓(xùn)練機(jī)
圖2顯示,Automation NTH的訓(xùn)練機(jī)有一個(gè)內(nèi)置的艾倫–布拉德利觸摸屏操作員界面(Allen-Bradley PanelView Plus HMI)。訓(xùn)練機(jī)上有緊急停止按鈕、循環(huán)啟動(dòng)按鈕和循環(huán)停止按鈕,以及一根連接訓(xùn)練機(jī)與傳送帶的電纜。此外,訓(xùn)練機(jī)上還有多色指示器,可用于模擬堆棧指示燈。
在編寫(xiě)了PLC編程通用方法手冊(cè)之后,我意識(shí)到大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)需要了解特定平臺(tái)的信息。我為Allen-Bradley ControlLogix平臺(tái)的Automation NTH培訓(xùn)課程創(chuàng)建了一個(gè)硬件,當(dāng)我構(gòu)建自己的一些訓(xùn)練機(jī)時(shí),我把它也擴(kuò)展到了SLC和MicroLogix。
自搬家以來(lái),已經(jīng)有幾個(gè)學(xué)生來(lái)到我的學(xué)校參加定制培訓(xùn)課。其中一個(gè)學(xué)生用的是之前展示的迷你工廠,還有幾個(gè)學(xué)生用的是我自己做的訓(xùn)練機(jī)。雖然我不具有Automation NTH那樣的制造能力,但我已經(jīng)能夠在Allen-Bradley MicroLogix 1400平臺(tái)上搭建自己的多個(gè)訓(xùn)練機(jī)。
我在設(shè)計(jì)訓(xùn)練機(jī)時(shí)考慮到了幾個(gè)重要的條件。我需要它們比市面上能買到的訓(xùn)練機(jī)便宜。除了購(gòu)買PLC的費(fèi)用,訓(xùn)練機(jī)的成本大部分是按鈕和指示器的接線成本與勞動(dòng)力成本。
我找到了幾款便宜的觸摸屏,并將其安裝在我的訓(xùn)練機(jī)上進(jìn)行了評(píng)估。我決定不把按鈕連接到主面板上,而是把它們做成一個(gè)配件。我編寫(xiě)了一個(gè)帶有64個(gè)按鈕和指示器的7in(1in=25.4mm)彩色觸摸屏程序,還制作了用于顯示和修改64個(gè)整數(shù)和32個(gè)實(shí)數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)的屏幕,如圖3所示。
圖3 帶有堆棧指示燈模擬器、HMI、蜂鳴器、緊急停止(E-Stop)按鈕和電源按鈕的訓(xùn)練機(jī)
我的新訓(xùn)練機(jī)有緊急停止按鈕、帶有MCR(Master Control Relay,主控繼電器)的電源按鈕和堆棧指示燈模擬器。工業(yè)機(jī)械使用這些裝置,它們?cè)谂cPLC程序連接時(shí)非常重要,并為我提供了講授實(shí)際應(yīng)用的機(jī)會(huì)。
我還將一根電纜連接到訓(xùn)練機(jī)上,以便它與外部設(shè)備連接,如按鈕或指示燈配件。正如我前面提到的,在建造我的迷你工廠之前,我研究了訓(xùn)練機(jī)和模擬器,發(fā)現(xiàn)學(xué)校和工廠使用的大多數(shù)產(chǎn)品都很貴。
最終我找到了一些在歐洲使用的工廠模擬器,這些模擬器具有可編程控制器功能。一家名為Fischertechnik的公司在一個(gè)9V直流系統(tǒng)上建造了一個(gè)帶有控制器的建筑“玩具”,它還建造了一個(gè)24V的系
目 錄
譯者序
前言
第一部分 PLC硬件及編程
第1章 計(jì)算機(jī)和PLC的歷史及演變 3
1.1 巴貝奇分析機(jī) 3
1.2 繼電器邏輯 4
1.3 機(jī)電式計(jì)算機(jī) 4
1.4 第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī) 5
1.5 早期的計(jì)算機(jī)內(nèi)存 6
1.6 個(gè)人計(jì)算機(jī)的發(fā)展 7
1.7 PLC的誕生 9
1.8 PLC的改進(jìn) 11
1.9 PLC發(fā)展時(shí)間線 13
1.10 PLC與計(jì)算機(jī)的歷史參考書(shū)目 13
1.11 PLC的物理布局 17
1.12 I/O 17
1.12.1 數(shù)字/離散設(shè)備 17
1.12.2 模擬設(shè)備 18
1.12.3 數(shù)字信號(hào)接線 19
1.12.4 模擬信號(hào)接線 22
1.12.5 電池/內(nèi)存?zhèn)浞荨?4
1.13 通信技術(shù) 25
1.13.1 RS232 25
1.13.2 RS485 26
1.13.3 RS422 26
1.13.4 雙絞線通信的注意事項(xiàng) 26
1.13.5 USB 27
1.13.6 以太網(wǎng) 27
1.13.7 工業(yè)通信與控制 29
第2章 PLC存儲(chǔ)器 30
2.1 數(shù)值數(shù)據(jù)類型 31
2.1.1 位如何變成數(shù)字 32
2.1.2 數(shù)據(jù)格式 32
2.1.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 36
2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的組織方式 38
2.2.1 I/O尋址 39
2.2.2 程序存儲(chǔ) 40
2.3 硬件配置 40
第3章 PLC處理器 44
3.1 IEC 61131-3編程語(yǔ)言 44
3.1.1 梯形圖 45
3.1.2?功能框圖 45
3.1.3 指令表 46
3.1.4 結(jié)構(gòu)化文本 47
3.1.5 順序功能圖 48
3.2 程序處理的原理 49
3.2.1 掃描 49
3.2.2 PLC模式 51
3.3 梯形圖類型 51
3.4 定時(shí)器 56
3.4.1 通電延時(shí) 56
3.4.2 斷電延時(shí) 57
3.4.3 保持通電延時(shí) 58
3.4.4 脈沖 58
3.5 計(jì)數(shù)器 59
3.6 數(shù)據(jù)和文件移動(dòng) 61
3.6.1 移動(dòng) 61
3.6.2 屏蔽移動(dòng)和移位 62
3.6.3 文件復(fù)制 63
3.7 比較 63
3.8 數(shù)學(xué)指令 65
3.8.1 轉(zhuǎn)換 66
3.8.2 加法與減法 66
3.8.3 乘法與除法 67
3.9 整定 68
3.10 高級(jí)運(yùn)算 71
3.11 其他指令 71
3.11.1 字符串操作 71
3.11.2 PID指令 72
3.11.3 運(yùn)動(dòng)控制指令 73
3.11.4 通信指令 73
3.11.5 程序控制指令 75
3.11.6 其他指令 75
3.12 維護(hù)和故障排除 77
3.12.1 強(qiáng)制 77
3.12.2 搜索和交叉引用 79
第二部分 PLC編程方法
第4章 PLC編程概述 85
4.1 預(yù)備知識(shí) 85
4.2 常用例程 88
4.2.1 系統(tǒng)例程 88
4.2.2 輸入例程 92
4.2.3 輸出例程 94
4.2.4 故障和報(bào)警例程 95
4.2.5 自動(dòng)序列例程 98
4.2.6 歸位例程 104
4.2.7 配方 105
4.2.8 零件追蹤 107
4.2.9 提示和技巧 112
4.2.10 訓(xùn)練機(jī)和模擬機(jī) 114
第5章 編程實(shí)驗(yàn):具有顏色識(shí)別功能的料倉(cāng)分揀裝置 116
5.1 訓(xùn)練機(jī) 116
5.2 Allen-Bradley MicroLogix型可編程邏輯控制器 118
5.3 具有顏色識(shí)別功能的料倉(cāng)分揀裝置 126
第三部分 PLC平臺(tái)
第6章 Allen-Bradley PLC 131
6.1 MicroLogix和SLC系列 132
6.1.1 MicroLogix和SLC平臺(tái) 132
6.1.2 MicroLogix和SLC存儲(chǔ)寄存器 136
6.1.3 MicroLogix和SLC指令 137
6.1.4 使用RSLogix 500啟動(dòng)和編輯項(xiàng)目 143
6.2 CompactLogix和ControlLogix系列 147
6.2.1 CompactLogix和ControlLogix平臺(tái) 147
6.2.2 CompactLogix和ControlLogix指令 152
6.2.3 使用RSLogix 5000啟動(dòng)和編輯項(xiàng)目 158
6.3 CompactLogix和ControlLogix數(shù)據(jù) 164
6.3.1 數(shù)組 165
6.3.2 用戶定義數(shù)據(jù)類型 166
6.3.3 全局標(biāo)簽 167
6.3.4 程序(局部)標(biāo)簽 168
6.3.5 別名 169
6.4 Add-On指令 169
6.5 其他語(yǔ)言 175
6.6 Allen-Bradley的通信軟件RSLinx 176
6.6.1 以太網(wǎng)設(shè)備 178
6.6.2 以太網(wǎng)/IP驅(qū)動(dòng) 179
第7章 Siemens PLC 180
7.1 術(shù)語(yǔ)、平臺(tái)及指令 181
7.1.1 術(shù)語(yǔ) 181
7.1.2 S7-300平臺(tái)和S7-400平臺(tái) 182
7.1.3 S7-1200平臺(tái)和S7-1500平臺(tái) 192
7.1.4 指令 203
7.2 塊、數(shù)據(jù)和語(yǔ)句表 209
7.2.1 塊 209
7.2.2 數(shù)據(jù) 215
7.2.3 語(yǔ)句表 218
7.3 其他語(yǔ)言 221
7.3.1 功能框圖 222
7.3.2 結(jié)構(gòu)化控制語(yǔ)言 222
7.3.3 S7多語(yǔ)言示例:節(jié)點(diǎn)故障 224
7.3.4 S7 Graph 228
7.4 設(shè)置PG-PC接口 228
附錄
附錄A 主要的PLC平臺(tái) 234
附錄B ASCII表 236
附錄C 第一部分練習(xí)答案 239
附錄D 第二部分實(shí)驗(yàn)答案 247