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第一部分 可编程逻辑控制器基本概念3

第1章 可编程逻辑控制器简介3

1．1目的及目标3

1．2当今的PLC行业3

1．2．1 PLC定义3

1．2．2 PC与PLC4

1．3继电器梯形图5

1．3．1电磁继电器5

1．3．2继电器控制系统7

1．4 PLC系统和组件10

1．4．1背板11

1．4．2处理器和电源11

1．4．3编程设备12

1．4．4输入及输出接口12

1．4．5特殊通信模块及网络连接17

1．4．6 PLC专用模块18

1．5 PLC类型19

1．5．1基于机架或者编址19

1．5．2基于标签的PLC20

1．5．3软PLC或者基于PC的控制20

1．6 PLC梯形逻辑图编程20

1．6．1 PLC解决方案21

1．6．2梯形逻辑图操作23

1．6．3备选解决方案24

1．6．4 PLC的优势24

1．7电气和PLC安全性27

1．7．1电击——身体如何反应27

1．7．2电击的特征28

1．7．3安全电气实践30

1．7．4电击受害者的反应31

1．8 PLC制造商的网站31

问题31

网页和数据表问题32

习题33

第2章 输入设备及输出执行器35

2．1目的及目标35

2．2手动操作的工业开关35

2．2．1拨动开关36

2．2．2按钮开关37

2．2．3选择开关38

2．3机械操作的工业开关39

2．3．1微动开关39

2．3．2流量开关40

2．3．3液位开关40

2．3．4压力开关41

2．3．5温度开关42

2．3．6控制图43

2．4工业传感器45

2．4．1接近传感器45

2．4．2光电传感器49

2．5连接输入现场设备55

2．5．1输入现场设备的供电55

2．5．2输入配线56

2．5．3电流吸收和电流源设备57

2．6电磁输出执行器58

2．6．1线圈控制设备58

2．6．2控制继电器60

2．6．3闭锁继电器63

2．6．4接触器63

2．6．5电机启动器64

2．7视频及音频输出设备65

2．7．1指示灯66

2．7．2喇叭和报警器66

2．8连接输出现场设备67

2．8．1为输出现场设备供电67

2．8．2输出配线67

2．8．3电流吸收和电流源设备68

2．9输入及输出设备的故障处理69

2．9．1开关的故障排除69

2．9．2继电器的故障排除70

2．9．3接近式传感器的故障排除70

2．9．4光电传感器的故障排除71

问题71

网页和数据表问题72

习题73

第3章 PLC编程简介74

3．1目的和目标74

3．2计数系统74

3．2．1计数系统的基数74

3．2．2二进制系统75

3．2．3八进制计数系统77

3．3位、字节、字和存储器78

3．4 PLC存储器和寄存器结构79

3．4．1 Allen-Bradley存储器组织79

3．4．2 Allen-Bradley的PLC 5存储器组织81

3．4．3 Allen-Bradley的SLC 500存储器组织81

3．4．4 Allen-Bradley的Logix系统存储器组织83

3．5输入与输出地址86

3．5．1基于PLC 5的机架／组寻址86

3．5．2 SLC 500基于机架／槽的寻址89

3．5．3其他经销商的基于机架／槽的PLC寻址方式93

3．5．4基于标签的寻址93

3．6内部控制继电器位寻址97

3．6．1 PLC 5和SLC 500二进制位寻址97

3．6．2 ControlLogix二进制位寻址100

3．6．3保持和非保持存储器101

3．7状态数据寻址101

3．7．1 PLC 5和SLC 500状态数据寻址101

3．7．2 Logix系统状态102

3．8 Allen-Bradley输入指令及输出线圈102

3．8．1检查是否闭合及检查是否打开指令103

3．8．2输出能量、输出密封和输出非密封指令106

3．9输入、输出和扫描时间108

3．9．1扫描时间108

3．9．2链接输入和输出109

3．9．3处理蓄液罐应用110

3．10 PLC程序设计和继电器梯形逻辑转换112

3．10．1检查是否闭合及检查是否打开选项113

3．10．2多输入115

3．10．3多输出118

3．10．4经验程序设计118

3．10．5将继电器逻辑转换到PLC解决方案122

3．11梯形逻辑控制系统的故障排除125

3．11．1系统故障排除工具125

3．11．2故障排除顺序129

3．11．3输入和输出模块的故障排除129

问题131

网页和数据表问题132

常见习题133

PLC 5习题133

SLC 500习题134

ControlLogix习题134

挑战习题134

第4章 程序定时器136

4．1目的和目标136

4．2机械定时继电器136

4．2．1定时触点137

4．2．2瞬间触点138

4．2．3定时继电器操作139

4．2．4选择定时继电器140

4．3电子定时继电器140

4．4 PLC定时器指令140

4．5 Allen-Bradley定时器指令140

4．5．1 Allen-Bradley定时器符号及参数141

4．5．2 Allen-Bradley定时器位143

4．5．3 Allen-Bradley的TON，TOF和RTO指令143

4．6 Allen-Bradley定时器参数和位地址146

4．6．1 PLC 5和SLC 500定时器内存映射146

4．6．2 ControlLogix定时器编址147

4．6．3定时器触点和PLC指令148

4．7 Allen-Bradley的TON和TOF定时器梯形逻辑的编程148

4．7．1 Allen-Bradley的TON定时器的标准梯形逻辑148

4．7．2 Allen-Bradley的TOF定时器的标准梯形逻辑151

4．7．3 Allen-Bradley的TON和TOF定时器应用151

4．8 Allen-Bradley保持定时器156

4．8．1 RTO定时器的复位指令和其他Allen-Bradley指令157

4．9级联定时器159

4．10使用PLC定时器的经验设计过程160

4．10．1在处理过程中加入定时器161

4．11继电器逻辑定时器梯形图到PLC逻辑图的转换166

4．12带定时器的梯形梯级的故障排除167

4．12．1定时器梯形逻辑的故障排除168

4．12．2暂时结束指令168

4．13指令的位置169

问题169

网页和数据表问题170

常见习题170

PLC 5习题170

SLC 500习题171

ControlLogix习题171

挑战习题172

第5章 程序计数器173

5．1目的与目标173

5．2机械与电子计数器173

5．3 Allen-Bradley公司计数器介绍174

5．3．1计数器输出位175

5．4 Allen-Bradley计数器及其复位指令176

5．4．1 PLC 5和SLC 500计数器与复位编址176

5．4．2 Logix计数器指令179

5．4．3 计数器的标准梯形逻辑180

5．4．4 Allen-Bradley加法计数器183

5．4．5 Allen-Bradley减法计数器188

5．4．6 Allen-Bradley加／减计数器189

5．4．7 Allen-Bradley单步指令190

5．5级联计数器193

5．6 PLC计数器的经验设计过程193

5．6．1将计数器加入处理过程194

5．7继电器逻辑计数梯形图到PLC逻辑图的转换197

5．8计数器梯形逻辑的故障排除198

5．8．1挂起指令198

5．8．2处理速度和扫描时间199

5．9指令的位置200

问题200

网页和数据表问题201

常见习题201

PLC 5习题202

SLC 500习题203

ControlLogix习题203

挑战习题203

第6章 算术及移动指令205

6．1目的和目标205

6．2二进制算术205

6．3有符号的二进制数值207

6．4 Allen-Bradley算术指令208

6．4．1算术指令的结构209

6．5 Allen-Bradley算术和移动指令的运算210

6．5．1加法指令211

6．5．2减法指令212

6．5．3乘法指令212

6．5．4除法指令213

6．5．5平方根指令215

6．5．6移动指令217

6．6 Allen-Bradley算术和移动指令的标准梯形逻辑图218

6．7数学和移动指令的经验设计过程224

6．7．1在过程中加入数学和移动指令224

6．8数学和移动梯形逻辑的故障排除229

6．8．1 SLC 500测试模式230

6．9指令的位置231

问题231

网页和数据表问题232

常见习题232

PLC 5习题233

SLC 500习题233

ControlLogix习题234

挑战习题234

第7章 转换和比较指令236

7．1目的和目标236

7．2二进制编码的十进制系统236

7．2．1 Allen-Bradley的BCD指令和标准梯形逻辑图238

7．3十六进制系统245

7．4比较指令结构245

7．5 Allen-Bradley的比较指令247

7．5．1 EQU，NEQ，LES和GRT比较指令的标准梯形逻辑247

7．5．2 LEQ，GEQ，MEQ和LIM比较指令的标准梯形逻辑248

7．5．3多指令和滞后的标准梯形逻辑250

7．6带有BCD转换和比较指令的经验设计过程252

7．6．1将BCD转换指令加入到过程中252

7．6．2在过程中加入比较指令254

7．6．3过程反应釜设计254

7．6．4气动自动装置设计260

7．7 BCD转换和比较梯形逻辑的故障诊断262

7．7．1带有模块指示灯的故障诊断263

7．8指令的位置265

问题267

网页和数据表问题268

常见习题269

PLC 5习题269

SLC 500习题270

ControlLogix习题270

挑战习题270

第8章 程序控制指令272

8．1目的和目标272

8．2程序控制指令272

8．3 Allen-Bradley的程序控制指令272

8．3．1主控复位指令273

8．3．2跳转和标记区域控制指令275

8．3．3子程序指令279

8．3．4 PLC 5和SLC 500子程序指令281

8．3．5 PLC 5和ControlLogix的子程序指令选项286

8．4 Allen-Bradley的立即输入和输出指令293

8．4．1 PLC 5的立即输入和输出指令293

8．4．2 SLC 500的立即输入和输出指令294

8．4．3 ControlLogix的立即输出指令295

8．5带有程序控制指令的经验设计297

8．5．1在处理过程中加入程序控制指令297

8．6对梯形逻辑中的程序控制指令进行故障诊断298

8．7指令的位置299

问题299

网页和数据表问题300

常见习题300

PLC 5习题303

SLC 500习题303

ControlLogix习题304

挑战习题304

第9章 间接和变址寻址305

9．1目的和目标305

9．2 Allen-Bradley的寻址模式305

9．2．1直接寻址305

9．2．2间接寻址306

9．2．3变址寻址306

9．2．4变址间接寻址307

9．2．5 PLC 5，SLC 500和Logix系统的语法308

9．3间接和变址寻址的经验设计311

9．3．1在过程中加入间接和变址寻址311

9．4梯形逻辑中间接和变址寻址的故障诊断315

问题315

网页和数据表问题316

常见习题316

PLC 5习题316

SLC 500习题317

ControlLogix习题317

挑战习题317

第二部分 高级PLC指令和应用320

第10章 数据处理指令与移位寄存器320

10．1目的和目标320

10．2数据处理320

10．2．1字中的位格式321

10．2．2文件中的字格式321

10．3 Allen-Bradley数据转移和操作指令322

10．3．1 AND，OR和XOR指令322

10．3．2文件-算术-逻辑指令324

10．3．3移位寄存器328

10．3．4先入先出（FIFO）功能335

10．3．5后入先出（LIFO）功能337

10．3．6复制和填充指令339

10．4位和字操作指令的经验设计过程342

10．5梯形图逻辑中的故障排除数据处理指令和移位寄存器346

10．6指令的位置346

问题347

网页和数据表问题348

常见习题348

PLC 5习题348

SLC 500习题349

ControlLogix习题349

挑战习题349

第11章 PLC顺序控制功能350

11．1目的和目标350

11．2机电顺序控制350

11．3基本的PLC顺序控制功能351

11．4 Allen-Bradley的顺序控制器指令352

11．4．1 PLC 5．SLC 500 SQO和SQC顺序控制器指令结构352

11．4．2 PLC 5和SLC 500的SQO指令操作353

11．4．3 ControlLogix SQO顺序控制器指令354

11．4．4 PLC 5和ControlLogix顺序控制器输入指令361

11．4．5顺序控制器比较（SQC）指令367

11．4．6顺序控制器载入（SQL）指令368

11．5级联顺序控制器369

11．6具有顺序控制器指令的经验设计过程370

11．6．1在过程中添加顺序控制指令370

11．7顺序控制器指令的故障排除372

11．8指令的位置372

问题372

网页和数据表问题373

常见习题373

PLC 5习题374

SLC 500习题375

ControlLogix习题375

挑战习题375

第12章 模拟传感器和控制系统377

12．1目的与目标377

12．2模拟传感器377

12．2．1温度传感器377

12．2．2压力传感器380

12．2．3流量传感器382

12．2．4位置传感器388

12．2．5视觉系统389

12．2．6模拟传感器故障排除396

12．3模拟模块与现场设备接口397

12．3．1模拟输入和输出数据398

12．3．2 PLC 5，SLC 500和Logix的选项398

12．4闭环控制系统398

12．4．1直接作用和反作用控制器399

12．4．2闭环系统分析400

12．4．3负载变化——过程干扰402

12．5有效控制系统的特性402

12．5．1瞬时响应403

12．5．2对变化做出响应403

12．5．3控制器的响应与衰减404

12．5．4瞬时响应选项405

12．5．5稳态响应406

12．5．6理解稳态误差406

12．5．7稳态误差的校正409

12．5．8控制器增益的副作用413

12．5．9利用偏置的稳态误差校正414

12．5．10稳定性414

12．6比例增益控制器故障排除416

问题416

网页和数据表问题418

挑战习题418

第13章 PLC标准IEC 61131-3功能块图420

13．1目的与目标420

13．2 PLC标准420

13．2．1 IEC 61131-3标准语言421

13．3功能块图422

13．3．1信号流类型、执行顺序和数据锁存424

13．3．2反馈回路425

13．3．3功能块图程序开发顺序425

13．3．4 Allen-Bradley RSLogix 5000 FBD编程427

13．4功能块图的经验设计429

13．4．1标准功能块控制解决方案429

13．5 Allen-Bradley产品和演示软件的网站437

问题440

ControlLogix习题441

第14章 间歇控制与连续过程控制442

14．1目的与目标442

14．2过程控制442

14．3间歇控制器443

14．3．1开关量控制443

14．3．2双位控制444

14．3．3浮动控制448

14．4连续控制器449

14．4．1比例控制449

14．4．2比例积分控制452

14．4．3比例微分控制454

14．4．4比例积分加微分控制458

14．4．5模糊控制459

14．5数字控制461

14．5．1数字采样和保持461

14．5．2比例控制模式462

14．5．3积分控制模式464

14．5．4微分控制模式465

14．6过程控制中的缩放466

14．7手动控制模式和无扰切换466

14．8指令位置467

问题467

网页和数据表问题468

ContrlLogix习题468

第15章 可编程控制器标准IEC 61131-3——结构化的文本语言469

15．1目的和目标469

15．2 IEC 61131-3文本语言综述469

15．3 Allen-Bradley IEC 61131结构化文本实施469

15．4结构化文本编程470

15．4．1赋值语句470

15．4．2表达式470

15．4．3运算符和函数471

15．4．4关系运算符472

15．4．5逻辑运算符和位运算符472

15．4．6结构体473

15．5结构化文本语言的经验设计477

15．5．1标准结构化文本控制方案477

15．5．2离散和过程实施480

问题482

习题483

第16章 基于IEC 61131-3的PLC标准——顺序功能图484

16．1目的和目标484

16．2 IEC 61131-3标准语言484

16．3顺序功能图484

16．3．1标准顺序功能图序列484

16．3．2顺序功能图顺序486

16．3．3顺序功能图“步”的编程487

16．4 Allen-Bradley产品和演示软件的网站496

问题496

ControlLogix习题496

第17章 工业网络和分布式控制498

17．1目的和目标498

17．2可编程逻辑控制器网络体系结构498

17．3以太网499

17．3．1以太网的使用500

17．3．2工业以太网协议500

17．4控制网500

17．4．1控制网的操作501

17．4．2控制网的特点501

17．5设备网501

17．5．1设备网的操作502

17．5．2设备网的特点502

17．6专用网络接口503

17．6．1 SERCOS接口503

17．6．2智能化输入／输出接口503

17．6．3远程输入／输出接口504

17．6．4串行通信接口504

17．6．5无线接口505

17．6．6人机界面506

17．7网络应用507

17．7．1 Profibus网络507

17．7．2高速数据公路网络508

17．7．3 Modbus网络509

17．8网络系统故障诊断510

17．9集散控制511

17．10分布式I／O512

17．10．1 in-cabinet输入／输出512

17．10．2 on-machine输入／输出512

17．11网络选择和设计513

17．12工业网络的网站515

问题516

网页和数据表问题517

习题517

附录A 术语表518

附录B PLC模块接口电路527

附录C 可编程逻辑控制器历史531