前 言
《中國(guó)制造2025》由國(guó)務(wù)院于2015年5月發(fā)布，提出了中國(guó)制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)三個(gè)十年的“三步走”戰(zhàn)略，是第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)。其基本方針是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本；基本原則是市場(chǎng)主導(dǎo)，政府引導(dǎo)、立足當(dāng)前，著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)、整體推進(jìn)，重點(diǎn)突破、自主發(fā)展，開放合作；戰(zhàn)略目標(biāo)是立足國(guó)情，立足現(xiàn)實(shí)，力爭(zhēng)通過(guò)“三步走”實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)。其中，加快推動(dòng)新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)融合發(fā)展，把智能制造作為兩化深度融合的主攻方向；著力發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品，推進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程智能化，培育新型生產(chǎn)方式，全面提升企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)的智能化水平，推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合是其重點(diǎn)之一。
當(dāng)前，機(jī)器人應(yīng)用正在擴(kuò)展到越來(lái)越多的行業(yè)，包括3D打印、農(nóng)業(yè)、裝配、建筑、電子、物流和倉(cāng)儲(chǔ)、生產(chǎn)制造、醫(yī)藥、采礦以及運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)都能看到機(jī)器人的身影。此外，在生產(chǎn)制造行業(yè)，安全防范意識(shí)的提升，對(duì)于重復(fù)性勞動(dòng)帶來(lái)傷害的重視，都成為工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的助推力。
PLCopen國(guó)際組織在構(gòu)筑工控編程環(huán)境開放性的同時(shí)，還孜孜不倦地為提高工業(yè)自動(dòng)化的工作效率進(jìn)行最基礎(chǔ)性的規(guī)范工作。其主要成果之一就是構(gòu)筑工控編程軟件包的開發(fā)環(huán)境；同時(shí)，還在這些編程系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將其發(fā)展為統(tǒng)一工程平臺(tái)。與智能制造緊密相關(guān)的主要工作有：
運(yùn)動(dòng)控制規(guī)范。在IEC模塊化的開發(fā)環(huán)境里加入了運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，將PLC和運(yùn)動(dòng)控制的功能組合在控制軟件的編制中。
機(jī)械安全規(guī)范。和德國(guó)TüV公司合作規(guī)定了IEC 61131-3框架內(nèi)的安全功能及其應(yīng)用。
IEC 61131-3的XML格式規(guī)范。為實(shí)現(xiàn)在不同的軟件開發(fā)環(huán)境之間交換程序、函數(shù)/功能塊庫(kù)和工程項(xiàng)目，IEC 61131-3規(guī)范了這些數(shù)據(jù)交換的接口。
IEC 61131-3的OPC信息模型。將OPC UA技術(shù)和IEC 61131-3組合成一個(gè)獨(dú)立于制造廠商的信息和通信架構(gòu)的平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化結(jié)構(gòu)提供了一種全新的選擇。
為此，PLCopen國(guó)際組織注重與許多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和基金會(huì)（譬如ISA、OPC基金會(huì)等）的合作，開發(fā)了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，為智能制造和工業(yè)4.0的應(yīng)用和發(fā)展，打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
為適應(yīng)我國(guó)智能制造的發(fā)展，編者根據(jù)IEC 61131-3第三版、PLCopen國(guó)際組織的運(yùn)動(dòng)控制和安全等有關(guān)規(guī)范，編寫了本書。本書共6章。第1章介紹了IEC 61131-3編程語(yǔ)言第三版的內(nèi)容，根據(jù)基于面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，IEC 61131-3第三版增加了有關(guān)類、方法、功能塊類型、引用、接口、動(dòng)態(tài)名綁定、命名空間等內(nèi)容，對(duì)封裝、多態(tài)和繼承等內(nèi)容進(jìn)行介紹。第2～4章對(duì)PLCopen規(guī)范的各種編程語(yǔ)言進(jìn)行分類介紹和討論其應(yīng)用示例。
結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制理論，本書第5章介紹運(yùn)動(dòng)控制的基本概念，包括運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、坐標(biāo)系及其變換、插補(bǔ)技術(shù)、狀態(tài)圖、軸、軸組、緩沖模式、過(guò)渡模式、電子凸輪、電子齒輪、協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)、同步運(yùn)動(dòng)等；討論了運(yùn)動(dòng)控制功能塊的基本功能，并介紹管理類和運(yùn)動(dòng)類運(yùn)動(dòng)控制功能塊，包括單軸和多軸，協(xié)調(diào)和同步運(yùn)動(dòng)控制功能塊。
針對(duì)由電氣或電子和可編程電子部件構(gòu)成、起安全功能的電氣/電子/可編程電子系統(tǒng)，本書第5章還介紹了安全的基本概念。PLCopen將邏輯、運(yùn)動(dòng)和安全結(jié)合在一個(gè)開發(fā)環(huán)境中，簡(jiǎn)化應(yīng)用環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)環(huán)境的有效解決方案。為此，本書介紹了安全相關(guān)功能塊和通用規(guī)則等內(nèi)容，提供了應(yīng)用示例。
自查德創(chuàng)立模糊集理論以來(lái)，由于無(wú)需對(duì)被控過(guò)程建立數(shù)學(xué)模型和模糊控制的強(qiáng)魯棒性，模糊控制受到廣泛的應(yīng)用，為此，本書第5章依據(jù)IEC 61131-6的標(biāo)準(zhǔn)文本和其他參考資料介紹模糊控制基本概念，包括模糊集、隸屬函數(shù)、隸屬函數(shù)運(yùn)算、模糊控制基本結(jié)構(gòu)等，討論了模糊控制功能塊和其實(shí)現(xiàn)方法。
本書第6章用大量示例說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的各種應(yīng)用，既有用梯形圖和功能塊圖編程語(yǔ)言編程的示例，也有用指令表和結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言編程的示例，最后，還討論了用順序功能表圖編程語(yǔ)言編程的示例。
編寫本書的目的是為中國(guó)制造2025提供較全面的編程語(yǔ)言培訓(xùn)教材。因此，本書對(duì)PLC的硬件沒(méi)有介紹，有關(guān)硬件內(nèi)容可參考各制造商的產(chǎn)品說(shuō)明書。由于采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言介紹編程技術(shù)，因此，與專用制造商編程語(yǔ)言的培訓(xùn)教材不同，本書的適應(yīng)面廣，學(xué)習(xí)一次，得益終身。同時(shí)，也是響應(yīng)教育部關(guān)于發(fā)展新工科高等教育，進(jìn)行工業(yè)控制通識(shí)教育的一次嘗試。
本書由彭瑜、何衍慶編著。本書的編寫得到PLCopen中國(guó)組織PC5的積極支持和幫助，得到上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院和華東理工大學(xué)等單位的關(guān)心和支持，同時(shí)PLCopen、ABB、GE、菲尼克斯軟件、倍福、施耐德、羅克韋爾等組織和公司有關(guān)技術(shù)人員為本書的編寫提供了大量資料和技術(shù)支持，謹(jǐn)在此一并表示誠(chéng)摯的謝意。本書編寫過(guò)程中，參考了相關(guān)專業(yè)書籍和產(chǎn)品說(shuō)明書，在此向有關(guān)作者和單位表示衷心感謝。
由于編者水平所限，錯(cuò)漏在所難免，敬請(qǐng)讀者不吝指正。

編 者