高級PLC硬件和編程：基于Allen-Bradley和Siemens平臺的軟、硬件基礎和高級技術
定 價：99 元
叢書名：工業(yè)自動化與智能化叢書
- 作者：[美] 弗蘭克·蘭姆（Frank Lamb）
- 出版時間：2023/7/1
- ISBN：9787111729136
- 出 版 社：機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TM571.61
- 頁碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開本：16開
本書對PLC（可編程邏輯控制器）的硬件和軟件進行了全面的論述。全書共分為三部分。
第1部分從通用的角度介紹了PLC，討論了所有平臺共有的功能及差異。第2部分涵蓋高級PLC主題，包括計劃和組織PLC代碼。第3部分介紹Allen-Bradley 品牌的PLC平臺及其實踐案例。
本書內(nèi)容全面，涵蓋了西門子和Allen-Bradley的PLC主題，安排合理，闡述簡明，實用性強，可供自動化工程師參考閱讀。
前 言
本書基于我2016年在AuthorHouse自行出版的PLC Hardware and Programming Multi-Platform。這是一本培訓手冊，供我在定制PLC培訓課程時使用。由于各PLC平臺有很多共同之處，所以我在講特定品牌的課程時決定采用通用方式介紹所講授的內(nèi)容。
自2013年以來，我為一家加拿大公司工作，在美國和北美其他地區(qū)講授艾倫–布拉德利（Allen-Bradley，AB）和西門子（Siemens）自動化培訓課程，該公司名為Automation Training，提供PLC、HMI（人機交互）和SCADA（監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）產(chǎn)品相關課程。大多數(shù)學生希望在特定的平臺上接受培訓—在北美，主要是Allen-Bradley和Siemens平臺。其他平臺在美國也很常見，但由于沒有足夠的培訓需求，所以除了制造商的課程以外沒有其他培訓材料。雖然Automation Training公司也提供歐姆龍（Omron）、三菱（Mitsubishi）和莫迪康（Modicon）產(chǎn)品相關的培訓課程，但需求寥寥。為了可以在培訓地點使用PLC訓練機和筆記本計算機，并支付教員的差旅費和培訓費，至少需要3名學生報名才能開課。
因為我的辦公地方還有很大空間，所以我在桌面上搭建了一個“迷你工廠”，專門用于高級PLC技術的定制培訓。由于缺少硬件，我很難編寫出復雜的順序邏輯和接口例程，所以我花了大量時間尋找培訓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，而且沒有反映出我需要強調(diào)的技術。
在迷你工廠（見圖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裝置搭建了一款訓練機，通過它講授一些高級概念，例如自動順序控制、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Siemens S7-300，以及一個帶有容器、泵和閥門的過程控制區(qū)。PLC可以通過電纜和插頭連接到任何一臺訓練機上。
圖1 迷你工廠
建立這個高級培訓演示意味著我的書面材料里必須涵蓋這些高級技術。除了在Automation Training公司的課程里講授不同PLC平臺的指令集外，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）的實習生、工程師及客戶授課。Automation NTH有一個名為“NTH大學”的培訓項目，為其內(nèi)部員工提供培訓。其中一個標準的培訓課程是利用一個傳送帶和氣動推料器以及幾個傳感器和一個可移動料倉來講授如何搭建PLC應用程序。講授這門課需要撰寫和完善文件實驗說明，這也增加了在培訓中動手操作設備的價值，學生很喜歡這門課。
Automation NTH為我制作了PLC訓練機，如圖2所示。講授這些課程需要我編寫介紹高新技術的資料，這樣學生就可以學習到實際工業(yè)生產(chǎn)中使用的技術。一般來說，學生對他們在設施中使用的特定平臺感興趣。因此，培訓課程通常針對特定平臺的指令系統(tǒng)進行教學，相應的練習也需同步。典型的訓練機都配有按鈕、指示燈、電位器和儀表，學生編寫的程序可以與它們相連接。
圖2 PLC訓練機
圖2顯示，Automation NTH的訓練機有一個內(nèi)置的艾倫–布拉德利觸摸屏操作員界面（Allen-Bradley PanelView Plus HMI）。訓練機上有緊急停止按鈕、循環(huán)啟動按鈕和循環(huán)停止按鈕，以及一根連接訓練機與傳送帶的電纜。此外，訓練機上還有多色指示器，可用于模擬堆棧指示燈。
在編寫了PLC編程通用方法手冊之后，我意識到大多數(shù)學生學習時需要了解特定平臺的信息。我為Allen-Bradley ControlLogix平臺的Automation NTH培訓課程創(chuàng)建了一個硬件，當我構(gòu)建自己的一些訓練機時，我把它也擴展到了SLC和MicroLogix。
自搬家以來，已經(jīng)有幾個學生來到我的學校參加定制培訓課。其中一個學生用的是之前展示的迷你工廠，還有幾個學生用的是我自己做的訓練機。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平臺上搭建自己的多個訓練機。
我在設計訓練機時考慮到了幾個重要的條件。我需要它們比市面上能買到的訓練機便宜。除了購買PLC的費用，訓練機的成本大部分是按鈕和指示器的接線成本與勞動力成本。
我找到了幾款便宜的觸摸屏，并將其安裝在我的訓練機上進行了評估。我決定不把按鈕連接到主面板上，而是把它們做成一個配件。我編寫了一個帶有64個按鈕和指示器的7in（1in=25.4mm）彩色觸摸屏程序，還制作了用于顯示和修改64個整數(shù)和32個實數(shù)或浮點數(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練機
我的新訓練機有緊急停止按鈕、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)機械使用這些裝置，它們在與PLC程序連接時非常重要，并為我提供了講授實際應用的機會。
我還將一根電纜連接到訓練機上，以便它與外部設備連接，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，我研究了訓練機和模擬器，發(fā)現(xiàn)學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9V直流系統(tǒng)上建造了一個帶有控制器的建筑“玩具”，它還建造了一個24V的系
目 錄
譯者序
前言
第一部分 PLC硬件及編程
第1章 計算機和PLC的歷史及演變 3
1.1 巴貝奇分析機 3
1.2 繼電器邏輯 4
1.3 機電式計算機 4
1.4 第一臺電子計算機 5
1.5 早期的計算機內(nèi)存 6
1.6 個人計算機的發(fā)展 7
1.7 PLC的誕生 9
1.8 PLC的改進 11
1.9 PLC發(fā)展時間線 13
1.10 PLC與計算機的歷史參考書目 13
1.11 PLC的物理布局 17
1.12 I/O 17
1.12.1 數(shù)字/離散設備 17
1.12.2 模擬設備 18
1.12.3 數(shù)字信號接線 19
1.12.4 模擬信號接線 22
1.12.5 電池/內(nèi)存?zhèn)浞荨?4
1.13 通信技術 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 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)存儲器的組織方式 38
2.2.1 I/O尋址 39
2.2.2 程序存儲 40
2.3 硬件配置 40
第3章 PLC處理器 44
3.1 IEC 61131-3編程語言 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 定時器 56
3.4.1 通電延時 56
3.4.2 斷電延時 57
3.4.3 保持通電延時 58
3.4.4 脈沖 58
3.5 計數(shù)器 59
3.6 數(shù)據(jù)和文件移動 61
3.6.1 移動 61
3.6.2 屏蔽移動和移位 62
3.6.3 文件復制 63
3.7 比較 63
3.8 數(shù)學指令 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 高級運算 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 運動控制指令 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 維護和故障排除 77
3.12.1 強制 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 預備知識 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 故障和報警例程 95
4.2.5 自動序列例程 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 訓練機和模擬機 114
第5章 編程實驗：具有顏色識別功能的料倉分揀裝置 116
5.1 訓練機 116
5.2 Allen-Bradley MicroLogix型可編程邏輯控制器 118
5.3 具有顏色識別功能的料倉分揀裝置 126
第三部分 PLC平臺
第6章 Allen-Bradley PLC 131
6.1 MicroLogix和SLC系列 132
6.1.1 MicroLogix和SLC平臺 132
6.1.2 MicroLogix和SLC存儲寄存器 136
6.1.3 MicroLogix和SLC指令 137
6.1.4 使用RSLogix 500啟動和編輯項目 143
6.2 CompactLogix和ControlLogix系列 147
6.2.1 CompactLogix和ControlLogix平臺 147
6.2.2 CompactLogix和ControlLogix指令 152
6.2.3 使用RSLogix 5000啟動和編輯項目 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 全局標簽 167
6.3.4 程序（局部）標簽 168
6.3.5 別名 169
6.4 Add-On指令 169
6.5 其他語言 175
6.6 Allen-Bradley的通信軟件RSLinx 176
6.6.1 以太網(wǎng)設備 178
6.6.2 以太網(wǎng)/IP驅(qū)動 179
第7章 Siemens PLC 180
7.1 術語、平臺及指令 181
7.1.1 術語 181
7.1.2 S7-300平臺和S7-400平臺 182
7.1.3 S7-1200平臺和S7-1500平臺 192
7.1.4 指令 203
7.2 塊、數(shù)據(jù)和語句表 209
7.2.1 塊 209
7.2.2 數(shù)據(jù) 215
7.2.3 語句表 218
7.3 其他語言 221
7.3.1 功能框圖 222
7.3.2 結(jié)構(gòu)化控制語言 222
7.3.3 S7多語言示例：節(jié)點故障 224
7.3.4 S7 Graph 228
7.4 設置PG-PC接口 228
附錄
附錄A 主要的PLC平臺 234
附錄B ASCII表 236
附錄C 第一部分練習答案 239
附錄D 第二部分實驗答案 247
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