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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PLC 4

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PLC 20

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／O 512

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