本書(shū)將國(guó)際工程認(rèn)證教育理念、微觀(guān)課程改革目標(biāo)、大學(xué)生認(rèn)知能力相結(jié)合,提出通過(guò)一個(gè)實(shí)際工程項(xiàng)目的調(diào)研、設(shè)計(jì)、實(shí)施、完成全過(guò)程培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維、工程意識(shí)、質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)、創(chuàng)新意識(shí),并與項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)行為引導(dǎo)教學(xué)方法相配合;教材內(nèi)容圖文并茂,便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)并通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。本書(shū)是自動(dòng)化系列基礎(chǔ)教材之一,是“工業(yè)自動(dòng)化”、“低壓電器”和“PLC應(yīng)用”三門(mén)課程主要內(nèi)容的有機(jī)結(jié)合。內(nèi)容包括工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)、繼電接觸器控制、PLC控制。在內(nèi)容安排上,以項(xiàng)目為主線(xiàn),力求邏輯性強(qiáng),按照從易到難,從硬件設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)的順序安排內(nèi)容,由淺至深,循序漸進(jìn)。從知識(shí)面上,本書(shū)不僅包括電氣控制技術(shù)、可編程控制技術(shù),還包括網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、人機(jī)界面監(jiān)控技術(shù),以擴(kuò)大學(xué)生知識(shí)面,加快知識(shí)更新。
繼18世紀(jì)以蒸汽機(jī)為象征的第一次工業(yè)革命以來(lái),19世紀(jì)末到20世紀(jì)上半葉電機(jī)的出現(xiàn)又引發(fā)了第二次工業(yè)革命,標(biāo)志著人類(lèi)進(jìn)入了電氣化時(shí)代。電子信息技術(shù)的發(fā)展使得生產(chǎn)和消費(fèi)從工業(yè)化向自動(dòng)化、可視化、遠(yuǎn)程化和智能化時(shí)代轉(zhuǎn)變,推動(dòng)了PLC控制系統(tǒng)的研究與發(fā)展。近幾十年來(lái),PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域從汽車(chē)制造行業(yè)發(fā)展到鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè),功能從最初滿(mǎn)足汽車(chē)制造業(yè)必需的開(kāi)關(guān)邏輯控制功能發(fā)展到能滿(mǎn)足各行業(yè)的存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算、數(shù)字輸入和輸出功能,以便控制各類(lèi)機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。
本書(shū)以灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目為主線(xiàn)進(jìn)行內(nèi)容的編排以培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維;通過(guò)實(shí)際工程項(xiàng)目任務(wù)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣;通過(guò)每個(gè)流程需要提交成果并最終完成一個(gè)完整項(xiàng)目報(bào)告和附件培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí);通過(guò)項(xiàng)目范例樹(shù)立學(xué)生的質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)意識(shí);以及通過(guò)開(kāi)放式項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。
本書(shū)內(nèi)容包括工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施中的電氣控制部分和PLC控制部分,詳細(xì)介紹了工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)理念、流程以及實(shí)現(xiàn)過(guò)程,包括PLC控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、人機(jī)界面設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)等方面的內(nèi)容。并以西門(mén)子最近推出的S7-1200系列PLC為主要對(duì)象,以灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的控制項(xiàng)目為主線(xiàn),以項(xiàng)目任務(wù)卡的方式貫穿始終,突出實(shí)踐,與時(shí)俱進(jìn)。全書(shū)共9章,第1章為概述,描述了工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展及未來(lái)。第2章介紹了工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程以及每個(gè)階段成果,引出全書(shū)主線(xiàn)灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目并進(jìn)行了調(diào)研和總體方案設(shè)計(jì)。第3章主要內(nèi)容是自動(dòng)化項(xiàng)目的電氣控制,介紹了常用的低壓電氣設(shè)備以及電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范,并在常用電氣控制線(xiàn)路的基礎(chǔ)上完成了灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目的電氣控制設(shè)計(jì)。第4章介紹了PLC的基本知識(shí),重點(diǎn)在S7-1200的特點(diǎn)。第5章介紹了S7-1200系列PLC的各種模塊,實(shí)現(xiàn)了灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。第6章在指令介紹的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了項(xiàng)目的控制程序,實(shí)現(xiàn)了灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、急停和復(fù)位等功能,并完成了計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)和報(bào)警功能。第7章介紹了PLC的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),并描述了S7-1200和PM125通過(guò)PROFIBUSDP進(jìn)行通信的實(shí)例。第8章介紹了上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì),為灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目組態(tài)了6個(gè)畫(huà)面,還設(shè)置了報(bào)警和用戶(hù)管理。第9章對(duì)前述內(nèi)容進(jìn)行了整理總結(jié)并給出了項(xiàng)目報(bào)告格式和使用說(shuō)明書(shū)示例。
本書(shū)獲得了北京市青年拔尖人才項(xiàng)目(CIT&TCD201401091)和北京聯(lián)合大學(xué)校企合作特色教材項(xiàng)目的資助,由北京聯(lián)合大學(xué)王淑芳編著完成。在編寫(xiě)過(guò)程中,教學(xué)團(tuán)隊(duì)的席巍、鄭業(yè)明、李軍、李明海、張東波、郭洪紅參與了校對(duì)工作,西門(mén)子(中國(guó))有限公司的元娜、李冰冰、蒙文強(qiáng)等提供了技術(shù)支持,在此一并表示真摯的謝意。由于編者水平有限,書(shū)中難免存在不足和錯(cuò)誤之處,懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編者
前言
第1章工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)概述
11工業(yè)自動(dòng)化概念
12電氣控制的歷史與發(fā)展
13PLC控制的歷史與發(fā)展
第2章工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)
21工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求
22工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程
221確定系統(tǒng)總體控制方案
222制定電氣控制方案
223確定控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)
224硬件選型與配置
225I/O分配
226PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
227PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
228上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
229現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)試
2210項(xiàng)目歸檔
23灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)介紹
任務(wù)一灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目調(diào)研及整體方案設(shè)計(jì)
第3章工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目的電氣控制
31電氣控制要求
32電氣設(shè)備
33常用低壓電器設(shè)備
331低壓配電電器
332低壓主令電器
333低壓控制電器
334低壓保護(hù)電器
335低壓執(zhí)行電器
336低壓信號(hào)電器
34電氣控制線(xiàn)路設(shè)計(jì)規(guī)范及讀圖方法
341電氣控制系統(tǒng)線(xiàn)路設(shè)計(jì)要求及規(guī)范
342電氣控制線(xiàn)路讀圖方法
35常用電氣控制線(xiàn)路及其保護(hù)環(huán)節(jié)
351三相異步電動(dòng)機(jī)起保停線(xiàn)路及其保護(hù)環(huán)節(jié)
352三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線(xiàn)路及其保護(hù)環(huán)節(jié)
353他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串三級(jí)電阻起動(dòng)及其保護(hù)環(huán)節(jié)
36灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)電氣控制方案設(shè)計(jì)要求
任務(wù)二灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)電氣控制部分設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
第4章PLC基礎(chǔ)
41PLC的產(chǎn)生和定義
42PLC的特點(diǎn)
43PLC的應(yīng)用
44PLC的分類(lèi)
441按照I/O點(diǎn)數(shù)容量分類(lèi)
442按照結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)
443按照使用情況分類(lèi)
45PLC的組成
451中央處理單元(CPU)
452存儲(chǔ)器
453輸入/輸出單元
454電源
455I/O擴(kuò)展接口
456通信接口
457智能單元
458外部設(shè)備
46PLC的工作特點(diǎn)
461PLC的掃描周期
462輸入/輸出映像寄存器
463PLC的輸入/輸出滯后
464PLC的工作模式
465PLC的技術(shù)性能指標(biāo)
47S7-1200 PLC的特點(diǎn)
第5章工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目的PLC控制硬件設(shè)計(jì)
51PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)步驟與要求
511計(jì)算輸入/輸出設(shè)備
512PLC機(jī)型選擇
513PLC容量估算
514設(shè)計(jì)電氣原理圖和接線(xiàn)圖
52S7-1200 PLC基本介紹
521S7-1200 PLC硬件模塊
522CPU模塊
523信號(hào)板及信號(hào)模塊
524集成通信接口及通信模塊
525S7-1200 PLC硬件安裝及規(guī)范
526安裝和拆卸CPU
527安裝和拆卸信號(hào)模塊
528安裝和拆卸通信模塊
529安裝和拆卸信號(hào)擴(kuò)展板
5210拆卸和安裝端子板連接器
任務(wù)三灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
53 S7-1200 PLC硬件接線(xiàn)規(guī)范
531安裝現(xiàn)場(chǎng)的接線(xiàn)
532使用隔離電路時(shí)的接地與電路參考點(diǎn)
533數(shù)字量輸入接線(xiàn)
534數(shù)字量輸出接線(xiàn)
535模擬量接線(xiàn)
任務(wù)四灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及接線(xiàn)
第6章工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目的PLC控制軟件設(shè)計(jì)
61自動(dòng)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)軟件——STEP 7 Basic
611STEP 7 Basic的功能
612STEP 7 Basic的安裝環(huán)境與安裝方法
613STEP 7 Basic中項(xiàng)目的創(chuàng)建過(guò)程
614新建項(xiàng)目過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法
615S7-1200 CPU的密碼保護(hù)功能
616程序塊的復(fù)制保護(hù)功能
617STEP 7 Basic中程序的上傳功能
618STEP 7在線(xiàn)幫助功能
任務(wù)五在STEP 7軟件中建立灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目并進(jìn)行硬件組態(tài)
62STEP 7編程基礎(chǔ)
621數(shù)制和編碼
622數(shù)據(jù)類(lèi)型及表示格式
623存儲(chǔ)區(qū)的尋址方式
624STEP 7 Basic編程語(yǔ)言
625STEP 7 Basic指令系統(tǒng)
63PLC的程序結(jié)構(gòu)與編程方法
631組織塊OB
632組織塊OB的優(yōu)先級(jí)
633功能塊FB和功能FC
634數(shù)據(jù)塊DB
635程序塊的編輯
636程序塊的編譯和下載
637程序塊的監(jiān)視與程序的調(diào)試
638塊的調(diào)用
639PLC的編程方法
64工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目程序結(jié)構(gòu)及符號(hào)表
641設(shè)計(jì)項(xiàng)目程序結(jié)構(gòu)
642創(chuàng)建用戶(hù)程序結(jié)構(gòu)
643建立項(xiàng)目變量表
任務(wù)六灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)PLC控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)及變量表
65工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目中數(shù)字量的處理
651觸點(diǎn)的邏輯關(guān)系
任務(wù)七設(shè)計(jì)灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)PLC控制系統(tǒng)手動(dòng)運(yùn)行程序
652置位輸出/復(fù)位輸出指令
653邊沿檢測(cè)指令
654復(fù)位優(yōu)先SR鎖存/置位優(yōu)先RS鎖存指令
任務(wù)八設(shè)計(jì)急停復(fù)位等程序和調(diào)用功能
66工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目中時(shí)間控制方法
67工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目中計(jì)數(shù)功能
任務(wù)九設(shè)計(jì)灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)PLC控制系統(tǒng)手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行程序
68工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目中數(shù)據(jù)處理方法
681移動(dòng)操作指令
682數(shù)學(xué)函數(shù)指令
683比較器操作指令
684轉(zhuǎn)換操作指令
任務(wù)十灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)PLC控制系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)程序設(shè)計(jì)
69故障診斷與程序調(diào)試方法
691CPU的在線(xiàn)和診斷功能
692使用程序編輯器調(diào)試程序
693使用變量表調(diào)試程序
694采用監(jiān)控與強(qiáng)制表監(jiān)視、修改和強(qiáng)制變量
695工具的使用
610工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目中模擬量的處理
6101模擬量輸入信號(hào)的采集
6102模擬量輸入信號(hào)的處理
任務(wù)十一灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)PLC控制系統(tǒng)合格檢驗(yàn)程序設(shè)計(jì)
611順序控制編程方法
任務(wù)十二灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)順序控制自動(dòng)運(yùn)行程序設(shè)計(jì)
第7章PLC的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及應(yīng)用
71通信基礎(chǔ)知識(shí)
711數(shù)據(jù)傳輸方式
712西門(mén)子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信
72S7-1200支持的通信
721PROFINET通信
722PROFIBUS通信
723簡(jiǎn)易通信模塊
73PROFINET通信
731PROFINET簡(jiǎn)介
732構(gòu)建PROFINET網(wǎng)絡(luò)
74PROFIBUS通信
741PROFIBUS簡(jiǎn)介
742PROFIBUS DP
第8章工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
81人機(jī)界面概述
811HMI的主要任務(wù)
812HMI項(xiàng)目設(shè)計(jì)方法
813SIMATIC精簡(jiǎn)系列面板
814WinCC(TIA Protal)簡(jiǎn)介
82建立一個(gè)WinCC Basic 項(xiàng)目
821直接生成HMI設(shè)備
822使用HMI設(shè)備向?qū)ЫM態(tài)畫(huà)面
823WinCC Basic項(xiàng)目組態(tài)界面
83KTP 600 Basic color PN觸摸屏的通信連接
831KTP 600 Basic color PN觸摸屏的硬件連接
832設(shè)置KTP 600 Basic color PN觸摸屏通信參數(shù)
833下載HMI組態(tài)
任務(wù)十三建立灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上位監(jiān)控項(xiàng)目
84定義變量
841變量的分類(lèi)
842變量的數(shù)據(jù)類(lèi)型
843編輯變量
85組態(tài)畫(huà)面
851設(shè)計(jì)畫(huà)面結(jié)構(gòu)與布局
852創(chuàng)建畫(huà)面
853畫(huà)面管理
854組態(tài)初始畫(huà)面
855組態(tài)運(yùn)行畫(huà)面
856組態(tài)參數(shù)設(shè)置畫(huà)面
857組態(tài)趨勢(shì)視圖畫(huà)面
任務(wù)十四組態(tài)灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控畫(huà)面
86報(bào)警
861報(bào)警的概念
862組態(tài)報(bào)警
863顯示報(bào)警信息
任務(wù)十五組態(tài)灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)中的報(bào)警
87用戶(hù)管理
871用戶(hù)管理的概念
872用戶(hù)管理的組態(tài)
873用戶(hù)管理的使用
任務(wù)十六組態(tài)用戶(hù)管理系統(tǒng)
88組態(tài)功能鍵
任務(wù)十七組態(tài)畫(huà)面中的功能鍵
89WinCC Basic項(xiàng)目的模擬調(diào)試
第9章項(xiàng)目文件整理
91灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目報(bào)告
任務(wù)十八灌裝生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目報(bào)告撰寫(xiě)
92灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目使用說(shuō)明書(shū)
任務(wù)十九灌裝生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目使用說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)
參考文獻(xiàn)