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《工業(yè)控制系統(tǒng)及應用PLC與人機界面》系統(tǒng)地闡述了工業(yè)控制系統(tǒng)的組成、體系結構、發(fā)展與應用技術, 對典型的工業(yè)控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)和監(jiān)控與數據采集(SCADA)系統(tǒng)進行了簡要介紹與對比,以使讀者了解工業(yè)控制系統(tǒng)的概貌及其不同特點。本書以羅克韋爾自動化Micro800可編程序控制器(PLC)為例,對PLC的工作原理、編程語言、應用系統(tǒng)設計技術、網絡通信等進行了重點介紹。對與PLC關聯緊密的人機界面技術及其應用技術也進行了分析。同時結合各類案例分析了Micro800 PLC在邏輯順序控制、過程控制與運動控制中的應用技術。*后闡述了包含工業(yè)控制系統(tǒng)功能安全與信息安全需求的工業(yè)控制系統(tǒng)設計、開發(fā)與應用技術,并介紹了如何使用RSLogix5000和FactoryTalk View Studio等軟件及CompactLogix控制器和Anybus以太網網關等硬件設計開發(fā)實驗室換熱過程對象工業(yè)控制系統(tǒng)。
《工業(yè)控制系統(tǒng)及應用PLC與人機界面》側重介紹了工業(yè)控制系統(tǒng)核心內容,重點分析了Micro850 PLC軟硬件系統(tǒng)及其在工業(yè)生產中的應用技術。在對工業(yè)控制系統(tǒng)核心知識介紹的基礎上,通過分析工業(yè)控制系統(tǒng)實際案例培養(yǎng)讀者的工業(yè)控制系統(tǒng)設計、開發(fā)和應用能力,具有實用性、新穎性和完整性。
《工業(yè)控制系統(tǒng)及應用PLC與人機界面》可作為自動化、測控技術與儀器、電氣工程及其自動化等相關專業(yè)大學本科生、研究生的教材,也可作為工業(yè)控制企業(yè)、自動化工程公司相關工程技術人員的參考書。

前言
工業(yè)控制系統(tǒng)在石油、化工、電力、交通、冶金、市政等關鍵基礎設施領域均得到了廣泛的應用,與企業(yè)管理系統(tǒng)構成了現代企業(yè)的綜合自動化系統(tǒng)。在工業(yè)4.0及工業(yè)互聯網中,工業(yè)控制系統(tǒng)處于底層核心地位。工業(yè)控制系統(tǒng)應用范圍廣,產品多樣化,與行業(yè)關聯度較高,更新發(fā)展速度較快,造成一些用戶對工業(yè)控制系統(tǒng)相關概念模糊,或者從某個行業(yè)或領域的應用局部、片面地理解工業(yè)控制系統(tǒng)。近年來,除了傳統(tǒng)的功能安全外,信息安全也成為工業(yè)控制系統(tǒng)中日益重要的內容。本書有針對性地介紹了工業(yè)控制系統(tǒng)類型、體系結構、組成、發(fā)展與應用,以使讀者能夠準確、全面地了解工業(yè)控制系統(tǒng)的基礎知識。本書以羅克韋爾自動化Micro850 PLC為例,結合典型工業(yè)控制系統(tǒng)應用案例,重點闡述了PLC的軟硬件及其編程技術, 對與PLC結合緊密的人機界面及其應用技術也做了介紹。
本書共分為7章。其中第1章概述性地介紹了工業(yè)控制系統(tǒng),包括工業(yè)控制系統(tǒng)組成、分類、發(fā)展及不同類型系統(tǒng)的比較,接著對PLC進行了介紹, 最后介紹了功能安全和安全儀表系統(tǒng)基本概念。第2章介紹了Micro850系列控制器硬件,包括主機、功能性插件和擴展模塊、控制器通信接口。第3章介紹了PLC編程語言及CCW軟件平臺。第4章介紹了Micro850 PLC指令系統(tǒng)。第5章是本書重點內容,通過大量的工程案例介紹了PLC程序設計技術。第6章介紹了工業(yè)人機界面與工業(yè)控制組態(tài)軟件。第7章介紹了工業(yè)控制系統(tǒng)設計與應用技術以及工業(yè)控制信息安全及其防護技術, 重點闡述了實驗室換熱過程的工業(yè)控制系統(tǒng)開發(fā)。
本書由華東理工大學王華忠和南京工業(yè)大學呂波共同編寫。學生王宇鑫參與了部分程序的開發(fā)和調試。羅克韋爾自動化有限公司中國大學項目部為本書提供了部分技術資料, 與羅克韋爾自動化有限公司合作建立聯合實驗室的國內高校的一些教師也對本書的出版提出了寶貴意見, 在此一并表示感謝。在本書的編寫過程中還參考了不少書籍和資料, 在此也向有關作者表示感謝。
本書是自動化、測控技術與儀器、電氣工程等專業(yè)本科生的專業(yè)課教材, 也可作為工礦企業(yè)、科研單位、設計單位、工程公司的工程技術人員的參考書。
為便于教學,凡采用本書作為教材的學校,作者免費提供電子教案。
由于時間和編者的水平所限,疏漏在所難免,懇請讀者提出批評建議,以便進一步修訂完善,編者的E-mail是hzwang@ecust.edu.cn。
編者
2019年6月于上海

目錄
前言
第 1 章工業(yè)控制系統(tǒng) ……………………… 1
1. 1 工業(yè)控制基礎 …………………………… 1
1. 1. 1 計算機控制的一般概念 …………… 1
1. 1. 2 工業(yè)控制系統(tǒng)的組成 ……………… 3
1. 1. 3 現場控制器的主要類型 …………… 8
1. 2 工業(yè)控制系統(tǒng)的分類與發(fā)展 …………… 13
1. 2. 1 生產加工行業(yè)分類及其對應的工業(yè)控制系統(tǒng) ……………………… 13
1. 2. 2 離散制造業(yè)控制系統(tǒng)與流程工業(yè)控制系統(tǒng) ……………………… 15
1. 2. 3 工業(yè)互聯網 ………………………… 17
1. 3 典型工業(yè)控制系統(tǒng) ……………………… 19
1. 3. 1 集散控制系統(tǒng) ……………………… 19
1. 3. 2 監(jiān)控與數據采集 ( SCADA)系統(tǒng) ………………………………… 20
1. 3. 3 現場總線控制系統(tǒng) ………………… 25
1. 3. 4 幾種控制系統(tǒng)的比較 ……………… 25
1. 4 PLC 概述 ………………………………… 27
1. 4. 1 PLC 的產生與發(fā)展 ………………… 27
1. 4. 2 PLC 的工作原理 …………………… 31
1. 4. 3 PLC 的功能特點 …………………… 33
1. 4. 4 PLC 的應用 ………………………… 34
1. 4. 5 主要的 PLC 產品及其分類 ……… 35
1. 5 功能安全與安全儀表系統(tǒng) ……………… 36
1. 5. 1 功能安全及相關概念 ……………… 36
1. 5. 2 安全儀表系統(tǒng) ……………………… 39
1. 5. 3 安全生命周期 ……………………… 44
1. 5. 4 安全儀表產品的類型 ……………… 46
復習思考題 …………………………………… 48
第 2 章 Micro800 系列控制器硬件 …… 49
2. 1 Micro800 系列控制器的硬件特性 ……… 49
2. 1. 1 Micro800 系列控制器概述 ………… 49
2. 1. 2 Micro850 控制器的硬件特性 ……… 52
2. 2 Micro800 系列控制器功能性插件及其組態(tài) ………………………………… 58
2. 2. 1 功能性插件模塊 …………………… 58
2. 2. 2 功能性插件組態(tài) …………………… 62
2. 2. 3 2080-IF2 模塊用于溫度采集示例 ………………………………… 65
2. 3 Micro850 控制器擴展模塊及其組態(tài) …… 66
2. 3. 1 Micro850 控制器擴展模塊 ………… 66
2. 3. 2 Micro850 控制器擴展模塊組態(tài) …… 68
2. 3. 3 擴展 I / O 數據映射 ………………… 71
2. 3. 4 功能性插件模塊與擴展模塊的比較 ………………………………… 73
2. 4 CIP 及 Micro800 系列控制器網絡結構 ……………………………………… 74
2. 4. 1 CIP 及基于工業(yè)以太網的工業(yè)控制系統(tǒng)結構 ……………………… 74
2. 4. 2 Micro800 系列控制器的網絡結構 ………………………………… 77
2. 4. 3 Micro800 系列控制器的通信組態(tài) ………………………………… 79
復習思考題 …………………………………… 81
第 3 章 PLC 編程語言與 CCW 編程軟件 ………………………………… 82
3. 1 PLC 編程語言標準 IEC 61131-3 ……… 82
3. 1. 1 傳統(tǒng) PLC 編程語言的不足 ……… 82
3. 1. 2 IEC 61131-3 標準的產生 ………… 83
3. 1. 3 IEC 61131-3 標準的特點 ………… 84
3. 1. 4 IEC 61131-3 標準的基本內容 …… 85
3. 2 Micro850 編程軟件 CCW ……………… 86
3. 2. 1 CCW 軟件概述 …………………… 86
3. 2. 2 CCW 軟件編程環(huán)境 ……………… 87
3. 3 Micro800 編程語言 ……………………… 89
3. 3. 1 梯形圖編程語言 …………………… 89
3. 3. 2 結構化文本編程語言 ……………… 92
3. 3. 3 功能塊圖編程語言 ………………… 92
3. 3. 4 順序功能圖編程語言 ……………… 95
3. 4 CCW 編程平臺創(chuàng)建工程 ……………… 100
3. 4. 1 工程創(chuàng)建步驟 …………………… 100
3. 4. 2 工程下載與調試 ………………… 108
復習思考題 …………………………………… 112
第 4 章 Micro800 PLC 指令系統(tǒng) ……… 113
4. 1 Micro800 控制器的內存組織 ………… 113
4. 1. 1 數據文件 ………………………… 113
4. 1. 2 程序內存 ………………………… 114
4. 2 Micro800 控制器的梯形圖指令 ……… 114
4. 2. 1 梯形圖指令元素 ………………… 114
4. 2. 2 梯形圖執(zhí)行控制指令 …………… 117
4. 3 Micro800 控制器的功能塊指令 ……… 119
4. 4 Micro800 控制器的功能指令 ………… 139
4. 4. 1 主要的功能指令 ………………… 139
4. 4. 2 運算符功能指令 ………………… 143
4. 5 高速計數器功能塊指令 ……………… 146
4. 5. 1 HSC 功能塊 ……………………… 146
4. 5. 2 HSC 狀態(tài)設置 …………………… 151
4. 5. 3 HSC 的應用 ……………………… 151
復習思考題 …………………………………… 152
第 5 章 Micro800 系列 PLC 程序設計技術 ………………………………… 153
5. 1 Micro800 系列程序設計基礎 ………… 153
5. 1. 1 Micro800 系列的程序執(zhí)行 ……… 153
5. 1. 2 典型環(huán)節(jié)編程 …………………… 156
5. 1. 3 功能塊的創(chuàng)建與使用 …………… 163
5. 1. 4 經驗設計法程序設計 …………… 170
5. 1. 5 時間順序邏輯程序設計法 ……… 173
5. 1. 6 邏輯順序程序設計法 …………… 178
5. 1. 7 Micro800 系列中斷程序設計 …… 179
5. 2 Panel View 觸摸屏界面設計 ………… 182
5. 2. 1 Modbus 地址映射與 PLC 通信口配置 ……………………………… 182
5. 2. 2 添加終端設備 …………………… 184
5. 2. 3 終端界面程序設計 ……………… 185
5. 3 Micro800 系列 PLC 邏輯順序控制程序設計示例 ……………………………… 187
5. 3. 1 Micro800 PLC 在機械臂模擬控制中的應用 …………………… 188
5. 3. 2 Micro800 系列 PLC 在工業(yè)生產線控制中的應用 ………………… 193
5. 3. 3 Micro800 系列 PLC 在四工位組合機床控制中的應用 ………… 197
5. 4 Micro800 系列 PLC 過程控制程序應用設計示例 ………………………… 209
5. 4. 1 Micro800 系列 PLC IPID功能塊 …………………………… 209
5. 4. 2 IPID 功能塊應用示例 …………… 212
5. 4. 3 PLC 在過程實驗對象模擬量控制中的應用 …………………… 212
5. 5 Micro800 系列 PLC 運動控制程序應用設計示例 ………………………… 216
5. 5. 1 絲杠被控對象及其控制要求 …… 216
5. 5. 2 控制系統(tǒng)結構與設備配置 ……… 216
5. 5. 3 絲杠運動控制 PLC 程序設計 …… 220
5. 5. 4 絲杠控制人機界面設計 ………… 225
5. 6 Micro800 系列 PLC 通信程序設計示例 …………………………………… 228
5. 6. 1 Micro800 系列 PLC 與第三方設備的 Modbus 通信程序設計 …… 228
5. 6. 2 Micro800 系列 PLC 與 Logix PLC以太網通信程序設計 …………… 235
復習思考題 …………………………………… 237
第 6 章工業(yè)人機界面與工業(yè)控制組態(tài)軟件 ………………………… 241
6. 1 工業(yè)人機界面 ………………………… 241
6. 2 組態(tài)軟件概述 ………………………… 242
6. 2. 1 組態(tài)軟件的產生及發(fā)生 ………… 242
6. 2. 2 組態(tài)軟件的功能需求 …………… 244
6. 3 組態(tài)軟件系統(tǒng)構成與技術特色 ……… 245
6. 3. 1 組態(tài)軟件的總體結構及其相似性 …………………………… 245
6. 3. 2 組態(tài)軟件的功能部件 …………… 246
6. 3. 3 組態(tài)軟件技術特色 ……………… 253
6. 4 羅克韋爾 FactoryTalk View Studio 組態(tài)軟件 …………………………………… 255
6. 4. 1 FactoryTalk View Studio 特點 …… 255
6. 4. 2 FactoryTalk View Studio 組件 …… 256
6. 4. 3 FactoryTalk View SE 應用程序 …… 259
6. 4. 4 FactoryTalk View Machine Edition終端應用程序開發(fā)工具 ………… 262
6. 5 人機界面與控制器通信技術 ………… 262
6. 5. 1 OPC 規(guī)范及 OPC 服務器配置與測試 ……………………………… 262
6. 5. 2 組態(tài)軟件中添加 OPC 服務器及標簽 ……………………………… 267
6. 6 用組態(tài)軟件開發(fā)工業(yè)控制系統(tǒng)上位機的人機界面 ………………………… 269
6. 6. 1 組態(tài)軟件選型 …………………… 269
6. 6. 2 用組態(tài)軟件設計工業(yè)控制系統(tǒng)人機界面 ………………………… 271
6. 6. 3 工業(yè)控制系統(tǒng)數據報表的開發(fā) … 276
6. 6. 4 人機界面的調試 ………………… 277
復習思考題 …………………………………… 277
第 7 章工業(yè)控制系統(tǒng)設計與應用 …… 278
7. 1 工業(yè)控制系統(tǒng)設計原則 ……………… 278
7. 1. 1 工業(yè)控制系統(tǒng)設計概述 ………… 278
7. 1. 2 工業(yè)控制系統(tǒng)設計原則 ………… 278
7. 2 工業(yè)控制系統(tǒng)設計與開發(fā)步驟 ……… 280
7. 2. 1 工業(yè)控制系統(tǒng)需求分析與總體設計 ……………………………… 280
7. 2. 2 工業(yè)控制系統(tǒng)類型確定與設備選型 ……………………………… 283
7. 2. 3 工業(yè)控制系統(tǒng)應用軟件的開發(fā) … 285
7. 3 工業(yè)控制系統(tǒng)安全設計 ……………… 286
7. 3. 1 工業(yè)控制系統(tǒng)安全性概述 ……… 286
7. 3. 2 安全儀表系統(tǒng)設計 ……………… 287
7. 3. 3 工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全防護技術 ……………………………… 289
7. 4 工業(yè)控制系統(tǒng)的調試與運行 ………… 293
7. 4. 1 離線仿真調試 …………………… 293
7. 4. 2 在線調試和運行 ………………… 295
7. 5 工業(yè)控制系統(tǒng)電源、接地、防雷和抗干擾的設計 ………………………… 295
7. 5. 1 電源系統(tǒng)設計 …………………… 295
7. 5. 2 接地系統(tǒng)設計和防雷設計 ……… 296
7. 5. 3 抗干擾設計 ……………………… 298
7. 6 換熱實驗對象工業(yè)控制系統(tǒng) ………… 299
7. 6. 1 換熱實驗對象工藝及其控制 …… 299
7. 6. 2 Anybus AB7007 網關配置………… 302
7. 6. 3 Logix PLC 控制系統(tǒng)配置與編程 ……………………………… 309
7. 6. 4 人機界面工程中 OPC 服務器的配置 ……………………………… 314
7. 6. 5 上位機人機界面組態(tài)設計 ……… 316
7. 6. 6 配置 FactoryTalk View SEClient ……………………………… 322
7. 6. 7 系統(tǒng)調試與運行 ………………… 323
復習思考題 …………………………………… 328
參考文獻 ……………………………………… 329

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