本書將國際工程認(rèn)證教育理念、微觀課程改革目標(biāo)、大學(xué)生認(rèn)知能力相結(jié)合,提出通過一個(gè)實(shí)際工程項(xiàng)目的調(diào)研、設(shè)計(jì)、實(shí)施、完成全過程培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維、工程意識、質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)、創(chuàng)新意識,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)并通過項(xiàng)目實(shí)踐培養(yǎng)創(chuàng)新意識。本書是自動(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,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)。從知識面上,本書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)生知識面,加快知識更新。
繼18世紀(jì)以蒸汽機(jī)為象征的第一次工業(yè)革命以來,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,PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域從汽車制造行業(yè)發(fā)展到鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè),功能從最初滿足汽車制造業(yè)必需的開關(guān)邏輯控制功能發(fā)展到能滿足各行業(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,以便控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。
本書以灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線項(xiàng)目為主線進(jìn)行內(nèi)容的編排以培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維;通過實(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;通過項(xiàng)目范例樹立學(xué)生的質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)意識;以及通過開放式項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。
本書內(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。并以西門子最近推出的S7-1200系列PLC為主要對象,以灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線的控制項(xiàng)目為主線,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。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,引出全書主線灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線項(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路的基礎(chǔ)上完成了灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線項(xiàng)目的電氣控制設(shè)計(jì)。第4章介紹了PLC的基本知識,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)線項(xiàng)目組態(tài)了6個(gè)畫面,還設(shè)置了報(bào)警和用戶管理。第9章對前述內(nèi)容進(jìn)行了整理總結(jié)并給出了項(xiàng)目報(bào)告格式和使用說明書示例。
本書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。在編寫過程中,教學(xué)團(tuán)隊(duì)的席巍、鄭業(yè)明、李軍、李明海、張東波、郭洪紅參與了校對工作,西門子(中國)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,書中難免存在不足和錯(cuò)誤之處,懇請讀者批評指正。
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
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)場運(yùn)行調(diào)試
2210項(xiàng)目歸檔
23灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線介紹
任務(wù)一灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線項(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低壓信號電器
34電氣控制線路設(shè)計(jì)規(guī)范及讀圖方法
341電氣控制系統(tǒng)線路設(shè)計(jì)要求及規(guī)范
342電氣控制線路讀圖方法
35常用電氣控制線路及其保護(hù)環(huán)節(jié)
351三相異步電動(dòng)機(jī)起保停線路及其保護(hù)環(huán)節(jié)
352三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路及其保護(hù)環(huán)節(jié)
353他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串三級電阻起動(dòng)及其保護(hù)環(huán)節(jié)
36灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線電氣控制方案設(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
441按照I/O點(diǎn)數(shù)容量分類
442按照結(jié)構(gòu)形式分類
443按照使用情況分類
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)電氣原理圖和接線圖
52S7-1200 PLC基本介紹
521S7-1200 PLC硬件模塊
522CPU模塊
523信號板及信號模塊
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安裝和拆卸信號模塊
528安裝和拆卸通信模塊
529安裝和拆卸信號擴(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PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
53 S7-1200 PLC硬件接線規(guī)范
531安裝現(xiàn)場的接線
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
534數(shù)字量輸出接線
535模擬量接線
任務(wù)四灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及接線
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)建過程
614新建項(xiàng)目過程中容易出現(xiàn)的問題及解決辦法
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)類型及表示格式
623存儲(chǔ)區(qū)的尋址方式
624STEP 7 Basic編程語言
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
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)及符號表
641設(shè)計(jì)項(xiàng)目程序結(jié)構(gòu)
642創(chuàng)建用戶程序結(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模擬量輸入信號的采集
6102模擬量輸入信號的處理
任務(wù)十一灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線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
711數(shù)據(jù)傳輸方式
712西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信
72S7-1200支持的通信
721PROFINET通信
722PROFIBUS通信
723簡易通信模塊
73PROFINET通信
731PROFINET簡介
732構(gòu)建PROFINET網(wǎng)絡(luò)
74PROFIBUS通信
741PROFIBUS簡介
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精簡系列面板
814WinCC(TIA Protal)簡介
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)線上位監(jiān)控項(xiàng)目
84定義變量
841變量的分類
842變量的數(shù)據(jù)類型
843編輯變量
85組態(tài)畫面
851設(shè)計(jì)畫面結(jié)構(gòu)與布局
852創(chuàng)建畫面
853畫面管理
854組態(tài)初始畫面
855組態(tài)運(yùn)行畫面
856組態(tài)參數(shù)設(shè)置畫面
857組態(tài)趨勢視圖畫面
任務(wù)十四組態(tài)灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線監(jiān)控畫面
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)線中的報(bào)警
87用戶管理
871用戶管理的概念
872用戶管理的組態(tài)
873用戶管理的使用
任務(wù)十六組態(tài)用戶管理系統(tǒng)
88組態(tài)功能鍵
任務(wù)十七組態(tài)畫面中的功能鍵
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)線項(xiàng)目報(bào)告
任務(wù)十八灌裝生產(chǎn)線項(xiàng)目報(bào)告撰寫
92灌裝自動(dòng)生產(chǎn)線項(xiàng)目使用說明書
任務(wù)十九灌裝生產(chǎn)線項(xiàng)目使用說明書撰寫
參考文獻(xiàn)