PLC與工控系統(tǒng)安全自動(dòng)化技術(shù)及應(yīng)用

《PLC與工控系統(tǒng)安全自動(dòng)化技術(shù)及應(yīng)用》主要介紹PLC的工作原理、編程應(yīng)用與工控系統(tǒng)的安全保障技術(shù)。全書共分6章，由PLC的基礎(chǔ)知識(shí)開始，以歐姆龍和西門子系列PLC為例，分別介紹了PLC的編程方法與實(shí)例；PLC與工控系統(tǒng)自動(dòng)化；PLC控制系統(tǒng)的安全性；PLC控制系統(tǒng)的功能安全實(shí)現(xiàn)；PLC自動(dòng)化安全系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例。

《PLC與工控系統(tǒng)安全自動(dòng)化技術(shù)及應(yīng)用》編寫的著重點(diǎn)是工控系統(tǒng)安全自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例，力求將這一領(lǐng)域的最新技術(shù)成果獻(xiàn)給讀者，為現(xiàn)場工程技術(shù)人員研究、開發(fā)應(yīng)用和企業(yè)控制系統(tǒng)升級(jí)提供工具和范本?！禤LC與工控系統(tǒng)安全自動(dòng)化技術(shù)及應(yīng)用》既可作為工業(yè)自動(dòng)化、電氣技術(shù)、測(cè)控技術(shù)等相關(guān)行業(yè)人員的自學(xué)用書，也可作為高職高專、成人教育、本科院校的電氣工程、自動(dòng)化、機(jī)電一體化、計(jì)算機(jī)控制等專業(yè)的參考教材。

前言

第1章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí)

1.1 PLC的基本原理

1.1.1 概述

1.1.2 PLC技術(shù)的發(fā)展

1.2 PLC的系統(tǒng)應(yīng)用

1.2.1 PLC的結(jié)構(gòu)與分類

1.2.2 PLC的功能與應(yīng)用

第2章 PLC編程方法與實(shí)例

2.1 PLC的指令集與梯形圖編程

2.1.1 指令及形式

2.1.2 歐姆龍系列PLC重要應(yīng)用指令

2.1.3 西門子系列PLC梯形圖及指令

2.2 PLC的編程順序與狀態(tài)圖

2.2.1 順序圖編程與實(shí)例

2.2.2 交通燈PLC控制編程實(shí)例

2.3 先進(jìn)的PLC編程應(yīng)用軟件

2.3.1 歐姆龍編程軟件

2.3.2 西門子編程軟件

第3章 PLC自動(dòng)化技術(shù)與工控系統(tǒng)

3.1 PLC控制技術(shù)

3.1.1 PLC順序邏輯控制

3.1.2 PLC運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制

3.2 工控系統(tǒng)的功率輸出驅(qū)動(dòng)

3.2.1 PLC的輸入/輸出驅(qū)動(dòng)方式

3.2.2 驅(qū)動(dòng)繼電器

3.3 工控系統(tǒng)傳感器

3.3.1 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)傳感器

3.3.2 過程控制系統(tǒng)傳感器

3.4 PLC與工控系統(tǒng)總線通信

3.4.1 PLC通信方式

3.4.2 PLC串行通信

3.4.3 總線通信

3.4.4 網(wǎng)絡(luò)通信

第4章 PLC控制系統(tǒng)安全性

4.1 PLC控制系統(tǒng)的安全等級(jí)

4.1.1 系統(tǒng)功能安全國際標(biāo)準(zhǔn)

4.1.2 系統(tǒng)功能安全重要概念

4.2 電氣與電子及可編程系統(tǒng)的功能安全

4.2.1 系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理

4.2.2 系統(tǒng)安全完整性等級(jí)

4.2.3 系統(tǒng)功能安全的評(píng)估

4.3 過程工業(yè)控制安全儀表系統(tǒng)的功能安全

4.3.1 安全生命周期

4.3.2 聯(lián)鎖系統(tǒng)安全等級(jí)

第5章 PLC控制系統(tǒng)的功能安全實(shí)現(xiàn)

5.1 工業(yè)控制系統(tǒng)的安全等級(jí)實(shí)現(xiàn)

5.1.1 功能安全的基本方法

5.1.2 安全相關(guān)系統(tǒng)安全等級(jí)設(shè)計(jì)

5.2 電氣與電子及可編程系統(tǒng)功能安全實(shí)現(xiàn)

5.2.1 安全PLC實(shí)現(xiàn)

5.2.2 安全現(xiàn)場總線

5.3 過程工業(yè)控制安全儀表系統(tǒng)功能安全實(shí)現(xiàn)

5.3.1 安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體策略

5.3.2 安全儀表系統(tǒng)自診斷策略

5.3.3 化工控制安全儀表系統(tǒng)

5.3.4 安全儀表系統(tǒng)的故障模式

5.3.5 選擇合適的安全儀表回路結(jié)構(gòu)

5.3.6 失效可能性達(dá)到要求的安全儀表系統(tǒng)

5.3.7 安全儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定

5.3.8 安全儀表系統(tǒng)標(biāo)識(shí)

5.3.9 安全儀表系統(tǒng)作用與結(jié)構(gòu)

第6章 PLC自動(dòng)化安全系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

6.1 PLC自動(dòng)化在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用

6.1.1 電？600MW機(jī)組DCS安全系統(tǒng)

6.1.2 安全自動(dòng)化技術(shù)在安固力化工產(chǎn)品生產(chǎn)中的應(yīng)用

6.2 PLC自動(dòng)化在鋼鐵工業(yè)控制中的應(yīng)用

6.2.1 PLC在鋼鐵高爐槽下配料控制系統(tǒng)應(yīng)用

6.2.2 安全自動(dòng)化技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用

6.3 PLC自動(dòng)化在機(jī)器制造工業(yè)控制中的應(yīng)用

6.3.1 PLC在機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制中的應(yīng)用

……

參考文獻(xiàn)2100433B

平裝: 236頁

正文語種: 簡體中文

開本: 16

ISBN: 9787512308879, 7512308876

條形碼: 9787512308879

尺寸: 25.8 x 18.2 x 1.2 cm

重量: 358 g

《工控組態(tài)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》是新世紀(jì)高職高專教材編審委員會(huì)組編的電氣自動(dòng)化技術(shù)類課程規(guī)劃教材之一。

基本信息：

工控組態(tài)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

主編：李智明

ISBN：978-7-5611-9456-0

出版時(shí)間：2014年8月

工控組態(tài)軟件是用計(jì)算機(jī)語言編寫的能將各種控制硬件組合到一起，形成一個(gè)大的能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的應(yīng)用軟件。工控組態(tài)軟件將復(fù)雜的工控技術(shù)，特別是將繁重而冗長的編程簡單化，使得工控開發(fā)變得簡單而高效，且大幅度縮短了開發(fā)時(shí)間。

工控詳細(xì)介紹

可編程序控制器的英文為Programmable Logic Controller，在二十世紀(jì)70-80年代一直簡稱為PC。由于到90年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來，也簡稱為PLC;加之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大，所以美國AB公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器(PLC-Programmable Logic Controller)，為了方便，仍簡稱PLC為可編程序控制器。有人把可編程序控制器組成的系統(tǒng)稱為PCS可編程序控制系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)可編程序控制器生產(chǎn)廠商向人們提供的已是完整的系統(tǒng)了。

工控市場情況

2.1 PLC的發(fā)展歷史

1968年美國GM(通用汽車)公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國數(shù)字公司研制出了第一代可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，已有第五代PLC產(chǎn)品了。

在以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征的制造工業(yè)和以物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征的過程工業(yè)中，除了以連續(xù)量為主的反饋控制外，特別在制造工業(yè)中存在了大量的開關(guān)量為主的開環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作號(hào)按照時(shí)序動(dòng)作;另外還有與順序、時(shí)序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制;以及大量的開關(guān)量、脈沖量、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器、模擬量的越限報(bào)警等狀態(tài)量為主的—離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，所以PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品。在多年的生產(chǎn)實(shí)踐中，逐漸形成了PLC、DCS與IPC三足鼎立之勢(shì)，如表1，還有其它的單回路智能式調(diào)節(jié)器等在市場上占一定的百分比。

在80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為30~40%。由于PLC機(jī)聯(lián)系處理模擬能力和網(wǎng)絡(luò)方面功能的進(jìn)步，擠占了一部分DCS的市場(過程控制)并逐漸壟斷了污水處理等行業(yè)，但是由于工業(yè)PC(IPC)的出現(xiàn)，特別是現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，IPC和FCS也擠占了一部分PLC市場，所以PLC增長速度，總的說是漸緩。全世界有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車(23%)、糧食加工(16.4%)、化學(xué)/制藥(14.6%)、金屬/礦山(11.5%)、紙漿/造紙(11.3%)等行業(yè)。

2.2 PLC的市場情況

國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠約30家，但沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)，因此可以說PLC在我國未形成制造產(chǎn)業(yè)。作為原理、技術(shù)和工藝均無尖端技術(shù)難度的產(chǎn)品，只要努力，是能形成制造產(chǎn)業(yè)的。

在PLC應(yīng)用方面，我國是很活躍的，每年約新投入10萬臺(tái)套PLC產(chǎn)品，年銷售額30億元人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。但是與其它國家相比，在機(jī)械加工及生產(chǎn)線方面的應(yīng)用，還需要加大投入。

PLC的市場的潛力是巨大的，不僅在我國，即使在工業(yè)發(fā)達(dá)的日本也有調(diào)查表明，PLC配套的機(jī)電一體化產(chǎn)品的比例占42%，采用繼電器、接觸器控制尚有24%。所以說，需要應(yīng)用PLC的場合還很多，在我國就更是如此了。

從技術(shù)創(chuàng)新的角度看，我國大中型企業(yè)還要大力發(fā)展CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))，在機(jī)械制造廠要形成FMS柔性制造系統(tǒng)，PLC是基礎(chǔ)，所以PLC市場是廣闊的。

PLC具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜、功能齊全、應(yīng)用靈活方便、操作維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，這是它能持久的占有市場的根本原因，我們下面重點(diǎn)闡述幾個(gè)問題，并研究其發(fā)展趨勢(shì)。

工控硬件軟件

3.1 PLC的分類

PLC在90年代已經(jīng)形成微、小、中、大、巨型多種PLC。按I/O點(diǎn)數(shù)分，可分為:

l 微型PLC: 32 I/O

l 小型PLC: 256 I/O

l 中型PLC: 1024 I/O

l 大型PLC: 4096 I/O

l 巨型PLC: 8195 I/O

有單機(jī)支持300回路和65000點(diǎn)I/O的大型系統(tǒng)對(duì)應(yīng)中型PLC以上，均采用16位~32位CPU，微、小型PLC原采用8位CPU，根據(jù)通訊等方面要求，有的也改用16位~32位CPU。由于I/O64點(diǎn)以下PLC銷售額占整個(gè)PLC的47%，64點(diǎn)~256點(diǎn)的占31%，合計(jì)位整個(gè)PLC銷售額的78%，所以對(duì)微、小型PLC應(yīng)多加研究。

3.2 PLC的硬件

PLC控制器本身的硬件采用積木式結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大同小異。以日本歐姆龍C200HE為例，為總線模板框式結(jié)構(gòu)，基本框架(CPU母板)上裝有CPU模板，其它槽位裝有I/O模板;如果I/O模板多時(shí)，可由CPU母板經(jīng)I/O擴(kuò)展電纜連接I/O擴(kuò)展母板，在其上裝I/O模板;另一種方法是配備遠(yuǎn)程I/O從站等。這些都說明了PLC廠家將硬件各部件均向用戶開發(fā)，便于用戶選用，配置成規(guī)模不等的PLC，而且這種硬件配置的開放性，為制造商、分銷商(代理商)、系統(tǒng)集成商、最終用戶帶來很多方便，為營銷供應(yīng)鏈帶來很大便利，這是一大成功經(jīng)驗(yàn)。

PLC內(nèi)的I/O模板，除一般的DI/DO、AD/DA模板外，還發(fā)展了一系列特殊功能的I/O模板，這為PLC用于各行各業(yè)打開了出路，如用于條形碼識(shí)別的ASCII/BASIC模板，用于反饋控制的PID模板，用于運(yùn)行控制、機(jī)械加工的高速計(jì)數(shù)模板、單軸位置控制模板、雙軸位置控制模板、凸輪定位器模板、射頻識(shí)別接口模板等，這在以后還會(huì)有很大發(fā)展。另外在輸入、輸出的相關(guān)元件、強(qiáng)干擾場合的輸入、輸出電隔離、地隔離等方面也會(huì)更加完善。

PLC中的CPU與存儲(chǔ)器配合，完成控制功能。它與DCS系統(tǒng)處理溫度、壓力、流量等參數(shù)的系統(tǒng)不同，采用快速的巡回掃描周期，一般為0.1~0.2s，更快的則選用50ms或更小的掃描周期。它是一個(gè)數(shù)字采樣控制系統(tǒng)。

3.3 PLC的軟件

為了完成控制策略，為了替代繼電器，使用戶等完成類似繼電器線路的控制系統(tǒng)梯形圖，而編制了一套控制算法功能塊(或子程序)，稱為指令系統(tǒng)，固化在存貯器ROM中，用戶在編制應(yīng)用程序時(shí)可以調(diào)用。指令系統(tǒng)大致可以分為兩類，即基本指令和擴(kuò)展指令。細(xì)分一般PLC的指令系統(tǒng)有:基本指令、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器指令、移位指令、傳送指令、比較指令、轉(zhuǎn)換指令、BCD運(yùn)算指令、二進(jìn)制運(yùn)算指令、增量/減量指令、邏輯運(yùn)算指令、特殊運(yùn)算指令等，這些指令多是類似匯編語言。另外PLC還提高了充足的計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、內(nèi)部繼電器、寄存器及存貯區(qū)等內(nèi)部資源，為編程帶來極大方便。

工控編程語言

IEC61131-3

由于各PLC廠家產(chǎn)品在指令系統(tǒng)上的差異及編程方法上用戶要求不同，IEC制訂了基于Windows的編程語言標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3(1993年IEC頒布可編程序控制器的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC1131)，它規(guī)定了指令表(IL)、梯形圖(LD)、順序功能圖(SFC)、功能塊圖(FBD)、結(jié)構(gòu)化文本(ST)五種編程語言。這包括了文本化編程(IL、ST)和圖形編程(LD、FBD)兩個(gè)方面，而SFC則在兩類編程語言中均可使用。IEC技術(shù)委員會(huì)(TC65)進(jìn)來開展了

IEC61499項(xiàng)目，將IEC61131-3進(jìn)行了擴(kuò)展，它是針對(duì)通過通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的模塊化分布系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，將對(duì)IEC61131-3有所改善。這是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程序邏輯控制裝置在高層次上走向開放性的標(biāo)準(zhǔn)化文件，是PLC發(fā)展的一大趨勢(shì)。

工控發(fā)展趨勢(shì)

一個(gè)或若干PLC與PC機(jī)聯(lián)出系統(tǒng)，PC機(jī)起到原編程器及人機(jī)界面操作站的作用，這20世紀(jì)90年代的新潮流，這樣為系統(tǒng)集成帶來了商機(jī)，同時(shí)編程軟件和人機(jī)界面軟件(監(jiān)控軟件或稱組態(tài)軟件)及軟件接口(或稱驅(qū)動(dòng)軟件)也得到了發(fā)展。

PLC廠家在原來CPU模板上提供物理層RS232/422/485接口的基礎(chǔ)，逐漸增加了各種通訊接口，而且提供完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。由于數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展很快，用戶對(duì)開放性要求很強(qiáng)烈，現(xiàn)場總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展，所以PLC構(gòu)成的PCS系統(tǒng)比DCS的開放性所處的現(xiàn)狀稍好一些。羅克韋爾AB公司已形成了多層結(jié)構(gòu)體系，即Ether Net、Control Net、Device Net及Asi等現(xiàn)場總線(原DH 網(wǎng)也可兼容)。西門子公司在Profibus-DP通訊網(wǎng)絡(luò)及Profibus-FMS網(wǎng)絡(luò)以外，提出了S7 Routing網(wǎng)絡(luò)，即Profibus-DP和Industrial Enternet兩層結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)還在發(fā)展，我國應(yīng)已積極的姿態(tài)投入其中。

2001年我國機(jī)械工業(yè)成為工業(yè)發(fā)展新亮點(diǎn)，總產(chǎn)值比上年增長17.15%，汽車產(chǎn)量為世界前10位，機(jī)床產(chǎn)量為世界第5位。機(jī)械工業(yè)利潤增長33.35%，占整個(gè)工業(yè)新增利潤六成多。出口同樣出現(xiàn)可喜的增長。機(jī)械工業(yè)提出要實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化，對(duì)這一點(diǎn)，PLC從業(yè)人員應(yīng)有清醒的認(rèn)識(shí)，應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化的開放性、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的性能/價(jià)格比和網(wǎng)絡(luò)的可靠性、安全性、先進(jìn)性上特別下功夫。

網(wǎng)絡(luò)向上連是互聯(lián)網(wǎng)問題，向下連是現(xiàn)場總線問題，另外現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能否用以太網(wǎng)“e網(wǎng)到底”方式、網(wǎng)絡(luò)采用客戶器/服務(wù)器方式、瀏覽器/服務(wù)器方式、生產(chǎn)者/消費(fèi)者方式、接口軟件采用OPC方式等問題都有待進(jìn)一步落實(shí)。PLC與智能MCC馬達(dá)控制中心、與數(shù)控機(jī)床配套的NC/CNC數(shù)控設(shè)備，以及與其它運(yùn)行控制系統(tǒng)、電控設(shè)備、變頻器和軟起動(dòng)器等連成系統(tǒng);PLC要與DCS分工合作，充當(dāng)DCS的遠(yuǎn)程I/O站等;PLC要與IPC分工合作，除用IPC作人機(jī)界面外，作軟件PLC的I/O部件也是可行的;此外還有PLC與緊急停車安全系統(tǒng)(ESD，Emergency Shut Down Systems)的關(guān)系、與立體倉庫、機(jī)器人、CAD/CAM等等都要處理好關(guān)系?？傊?，PLC要兼容各種新技術(shù)，使PLC成為真正意義上的“電腦”。

PLC的應(yīng)用領(lǐng)域是寬闊的，還有許多領(lǐng)域急待開拓，如用于海關(guān)過境車輛認(rèn)證(深圳鹽田)、自動(dòng)售藥(若干中藥店)在我國已有實(shí)例。另外，在離散事件系統(tǒng)中，如公路網(wǎng)交通流(車輛計(jì)數(shù)、乘客計(jì)數(shù)及停留時(shí)間計(jì)量)、物流系統(tǒng)、柔行制造系統(tǒng)(敏捷制造系統(tǒng))及一切非標(biāo)準(zhǔn)隨服務(wù)系統(tǒng)中，均可以采用PLC，進(jìn)而建模和采取對(duì)策并優(yōu)化。PLC的前途一片美好，一切悲觀的論點(diǎn)是站不住腳的。至于技術(shù)進(jìn)步，PLC與其它技術(shù)融合以至消失，那還需要一定的時(shí)間!

《PLC技術(shù)及應(yīng)用教程(S7-200)》可作為應(yīng)用型本科、高職高專院校等機(jī)電一體化技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)、樓宇智能化技術(shù)、電氣工程及自動(dòng)化技術(shù)、生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)等專業(yè)的教材和教學(xué)參考書，也適用于成人教育和職業(yè)培訓(xùn)的同類專業(yè)，還可供相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考。