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PLC常用程序设计语言简介依据IEC61131-3标准的PL...
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OpenPCS编程手册 附录(V5.2.2)|O​p​e​n​P​C​S​编​程​手​册​ ​附​录​(​V..)
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常用PLC应用手册
978-7-121-05812-7
电子工业出版社
出版日期：
读者对象：
￥90.90&&&
立刻节省：￥37.10
所属分类：
新能源并网发电系统的..
电动机继电控制线路安..
电力系统继电保护原理..
智能变电站继电保护题..
电路辅导及习题精解-(..
&&& PLC(可编程控制器)是一类应用面极广的通用工业控制器。本手册围绕PLC的应用，详细讲解其
& 原理、硬件结构、软件结构、编程语言、数据通信系统等，在此基础上介绍了PLC的产品、外围设备和
& 器件，并通过具体应用实例介绍相应的PLC编程、系统设计、安装、维护等。同时，本书收集了大量的
& 资料，按行业分门别类加以归纳，对于不同的行业、不同的流程和不同控制功能，如何设计基于PLC的
& 控制系统，尤其是从应用的角度做出合理的规划和采取恰当的举措，都通过应用实例进行了较详细的
& 序&&& 言
& 1．本书的特点
& 有幸拜读了本书的手稿，觉得作者下了大力气，使本书具有相当特色。
& (1)顾名思义，既然是手册，必须是面面俱到，围绕可编程控制器应用展开其内容，从原理、硬件
结构、软件结构、编程语言、数据通信，一直到可编程控制器产品、外围设备和器件、系统设计、系统
维护、应用举例等。但本手册又不拘泥于这些，在保证其内容的全面性的同时，做到了突出重点，例如
第4章和第9章，不但篇幅多，而且也条理分明。值得称道的是有关编程语言的阐述，依托工控编程语
言的国际标准IEC 61 131&3，充分解释了共用元素、数据类型、程序组织单元、软件模型、功能模型，
详尽准确，概念也清楚；为了便于理解，还通过举例做进一步的诠释。同样，在展开标准规定的五种编
程语言的内容时，作者也注重举例来说明。为了使那些熟悉传统的指令表语言、梯形图语言等的读者，
能更好地理解和运用标准的编程语言，还专门设有&传统可编程控制器语言转换为标准编程语言&一
节，与国内已出版的相关技术著作相比，这一点显得特别突出。
&&& (2)在选材方面既注意介绍可编程控制器应用的基础内容和必须包括的基本内容，又着意尽可能采
用与近些年可编程控制器在硬件、软件方面，甚至在体系结构方面的技术进步的内容，如涉及到可编程
自动控制器(PAC)的基本概念和产品，又如介绍了若干使用面较广的基于IEC 61131．3的编程软件系
统(如ISaGRAF、MULTIPROG、OpenPCS等)。
&&& (3)应用性。可编程控制器是一类应用面极广的通用工业控制器：从比较简单的小型机械装置的逻
辑控制和顺序控制，到复杂的生产线的全流程控制；从离散过程的控制、批量型过程(如热处理、精细
化工、生物发酵等)的控制，到连续的生产过程控制，都可以运用。但是，对于不同的行业、不同的流
程和不同控制功能，如何设计基于可编程控制器的控制系统，尤其是从应用的角度做出合理的规划和采
取恰当的举措，还需要许多经验的积累和实践。本书作者收集了大量的资料，按行业分门别类加以归
纳，通过应用举例较详细地给予说明。另外，又对应用面相当广的顺序控制编程方法，按时间顺序、逻
辑顺序、条件顺序做了详细的案例阐述。此外，对于模拟量的控制和模糊控制也有不错的描述。这些编
排使读者在参考时较为方便。
&&& 借此机会，我向作者为编撰本书所付出的巨大努力表示敬意。主编何衍庆教授有在工厂多年从事工
作的经历，又有长期在高校实验室指导学生和研究生、承接工程项目，以及开设、编写有关可编程控制
器和分散控制系统课程和教材的经历。选择这样一位治学严谨且有丰富工程应用经验的学者编撰手册，
也可证实出版社知人善任的好眼力。
&&& 2．可编程控制器的进展
&&& 可编程控制器作为一类重要的工业控制器装置，之所以能够在长达数十年的工控市场上长盛不衰，
本质上的原因必须从其内部去发掘。其中，软件与硬件发展的相辅相成、相得益彰，应该是重要原因。
在这里，我想就可编程控制器技术近些年来在软件方面的发展做一些回顾，以便让读者在从手册的正文
中汲取营养的同时，也能从序言中较全面地了解可编程控制器的新近发展动态和方向。
&&& IEC 61131-3是当今世界第一个，也是至今为止唯一的为工业自动化控制系统的控制软件设计提供
编程语言的国际标准。这个标准将现代软件的概念、现代软件工程的机制与传统的PLC编程语言成功
地结合，又对当代种类繁多的工业控制器中的编程概念及语言实现了标准化。它为可编程控制器软件技
术的发展，乃至整个工业控制软件技术的发展，起着举足轻重的推动作用。可以说，没有编程语言的标
准化，便没有今天PLC走向开放式系统的坚实基础。自IEC 61131．3标准正式公布后，经过10来年的
&推广应用和不断完善，它获得了广泛的接受和支持，在工业控制领域中产生了重要的影响，被全球越来
越多制造商和客户所接受，并且成为DCS、PLC、IPC、PAC、运动控制以及SCADA的编程系统事实上
&&& 工控编程语言是一类专用的计算机语言，建立在对控制功能和要求的描述和表达的基础上。作为实
现控制功能的语言工具，工控编程语言不可能是一成不变的，其进步和发展必然受到计算机软件技术和
编程语言的发展，以及它所服务的控制工程在描述、表达控制要求和功能的方法的影响。但是，不论其
如何发展和变化，这些年来的事实表明，它总是在IEC 61131&3标准的基础和框架上展开的。这就告诉
我们，IEC 61 131&3不仅是工控编程语言的规范，也是编程系统的实现架构的参照坐标。
&&& 值得注意的是，在IEC 61131．3标准被市场广泛接受和支持之后，仍得到了良好的维护和发展，改
进了在应用过程中发现的缺陷；同时为适应技术进步和市场要求的环境，对标准也进行适当的修订。
IEC 61131&3的第3次修改版将与IEC 61499相协调，在保持IEC 61131&3原有优点的同时，消除了其两
个最大的缺陷。
&&& (1)leg 61131&3沿用了直接表示与硬件有关的变量的方法，如果不解决与硬件相关变量之间的变
换，就难以做到PLC系统之间(即使它们的编程系统都符合标准)实现真正意义上的程序可移植。
&&& (2)IEC 61131．3只给出一个单一的集中PLC系统的配置机制，这显然不能适应分布式结构的软件
要求。近些年来，现场总线和以太网在工业中大量应用，给工业自动化的体系结构带来了巨大影响。
IEC 6l 131_3必须适应客观形势的发展，在这方面进行突破。它应该允许功能块不一定集中常驻在单个
硬件中，允许分散于不同硬件的功能块，通过通信方式也可以构成一个控制程序。这就是IEC 61499的
主攻方向。制定IEC 61499《工业过程测量和控制系统用功能块》标准的一个目的是，对IEC 61131_3进
行适当的扩展。这主要是给出如何使PLC具有表达61499设备特性的能力。智能传感器和执行器本身就
具有执行控制功能的能力。如果IEC 61131．3能支持分布式系统体系结构的编程，那么只要开发出相应
的软件工具，就能组成灵活性极强的现场总线控制系统。
&&& 只要有了符合标准的基本编程系统，即使使用不同的实时操作系统和CPU芯片的控制器或系统，
都可以获得所需的编程软件和运行软件。换言之，不同目标系统之间的差异并不妨碍使用同一个基本编
程系统。近些年来，PLC编程系统就是沿着这条轨迹在发展。国外商品化的工业控制软件的编程系统平
台的发展模式是专业化集中化，即由为数不多的且专门从事工业控制基础软件的小型企业承担，它们向
工控界提供一类不具体地依赖于特定的PLC或其他控制系统硬件产品的开放式编程软件包，如加拿大
ICS Triplex公司的ISaGRAF、德国KW公司的MULTIPROG、德国Infoteam公司的OpenPCS、德国3s
公司的CoDeSys。许多的工业控制设备厂商(包括西门子、横河电机、欧姆龙、三菱电机、ABB等)都
购买这些商品化基础软件的使用权，并在此基础上再进行工作量不大的二次开发，或据此再将其高附加
值的决窍和控制算法嵌入其中。
&&& 近些年来，国内致力于自主知识产权的IEC 61131_3编程系统开发的有：亚控科技、、浙大中自、大
连理工大学计控研究所以及北京凯迪恩自动控制技术公司等。其中，亚控的KingAet已经实用，浙大中
自的SunylEC实现了标准IEC 61131_3中的五种控制语言，是目前国内自行开发并拥有自主知识产权的
编程系统，达到了较高的技术水平。这极大地促进和加快了我国自动化控制设备的发展。最有说服力的
例子是在建立了编程开发平台后，浙大中自每开发一个新的控制系统系列，不必再在编程软件方面花费
大量重复劳动，大大缩短了新产品的开发周期和降低了成本。
& 3．PLCopen
& PLCopen是一个解决与工业控制编程相关主题为使命的、独立于厂商和产品的国际性组织，自1992
年建立以来不懈地支持该领域内国际标准的推广使用和发展，其最主要的成果之一就是构筑上述的编程
软件包的开发环境；同时，还在这些编程系统的基础上进一步发展，为统一工程平台做了许多基础性的
开创工作。这些工作大大推进了可编程控制器软件技术的发展。
&&& (1)为了让厂商能提供符合IEC标准的软件产品，又使用户容易辨别出符合IEC 61131．3的编程系
&统，PLCopen开展了编程系统符合IEC标准的认证工作。在制定对编程系统进行符合IEC 61131．3程度
的判据时，PLCopen将它划分为3个等级：基本级(BaseLevel，BL)、符合级(conformitv Level，CL)、
可重复使用级(Reusability Level，RL)。不过，CL级是和RL级组合使用的。如果能在IL、ST、SFC、
LD和FBD这五种语言均达到CL级和RL级，则该编程系统即达到了全兼容、全开放的高度。
&&& (2)PLCopen在1996年启动了运动控制功能库的制定。目标是在IEC的研发环境中加入运动控制技
术，在控制软件中的编制是组合PLC和运动控制的功能。目前已形成了运动控制的5个标准：
&&& ①运动控制库(2001年11月发布)。现已由多家供应商实现。
&&& ②扩展(2004年4月发布)。
&&& ③用户导则(2004年4月发布)。
&&& ④内插多功能协调(待公布)。
&&& ⑤回零功能(待公布)。
&&& 此举给PLCopen一个崭新的定位，使其在推广IEC标准的基础上，增加了重要的技术含量。
PLCopen的运动控制部分在市场上的成功，也促使PLCopen这个在工控界中独一无二的国际组织的威望
得到进一步的提高。与以前相比，PLCopen在方向上更显广阔，它不仅着重于推广应用IEC标准，还在
现有的标准以外附加了新的内容，为进一步丰富IEC标准或扩展标准使用的软件环境打下了基础。
&&& (3)PLCopen考虑到编程仅仅是控制软件完整应用开发套件的一个环节，为规范它与其他环节间的
数据交换的接口，有必要提供为实现IEC 61131．3编程的数据交换的XML格式。此外，利用PLCopen
规范的XML格式，还可能实现不同硬件定义的I／O变量和内部变量之间的变换，从而为控制程序的无
障碍移植创造了前提条件。考虑到编程仅仅是控制软件完整应用开发套件的一个组成部分，虽然XML
并不是IEC 61131_3标准的内容，但为规范它与其他组成部分间的数据交换接口，PLCopen还是强调通
过为IEC 规定一种XML的格式倡导一种开发环境，使各种不同目的的开发软件工具能克服交
换数据的瓶颈，在此基础上构成统一平台。2005年4月正式发布的关于XML的文本包括技术文件、
XML模式(Scheme)和说明文件。XML的特性是，其结构和内容可以与它们的表达方式分隔开来，这
样，同一个XML源文件可被再写一次，用多种形式来表达。XML的优点是它的可扩展性，可以通过它
提供的scheme来检查所包含数据的一致性，以及不同的scheme都能提供一种方法检查它们之间的不兼
&&& PLColaen XML规范规定了IEC 61131．3的全部五种编程语言的交换格式；类似于建模工具那样，规
定与图形和逻辑信息的生成程序的接口；类似于文件生成程序、管理程序以及版本管理那样，规定与图
形和逻辑信息的使用程序的接口；还规定了功能块库的分配格式。用图形的方式可以更直观地表达如何
实现不同开发工具之间的数据交换。
&&& 利用XML可在软件集成方面做很多事情。例如，通过在通用建模语言UML和IEC 61 131-3编程语
言之间交换数据，使用户有可能通过功能强大的系统级图形化软件开发工具(如uML)对所开发的项
目进行描述，建立整套系统的形式化模型。只要能够建立起正确的系统模型，图形化开发工具就可以根
据该模型生成PLC或c语言的源代码，提供完善的系统流程图、标准化的软件说明文档，并对系统功
能进行仿真校验，显著缩短现场调试时间，可以极大提高自控软件的开发效率。又如在不同的阶段(如
设计、组态和管理三个阶段)使用的不同内容和功能的软件包，可以通过XML进行完整耦合，将不同
软件集成起来构成统一工程平台的工具，而采用基于变量的寻址方式(Tags-based addressing)，使我们
可以直接运用实名变量，不必使用交叉参考列表来完成变量名与物理地址的转换。在使用多种软件工具
时，统一的变量名对应唯一的地址。这种超越传统的解决方式具有许多优点：大量减少工程设计、调
试、投运的时间和费用；减少编程和调试运行中的错误；技术文档便于阅读和理解；方便维护；在与其
他控制器通信进行数据交换时，在程序中可直接采用参与通信的控制器数据的实名制变量名，而不必采
用物理地址。
&&& (4)近年来，功能安全备受关注和重视，特别是涉及安全的控制装置已由硬接线发展为可编程，再
&进一步发展到应用安全型现场总线。因而涉及安全的环节包括硬件、通信、基础软件(嵌入式操作系
统、固件等)和应用软件。在安全方面，PLCopen涉及的工作界定为PLC编程语言的功能安全。
PLCopen的成员与专业从事安全的机构TUV一起定义了在IEC 61131&3的开发环境下涉及安全的规范。
这必须由集成在IEC 61131&3的软件开发平台上的安全专用软件工具支持。安全功能性实现的标准化包
括定义与安全相关的函数集和功能块集；在编程环境中的支持，包括编程语言(LD、FBD)和功能性
(安全数据类型和说明等)；出错处理和诊断等。
&&& (5)为了让使用者对所用PLC在其具体应用中的性能做出评估，还为了比较不同PLC的性能并发
现在其具体应用中所表现出来的优点和缺点，PLCopen在2006年6月底以技术文件的形式公布了《PLC
性能的基准测试方法》。该文件通过所定义的测试概要，以一种客观的方式，为寻求不同PLC平台真实
性能提供了标准化的方法。为更贴近实际应用，将基准测试方法划分为五种类别：数字式I／O处理(典
型应用是无伺服驱动的小型机械)、使用SFC／状态机并在每个步序有数字式I／O的处理(典型应用是装
配自动化)、运动控制应用程序(典型应用是包装、印刷)、数据处理应用程序(典型应用是测量记录和
处理、协议)、闭环控制应用程序(典型应用是过程控制)。
&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&& 前言
&&& 20世纪70年代初，第一套可编程控制器问世以来，可编程控制器日益受到用户欢迎，并得到普及
& 和推广，其功能和性能均获得极大的提高和改进。目前，可编程控制器集数据采集、程序控制、参数调
& 节和网络数据通信等功能于一体，实现从简单的单机逻辑控制和顺序控制，到复杂的连续控制和批量控
& 制等控制功能，它正成为自动控制和机电一体化的重要支柱，在计算机集成制造系统和计算机集成过程
& 控制系统中发挥着重要作用。
&&& 1993年，IEC颁布了可编程控制器的国际标准IEC 1131，将信息技术领域的先进思想和技术引入工
& 业控制领域，弥补或克服了传统PLC、DCS等控制系统的开放性差、兼容性差、应用软件可维护性差以
& 及可再用性差等弱点。该标准已在发达国家得到了广泛应用，不符合该标准的产品已不被最终用户
&&& IEC 61131．3编程语言标准已对整个控制领域形成巨大冲击。它不仅适用于PLC产品，而且适用于
& 运动控制产品、DCS和基于工业PC的软逻辑、SCADA等，其适用的市场领域正在不断扩大。采用符合
& IEC 61131-3标准的产品，已经成为工业控制领域的发展趋势。
&&& 虽然我国可编程控制器硬件的开发和应用并不早，但对国际标准编程语言的使用跟得还是较紧的，
& 1995年相继颁布了与国际标准等效的国家标准，2006年出版了最新的IEC 61131．3国际标准中文对照版
& GB／T 15969．3。但对该标准及有关产品的推广工作还做得不够，某些技术人员至今仍不知道有这样的国
& 际标准和国家标准。
&&& 2005年，我国成立了由中国机电一体化技术应用协会为首的PLCopen中国组织(PC5)，迈出了可
& 喜的步伐，它标志着我国与国际标准接轨的决心。国内致力开发自主知识产权的IEC 61131．3编程系统
& 的工作也取得长足进展，极大促进和加快了我国自动化控制设备的发展。但是，标准推广介绍、资料翻
& 译、可编程控制器标准产品的各级认证和授权等还有大量工作要做。为推广介绍标准编程语言及可编程
& 控制器的应用，电子工业出版社组织我们编写了本手册。
&&& 本手册是工矿企业、自控工程设计人员、科研开发单位工程技术人员工程设计和应用、安装和维护
& 时的重要资料，也是自动化和仪表专业本专科学生的重要参考教材。它可作为自控设计部门技术人员的
& 设计资料、工矿企业工程技术人员的应用资料；也可作为工矿企业技术人员安装和维护时的参考资料。
&&& 本手册共10章。第1章介绍编程语言的基本概念。第2章介绍可编程控制器的硬件和软件系统。
& 第3章介绍可编程控制器的工作原理，讨论可编程控制器的基本工作原理、中断处理原理、响应时间和
& 滞后现象等；此外，还讨论了可编程控制器的性能评估等。第4章介绍可编程控制器的编程语言，介绍
& 标准编程语言的通用元素和程序组织单元、指令表和结构化文本的文本类编程语言和梯形图和功能块图
& 的图形类编程语言、顺序功能表图编程语言等，对每种编程语言提供了应用示例，该章还讨论了编程语
& 言的相互转换，为传统可编程控制器编程语言转换为标准编程语言、功能表图程序、顺序功能表图程序
& 和结构化文本程序的转换提供了基本方法。第5章介绍可编程控制器的数据通信，包括数据通信基础、
& 可编程控制器的数据通信系统、工业控制网络的互连等。第6章介绍可编程控制器的工程设计，介绍设
& 计符号、工程设计深度、可编程控制器系统设计和人机界面设计等。第7章介绍可编程控制器系统的外
& 围设备，包括输入元器件、输出执行装置和选用时的注意事项等。第8章介绍部分可编程控制器产品，
& 包括贝加莱、富士、通用电气、凯迪恩、三菱、Rockwell、施耐德和西门子等公司的可编程控制器产品。
&第9章介绍可编程控制器的应用，包括编程技巧、顺序控制系统的编程方法及可编程控制器在水处理、
机械工业、化工和电力工业、冶金工业和其他工业的应用，还包括信号报警和联锁控制系统的应用等，
这些应用程序采用标准编程语言编写，使用户能够从中获得编程经验和技巧，并能移植和采用标准编程
语言编写应用程序。第10章介绍可编程控制器的安装和维护，包括可编程控制器的设备特性、接线和
安装、故障检测和维护等。
&&& 需要说明的是，为了对介绍的产品负责，作者给有关制造商提供了产品介绍的书稿，但制造商对此
有不同的处理方法。有一些公司安排人员认真检查书稿内容，提出更改意见，并提供更新资料，使本手
册能够及时反映产品的更新换代情况。
&&& 受篇幅所限，很多公司(如欧姆龙、松下、ABB、Honeywell、研华、泓格、安控等公司)的可编程
控制器产品未在介绍之列。
&&& 为推广国产可编程控制器产品，本手册介绍了北京凯迪恩自动化技术有限公司的KDN&K3产品。该
公司重视产品质量和技术服务，采用的编程软件符合IEC 61131．3标准，使用方便，是国产品牌产品。
&&& 本手册由何衍庆任主编，何乙平、王朋任副主编。本手册的编写工作得到PLCopen中国组织PC5的
积极支持和帮助，得到上海氯碱化工股份有限公司、聚氯乙烯厂、电化厂等单位的关心和支持。
PLCopen中国组织主席彭瑜先生在百忙中精心为本手册作序，肖秀珍、战明、吴勤勤、凌志浩、张祖
钧、岳群、陈江、高卫平、唐亮、邬刚、陈勇、吴明、顾水林、江雄旺、周益超、张国兴、戎明捷、朱
继荣、吴明、李振华、何晓栋、徐立志、李希白、陈奎华、陆军等给予了大力支持。聚氯乙烯厂、贝加
莱、富士、通用电气、凯迪恩、西门子等公司提供了资助。PLCopen、西门子、贝加莱、科维、施耐德、
SIXNET、通用电气、Rockwell、一方梯队、凯迪恩、富士、和利时等组织和公司的Wal、高凤琴、樊惠
芳、刘伟、方舟、Glaske、Brendel、李成杰、吴杉、王蔚庭、秦京武、彭刚、王晓辉、孙赵林、刘威、
徐昌荣、杨萍等提供了大量资料和技术支持。参加本手册编写的还有黎冰、黄海燕、车运慧、陈伟、倪
雁、杭一飞、冯保罗、陈积玉、范秀兰等；此外，蒋明华、洪光明、程俊英、王哗、张胜利、陈天成、
顾成达、石学根、潘联宝、徐永祥、周孝英、黄雅明、缪玲梅、钱晟、陈军、范莲玲、范逑莉、何展
敏、陈小熔等也参加了部分工作并提供了不少帮助。谨在此一并表示衷心感谢和诚挚谢意。在编写过程
中，参考了有关专业书籍和产品说明书，在此，向有关作者和单位表示衷心感谢。
&&& 由于时间仓促和编著者的水平所限，错漏在所难免，恳请读者不吝指正。
&&& 编& 者
5．1．1数据通信在可编程控制器应用中的作用
&&& 数据通信在可编程控制器应用中的作用如下：
&&& (1)分散控制、集中管理的需要。随着计算机技术等高新技术的应用，自动控制技术已从传统的集中
控制方式向多级分布式控制方式发展。为适应工业控制系统向分散化、网络化和智能化的发展，采用分散
控制、集中管理的控制策略成为自动控制的主流。作为智能控制装置的可编程控制器，必须适应主流发展
方向，实现可编程控制器与其他设备的数据交换，实现资源共享。可编程控制器应用中，实现数据通信是
工业自动控制发展的需要，是实现分散控制、集中管理的必然结果。
&&& (2)可编程控制器向小型化和超小型化发展的需要。为适应小型化和超小型化的应用要求，可编程
控制器需要有数据通信功能，才能使各分散的可编程控制器数据共享成为可能。小型化和超小型化是可
编程控制器的发展方向，它的基础是可编程控制器具有数据通信能力，只有具有数据通信能力的可编程控
制器才能在不同地域实现资源共享。
&&& (3)管控一体化的需要。早期可编程控制器系统独立完成其检测和控制功能，信息不需要为管理部
门所用。随着管控一体化的发展，可编程控制器有关信息正成为管控一体化的重要信息来源，这些信息需
要通过数据通信上传。此外，随着管控一体化的进程，对可编程控制器的管理功能增强，管理层对可编程
控制器的管理功能需要可编程控制器具有数据通信功能，使信息通过数据通信下传，让管理层可对数据进
行调整和修改。
&&& (4)协调控制的需要。工业自动化控制系统分数字量逻辑控制系统，慢变化模拟量过程控制系统和
快变化模拟量运动控制系统等，这些控制系统常在一个工业过程中同时存在，如何将它们统一在整个控制
系统成为当前研究热点。为此，可编程控制器系统、分散控制系统和现场总线控制系统都必须具有数据通
信功能，才能在同一系统中使这些控制系统各自发挥其特长，实现协调控制。
5．1．2可编程控制器对数据通信的要求
&&& 下面介绍可编程控制器对数据通信的要求。
&&& 1．实时性要求
&&& 与办公室自动化对数据通信的要求不同，可编程控制器对数据通信的重要要求是实时性。控制网络
的实时性指通信网络的时间确定性，即通过传送网络的数据必须在预先确定的时问内从源节点传送到目
的节点。对于有实时控制要求的系统，通常要求网络从某一节点到另一节点的延迟时间小于2～4ms。
&&& 提高通信系统实时性的主要措施如下：
&&& (1)提高数据传输速率。传输速率越高，系统的实时性越强。
&&& (2)优化用户应用程序。用户应用程序越大，程序越复杂，系统处理时间就越多，实时性越差。为此，
应优化用户程序，提高有效通信量等。
&&& (3)减少数据通信的冲突。采用传统以太网数据通信时，通信吞吐量大时容易发生通信冲突，降低通
&信系统实时性。采用交换式以太网进行数据通信，因交换式以太网将以太网分为若干微网段，它增加了每
个网段吞吐量和带宽，每个微网段作为子冲突域由交换机隔离，交换机各端口间可同时形成多个数据通
道，从而使数据发送和接收不受冲突的影响，使共享带宽成为独享带宽，提高了实时性。
&&& (4)采用全双工通信模式。全双工通信模式将发送与接收分开，这种通信方式具有通信效率高、控制
简单的特点，能够满足实时性的要求，但通信结构复杂，成本高。
&&& (5)采用塌缩的通信模型和通信协议。ISO制定的开放系统互连参考模型中网络层等高层通信协议
在可编程控制器的数据通信中是不需要的，因此，采用塌缩的通信模型和通信协议可减少数据在通信过程
中的处理时间，提高通信系统的实时性。
&&& (6)采用虚拟局域网和引入质量服务。例如，控制信号要求较高，尽量减小其延迟时间，满足实时性
要求。对一些要求不高的参数调整等可采用非实时通信。
& 2．可靠性要求
& 可编程控制器直接安装在工业现场，并与现场设备直接连接，因此，对其本身的可靠性有很高要求，可
编程控制器与其他设备进行通信，同样要有高可靠性，才能保证整个系统的可靠性。为提高可编程控制器
系统的可靠性，可采用下列措施。
&&& (1)采用标准化功能块和标准化编程语言。
&&& (2)采用冗余和容错技术。从设备和操作看，可采用热后备，也可采用冷后备；可采用冗余设备，也可
采用降级操作等。从通信技术看，可采用帧冗余和空置冗余，它们的设计思想是在原有通信信道外，添加
冗余的信道，从而保证数据的可靠传输。
&&& 容错技术包括对故障的诊断、出错的控制等技术。例如，对系统整体、各组成部件的自诊断和先进诊
断技术、通信的差错控制技术、出错时的信号切换技术、信号的竞争机制和双重化处理等。
&&& (3)故障隔离技术。故障隔离技术是降低故障影响的技术。它采用中继器或本安隔离栅将网络分割
为多个独立的分支，每个分支包含部分控制系统，中继器起扩展网络的作用，还具有隔离器功能。本安隔
离栅不仅具有本安连接的作用，还具有隔离器功能。
&&& (4)故障自诊断。采用硬件和软件的诊断技术，及时发现故障，从而避免故障发生或降低故障影响。
&&& 3．可扩展性要求
&&& 采用通信系统的主要目的是使系统扩展。通信系统可扩展性与实时性相互制约。采用小型和超小型
可编程控制器组成大系统时，通信系统可扩展性与实时性的矛盾更突出。为此，可采用下列措施。
&&& (1)采用理论上扩展性强的通信网络。例如，理论上，采用以太网，可挂接的节点数可达1 024个，实
际应用时可只挂接十几个，从而解决实时性。采用交换式以太网，将整个网络分隔为若干网段，只有在两
个网段之间有通信要求时，才在交换机进行数据交换，正常情况下，数据分别在各自网段进行数据交换，从
而使扩展性增强。
&&& (2)采用虚拟局域网。使用虚拟局域网将不同功能层、不同部门分开，使系统可扩展性增强。
&&& 4．互操作性要求
&&& 互操作性是不同制造商的产品可在一个系统中协同工作的能力。通信系统采用了一系列措施保证互
操作性的实现。
&&& (1)标准化。标准化是互操作性的基础。为了实现互操作性，各制造厂商要采用标准的编程软件和标准的
通信协议。例如，采用IEC 61131标准、工业以太网标准、TCP／IP标准等。只有标准化才能实现互操作性。
&&& (2)OPC技术。OPC是实现第三方软件和控制设备无缝集成的技术。通过一致性的OPC接口，用户
可以访问所有提供OPC服务器的现场设备，为互操作性的实现提供保证。
&&& 5．复杂性
&&& 可编程控制器系统通信系统的复杂性表现在下列方面。
&&& (1)所连接设备的种类多。连接的设备有PLC、SCADA、RTU、DCS、FCS和上位机等，也包括各种数
&& 控设备和现场智能仪表等，如数控机床、机器人等机械、电气和液压智能设备和各种现场智能仪表。
&&& (2)设备的应用环境恶劣。连接的设备，如PLC、智能仪表等需要在工业现场的恶劣环境工作。对工
业环境的适应性要求高。
5．1．3数据通信基础
&&& 1．计算机网络和拓扑结构
&&& 1)计算机网络和局域网
&&& 计算机网络是一个互连的自主的计算机集合。将地理位置不同的具有独立功能的若干计算机系统，
通过通信设备和线路连接起来，由功能完善的网络软件(网络协议、信息交换程序和网络操作系统)实现网
络资源共享的系统称为计算机网络。计算机网络由计算机系统、通信链路和网络节点组成。
&&& 网络节点是双重作用的节点，它用于负责管理和收发本地主机来的信息，并为远程节点送来的信息选
择一条合适的链路转发出去。它与网络其他功能一起，避免网络的拥挤和有效使用网络资源。
&&& 通信链路是节点之间的一条通信信道，为提高通信的可靠性，两个节点之间可以有多个通信链路。
&&& 通信设备是计算机和通信介质或通信媒体之间按一定通信协议传输数据的设备。例如，可以是专用
计算机，也可以是通信接口板等。通信设备也称为网络的节点(Node)或站(station)。通信介质或通信媒
体是连接通信设备和计算机的物理实体。
&&& 2)网络拓扑结构
&&& 网络拓扑(Topology)结构是网络中各节点之间互连方式的几何抽象，网络拓扑包括物理拓扑和逻辑拓扑。
物理拓扑描述组成网络的各组成部分的图形结构；逻辑拓扑则描述通信时网络中端点之间是如何进行连接的。
&&& 计算机网络拓扑通过网络上节点、通信线路之间几何关系反映网络中实体之间的结构体系，而不是它
们实际物理位置的关系。通信子网中，常见的网络拓扑有星形、环形、总线形及树形、混合形等结构。
&&& (1)星形拓扑。星形拓扑网络结构如图5．1&1所示，它将多个终端节点通过集线器(Hub)连接在一起，
各节点通过集线器进行通信，节点的接入和断开十分方便，网络扩展容易实现，但当集线器出现故障时，整
个系统瘫痪。星形拓扑网络的特点如下：
&&& ①中心节点控制全网的通信。
&&& ②任意两个节点(从站)之间的通信必须通过中心节点(主站)存储和转发。
&&& ③全网的可靠性主要由中心节点决定，如果某一链路失效不影响其他链路的通信，因此，具有鲁棒性。
&&& ④网络结构简单，接入和断开方便，网络扩展容易，也便于管理。
&&& ⑤每个终端节点要连接到中心节点，所需电缆较多等。
第1章概述&&&&&&&&&&&&&&&&．．
& 1．1可编程控制器的发展和标准&&&&&&&&&&&&&
& 1．1．1可编程控制器的定义&&&&&&&&&&&&&&
& 1．1．2可编程控制器的发展史&&&&&&&&&&&&&
& 1．1．3可编程控制器的现状&&&&&&&&&&&&&&
& 1．1．4可编程控制器的展望&&&&&&&&&&&&&&
1．2顺序控制系统概述&&&&&&&&&&&&&&&&&．．
& 1．2．1顺序控制系统基础&&&&&&&&&&&&&&&&-
& 1．2．2可编程控制器的特点及与其他系统的比较&&&&&&&
第2章可编程控制器的系统构成&&&&&&&&&
2．1硬件系统的结构&&&&&&&&&&&&&&&&&&．&
&&& 2．1．1主机系统&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 2．1．2输入／输出单元&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 2．1．3电源单元&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&-
&&& 2．1．4扩展单元&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&-
&&& 2．1．5编程设备&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&一
&&& 2．1．6其他外围设备&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 2．1．7典型产品的构成示例&&&&&&&&&&&&&&&&
& 2．2软件系统&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 2．2．1系统软件&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 2．2．2用户程序&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&-
&&& 2．2．3编程语言&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 2．2．4可编程控制器的系统监控软件&&&&&&&&&&&&
&&& 2．2．5可编程控制器的人机界面软件&&&&&&&&&&&&
&&& 2．2．6可编程控制器的通信软件&&&&&&&&&&&&&&
第3章可编程控制器的工作原理&&&&&&&&&
& 3．1可编程控制器的基本工作原理&&&&&&&&&&&&&&
&&& 3．1．1可编程控制器的等效工作电路&&&&&&&&&&&一
&&& 3．1．2可编程控制器的工作过程&&&&&&&&&&&&&一
&&& 3．1．3可编程控制器的六大任务&&&&&&&&&&&&&一
& 3．2可编程控制器的响应时间和滞后现象&&&&&&&&&&一
&&& 3．2．1响应时间&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 3．2．2增加输入信号宽度的方法&&&&&&&&&&&&&
& 3．3可编程控制器的中断处理&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 3．3．1中断处理原则&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 3．3．2中断处理&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 3．4可编程控制器的性能评估&&&&&&&&&&&&&&-
&& 3．4．1可编程控制器分类&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 3．4．2可编程控制器的地址分配&&&&&&&&&&&&&&&&
& 3．4．3可编程控制器性能评估&&&&&&&&&&&&&&&&&
第4章可编程控制器的编程语言&&&&&&&&&&&
4．1通用元素和程序组织单元&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 4．1．1公用元素&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 4．1．2数据外部表示&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 4．1．3数据类型&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 4．1．4变量&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&。
& 4．1．5程序组织单元&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 4．1．6软件模型&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 4．1．7功能模型&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&一
4．2文本类编程语言&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&一
& 4．2．1文本类编程语言的公用元素&&&&&&&&&&&&&一
& 4．2．2指令表编程语言&&&&&&&&&&&&&&&&&&一
& 4．2．3结构化文本编程语言&&&&&&&&&&&&&&&&&&
4．3图形类编程语言&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&一
&&& 4．3．1图形类编程语言的公用元素&&&&&&&&&&&&&一
&&& 4．3．2梯形图编程语言&&&&&&&&&&&&&&&&&&-&
&&& 4．3．3功能块图编程语言&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
4．4顺序功能表图编程语言&&&&&&&&&&&&&&&&&．．
& 4．4．1顺序功能表图的三要素&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 4．4．2顺序功能表图的程序结构&&&&&&&&&&&&&&&&
& 4．4．3顺序功能表图编程语言&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 4．4．4 示例&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
4．5编程语言的相互转换&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 4．5．1二进制逻辑图图形符号&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 4．5．2传统可编程控制器编程语言转换为标准编程语言&&&&&&
& 4．5．3功能块图程序转换为梯形图或指令表程序&&&&&&&&&
& 4．5．4顺序功能表图程序的转换&&&&&&&&&&&&&&&&
& 4．5．5结构化文本程序的转换&&&&&&&&&&&&&&&&&
第5章可编程控制器的数据通信&&&&&&&&&&．
& 5．1概述 &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&一
&&& 5．1．1数据通信在可编程控制器应用中的作用&&&&&&&&&-
&&& 5．1．2可编程控制器对数据通信的要求&&&&&&&&&&&&&
&&& 5．1．3数据通信基础&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 5．1．4网络互连设备&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 5．2可编程控制器的数据通信系统&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 5．2．1可编程控制器的通信模型&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 5．2．2可编程控制器的通信功能块&&&&&&&&&&&&&&&
& 5．3工业控制网络的互连&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 5．3．1现场总线分类&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 5．3．2可编程控制器网络中的现场总线&&&&&&&&&&&&&
&&&& 5．3．3工业控制网络互连的方法&&&&&&&&&&&
第6章可编程控制器的工程设计&&&&&&&一
6．1可编程控制器的工程设计符号&&&&&&&&&&&
&&& 6．1．1图形符号&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 6．1．2文字符号&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 6．1．3可编程控制器的程序条件&&&&&&&&&&&
6．2可编程控制器系统的总体设计&&&&&&&&&&&
& 6．2．1总体设计&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 6．2．2设计内容&&&&&&&&&&&&&&&&&&
6．3可编程控制器系统的工程设计&&&&&&&&&&&
& 6．3．1可编程控制器选型&&&&&&&&&&&&&&
& 6．3．2外部电路设计和外围设备选择&&&&&&&&&
& 6．3．3电源、接地、防雷和抗干扰设计&&&&&&&&
& 6．3．4故障检测方法及设计&&&&&&&&&&&&&
& 6．3．5编程软件系统&&&&&&&&&&&&&&&&
& 6．3．6通信系统设计&&&&&&&&&&&&&&&&
6．4人机界面设计&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 6．4．1人机界面设计的重要性&&&&&&&&&&&&
& 6．4．2人机界面软件和设计注意事项&&&&&&&&&
第7章可编程控制器的外围设备&&&&&&&．．
7．1可编程控制器的输入元器件&&&&&&&&&&&&
& 7．1．1概述&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 7．1．2机械量检测仪表&&&&&&&&&&&&&&&
& 7．1．3流体量检测仪表&&&&&&&&&&&&&&&
& 7．1．4热力学量检测仪表&&&&&&&&&&&&&&
& 7．1．5物性数据检测仪表&&&&&&&&&&&&&&
& 7．1．6防爆和外壳防护&&&&&&&&&&&&&&&
7．2可编程控制器的输出执行装置&&&&&&&&&&&
&&& 7．2．1电磁阀&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 7．2．2接触器&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 7．2．3继电器&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 7．2．4电动执行器&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 7．2．5软启动器&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 7．2．6气动执行器&&&&&&&&&&&&&&&&&
7．3选用时的注意事项&&&&&&&&&&&&&&&&
& 7．3．1电源模块和接地系统的选择&&&&&&&&&&
& 7．3．2输入信号的选择&&&&&&&&&&&&&&&
& 7．3．3输出形式的选择&&&&&&&&&&&&&&&
第8章可编程控制器产品&&&&&&&&&&．
& 8．1贝加莱公司产品&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 8．1．1 2003系列产品&&&&&&&&&&&&&&&&
& 8．1．2 2005系列产品&&&&&&&&&&&&&&&&
& 8．1．3 X20系列产品&&&&&&&&&&&&&&&一
& 8．2富士电机公司产品&&&&&&&&&&&&&&&一
&&8．2．1 SPB系列产品&&&&&&&&&&&&&&一
& 8．2．2 SPH系列产品&&&&&&&&&&&&&&&
8．3通用电气公司产品&&&&&&&&&&&&&&一
& 8．3．1 VersaMax系列产品&&&&&&&&&&&&一
& 8．3．2 90-30系列产品&&&&&&&&&&&&&&一
& 8．3．3 90-70系列产品&&&&&&&&&&&&&&一
& 8．3．4 PAC RX3i系列产品&&&&&&&&&&&&．．
& 8．3．5 PAC RX7i系列产品&&&&&&&&&&&&一
8．4北京和利时系统工程股份有限公司产品&&&&&．．
& 8．4．1 HOLLiAS-LEC G3系列产品&&&&&&&&．．
& 8．4．2 LK系列大型可编程控制器产品&&&&&&&-．
8．5凯迪恩自动化技术有限公司产品&&&&&&&&一
8．6三菱电机公司产品&&&&&&&&&&&&&&一
& 8．6．1 FX系列产品&&&&&&&&&&&&&&&一
& 8．6．2 Q系列产品&&&&&&&&&&&&&&&&
8．7罗克韦尔自动化公司产品&&&&&&&&&&&一
& 8．7．1可编程逻辑控制器系列产品&&&&&&&&一
& 8．7．2可编程自动化控制器系列产品&&&&&&&一
& 8．7．3安全可编程控制器系列产品&&&&&&&&&
8．8施耐德公司产品&&&&&&&&&&&&&&&一
& 8．8．1小型系列产品&&&&&&&&&&&&&&一
& 8．8．2中型系列产品&&&&&&&&&&&&&&～
& 8．8．3大型系列产品&&&&&&&&&&&&&&一
8．9西门子公司产品&&&&&&&&&&&&&&&一
& 8．9．1 S7-200系列产品&&&&&&&&&&&&&一
& 8．9．2 S7-300系列产品&&&&&&&&&&&&&一
& 8．9．3 S7-400系列产品&&&&&&&&&&&&&&&
第9章可编程控制器的应用&&&&&&&&&
9．1编程技巧&&&&&&&&&&&&&&&&&&-
& 9．1．1基本环节的编程&&&&&&&&&&&&&&
& 9．1．2定时器和计数器功能块的应用&&&&&&&-
& 9．1．3比较函数的应用&&&&&&&&&&&&&&
& 9．1．4运算类函数的应用&&&&&&&&&&&&&
& 9．1．5移位类函数的应用&&&&&&&&&&&&&
& 9．2可编程控制器系统的编程方法&&&&&&&&&&
&&& 9．2．1时间顺序控制系统的编程方法&&&&&&&&
&&& 9．2．2逻辑顺序控制系统的编程方法&&&&&&&&
&&& 9．2．3条件顺序控制系统的编程方法&&&&&&&&
&&& 9．2．4模拟量控制系统的编程方法&&&&&&&&&
&&& 9．2．5数据处理系统的编程方法&&&&&&&&&&
& 9 ．3可编程控制器在水处理过程中的应用&&&&&&&
& 9．3．1锅炉补给水的应用&&&&&&&&&&&&&
& 9．3．2污水处理系统的应用&&&&&&&&&&&&
& 9．3．3在脱离子水处理过程中的应用&&&&&&&&
& 9．3．4游泳池池水处理系统的应用&&&&&&&&&
&9．4可编程控制器在机械工业中的应用&&&&&&&&&&
& 9．4．1机械手控制系统设计&&&&&&&&&&&&&&
& 9．4．2数控机床的控制&&&&&&&&&&&&&&&&
& 9．4．3组合机床的控制&&&&&&&&&&&&&&&&
& 9．4．4三工位旋转工作台的控制&&&&&&&&&&&&
& 9．4．5多工步机床的控制&&&&&&&&&&&&&&&
& 9．4．6铣床电气控制系统&&&&&&&&&&&&&&-
9．5可编程控制器在化工和电力工业中的应用&&&&&&&
& 9．5．1烧碱生产的离心机程序控制&&&&&&&&&&&
& 9．5．2物料输送过程中的应用&&&&&&&&&&&&&
& 9．5．3液位控制&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 9．5．4催化剂生产过程中的应用&&&&&&&&&&&-
& 9．5．5电厂锅炉和汽轮机组的程序控制系统&&&&&&&
& 9．5．6电厂输煤程控系统&&&&&&&&&&&&&&&
& 9．5．7输电线路自动重合闸控制&&&&&&&&&&&&
& 9．5．8聚氯乙烯聚合过程的控制&&&&&&&&&&&一
9．6可编程控制器在冶金工业中的应用&&&&&&&&&
& 9．6．1制氧机的应用&&&&&&&&&&&&&&&&一
& 9．6．2初轧厂的应用&&&&&&&&&&&&&&&&
& 9．6．3高炉槽下控制系统的应用&&&&&&&&&&&&
& 9．6．4钢板冲剪控制&&&&&&&&&&&&&&&&
& 9．6．5烧结厂主风机控制&&&&&&&&&&&&&&
9．7可编程控制器在信号报警和联锁系统中的应用&&&&
& 9．7．1信号报警系统的应用&&&&&&&&&&&&&
& 9．7．2联锁系统的应用&&&&&&&&&&&&&&&
9．8可编程控制器在其他工业中的应用&&&&&&&&&
& 9．8．1冷媒自动充填机控制&&&&&&&&&&&&&
& 9．8．2洗衣机控制系统的应用&&&&&&&&&&&&
& 9．8．3水箱水位控制&&&&&&&&&&&&&&&&
& 9．8．4自动堆存控制系统&&&&&&&&&&&&&&
& 9．8．5门禁控制系统&&&&&&&&&&&&&&&&
第10章可编程控制器的安装和维护&&&&&&&
& 10．1可编程控制器的安装&&&&&&&&&&&&&&&
&&& 10．1．1可编程控制器的设备特性&&&&&&&&&&&
&&& 10．1．2可编程控制器的接线&&&&&&&&&&&&&
&&& 10．1．3可编程控制器的安装&&&&&&&&&&&&&
& 10．2可编程控制器的程序输入和调试&&&&&&&&&&
&&& 10．2．1编制程序的准备工作&&&&&&&&&&&&&
&&& 10．2．2可编程控制器的编程软件和调试&&&&&&&&
& 10．3可编程控制器系统的维护&&&&&&&&&&&& &
&&& 10．3．1可编程控制器的故障检测&&&&&&&&&&&
&&& 10．3．2可编程控制器的维护&&&&&&&&&&&&&
参考文献&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&一
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