智能制造工業(yè)控制軟件規(guī)范及其應(yīng)用
定 價(jià):99 元
叢書名:電氣信息工程叢書
- 作者:彭瑜
- 出版時(shí)間:2018/5/1
- ISBN:9787111596950
- 出 版 社:機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TH166-65
- 頁(yè)碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開(kāi)本:16開(kāi)
《智能制造工業(yè)控制軟件規(guī)范及其應(yīng)用》共6章,介紹IEC 61131-3第三版的公用元素基本概念、標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言中的指令表和結(jié)構(gòu)化文本的文本類編程語(yǔ)言、梯形圖和功能塊圖的圖形類編程語(yǔ)言、順序功能表圖編程語(yǔ)言、運(yùn)動(dòng)控制功能塊、安全相關(guān)功能塊、模糊控制功能塊等,并討論了它們的編程技巧和工業(yè)應(yīng)用。
《智能制造工業(yè)控制軟件規(guī)范及其應(yīng)用》內(nèi)容涵蓋了智能制造對(duì)PLC軟件功能的基本要求。
《智能制造工業(yè)控制軟件規(guī)范及其應(yīng)用》可作為自動(dòng)化和儀表專業(yè)等相關(guān)專業(yè)本科及?茖W(xué)生的教材和編程語(yǔ)言的培訓(xùn)用書,也是工礦企業(yè)、科研開(kāi)發(fā)單位工程技術(shù)人員的重要參考資料。
重點(diǎn)講述國(guó)際工控編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)IEC 61131-3新版本的公用元素基本概念(面向?qū)ο缶幊蹋?br>除5種標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言的完整描述而外,還專門開(kāi)辟運(yùn)動(dòng)控制功能塊、安全相關(guān)功能塊、模糊控制功能塊的內(nèi)容,討論了它們的編程技巧和工業(yè)應(yīng)用。
《智能制造工業(yè)控制軟件規(guī)范及其應(yīng)用》內(nèi)容涵蓋了智能制造對(duì)PLC軟件功能的基本要求。
前 言
《中國(guó)制造2025》由國(guó)務(wù)院于2015年5月發(fā)布,提出了中國(guó)制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)三個(gè)十年的“三步走”戰(zhàn)略,是第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)。其基本方針是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本;基本原則是市場(chǎng)主導(dǎo),政府引導(dǎo)、立足當(dāng)前,著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)、整體推進(jìn),重點(diǎn)突破、自主發(fā)展,開(kāi)放合作;戰(zhàn)略目標(biāo)是立足國(guó)情,立足現(xiàn)實(shí),力爭(zhēng)通過(guò)“三步走”實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)。其中,加快推動(dòng)新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)融合發(fā)展,把智能制造作為兩化深度融合的主攻方向;著力發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品,推進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程智能化,培育新型生產(chǎn)方式,全面提升企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)的智能化水平,推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合是其重點(diǎn)之一。
當(dāng)前,機(jī)器人應(yīng)用正在擴(kuò)展到越來(lái)越多的行業(yè),包括3D打印、農(nóng)業(yè)、裝配、建筑、電子、物流和倉(cāng)儲(chǔ)、生產(chǎn)制造、醫(yī)藥、采礦以及運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)都能看到機(jī)器人的身影。此外,在生產(chǎn)制造行業(yè),安全防范意識(shí)的提升,對(duì)于重復(fù)性勞動(dòng)帶來(lái)傷害的重視,都成為工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的助推力。
PLCopen國(guó)際組織在構(gòu)筑工控編程環(huán)境開(kāi)放性的同時(shí),還孜孜不倦地為提高工業(yè)自動(dòng)化的工作效率進(jìn)行最基礎(chǔ)性的規(guī)范工作。其主要成果之一就是構(gòu)筑工控編程軟件包的開(kāi)發(fā)環(huán)境;同時(shí),還在這些編程系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將其發(fā)展為統(tǒng)一工程平臺(tái)。與智能制造緊密相關(guān)的主要工作有:
運(yùn)動(dòng)控制規(guī)范。在IEC模塊化的開(kāi)發(fā)環(huán)境里加入了運(yùn)動(dòng)控制技術(shù),將PLC和運(yùn)動(dòng)控制的功能組合在控制軟件的編制中。
機(jī)械安全規(guī)范。和德國(guó)TüV公司合作規(guī)定了IEC 61131-3框架內(nèi)的安全功能及其應(yīng)用。
IEC 61131-3的XML格式規(guī)范。為實(shí)現(xiàn)在不同的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境之間交換程序、函數(shù)/功能塊庫(kù)和工程項(xiàng)目,IEC 61131-3規(guī)范了這些數(shù)據(jù)交換的接口。
IEC 61131-3的OPC信息模型。將OPC UA技術(shù)和IEC 61131-3組合成一個(gè)獨(dú)立于制造廠商的信息和通信架構(gòu)的平臺(tái),為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化結(jié)構(gòu)提供了一種全新的選擇。
為此,PLCopen國(guó)際組織注重與許多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和基金會(huì)(譬如ISA、OPC基金會(huì)等)的合作,開(kāi)發(fā)了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,為智能制造和工業(yè)4.0的應(yīng)用和發(fā)展,打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
為適應(yīng)我國(guó)智能制造的發(fā)展,編者根據(jù)IEC 61131-3第三版、PLCopen國(guó)際組織的運(yùn)動(dòng)控制和安全等有關(guān)規(guī)范,編寫了本書。本書共6章。第1章介紹了IEC 61131-3編程語(yǔ)言第三版的內(nèi)容,根據(jù)基于面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言,IEC 61131-3第三版增加了有關(guān)類、方法、功能塊類型、引用、接口、動(dòng)態(tài)名綁定、命名空間等內(nèi)容,對(duì)封裝、多態(tài)和繼承等內(nèi)容進(jìn)行介紹。第2~4章對(duì)PLCopen規(guī)范的各種編程語(yǔ)言進(jìn)行分類介紹和討論其應(yīng)用示例。
結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制理論,本書第5章介紹運(yùn)動(dòng)控制的基本概念,包括運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、坐標(biāo)系及其變換、插補(bǔ)技術(shù)、狀態(tài)圖、軸、軸組、緩沖模式、過(guò)渡模式、電子凸輪、電子齒輪、協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)、同步運(yùn)動(dòng)等;討論了運(yùn)動(dòng)控制功能塊的基本功能,并介紹管理類和運(yùn)動(dòng)類運(yùn)動(dòng)控制功能塊,包括單軸和多軸,協(xié)調(diào)和同步運(yùn)動(dòng)控制功能塊。
針對(duì)由電氣或電子和可編程電子部件構(gòu)成、起安全功能的電氣/電子/可編程電子系統(tǒng),本書第5章還介紹了安全的基本概念。PLCopen將邏輯、運(yùn)動(dòng)和安全結(jié)合在一個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境中,簡(jiǎn)化應(yīng)用環(huán)境,實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)環(huán)境的有效解決方案。為此,本書介紹了安全相關(guān)功能塊和通用規(guī)則等內(nèi)容,提供了應(yīng)用示例。
自查德創(chuàng)立模糊集理論以來(lái),由于無(wú)需對(duì)被控過(guò)程建立數(shù)學(xué)模型和模糊控制的強(qiáng)魯棒性,模糊控制受到廣泛的應(yīng)用,為此,本書第5章依據(jù)IEC 61131-6的標(biāo)準(zhǔn)文本和其他參考資料介紹模糊控制基本概念,包括模糊集、隸屬函數(shù)、隸屬函數(shù)運(yùn)算、模糊控制基本結(jié)構(gòu)等,討論了模糊控制功能塊和其實(shí)現(xiàn)方法。
本書第6章用大量示例說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的各種應(yīng)用,既有用梯形圖和功能塊圖編程語(yǔ)言編程的示例,也有用指令表和結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言編程的示例,最后,還討論了用順序功能表圖編程語(yǔ)言編程的示例。
編寫本書的目的是為中國(guó)制造2025提供較全面的編程語(yǔ)言培訓(xùn)教材。因此,本書對(duì)PLC的硬件沒(méi)有介紹,有關(guān)硬件內(nèi)容可參考各制造商的產(chǎn)品說(shuō)明書。由于采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言介紹編程技術(shù),因此,與專用制造商編程語(yǔ)言的培訓(xùn)教材不同,本書的適應(yīng)面廣,學(xué)習(xí)一次,得益終身。同時(shí),也是響應(yīng)教育部關(guān)于發(fā)展新工科高等教育,進(jìn)行工業(yè)控制通識(shí)教育的一次嘗試。
本書由彭瑜、何衍慶編著。本書的編寫得到PLCopen中國(guó)組織PC5的積極支持和幫助,得到上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院和華東理工大學(xué)等單位的關(guān)心和支持,同時(shí)PLCopen、ABB、GE、菲尼克斯軟件、倍福、施耐德、羅克韋爾等組織和公司有關(guān)技術(shù)人員為本書的編寫提供了大量資料和技術(shù)支持,謹(jǐn)在此一并表示誠(chéng)摯的謝意。本書編寫過(guò)程中,參考了相關(guān)專業(yè)書籍和產(chǎn)品說(shuō)明書,在此向有關(guān)作者和單位表示衷心感謝。
由于編者水平所限,錯(cuò)漏在所難免,敬請(qǐng)讀者不吝指正。
編 者
目 錄
前言
第1章 概述1
1.1 智能制造是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的方向1
1.1.1 智能制造對(duì)PLC功能的新要求1
1.1.2 PLC硬件如何適應(yīng)智能制造的要求2
1.1.3 PLC軟件如何適應(yīng)智能制造的要求2
1.1.4 PLC是智能制造和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的先行者3
1.2 工業(yè)控制軟件的概念和發(fā)展近況6
1.2.1 工業(yè)軟件的大致分類6
1.2.2 工業(yè)控制軟件的概念6
1.2.3 工業(yè)控制軟件的發(fā)展近況7
1.3 編程語(yǔ)言的發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)9
1.3.1 編程語(yǔ)言的基本概念9
1.3.2 編程語(yǔ)言發(fā)展史9
1.3.3 編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化11
1.3.4 編程語(yǔ)言的特點(diǎn)12
1.3.5 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言14
1.4 公用元素16
1.4.1 語(yǔ)言元素16
1.4.2 文字-數(shù)據(jù)的外部表示23
1.4.3 數(shù)據(jù)類型30
1.4.4 變量42
1.4.5 程序組織單元的公用性能50
1.4.6 函數(shù)59
1.4.7 功能塊86
1.4.8 程序105
1.4.9 類108
1.4.10 接口124
1.4.11 面向?qū)ο蟮墓δ軌K的性能131
1.4.12 多態(tài)性140
1.4.13 命名空間143
1.5 軟件、通信、功能和OPC UA模型151
1.5.1 軟件模型151
1.5.2 通信模型163
1.5.3 功能模型172
1.5.4 OPC UA信息模型175
第2章 文本類編程語(yǔ)言183
2.1 文本類編程語(yǔ)言的公用元素183
2.1.1 文本類編程語(yǔ)言概述183
2.1.2 文本類編程語(yǔ)言的公用元素183
2.2 指令表編程語(yǔ)言184
2.2.1 指令184
2.2.2 函數(shù)、方法和功能塊189
2.2.3 示例193
2.3 結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言194
2.3.1 結(jié)構(gòu)化文本的表示194
2.3.2 語(yǔ)句197
2.3.3 示例208
第3章 圖形類編程語(yǔ)言212
3.1 圖形類編程語(yǔ)言的公用元素212
3.1.1 線、模塊和流向212
3.1.2 網(wǎng)絡(luò)和執(zhí)行控制元素215
3.2 梯形圖編程語(yǔ)言217
3.2.1 梯形圖的組成元素217
3.2.2 梯形圖程序的執(zhí)行221
3.2.3 示例224
3.3 功能塊圖編程語(yǔ)言225
3.3.1 功能塊圖編程語(yǔ)言的圖形符號(hào)和功能塊組合225
3.3.2 功能塊圖程序的編程和執(zhí)行226
3.3.3 示例227
第4章 順序功能表圖編程語(yǔ)言231
4.1 順序功能表圖的三要素231
4.1.1 基本概念231
4.1.2 步232
4.1.3 轉(zhuǎn)換235
4.1.4 有向連線238
4.1.5 程序結(jié)構(gòu)239
4.2 順序功能表圖編程語(yǔ)言242
4.2.1 動(dòng)作242
4.2.2 順序功能表圖的兼容251
4.2.3 示例251
第5章 由IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展的其他功能塊256
5.1 運(yùn)動(dòng)控制功能塊257
5.1.1 概述258
5.1.2 運(yùn)動(dòng)控制功能塊292
5.1.3 運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用示例299
5.2 安全相關(guān)功能塊304
5.2.1 概述305
5.2.2 安全模型308
5.2.3 安全相關(guān)功能塊的通用規(guī)則313
5.2.4 安全相關(guān)功能塊316
5.2.5 安全控制應(yīng)用示例318
5.3 模糊控制功能塊324
5.3.1 基本概念325
5.3.2 模糊控制333
第6章 PLC的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)337
6.1 PLC編程技巧337
6.1.1 基本環(huán)節(jié)337
6.1.2 程序設(shè)計(jì)方法365
6.2 PLC的工業(yè)應(yīng)用示例384
6.2.1 液位控制系統(tǒng)384
6.2.2 信號(hào)報(bào)警和聯(lián)鎖控制系統(tǒng)389
6.2.3 物料輸送過(guò)程的控制系統(tǒng)398
6.2.4 零件分選系統(tǒng)403
6.2.5 火電廠蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的控制408
參考文獻(xiàn)421