工业控制系统及应用——PLC与人机界面 第2版

工业控制系统在石油、化工、冶金、机械等制造业以及电力、交通、水利等关键基础设施领域都得到了广泛的应用。本书紧扣工业控制系统核心知识与实战应用，以罗克韦尔Micro800 PLC为例，结合大量工业典型实例，重点阐述PLC软硬件及其编程技术，对与PLC结合紧密的人机界面及其应用技术也做了深入阐述。相比第1版大幅更新，新增大量新知识、新技术与工程案例，还专门详解AI大模型辅助PLC编程与测试及虚拟PLC等，紧贴行业前沿，实用性与先进性兼备。本书适合作为高等院校自动化、测控技术与仪器、机器人工程、电气工程及其自动化等相关专业的教材，也可作为工控企业、自动化工程公司和相关行业工程技术人员的参考书。

本书系统地阐述了面向制造业的工厂自动化与过程自动化的基础知识。以罗克韦尔自动化公司Micro800系列可编程序控制器（PLC）为例，本书重点对PLC的工作原理、编程语言、应用系统设计技术、网络通信等进行了介绍，对与PLC关联紧密的人机界面及其应用技术也进行了分析。结合各类案例，本书详细分析了利用Micro800系列控制器进行逻辑顺序控制、过程控制、变频控制与伺服控制等程序设计。本书对虚拟PLC及大语言模型辅助PLC程序设计等新知识和FactoryTalk Optix等新软件也结合实例进行了介绍。
本书在系统介绍工业控制系统基础知识的基础上，以大量工业实例阐述典型控制系统设计技术，培养读者掌握PLC编程语言、PLC控制软件设计、PLC与外设通信和人机界面设计等关键技术，具有实用性、新颖性和完整性。
本书可作为高等院校自动化、测控技术与仪器、机器人工程、电气工程及其自动化等相关专业的教材，也可作为工控企业、自动化工程公司和相关行业工程技术人员的参考书。

王华忠，华东理工大学信息科学与工程学院副教授、硕士生导师。研究方向为工业控制与安全监控、嵌入式系统及应用、数据驱动的智能信息处理等。编写教材8本；发表论文被SCI/EI收录10余篇；获得上海市教学成果一等奖2次、上海市育才奖、华东理工大学教学贡献奖、华东理工大学育英奖一等奖等荣誉。

目录
前言
第1章 现代工业控制系统1
1.1工业生产中的自动化与工业控制系统1
1.1.1工业控制及其应用与发展1
1.1.2工业生产行业特征与工业控制系统行业属性1
1.1.3离散工业与工厂自动化系统3
1.1.4过程工业与过程自动化系统5
1.2工业控制系统组成7
1.2.1硬件组成7
1.2.2软件组成11
1.2.3现场控制站类型与特征12
1.3集散控制系统16
1.3.1集散控制系统概述16
1.3.2中控技术ECS-700集散控制系统及其应用18
1.3.3现场总线与现场控制23
1.4监控与数据采集系统24
1.4.1监控与数据采集系统概述24
1.4.2监控与数据采集系统应用27
1.4.3监控与数据采集系统和集散控制系统的比较28
1.5现代工业控制网络30
1.5.1工业控制系统信号传输30
1.5.2传统的现场总线31
1.5.3工业以太网32
1.6经典OPC与OPC UA35
1.6.1为何需要OPC与OPC UA35
1.6.2经典OPC规范36
1.6.3OPC UA规范及其应用38
复习思考题44
第2章 Micro800系列控制器硬件与CCW编程软件46
2.1可编程序控制器（PLC）概述46
2.1.1PLC的产生与发展46
2.1.2PLC的工作原理、特点与应用47
2.1.3主要的PLC产品及其分类50
2.1.4软PLC与虚拟PLC51
2.1.5继电器-接触器控制与PLC控制53
2.2Micro800系列控制器硬件特性56
2.2.1Micro800系列控制器概述56
2.2.2Micro800系列控制器硬件组成59
2.3Micro800系列控制器功能性插件与扩展I/O模块及其组态64
2.3.1Micro800系列功能性插件模块与扩展I/O模块及其特性64
2.3.2Micro800系列功能性插件模块与扩展I/O模块组态68
2.3.32080-IF2功能性插件模块用于温度采集示例73
2.4Micro800系列控制器网络结构与EtherNet/IP工业以太网74
2.4.1Micro800系列控制器支持的通信方式74
2.4.2Micro800系列控制器支持的控制网络结构74
2.4.3EtherNet/IP工业以太网76
2.5Micro800系列控制器配套的变频器和伺服驱动器79
2.5.1PowerFlex520系列变频器特性79
2.5.2Kinetix 3组件级伺服驱动器及其网络结构83
2.6Micro800系列控制器编程软件86
2.6.1一体化编程软件CCW86
2.6.2CCW软件编程环境及其设置88
复习思考题90
第3章 Micro800系列控制器编程语言与指令集92
3.1PLC编程语言标准IEC 61131-392
3.1.1传统PLC编程语言存在的问题及IEC 61131-3标准92
3.1.2IEC 61131-3标准的特点与优势92
3.1.3IEC 61131-3标准的基本内容94
3.2Micro800系列控制器编程语言与实例95
3.2.1梯形图编程语言与实例95
3.2.2结构化文本编程语言与实例100
3.2.3功能块图编程语言与实例105
3.2.4顺序功能图及其程序转换107
3.3Micro800系列控制器指令集112
3.3.1Micro800系列控制器指令集概述112
3.3.2Micro800系列控制器主要功能块指令113
3.3.3Micro800系列控制器的指令块124
3.3.4高速计数器（HSC）功能块指令129
3.4CCW中创建、下载、仿真调试项目132
3.4.1CCW中创建项目步骤与实例132
3.4.2与控制器连接、项目下载及调试139
3.4.3CCW仿真控制器的使用145
3.4.4CCW趋势功能的使用150
复习思考题153
第4章 Micro800系列控制器程序设计技术154
4.1PLC程序设计规范与模板154
4.1.1PLC程序设计规范154
4.1.2PLC程序模板与库文件156
4.2Micro800系列控制器程序设计基础157
4.2.1Micro800系列控制器程序执行过程与规则157
4.2.2典型功能环节的PLC程序设计159
4.2.3用户定义的函数（UDF）的创建与使用164
4.2.4用户定义的功能块（UDFB）的创建与使用168
4.3结构数据类型及其在PLC程序设计中的应用171
4.3.1结构数据类型的定义与使用171
4.3.2用LD语言结合数据结构创建电机类设备控制功能块172
4.4PLC控制系统设计内容与程序设计方法175
4.4.1PLC控制系统设计内容及步骤175
4.4.2PLC程序的经验设计法178
4.4.3PLC程序的时间顺序逻辑设计法181
4.4.4PLC程序的逻辑顺序设计法184
4.4.5Micro800系列控制器中断程序设计188
4.5AI大模型辅助PLC程序开发及其应用案例191
4.5.1AI大模型在PLC程序开发中的应用191
4.5.2AI大模型辅助PLC程序开发实例分析193
4.5.3对AI大模型辅助PLC编程的思考209
复习思考题210
第5章 Micro800系列控制器程序设计案例212
5.1Micro800系列控制器在逻辑顺序控制中的应用212
5.1.1Micro800系列控制器用于Factory IO虚拟分拣场景顺控程序设计212
5.1.2Micro800系列控制器在物料输送中的应用223
5.2Micro800系列控制器在过程控制中的应用232
5.2.1Micro800系列控制器的IPIDCONTROLLER功能块232
5.2.2Micro800系列控制器在一阶仿真对象控制中的应用234
5.2.3Micro800系列控制器在二阶仿真对象控制中的应用238
5.2.4Micro800系列控制器在串级控制中的应用242
5.3Micro800系列控制器与变频器结合在运动控制中的应用245
5.3.1丝杆被控对象及其控制要求245
5.3.2控制系统结构与设备配置246
5.3.3丝杆运动控制程序设计249
5.4Micro800系列控制器与伺服设备在间歇立式包装机控制系统中的应用254
5.4.1间歇立式包装机及其工作流程254
5.4.2间歇立式包装机控制系统总体设计与硬件选型及参数配置255
5.4.3间歇立式包装机控制系统总体设计与PLC软件开发257
5.5Micro800系列控制器通信程序设计示例271
5.5.1Micro800系列控制器的Modbus RTU通信程序设计271
5.5.2Micro800系列控制器的Modbus TCP通信程序设计276
5.5.3Micro800系列控制器的MQTT通信程序设计279
复习思考题291
第6章 工业人机界面与工控组态软件294
6.1工业人机界面与工控组态软件概述294
6.1.1工业人机界面类型与作用294
6.1.2工控组态软件概述296
6.2组态软件结构与主要功能部件298
6.2.1组态软件的总体结构及相似性298
6.2.2组态软件的功能部件299
6.3用组态软件开发工控系统上位机人机界面305
6.3.1人机界面设计的基本原则305
6.3.2组态软件选型306
6.3.3用组态软件设计工控系统人机界面的步骤308
6.3.4人机界面调试316
6.4组态王与Micro800系列控制器通信317
6.4.1组态王通过定制驱动与Micro800系列控制器通信317
6.4.2组态王与Micro800系列控制器的Modbus通信319
6.4.3组态王与Micro800系列控制器通过OPC服务器进行以太网通信321
6.5PanelView 800系列终端人机界面设计示例326
6.5.1PanelView 800系列终端配置326
6.5.2PanelView 800系列终端人机界面开发实例327
6.6Micro800系列控制器与昆仑通态和威纶通终端的以太网通信337
6.6.1Micro800系列控制器与昆仑通态终端的以太网通信337
6.6.2Micro800系列控制器与威纶通终端的以太网通信341
6.7运动控制系统PLC程序设计与人机界面开发应用案例344
6.7.1运动控制实验环境与设备344
6.7.2实验系统网络通信与运动控制编程346
6.7.3FactoryTalk Optix可视化软件在运动控制系统上位机人机界面设计中的应用353
复习思考题357
参考文献359