可编程控制器原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:宋君烈 编

出品人:

页数:124

译者:

出版时间:2002-10

价格:16.00元

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isbn号码:9787810548144

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• 可编程控制器
• 工业自动化
• 电气控制
• 单片机
• 传感器
• 执行器
• 编程
• 技术
• 应用

机械自动化控制系统中的核心驱动：PLC技术揭秘 在现代工业生产的 vast realm 中，自动化控制系统宛如精密运转的神经中枢，而可编程逻辑控制器（PLC）则扮演着其中至关重要的“大脑”角色。它们以其卓越的逻辑处理能力、强大的实时响应以及灵活的编程特性，深刻地改变着制造业的格局，推动着生产效率的飞跃和产品质量的提升。本书将带领读者深入探索PLC技术的内在机制，解锁其在各类工业自动化应用中的奥秘，揭示其作为现代机械控制系统中核心驱动的强大力量。 一、PLC的诞生与发展：从继电器控制到智能化时代 PLC并非凭空出现，它的诞生是工业自动化发展史上的一个重要里程碑，是对传统继电器控制系统局限性的有力回应。在PLC出现之前，复杂的工业控制逻辑通常由成千上万个继电器、定时器、计数器等分立元器件通过复杂的接线来实现。这种控制方式存在着诸多弊端：接线复杂、体积庞大、功耗高、可靠性差、调试困难、修改不便，且成本高昂。尤其是在需要频繁修改控制逻辑的生产线，其维护成本和时间投入更是令人难以承受。 20世纪60年代末，美国数字设备公司（DEC）推出了一款名为“模块化数字控制器”（Modular Digital Controller）的产品，被认为是PLC的雏形。随后，莫迪康（Modicon）公司于1969年推出的Model 184，则被公认为第一款真正的PLC。它的出现，标志着工业控制进入了一个崭新的时代。PLC以其微处理器为核心，通过软件编程来代替硬件接线，极大地简化了控制系统的设计和维护。 经过几十年的发展，PLC技术不断演进，从最初的简单逻辑控制，到如今集成了PID控制、运动控制、通信网络、安全功能等多种高级功能，并朝着更加集成化、智能化、网络化的方向发展。从最初的“继电器替代品”，到如今能够独立处理复杂生产流程、与MES（制造执行系统）和ERP（企业资源计划）系统无缝对接的智能终端，PLC的进化历程，就是一部工业自动化技术不断突破创新的历史。 二、PLC的工作原理：硬件架构与软件执行的精妙结合 理解PLC，首先需要对其核心工作原理有所认识。PLC的本质是一个微处理器为核心的工业计算机，它具备输入、输出、中央处理器（CPU）和存储器等基本单元，并通过内部总线将这些单元连接起来，形成一个有机整体。 输入模块（Input Module）： 负责接收来自现场传感器、开关、按钮等设备的信号。这些输入信号可以是数字信号（如开关的开/闭状态）或模拟信号（如温度、压力、速度等）。输入模块将这些来自物理世界的信号转换为PLC CPU能够识别和处理的二进制信号。 输出模块（Output Module）： 负责将PLC CPU处理后的控制指令转换为驱动执行机构的信号。这些输出信号可以控制电动机的启动/停止、阀门的开启/关闭、指示灯的点亮/熄灭等。输出模块根据CPU的指令，向外部设备输出相应的数字或模拟信号。 中央处理器（CPU）： 是PLC的“大脑”，负责执行用户编写的PLC程序，并根据输入信号的变化，实时地进行逻辑判断、运算和控制。CPU的工作流程通常遵循“扫描周期”，即依次读取输入状态、执行用户程序、更新输出状态。这个扫描周期的速度直接关系到PLC的实时响应能力。 存储器（Memory）： 包括程序存储器、数据存储器和系统存储器。程序存储器用于存放用户编写的PLC程序；数据存储器用于存储输入/输出点的状态、中间变量、定时器/计数器的数值等；系统存储器则存放PLC操作系统和固件。 通信接口（Communication Interface）： 现代PLC通常具备多种通信接口，如RS232、RS485、以太网（Ethernet）、Profibus、Profinet等，使其能够与其他PLC、人机界面（HMI）、上位机系统以及各种工业设备进行数据交换和通信，实现分布式控制和系统集成。 PLC的软件执行机制是其核心竞争力之一。用户通过特定的编程软件，使用各种图形化或文本化的编程语言（如梯形图、指令表、结构化文本、功能块图、顺序功能图等）来编写控制程序。CPU按照预设的顺序，循环扫描并执行这些程序。每一次扫描，CPU都会检查所有输入点的状态，根据程序中的逻辑关系，计算出相应的输出状态，并将这些状态写入输出点。这个快速而精确的循环过程，保证了PLC能够实时地响应现场的变化，并稳定地控制生产过程。 三、PLC的编程语言：逻辑的表达与实现的桥梁 PLC编程语言是实现自动化控制逻辑的关键。不同的编程语言适用于不同的应用场景和程序员的习惯，但其最终目的都是将工程人员的控制意图转化为PLC能够执行的指令。 梯形图（Ladder Diagram, LD）： 这是最常用、最直观的PLC编程语言，其图形化表示类似于电气工程中的继电器控制线路图。触点代表输入或内部状态，线圈代表输出或内部状态的改变。梯形图易于理解和学习，尤其适合于简单的开关量逻辑控制。 指令表（Instruction List, IL）： 文本型的编程语言，由一系列助记符指令组成，类似于汇编语言。指令表在执行效率和代码紧凑性方面有优势，适合于需要高效执行的逻辑或某些特殊的运算。 结构化文本（Structured Text, ST）： 高级的、类高级语言的编程语言，支持复杂的算法、循环、判断和数据结构。ST语言在处理复杂的数学运算、数据处理和算法控制方面表现出色，更适合有编程经验的工程师。 功能块图（Function Block Diagram, FBD）： 图形化的编程语言，通过连接预定义的功能块（如定时器、计数器、PID控制器等）来构建控制逻辑。FBD语言直观且模块化，便于复用和维护，尤其适合于复杂的连续控制和算法实现。 顺序功能图（Sequential Function Chart, SFC）： 一种图形化的编程语言，用于描述和控制按顺序执行的任务。SFC将控制过程分解为一系列步骤（Step）和转换（Transition），通过流程图的方式清晰地展示控制流程，适合于具有明显顺序性和流程性的应用。 掌握这些编程语言，并理解它们之间的相互转换和适用场景，是PLC工程师必备的技能。通过熟练运用这些工具，工程师可以将复杂的控制需求，转化为精确、高效的PLC程序。 四、PLC的应用领域：工业自动化中的无处不在 PLC的应用范围极其广泛，几乎渗透到所有工业领域，成为现代工业自动化的基石。 制造业： 从汽车制造、电子产品组装到食品加工、纺织印染，PLC几乎是所有自动化生产线的核心。它负责控制生产流程的顺序、设备的启停、动作的协调、参数的监控和调节，确保生产的连续性、高效性和稳定性。 能源行业： 在发电厂、输配电站、水力发电、风力发电等领域，PLC被用于监控和控制发电设备的运行、调节电力输出、保护设备安全、实现远程监控和调度。 建筑自动化（楼宇自控）： 智能建筑中的照明、空调、通风、安防、电梯等系统，都需要PLC进行集中控制和管理，以提高能源利用效率，提升居住舒适度和安全性。 交通运输： 在城市轨道交通（地铁、轻轨）、高速公路收费系统、信号灯控制、港口自动化等领域，PLC负责车辆的调度、信号的切换、设备的启停和监控，保障交通的顺畅和安全。 环保水处理： 污水处理厂、给水厂等场所，PLC用于控制水泵、阀门、搅拌器等设备，监测水质参数，实现自动化运行和远程监控，保障城市供水安全和环境保护。 农业自动化： 在温室大棚的温度、湿度、光照控制，灌溉系统的精准调度，以及自动化养殖等方面，PLC也发挥着越来越重要的作用。 五、PLC的选型与维护：实现高效稳定运行的关键 针对不同的应用需求，选择合适的PLC型号至关重要。PLC的选型需要考虑的因素包括： I/O点数： 根据输入和输出信号的数量来选择。 处理能力： 根据控制逻辑的复杂程度和响应速度要求来选择CPU。 通信能力： 根据与其他设备的通信需求来选择支持的通信协议和接口。 特殊功能： 如是否需要PID控制、运动控制、安全功能等。 品牌与可靠性： 选择知名品牌，保证产品的稳定性和服务支持。 成本： 在满足需求的前提下，综合考虑成本因素。 PLC的维护也是保证系统长期稳定运行的重要环节。定期的检查、软件更新、故障诊断和排除，以及操作人员的培训，都是必要的维护内容。 结语 PLC技术作为现代工业自动化领域的关键技术，其发展和应用仍在不断深化。随着物联网、人工智能等新兴技术的融合，未来的PLC将更加智能化、网络化，并将在更广泛的领域展现其独特的价值。理解PLC的原理、掌握其编程方法、熟悉其应用场景，对于每一位致力于工业自动化领域的专业人士而言，都至关重要。本书旨在为您搭建一个坚实的知识平台，让您能够自信地驾驭PLC这一强大的工业自动化工具，为您的工作和事业添砖加瓦。

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如果用一个词来形容这本《可编程控制器原理及应用》带给我的感受，那就是“系统性”。很多技术手册在讲解特定功能时，会显得零散而孤立，使得读者难以构建起一个完整的知识体系。然而，这本书巧妙地将硬件选型、软件编程、调试测试以及后期的维护保养，编织成一个有机的整体。例如，它在讲解了模拟量输入模块后，紧接着就讨论了如何利用这些数据进行PID（比例-积分-微分）控制算法的初步实现，并将算法的实现与PLC内部的数学运算指令块紧密结合起来。这种“软硬结合，理论联系实际”的编排方式，极大地提升了学习的效率和深度。我尤其欣赏它对安全规范的强调，在自动化日益重要的今天，如何确保控制逻辑的安全性，避免误操作带来的风险，是专业人员必须掌握的素养。书中对不同安全等级控制系统的架构描述，为我规划未来的项目提供了极具参考价值的蓝图。它不是一本速成秘籍，而是一部值得反复研读的工程工具书。

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这本《可编程控制器原理及应用》读起来让人感觉像是打开了一扇通往工业自动化核心技术的大门，尽管我目前对这块领域还处于摸索阶段，但书中清晰的脉络和详实的案例解析，确实让我对PLC（可编程逻辑控制器）的内在逻辑有了初步的认识。特别是关于指令集和编程梯形图的讲解部分，作者没有仅仅停留在理论的层面，而是通过大量的实际工控场景，如传送带控制、简单的温度调节系统等，手把手地演示了如何将现实问题转化为可执行的逻辑代码。我特别欣赏它对不同品牌PLC（比如西门子S7系列和三菱FX系列）的共性和特性的对比分析，这对于我们这些初学者来说，避免了陷入单一品牌的局限性，能够更全面地理解PLC作为一种通用控制工具的本质。书中对输入/输出模块（I/O）的工作原理，特别是模拟量信号的处理部分，讲解得极为细致，避免了那种教科书式的干瘪，而是结合了实际的传感器和执行器连接图，让人对信号的采集和输出有了更直观的感受。虽然有些高级的工业网络通信协议部分对我来说还有些晦涩，但我相信随着实践经验的积累，回过头来再翻阅这些章节，定会有豁然开朗之感。这本书的价值在于，它不仅教你“怎么做”，更重要的是让你理解“为什么这么做”，为后续深入研究更复杂的工业控制系统打下了坚实的基础。

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这本书的文字风格非常“务实”，几乎没有华丽的辞藻堆砌，每一句话都像是在解决一个具体的技术问题。它在介绍各种逻辑控制结构时，会非常直接地指出不同结构在资源占用和执行效率上的差异，这对于追求最高性能的自动化项目设计者来说，是极其宝贵的经验之谈。例如，书中对比了“跳转指令”与“子程序调用”在程序流程控制上的优劣，并结合实际的内存分配限制给出了明确的建议。此外，书中对于人机界面（HMI）与PLC之间的数据交换和通信协议（如Modbus RTU或以太网/IP的基础概念）也有所涉及，虽然篇幅不长，但足以让读者明白，现代自动化系统从来不是孤立的PLC在工作，而是网络化、集成化的一部分。对我而言，最吸引我的是它对于高级运动控制基础逻辑的介绍，虽然没有深入到伺服驱动器的具体参数调优，但它清晰地阐述了点位控制与插补运动的基本区别和PLC层面的实现思路，这为我理解更复杂的机械自动化系统提供了必要的理论支撑。

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说实话，作为一个在传统制造业摸爬滚打多年的工程师，我手里关于自动化技术的书籍不少，但大多都流于表面或者过于偏重某一个特定品牌，缺乏一种宏观的、能够融会贯通的视角。这本《可编程控制器原理及应用》在结构安排上显得非常老道和成熟。它没有一上来就抛出复杂的硬件结构图，而是从控制系统的基本概念出发，循序渐进地介绍了继电器控制到PLC演变的历史背景，这种情境化的叙述方式，极大地增强了阅读的代入感。书中对定时器和计数器的应用场景描述，简直是教科书级别的典范——它不是简单地罗列指令参数，而是深入探讨了在实际生产线上，这些基础功能如何解决连锁反应、周期性动作等复杂时序问题。让我印象深刻的是，其中关于程序结构和模块化编程的章节，它强调了如何编写“健壮”且易于维护的PLC代码，这在实际的工厂维护中至关重要，很多老旧程序就是因为缺乏良好的结构而成为维护人员的噩梦。总的来说，这本书更像是一位经验丰富的老工匠在传授他的“看家本领”，语言朴实，但蕴含的却是多年实践提炼出的真知灼见，非常适合有一定动手基础，希望提升自身系统设计能力的专业人士。

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这本书的阅读体验，可以说是充满了“挑战性”与“收获感”的交织。它的理论深度是毋庸置疑的，尤其是在讲述到故障诊断和异常处理机制时，作者似乎将自己多年在现场遇到的各种“疑难杂症”都归纳整理了一番。我特别留意了关于看门狗（Watchdog Timer）和程序执行周期的章节，这些内容在其他入门书籍中往往是一笔带过，但本书却用了相当的篇幅进行剖析，解释了为什么一个微小的程序延迟会在高速运行的生产线上引发连锁停机。这种对“时间”和“可靠性”的执着关注，体现了作者对工业控制严谨性的深刻理解。不过，对于完全没有电工电子基础的读者来说，开篇的部分电路基础和布尔代数的复习可能略显紧凑，需要读者具备一定的预备知识储备。我个人是通过结合网络上的相关视频教程辅助理解硬件接口部分的，这样学习效率会更高一些。总而言之，它是一本面向“实战高手”而非“纯理论探索者”的书籍，它要求读者不仅要会读图，还要会“听”机器的“声音”，从而预判控制系统的潜在风险。

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