本书系统地介绍目前技术最先进的可编程控制器的工作原理、功能特点、编程系统、编程语言、多任务处理、系统设计、功能函数、数据处理等内容，注重对可编程控制器系统共性知识介绍，注重工程概念，引入这一技术领域的新知识、新概念、新方法，如：安全可编程控制器、MATLAB/Simulink 与可编程控制器的无缝联接、工业以太网、MAPP组件技术、机器智能设计与应用、数字孪生、柔性电驱输送系统、智能机器典型应用实例等，力求将这一领域的最新技术介绍给读者。

在日新月异、浩瀚无垠的工业控制技术星河中，可编程控制器技术无疑是光华四射的星团，在智能制造领域熠熠生辉。时光荏苒，斗转星移，虽然可编程控制器仍然简称为PLC，但已是今非昔比，其内涵和边界已经发生了根本性的变化。伴随着工业控制技术发展的突飞猛进、蒸蒸日上，新需求、新概念、新方法、新技术、新工艺如日方升、层出不穷，并不断在工业控制中得到实践与应用，实现数字化智能制造就是工程技术人员的星辰大海。 PLC的本意是可编程逻辑控制器，但如今的PLC的功能已经跳出了逻辑控制的范畴，它集逻辑控制、模拟量控制、算法分析、网络通信、仿真虚拟、边缘计算、智能管理等功能之大成，可以解决不同规模、不同行业的复杂问题。PLC产品的大家族也扩张为控制器家族、触摸屏家族、驱动器家族、工业计算机家族、工厂自动化系统、编程与仿真软件、柔性输送系统、特种控制方案、机器视觉、远程维护产品、运动控制、集成式机器人等，它的边界已经是昔日PLC不可比拟的，它模糊了与工控机、CNC、DCS的边界，而且，这种边界仍然在扩张中。 Automation Studio是一个集成的软件平台，它面向多个目标，具有多种功能。在这个操作系统平台上，可以连接所有贝加莱可编程控制器家族产品，完成多种语言编程、调试、诊断、通信、管理、仿真、算法等功能，具有多种主流现场总线、POWERLINK工业以太网、多种智能设计和验证的仿真工具接口。 与前一版教材的内容比较，第2版进行了大量的更新，引入了新的工业设计与智能制造技术，如新一代PLC硬件家族、模块化软件设计技术（mapp）、柔性产线设计、数字孪生、边缘计算、直线电机长定子柔性输送系统、ACOPOS 6D平面磁悬浮系统、Tripod机器人等，工程应用案例更新为智能、先进、应用广泛、已经投入使用的项目。 为了便于读者根据自身需求编写控制程序，书中详细地讲述了PLC支持的四种编程语言，分别是梯形图、结构文本、ANSI C、Automation Basic，附录A给出了IL编程指令结构与常用指令。 可以通过电子工业出版社的华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）下载以下资料：第4章编程练习题的参考答案，这些答案都已经上机测试过。为了提高读者综合分析和解决工程问题的能力，启迪思路，第9章列出了从工程实际应用中提炼出来的6道综合练习题，每道题都给出了多种控制算法的参考答案。工作在规划、开发、设计、制造、生产一线的工程师们最了解业界需求，他们能够接触、使用到最先进的可编程控制器设备，由他们来讲解工业控制技术格外贴切、实用。我们提供了60多个视频，听工程师们娓娓道来PLC的实操和工业应用。为了便于高校教师教学，制作了精美的教学讲义。 本书由齐蓉、肖维荣编著。参加本书编写的人员还有贝加莱的工程师邓后刚、周申阳、潘俊儒、靖峰、樊惠芳、金鑫、宋华振，电子工业出版社的韩同平编辑为书籍的出版付出了很多努力与心血。感谢所有为这本书做出贡献、付出辛劳和支持我们的人们。 在编写过程中参考了众多的技术文献、书籍论著、行业或企业标准，在此谨向所有作者和技术人员表示衷心感谢。 书中错误、不当和遗漏之处，敬请专家、同仁、读者不吝指正。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　编著者 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 于西北工业大学

目 录 第1章 可编程控制器概述 （1） 1.1 可编程控制器的定义 （1） 1.2 PLC的主要功能 （1） 1.3 PLC的特点 （3） 1.4 PLC的分类 （6） 1.5 可编程控制器的原理框图及组成 结构 （8） 1.6 PCC与传统PLC工作过程比较 （9） 1.7 输入/输出响应的滞后现象 （10） 1.8 PLC与其他工业控制装置的比较 （11） 1.8.1 PLC与传统继电器控制 系统的比较 （11） 1.8.2 PLC与工业控制计算机的 比较 （12） 1.8.3 PLC与单片机的比较 （14） 1.9 PLC网络与通信 （14） 1.9.1 现场总线 （15） 1.9.2 工业以太网 （23） 1.9.3 实时工业以太网POWERLINK （24） 思考题与练习题 （27） 第2章 典型硬件模块及PLC控制 系统设计 （28） 2.1 B＆R PLC典型控制器硬件模块 （28） 2.1.1 概述 （28） 2.1.2 X20系列PLC （28） 2.1.3 X67系列PLC （31） 2.1.4 X90系列PLC （32） 2.2 安全PLC系统 （35） 2.2.1 安全PLC系统 （36） 2.2.2 X20集成安全PLC系统 （38） 2.3 人机界面系统 （39） 2.4 工业PC （41） 2.5 运动控制系统 （42） 2.5.1 运动控制方案 （43） 2.5.2 典型ACOPOS模块 （43） 2.5.3 POWERLINK Safety系统 （44） 2.5.4 运动控制系统设计、服务和 调试 （45） 2.6 柔性制造的电驱系统 （45） 2.6.1 柔性电驱系统SuperTrak （46） 2.6.2 柔性电驱系统ACOPOStrak （46） 2.7 PLC控制系统设计与硬件配置 （48） 2.7.1 PLC控制系统设计的基本原则 （48） 2.7.2 PLC控制系统硬件的配置设计 （49） 2.7.3 PLC控制系统的安装 （50） 2.7.4 PLC控制系统的抗干扰设计 （51） 2.7.5 PLC控制系统的结构设计 （54） 2.7.6 PLC控制系统的设计流程 （55） 思考题与练习题 （56） 第3章 编程系统及标准功能块 （58） 3.1 PLC编程语言概述 （58） 3.1.1 IEC61131标准 （58） 3.1.2 PLC编程语言的特点 （60） 3.1.3 软件结构 （61） 3.2 B＆R PLC编程系统 （61） 3.2.1 编程系统结构 （61） 3.2.2 编程软件 （63） 3.2.3 标准化与模块化软件 （65） 3.2.4 软件降低硬件成本 （65） 3.2.5 HMI设计工具 （66） 3.3 分时多任务操作系统与I/O处理 （67） 3.3.1 分时多任务操作系统概述 （67） 3.3.2 存储器管理 （68） 3.3.3 运行状态 （78） 3.3.4 多任务处理 （78） 3.3.5 系统容量 （84） 3.3.6 I/O处理 （84） 3.4 标准函数与功能块 （86） 3.4.1 标准库概述 （86） 3.4.2 函数、功能块的调用 （88） 3.4.3 用户库 （96） 3.4.4 时间功能块 （99） 思考题与练习题 （103） 第4章 可编程控制器的程序设计 （105） 4.1 Automation Studio编程语言基础 （105） 4.1.1 编程语言综述 （105） 4.1.2 变量的基本概念 （106） 4.2 梯形图编程语言 （109） 4.2.1 概述 （109） 4.2.2 梯形图编程注意事项 （111） 4.2.3 梯形图元件与网络 （111） 4.2.4 梯形图指令与触点 （112） 4.2.5 梯形图指令的功能与时序 （114） 4.2.6 程序流程的控制 （116） 4.2.7 梯形图指令可实现的基本 逻辑功能 （117） 4.2.8 梯形图中功能块的调用 （118） 4.2.9 功率流程 （118） 4.2.10 数据类型转换 （121） 4.3 结构文本编程语言 （124） 4.3.1 概述 （124） 4.3.2 指令 （126） 4.3.3 功能块调用 （132） 4.3.4 关键字与函数 （132） 4.4 ANSI C编程语言 （134） 4.4.1 简介 （135） 4.4.2 创建C任务 （135） 4.4.3 头文件 （136） 4.4.4 变量及函数的定义 （136） 4.4.5 变量声明 （137） 4.4.6 Line Coverage （139） 4.4.7 函数 （140） 4.4.8 调用库函数 （145） 4.5 Automation Basic编程语言 （147） 4.5.1 指令 （147） 4.5.2 功能块调用 （164） 4.5.3 指针与动态变量 （164） 4.5.4 数组Arrays （165） 4.6 PLC应用程序设计 （165） 4.6.1 PLC应用程序设计规范 （166） 4.6.2 PLC应用程序的质量评价 标准 （173） 思考题与练习题 （173） 第5章 模块化软件设计技术 （mapp） （183） 5.1 概述 （183） 5.1.1 mapp技术简介 （183） 5.1.2 mapp的典型组件 （183） 5.1.3 mapp的架构和开发思想 （184） 5.1.4 mapp技术的特点 （185） 5.2 模块化组件技术 （186） 思考题与习题 （189） 第6章 仿真与Automation Studio 集成 （190） 6.1 仿真层级与仿真工具 （190） 6.1.1 仿真层级 （190） 6.1.2 常用仿真工具 （191） 6.2 MATLAB/Simulink仿真 （192） 6.3 基本原理与项目管理 （193） 6.3.1 “快速模型化”与“硬件在 回路” （193） 6.3.2 Automation Studio 3简介 （194） 6.4 AR4MATLAB/SIMULINK自动 生成C代码 （195） 6.4.1 Simulink中的仿真模型 （195） 6.4.2 Automation Studio工程准备 （196） 6.4.3 目标系统设置 （197） 6.4.4 自动生成代码 （198） 6.4.5 调试和在线监控 （198） 思考题与练习题 （199） 第7章 数字化智能制造技术 （200） 7.1 数字孪生 （201） 7.1.1 数字孪生的定义 （201） 7.1.2 仿真与数字孪生 （201） 7.1.3 传统系统仿真制约因素 （202） 7.1.4 数字孪生产线关键技术 （203） 7.1.5 数字孪生三维、五维模型 （206） 7.1.6 柔性电驱中的数字孪生技术 （207） 7.1.7 生产过程中的数字孪生 （209） 7.2 边缘计算 （211） 7.2.1 工业物联网 （211） 7.2.2 边缘计算技术背景 （214） 7.2.3 边缘计算网络架构 （215） 7.2.4 边缘计算的本质 （216） 7.2.5 边缘计算面临的挑战 （216） 7.2.6 边缘计算的维度 （217） 7.2.7 边缘计算的应用场景 （218） 7.2.8 Orange BOX—面向边缘 计算的实现 （219） 7.2.9 边缘控制器 （222） 7.2.10 OICT融合 （224） 7.3 集成一体化机器视觉 （225） 7.3.1 机器视觉的定义 （225） 7.3.2 工业应用对机器视觉的要求 （225） 7.3.3 机器视觉的产业链 （226） 7.3.4 影响机器视觉发展的因素 （226） 7.3.5 机器视觉技术的发展 （226） 7.3.6 集成机器视觉的分类 （227） 7.3.7 机器视觉系统结构和工作 流程 （228） 7.3.8 机器视觉图像采集技术 （228） 7.3.9 机器视觉中的数字图像处理 技术 （229） 7.3.10 集成机器视觉的同步 （229） 7.3.11 贝加莱集成机器视觉 （230） 7.4 ACOPOS 6D 平面磁悬浮 （233） 7.4.1 磁悬浮平面电机控制的关键 问题 （234） 7.4.2 磁悬浮永磁同步平面电机结构及 工作原理 （235） 7.4.3 同心式绕组磁悬浮PMSPM 结构特点 （236） 7.4.4 六自由度运动控制平台结构 （237） 7.4.5 自适应机电一体化制造方案 （237） 7.4.6 ACOPOS 6D （238） 7.5 柔性制造 （242） 7.5.1 个性化需求 （243） 7.5.2 制造柔性及分类 （244） 7.5.3 柔性制造种类 （244） 7.5.4 柔性制造系统 （245） 7.5.5 柔性制造中的精益生产 （245） 7.5.6 柔性生产线应解决的问题 （247） 7.6 柔性电驱输送系统 （248） 7.6.1 柔性电驱工作原理 （248） 7.6.2 机械结构设计 （249） 7.6.3 基于柔性电驱输送的生产线 设计优势 （251） 7.7 基于ACOPOStrak的柔性生产线 设计 （252） 7.7.1 需求分析 （252） 7.7.2 选型设计 （253） 第8章 典型工程应用案例 （256） 8.1 凹版印刷机控制系统设计 （256） 8.1.1 印刷机简介 （256） 8.1.2 凹版印刷机系统 （259） 8.1.3 凹版印刷机控制需求分析 （262） 8.1.4 凹版印刷机控制系统硬件 配置 （266） 8.1.5 集成套色系统 （268） 8.1.6 收料系统控制 （269） 8.1.7 关键技术 （273） 8.1.8 凹版印刷机软件设计 （285） 8.2 贴标机 （293） 8.2.1 贴标机机型 （293） 8.2.2 机械结构 （294） 8.2.3 标站结构 （295） 8.2.4 硬件配置 （296） 8.2.5 全伺服不干胶贴标机 （298） 8.2.6 关键技术 （298） 8.2.7 控制算法 （299） 8.2.8 模块化设计 （302） 8.3 注塑机 （304） 8.3.1 需求分析 （304） 8.3.2 注塑机构造 （305） 8.3.3 全电动注塑机核心技术 （306） 8.3.4 注塑机控制算法 （313） 8.3.5 模块化开发设计 （323） 第9章 综合练习题 （326） 9.1 Tripod机器人 （326） 9.1.1 Tripod机器人操作平台 （326） 9.1.2 题目描述 （328） 9.1.3 设计要求 （330） 9.2 多温区温度控制 （330） 9.2.1 温控装置 （330） 9.2.2 题目描述 （331） 9.2.3 设计要求 （332） 9.3 悬浮球控制 （333） 9.3.1 悬浮球控制装置 （333） 9.3.2 题目描述 （335） 9.3.3 设计要求 （335） 9.4 多质量弹性扭转系统控制 （336） 9.4.1 弹性扭转装置 （336） 9.4.2 题目描述 （336） 9.4.3 设计要求 （337） 9.5 防摇控制 （337） 9.5.1 防摇装置 （337） 9.5.2 题目描述 （339） 9.5.3 设计要求 （339） 9.6 ACOPOStrak柔性制造生产线 优化设计 （339） 9.6.1 ACOPOStrak柔性制造生产线 （340） 9.6.2 题目描述 （340） 9.6.3 设计要求 （343） 附录A IL编程指令结构与常用指令 （344） 附录B 工程师讲堂 （349）

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