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PLC 综合开发利器
——CoDeSys 基础编程及应用指南
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目录
第 0 章 前言 ................................................................................................................................................. 7
第 1 章 概述 ................................................................................................................................................. 8
1.1 IEC 61131-3 标准 .................................................................................................................................... 8
1.1.1 IEC 61131 简介 ................................................................................................................................... 8
1.1.2 PLCopen 组织概况 ............................................................................................................................. 9
1.1.3 IEC 61131-3 编程语言 ....................................................................................................................... 9
1.1.4 IEC 61131-3 标准语言的特点.......................................................................................................... 10
1.2 软 PLC-CODESYS ..................................................................................................................................... 11
1.2.1 软 PLC 控制方案 .......................................................................................................................... 12
1.2.2 软 PLC 的发展方向 ...................................................................................................................... 13
1.3 CODESYS 概述 ........................................................................................................................................ 14
1.3.1 CoDeSys 自动化解决方案 ............................................................................................................... 14
1.3.2 CoDeSys 实时核 ............................................................................................................................... 16
1.4 软件的安装 .......................................................................................................................................... 17
1.4.1 安装所需的软硬件要求 .............................................................................................................. 18
1.4.2 安装 ............................................................................................................................................. 18
1.4.3 启动编程软件 .............................................................................................................................. 18
1.4.4 帮助 ............................................................................................................................................. 18
1.4.5 CoDeSys 开发系统 ........................................................................................................................... 19
1.5 获取资料、插件和技术论坛 .............................................................................................................. 22
第 2 章 CODESYS 结构 ................................................................................................................................ 23
2.1 软件模型 .............................................................................................................................................. 23
2.1.1 软件模型概述 .............................................................................................................................. 23
2.1.2 软件模型的特点 .......................................................................................................................... 24
2.2 设备 ...................................................................................................................................................... 24
2.2.1 设备 ............................................................................................................................................. 24
2.2.2 设备编辑器 .................................................................................................................................. 27
2.3 应用 ...................................................................................................................................................... 28
2.3.1 任务 ............................................................................................................................................. 28
2.3.2 库文件.......................................................................................................................................... 38
2.3.3 全局变量和局部变量 .................................................................................................................. 48
2.3.4 访问路径 ...................................................................................................................................... 50
2.4 程序组织单元 ...................................................................................................................................... 51
2.4.1 程序组织单元结构 ...................................................................................................................... 51
2.4.2 函数 ............................................................................................................................................. 53
2.4.3 功能块.......................................................................................................................................... 56
2.4.4 程序 ............................................................................................................................................. 60
2.4.5 创建的原则 .................................................................................................................................. 62
2.5 应用对象 .............................................................................................................................................. 62
2.5.1 采样跟踪 ...................................................................................................................................... 62
2.5.2 持续变量 ...................................................................................................................................... 68
2.5.3 数据单元类型 .............................................................................................................................. 69
2.5.4 全局网络变量 .............................................................................................................................. 70
2.5.5 配方管理器 .................................................................................................................................. 71
第 3 章 公共元素及变量 ............................................................................................................................ 73
3.1 公用元素 .............................................................................................................................................. 73
3.1.1 字符集.......................................................................................................................................... 73
3.1.2 分界符.......................................................................................................................................... 73
3.1.3 关键字.......................................................................................................................................... 75
3.1.4 常数 ............................................................................................................................................. 75
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3.1.5 句法颜色 ...................................................................................................................................... 78
3.1.6 空格和注释 .................................................................................................................................. 78
3.2 变量的表示和声明 .............................................................................................................................. 82
3.2.1 变量 ............................................................................................................................................. 82
3.2.2 标识符.......................................................................................................................................... 82
3.2.3 变量声明 ...................................................................................................................................... 82
3.3 数据类型 .............................................................................................................................................. 84
3.3.1 标准数据类型 .............................................................................................................................. 84
3.3.2 标准的扩展数据类型 .................................................................................................................. 89
3.3.3 自定义数据类型 .......................................................................................................................... 96
3.4 变量的类型和初始化 ........................................................................................................................ 107
3.4.1 变量的类型 ................................................................................................................................ 107
3.4.2 变量的初始化 ............................................................................................................................ 109
3.5 变量声明及字段指令 ........................................................................................................................ 110
3.5.1 变量匈牙利命名法 .................................................................................................................... 110
3.5.2 字段 Pragma 指令 ..................................................................................................................... 111
第 4 章 编程语言 ..................................................................................................................................... 113
4.1 指令表(IL) ..................................................................................................................................... 114
4.1.1 指令表编程语言简介 ................................................................................................................ 114
4.1.2 连接元素 .................................................................................................................................... 115
4.1.3 操作指令 .................................................................................................................................... 118
4.1.4 函数及功能块 ............................................................................................................................ 123
4.1.5 应用举例 .................................................................................................................................... 124
4.2 梯形图(LD)/功能块(FBD) ........................................................................................................ 126
4.2.1 梯形图/功能块图编程语言简介 .............................................................................................. 126
4.2.2 连接元素 .................................................................................................................................... 128
4.2.3 应用举例 .................................................................................................................................... 137
4.3 结构化文本(ST) ............................................................................................................................ 141
4.3.1 结构化文本编程语言简介 ........................................................................................................ 141
4.3.2 指令语句 .................................................................................................................................... 143
4.3.3 应用举例 .................................................................................................................................... 153
4.4 顺序流程图(SFC) .......................................................................................................................... 157
4.4.1 顺序流程图编程语言简介 ........................................................................................................ 158
4.4.2 SFC 的结构 ..................................................................................................................................... 160
4.4.3 应用举例 .................................................................................................................................... 172
4.5 连续功能图(CFC) .......................................................................................................................... 173
4.5.1 连续功能图编程语言结构 ........................................................................................................ 173
4.5.2 连接元素 .................................................................................................................................... 175
4.5.3 CFC 的组态 ..................................................................................................................................... 182
4.5.4 应用举例 .................................................................................................................................... 183
第 5 章 指令系统 ..................................................................................................................................... 184
5.1 位逻辑指令 ........................................................................................................................................ 184
5.1.1 基本逻辑指令 ............................................................................................................................ 184
5.1.2 置位优先与复位优先触发器指令 ............................................................................................ 189
5.1.3 边沿检测指令 ............................................................................................................................ 192
5.2 定时器指令 ........................................................................................................................................ 194
5.2.1 定时器........................................................................................................................................ 194
5.3 计数器指令 ........................................................................................................................................ 198
5.3.1 计数器简介 ................................................................................................................................ 198
5.3.2 计数器指令 ................................................................................................................................ 198
5.4 数据处理指令 .................................................................................................................................... 202
5.4.1 选择操作指令 ............................................................................................................................ 202
5.4.2 比较指令 .................................................................................................................................... 205
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5.4.3 移位指令 .................................................................................................................................... 209
5.5 运算指令 ............................................................................................................................................ 214
5.5.1 赋值指令 .................................................................................................................................... 214
5.5.2 算术运算指令 ............................................................................................................................ 214
5.5.3 数学运算指令 ............................................................................................................................ 217
5.5.4 地址运算指令 ............................................................................................................................ 221
5.6 数据转换指令 .................................................................................................................................... 223
5.6.1 数据类型转换指令 .................................................................................................................... 223
第 6 章 基础编程 ..................................................................................................................................... 231
6.1 基本编程操作 .................................................................................................................................... 231
6.1.1 启动 CoDeSys ............................................................................................................................. 231
6.1.2 PLC 程序文件的建立 ..................................................................................................................... 233
6.2 通讯参数设置 .................................................................................................................................... 236
6.2.1 启动 Gateway Server 和 PLC ..................................................................................................... 236
6.3 程序下载/读取 .................................................................................................................................. 239
6.3.1 编译 ........................................................................................................................................... 239
6.3.2 登入下载 .................................................................................................................................... 239
6.3.3 在线监控 .................................................................................................................................... 243
6.4 程序调试 ............................................................................................................................................ 246
6.4.1 复位功能 .................................................................................................................................... 246
6.4.2 调试工具 .................................................................................................................................... 248
6.5 仿真 .................................................................................................................................................... 251
6.5.1 离线仿真 .................................................................................................................................... 251
6.6 PLC 脚本功能 ..................................................................................................................................... 253
6.7 程序隐含检查功能 ............................................................................................................................ 254
第 7 章 程序结构 ..................................................................................................................................... 258
7.1 系统程序和用户程序 ........................................................................................................................ 258
7.2 用户程序结构 .................................................................................................................................... 258
7.2.1 常用的编程方法 ........................................................................................................................ 258
7.3 锁存电路 ............................................................................................................................................ 262
7.3.1 创建锁存电路 ............................................................................................................................ 262
7.3.2 锁存电路的实际应用 ................................................................................................................ 265
第 8 章 可视化界面建立及应用 ............................................................................................................... 267
8.1 CODESYS 可视化界面 .......................................................................................................................... 268
8.2 基本操作 ............................................................................................................................................ 269
8.2.1 创建可视化界面 ........................................................................................................................ 269
8.2.2 添加工具 .................................................................................................................................... 269
8.2.3 对齐工具 .................................................................................................................................... 270
8.2.4 删除工具 .................................................................................................................................... 270
8.3 工具 .................................................................................................................................................... 270
8.3.1 基本工具 .................................................................................................................................... 270
8.3.2 通用控制工具 ............................................................................................................................ 275
8.3.3 测量控制 .................................................................................................................................... 286
8.3.4 灯/开关/位图............................................................................................................................. 292
8.3.5 特殊控制 .................................................................................................................................... 294
8.3.6 报警管理 .................................................................................................................................... 301
8.4 视图的建立及编辑 ............................................................................................................................ 307
8.4.1 应用举例 .................................................................................................................................... 307
第 9 章 模拟量闭环控制的实现 ............................................................................................................... 319
9.1 模拟量闭环控制 ................................................................................................................................ 319
9.1.1 模拟量闭环控制系统 ................................................................................................................ 319
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9.1.2 闭环控制的主要性能指标 ........................................................................................................ 320
9.2 CODESYS 的闭环控制功能 .................................................................................................................. 321
9.2.1 CoDeSys 控制方法 ......................................................................................................................... 321
9.2.2 使用 CoDeSys 实现闭环控制 .................................................................................................... 321
9.2.3 模拟量输入数据整定 ................................................................................................................ 323
9.2.4 模拟量输出数据整定 ................................................................................................................ 325
9.2.5 输入数据滤波 ............................................................................................................................ 326
9.3 数字 PID 控制器 ................................................................................................................................ 333
9.3.1 PID 控制原理 ................................................................................................................................. 333
9.3.2 标准 PID 控制器 ........................................................................................................................ 335
9.3.3 固定采样频率的 PID 控制器 .................................................................................................... 337
9.3.4 PD 控制器 ...................................................................................................................................... 338
9.4 数字 PID 控制的改进算法................................................................................................................. 340
9.4.1 积分分离控制器 ........................................................................................................................ 340
9.4.2 带死区的 PID 控制器 ................................................................................................................ 341
9.5 闭环控制实例 .................................................................................................................................... 342
9.5.1 PID 参数整定 ................................................................................................................................. 342
9.5.2 简易压紧机的控制实例 ............................................................................................................ 343
第 10 章 控制系统工程实例 ...................................................................................................................... 352
10.1.1 电动机点动运行 ........................................................................................................................ 352
10.1.2 控制电动机正、反转运行 ........................................................................................................ 355
10.1.3 电动机 Y-△启动控制................................................................................................................ 361
10.1.4 恒压变频供水控制系统 ............................................................................................................ 366
10.1.5 气动分度盘正、反转控制 ........................................................................................................ 371
10.1.6 液位自动控制 ............................................................................................................................ 377
10.1.7 火警报警系统 ............................................................................................................................ 383
10.1.8 抢答器控制系统 ........................................................................................................................ 385
10.1.9 交通灯信号控制程序 ................................................................................................................ 388
10.1.10 停车场管理 ........................................................................................................................... 393
第 11 章 通信网络基础 .............................................................................................................................. 395
11.1 通信技术基础 .................................................................................................................................... 395
11.1.1 通信系统的结构 ........................................................................................................................ 395
11.1.2 通讯传输模式 ............................................................................................................................ 396
11.1.3 数据传送方式 ............................................................................................................................ 396
11.1.4 数据传送介质 ............................................................................................................................ 400
11.2 串行通信基础及协议标准 ................................................................................................................ 405
11.2.1 基本概述 .................................................................................................................................... 405
11.2.2 串口通讯接口标准 .................................................................................................................... 407
11.3 现场总线系统 .................................................................................................................................... 409
11.3.1 现场总线技术 ............................................................................................................................ 409
11.3.2 现场总线的特点 ........................................................................................................................ 410
11.3.3 IEC 61158 标准 .......................................................................................................................... 413
11.3.4 FCS 与 DCS 的基本要点及区别................................................................................................. 416
11.3.5 现场总线的发展历程及发展现状 ............................................................................................ 417
11.4 工业以太网 ........................................................................................................................................ 419
11.4.1 TCP/IP ......................................................................................................................................... 419
11.4.2 TCP/IP 的工作方式 .................................................................................................................... 420
11.4.3 IEEE 802 通信标准 ..................................................................................................................... 422
11.4.4 工业控制网络的拓扑结构 ........................................................................................................ 424
第 12 章 常用工业现场总线及介绍 ........................................................................................................... 430
12.1 CANOPEN 通讯 ..................................................................................................................................... 430
12.1.1 运行原理 .................................................................................................................................... 430
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