新一代开放式控制平台--PLCnext开发与应用_冯毅萍、张龙等编著_9787122469250

本书围绕PLCnext 新一代开放式控制平台的诸多技术优势展开介绍，基于实时开放的Linux 系统，可简单快速集成开源代码和APP 开发自动化项目。用户可选择IEC 61131-3 标准PLC 编程语言和高级语言（如C 、C#）或模型语言（如MATLAB Simulink）进行混合开发。在应用案例设置上紧密贴合工业4.0 智能控制需求，助力解决行业创新应用。本书软硬结合，理论与创新实践应用相结合，由浅入深，可以帮助读者建立全新的开放式智能PLC 控制理念。本书参编团队由高校教师和行业专家组成，拥有多年的PLC 工程经验和实践教学经验，面向工业应用场景选取了6 个真实案例。本书在编写时力求做到通俗易懂，图文并茂，内容安排上深入浅出，突出实践能力培养。本书配有案例视频和高清图片，读者可扫描正文中相应位置二维码或封底二维码查看。另外，与本书配套的PLCnext 相关产品技术资料、电子教案、培训手册等资源，读者可关注微信公众号菲尼克斯自动化获取。本书可供广大从事智能PLC 应用系统开发的工程技术人员参考，同时也可作为普通高等院校自动化、电气工程及其自动化、机械制造及其自动化、智能制造等工科专业教材，也可以作为指导学生参加课外实践训练、自动化类竞赛的技术参考书。

当今快速演进的工业4.0 时代，物联网、大数据、人工智能等技术与各行业深度融合。自动控制技术正以前所未有的速度为制造业乃至更广泛的领域带来革命性的变化。传统的可编程逻辑控制器（PLC）已难以满足日益增长的智能化、集成化需求。面向新形势下工业4.0 以及工业物联网的应用场景，用户期待更自由灵活、符合个性化需求的编程交互方式。菲尼克斯电气全新推出的PLCnext Technology 开放式控制平台，相较于传统的控制器架构具有颠覆性优势。它不仅保留了PLC 的可靠性与实时性，还打破了传统控制系统的封闭性，支持多种编程语言、开源软件和算法集成、云连接等先进特性。由于其兼具开放性、灵活性和高效性等特点，成为了推动智能化、数字化转型的重要力量。
本书介绍了新一代开放式控制平台PLCnext 的技术原理、系统架构、软硬件组成以及系统开发的基本情况，并从工程实践出发，涵盖了多个典型的行业应用案例。本书作者团队由高校教师和行业资深专家组成，拥有多年的PLC 工程实践经验和创新教学经验。内容不仅涵盖了新一代开放式平台智能PLC 创新理论，还包含了工业4.0 和工业物联网创新应用场景案例的介绍。
本书可面向广大工程技术人员作为智能PLC 系统应用的参考书目，也可用于相关专业本科生开展智能PLC 课程和课内外创新实践的教材。全书涵盖以下核心内容。
（1）PLCnext 技术概述：深入浅出地介绍PLCnext 技术的诞生背景、技术特点及其在现代工业自动化中的应用前景。
（2）硬件平台与系统架构：详细介绍PLCnext Control 硬件的构成、系统配置以及开放平台的架构原理，为读者打下坚实的硬件基础。
（3）编程基础与高级应用：从基础的IEC 61131-3 标准PLC 编程语言到C/C 、Python等现代编程语言的应用，展现PLCnext 灵活多样的编程环境。
（4）系统集成与通信技术：讲解如何利用MODBUS、SNMP 等通信协议实现设备互联，以及如何利用OPC UA、MQTT、MySQL 等实现与ERP、MES 等上层管理系统的集成。
（5）应用开发与案例分析：通过实际案例，展示如何在不同行业应用场景中设计、实施基于PLCnext 的智能控制解决方案。结合工程案例展示了PLCnext 在边缘计算、预测性维护、人工智能融合等前沿领域的应用潜能，激发读者的创新思维。
本书具有以下特色：
（1）内容新颖，体现全新开放式智能PLC 控制理念。本书在内容安排上紧密围绕PLCnext新一代开放式控制平台的诸多技术优势展开介绍，基于实时开放的Linux 系统，可简单快速集成开源代码和APP 开发自动化项目。用户可选择IEC 61131-3 标准PLC 编程语言和高级语言（如C 、C#）或模型语言（如MATLAB Simulink）进行混合开发。理论与应用结合，由浅入深，帮助读者建立全新的开放式智能PLC 控制理念。
（2）深入浅出，便于初学者参考。重点聚焦新兴智能PLC 技术的基础理论与原理。以通俗易懂的语言、由浅入深的项目设计和贴近工厂的实践案例，介绍了智能制造背景下的相关前沿技术，易学易教。为便于读者学习，设置了多个阶段性的案例DEMO。基础性内容包括PLC 发展历史、硬件平台、软件平台、PLC 基础编程等。高阶内容包括PLCnext 高级语言开发、工业物联网、工业操作系统等。各章节内容之间既有系统性，又有相对独立性，方便不同层次的读者找到合适的切入内容开展阅读。
（3）案例丰富，行业特色鲜明。在案例设置上紧密贴合工业4.0 智能控制需求，助力解决行业创新应用。案例内容丰富，融合工业应用，属于目前智能制造、工业智能应用中的经典场景。选用的软硬件模块参考行业标准及工业应用需求，且图片资料丰富。对于读者全面深入地了解智能制造基础理论、从事智能PLC 相关领域工作具有较强的指导意义。
（4）编排新颖，强化工程教育。章节编排遵循工程项目设计开发流程，从需求分析、总体方案设计、软硬件平台搭建、各功能模块软件代码开发，再到系统集成、测试等多个标准流程进行。读者通过本书的学习，不仅可以快速了解新一代开放式控制平台的基本理论知识，而且可通过PLCnext 实例熟悉掌握这些过程中的具体操作方法。同时，全书章节安排上还包括工业物联网、工业APP、工业信息安全等前沿内容。通过本书的学习，可以强化读者的工程思维，拓展对于工程问题的多方面认识，从而提升解决复杂工程问题的能力。
我们期待通过本书的学习，读者不仅能掌握智能PLCPLCnext 的精髓，还能具备在复杂工业环境中设计高效、灵活、智能的控制系统的能力。本书高度契合工程师、技术经理、系统集成商等专业人士提升技能、探索创新的需求，也适合工业自动化、电气工程、信息技术等专业的在校学生作为教材使用。
本书由冯毅萍、张龙、曹峥、李慧敏、向宇、杨露、李继先、刁丽芳编著，冯毅萍、张龙负责统稿。在本书的编写和出版过程中，我们荣幸地获得了来自多方的大力支持与无私帮助。感谢浙江大学控制科学与工程学院的张光新教授、邵之江教授、侯迪波教授、赵久强老师，以及哈尔滨工程大学王显峰老师的宝贵建议，他们的专业视角为本书增添了丰富的教育内涵;感谢菲尼克斯电气中国公司总裁顾建党和菲尼克斯产教融合团队张冠伟、易书波、吴永兰的积极推动和组织，感谢化学工业出版社编辑对出版工作的鼎力相助。最后，我们向所有为本书编写和出版付出努力的同仁们表示最诚挚的感谢，是你们的支持与帮助共同促成了这本书的诞生，让它得以成为广大读者学习、研究和参考的宝贵资源。
由于编著者水平有限，不足之处在所难免，敬请读者批评指正。
申明：本书所有实例、图样、程序和视频，未经授权，不得非法使用，违者必究。

编著者
2024年10月

第1章开放式控制平台发展历程 001
1.1 PLC 的基本概念及系统组成 001
1.1.1 PLC 的构成 002
1.1.2 PLC 的基本工作原理 003
1.1.3 IEC 61131-3 标准 004
1.1.4 PLC 的通信联网 005
1.2 自动化技术的变革 006
1.2.1 开放自动化系统的形成 006
1.2.2 菲尼克斯自动化系统的发展 007
1.3 工业4.0 和智能制造对PLC系统的新要求 013
1.4 PLCnext 技术介绍 014
1.4.1 PLCnext 成为开放控制平台的样板 014
1.4.2 PLCnext 技术生态 016
1.4.3 PLCnext 系统架构 019
1.4.4 PLCnext 的技术特点
总结 023

第2章 PLCnext 硬件配置 025
2.1 模块化控制器及其左侧扩展模块 025
2.1.1 模块化控制器 026
2.1.2 左侧扩展模块 027
2.2 I/O 模块 028
2.2.1 Axioline F 系列I/O模块和耦合器 029
2.2.2 Axioline Smart Element系列I/O 模块 031
2.2.3 Axioline E 系列I/O模块 033
2.2.4 I/O-Link 模块 034
2.3 安全控制器 035
2.4 冗余控制器 038
2.5 面向边缘应用的控制器 041

第3章 PLCnext Engineer软件平台 044
3.1 PLCnext Engineer 软件介绍 044
3.1.1 软件安装系统要求 045
3.1.2 用户界面 045
3.2 硬件组态与管理 049
3.2.1 设备硬件组态 049
3.2.2 PROFINET 设备GSDML文件管理 053
3.3 变量用法与管理 055
3.3.1 变量声明 055
3.3.2 自定义数据类型 059
3.4 程序与PLC 资源管理 066
3.4.1 程序组织单元（POU） 067
3.4.2 配置、资源、任务 078
3.4.3 常规编程语言 082
3.4.4 库文件 085
3.4.5 其他导入功能 087
3.5 eHMI 088
3.6 运行与调试 093
3.6.1 程序开发步骤 093
3.6.2 在线调试 094
3.6.3 仿真调试 095
3.6.4 WBM 中的诊断 097

第4章软件应用实例 100
4.1 工程实例介绍 100
4.2 工程实例创建 101
4.2.1 新建工程与硬件组态 101
4.2.2 功能块与程序设计 107
4.2.3 程序下载与调试 109
4.2.4 eHMI 画面设计与运行 112
4.3 基于Web 的网页管理 115
4.3.1 WBM 登录 115
4.3.2 Overview 页面 115
4.3.3 Diagnostics 页面 116
4.3.4 Configuration 页面 119
4.3.5 Security 页面 127
4.3.6 Administration 页面 132
4.4 调试工具 135
4.4.1 NetNames 135
4.4.2 Putty 136
4.4.3 WinSCP 137

第5章高级语言编程 139
5.1 概述 139
5.2 C/C 集成介绍 140
5.2.1 C/C 特点 140
5.2.2 C/C 集成 141
5.2.3 C 应用案例 146
5.3 MATLAB 集成介绍 149
5.3.1 MATLAB 特点 149
5.3.2 MATLAB 集成 150
5.3.3 MATLAB 应用案例 156
5.4 C#集成介绍 158
5.4.1 C#特点 158
5.4.2 C#集成 159
5.4.3 C#应用案例 165

第6章通信协议集成 168
6.1 工业通信网络 168
6.2 MODBUS 通信 169
6.2.1 MODBUS RTU 通信 169
6.2.2 MODBUS TCP 通信 174
6.3 SOCKET 通信 181
6.3.1 SOCKET 概述 181
6.3.2 SOCKET 应用示例 181
6.4 OPC UA 通信 185
6.4.1 OPC UA 概述 185
6.4.2 OPC UA 的特点 186
6.4.3 OPC UA 通信模型 186
6.4.4 PLCnext 控制器作为OPC UA 服务端的使用 187
6.4.5 PLCnext 控制器作为OPC UA 客户端的使用 189
6.5 SNMP 通信 197
6.5.1 SNMP 概述 197
6.5.2 PLCnext Engineer 中SNMP 功能库应用 198
6.6 MQTT 通信 199
6.6.1 MQTT 概述 199
6.6.2 MQTT 特点 200
6.6.3 MQTT 原理 200
6.6.4 PLCnext & MQTT应用示例 202
6.7 MySQL 通信 208
6.7.1 MySQL 概述 208
6.7.2 PLCnext 控制器结合MySQL 使用示例 210

第7章 PLCnext APP 212
7.1 APP 概述 212
7.1.1 APP 的发展历史 212
7.1.2 工业APP 的基本特点和类型 213
7.1.3 PLCnext Store APP软件商店 214
7.2 行业解决方案类APP 217
7.2.1 行业解决方案类APP特点 217
7.2.2 行业解决方案类APP在PLCnext 中的应用 217
7.3 库文件类APP 220
7.3.1 库文件类APP 特点 221
7.3.2 库文件类APP 在PLCnext 中的应用 221
7.4 功能扩展类APP 223
7.4.1 功能扩展类APP特点 224
7.4.2 内部通信方式 224
7.4.3 容器化部署方式Podman 228
7.4.4 MLnext 使用示例 230
7.4.5 ROS 使用示例 234
7.4.6 Node-RED 使用示例 238
7.5 工程项目类APP 242
7.5.1 工程项目类APP特点 242
7.5.2 工程项目类APP 在PLCnext 中的应用 242
7.6 APP 开发与发布 243
7.6.1 APP 开发 243
7.6.2 APP 发布 245

第8章工业信息安全 246
8.1 工业信息安全概述 246
8.1.1 网络安全与信息安全 246
8.1.2 IT 与OT/ICS 的对比 247
8.2 工业信息安全标准IEC 62443概述 248
8.2.1 工业控制信息安全理念 250
8.2.2 工业信息安全措施的相关技术与架构 250
8.3 PLCnext 工业信息安全功能 251
8.3.1 PLCnext 的信息安全基于纵深防御 251
8.3.2 PLCnext 信息安全设计 253
8.3.3 PLCnext 定期安全维护 254
8.4 PLCnext 信息安全操作 255
8.4.1 PLCnext 相关设备信息查询与安全配置 255
8.4.2 用户身份验证与角色权限 256
8.4.3 PLCnext 安全传输与签名的相关配置 257
8.5 PLCnext 中防火墙设置 258
8.5.1 系统消息与规则执行 259
8.5.2 防火墙规则添加与属性 260
8.5.3 通过nftables 设置附加的防火墙规则 261
8.6 PLCnext 中VPN 远程通信 262
8.6.1 IPSec 简介 262
8.6.2 PLCnext IPSec 测试平台构建 263
8.6.3 在PLCnext 中配置IPSec 相关文件并启用服务 263

第9章工业物联网 265
9.1 工业物联网概述 265
9.1.1 背景及概念 265
9.1.2 PLCnext 在IIoT 中的使用 268
9.2 PROFICLOUD 270
9.2.1 PROFICLOUD 概述 270
9.2.2 基于PLCnext 的PROFICLOUD 应用 270
9.2.3 可视化工具服务TSD/Dashboard 274
9.2.4 Dashboard 中Panel说明 277
9.2.5 组织管理服务 281
9.3 PLCnext 控制器连接阿里云 281
9.3.1 阿里云物联网平台介绍 281
9.3.2 PLCnext 控制器接入 282
9.4 PLCnext 控制器连接AWS 285
9.4.1 AWS 介绍 285
9.4.2 PLCnext 控制器接入 285

第10章基于PLCnext 的行业解决方案 289
10.1 PLCnext 在风电行业中的应用 289
10.1.1 智慧能源与风力发电行业简介 289
10.1.2 基于PLCnext 的风机叶片智慧综合监控解决方案 290
10.1.3 通过叶片监测系统实现数据查询 292
10.1.4 通过叶片监测系统实现数据分析 294
10.2 PLCnext 在隧道行业中的应用 295
10.2.1 公路隧道行业简介 295
10.2.2 基于PLCnext 的隧道监控解决方案 296
10.2.3 基于PLCnext 的隧道智能照明方案 298
10.3 PLCnext 在楼宇智能化行业中的应用 300
10.3.1 智能楼宇控制系统介绍 300
10.3.2 基于PLCnext 的暖通空调标准化控制方案 301
10.3.3 基于PLCnext 的智能照明解决方案 305
10.4 PLCnext 在汽车行业中的应用 309
10.4.1 汽车制造行业简介 309
10.4.2 基于PLCnext 的PHCAR电气标准 310
10.5 PLCnext 在设备制造行业的应用 317
10.5.1 设备制造行业概述 317
10.5.2 基于PLCnext 的智能产线控制解决方案 317
10.5.3 基于PLCnext 的设备预测性维护解决方案 320
10.5.4 基于PLCnext 的电机预测性维护案例介绍 322
10.6 PLCnext 在过程自动化行业的应用 327
10.6.1 过程自动化行业背景 327
10.6.2 NAMUR 开放式架构（NOA） 327
10.6.3 开放过程自动化标准（O-PAS） 328
10.6.4 模块化生产（MTP） 329

参考文献 333

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