可编程控制器原理与应用（第2版）.pdf

职业教育精品教材（电气运行与控制专业）可编程控制器原理与应用（第 2 版）周惠文 施 永 主编 Publishing House of Electronics Industry 北京BEIJING 内 容 简 介 本书主要有可编程控制器初步、基本指令的应用、步进指令的应用、功能指令的应用和 PLC 综合应用五大部分，共 16 个典型的控制任务，基本涵盖了 PLC 的基础知识，是学习 PLC 的一本入门教材。既可作为职业院校电类、机电类及其他相关专业的教材，也可作为工程技术人员的培训教材或自学参考用书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 可编程控制器原理与应用/周惠文，施永主编.2 版.北京：电子工业出版社，2014.3 职业教育精品教材.电气运行与控制专业 ISBN 978-7-121-22581-9 .可 .周施 .可编程序控制器-中等专业学校-教材 .TP332.3 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2014）第 039918 号 策划编辑：张 帆 责任编辑：张 帆 特约编辑：李云霞 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871 092 1/16 印张：16.5 字数：422.4 千字 印 次：2014 年 3 月第 1 次印刷 定 价：30.80 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。服务热线：（010）88258888。北京中新伟业印制有限公司 再版说明 本书第 1 版从 2007 年出版以来，不觉已接近六年了，在此期间各大 PLC 生产厂商的产品都在不断更新，有些老的机型现在已经停产，在市场上已无法购买。另外，PLC 编程软件也随着 PLC 功能的不断强大逐步升级，甚至研发并推出了新的编程软件。本书在实际应用中已很难满足读者的需要，基于上述原因对本书进行了再版修订。三菱公司作为占有 PLC 市场相当份额的生产厂商，在 FX 系列小型 PLC 产品方面也给予了足够的重视，不断研发、改进、推出新的机型，加强了网络控制方面的功能，如新推出的FX3U（C）和 FX3G。与此同时，在软件方面，GX Developer 编程软件也不断升级，并推出了基于 Win 7 操作系统的 GX Works 中文编程软件，从而在硬件和软件方面都前进了一大步。本次再版时所采用的硬件选用了新推出的 FX3U 型 PLC，软件采用目前仍广泛应用的 GX Developer 编程软件，对原书进行了修订，纠正了原书中的一些错漏之处，修改了几乎所有的图形和部分控制任务，并对部分章节进行了重新编写。本书自发行以来，曾有许多专家和老师通过网络和编者进行了交流，提出了许多中肯的意见和建议，并指出了相关错漏之处，在此对他们的关心和支持表示最衷心的感谢！希望今后仍能对本书给予关注。编 者 2014.2 本书在 2007 年出版的职业教育精品教材可编程控制器原理与应用的基础上，根据目前的教学发展形势和要求，并采纳了一些专家和读者的意见和建议，对原书进行了全面修订。本书中的硬件选用了三菱公司新推出的 FX3U 型 PLC，软件采用目前广泛应用的 GX Developer 编程软件，修改了几乎所有的图形和部分控制任务，纠正了原书的一些错漏之处，并对部分章节进行了重新编写。本书在修订时，仍保持了原书的整个体系和主要风格，坚持理论和实际紧密结合的原则，继续采用任务驱动的教学形式，强调在“学中做，做中学”，以努力提高学生的实际操作能力和动手创新能力为根本，力求培养满足社会需要的一线技术工人。本书主要有可编程控制器初步、基本指令的应用、步进指令的应用、功能指令的应用和PLC 综合应用五大部分，共 16 个典型的控制任务，基本涵盖了 PLC 的基础知识，是学习 PLC的一本入门教材。既可作为职业院校电类、机电类及其他相关专业的教材，也可作为工程技术人员的培训教材或自学参考用书。本书由江苏省常州刘国钧高等职业技术学校周惠文和江苏省常州技师学院施永担任主编，其中第 2 章、第 5 章和附录由施永编写，其余均由周惠文编写。由于时间仓促，加上编者水平有限，书中错漏之处在所难免，恳请各位读者予以批评指正。编 者 2014.2 目 录 V 第 1 章 可编程控制器初步 （1）1.1 可编程控制器的起源与发展 （1）1.2 可编程控制器的构成及工作原理 （2）1.2.1 可编程控制器的构成 （2）1.2.2 可编程控制器的工作原理 （6）1.3 三菱 FX3U 系列可编程控制器 （7）1.4 一个简单的开关量控制应用实例 （12）1.4.1 继电器控制电路 （12）1.4.2 输入/输出分配 （13）1.4.3 程序设计 （14）1.4.4 系统安装与调试 （17）拓展与延伸 （25）本章小结 （26）本章习题与思考题 （26）第 2 章 可编程控制器基本指令的应用 （28）2.1 三相交流异步电动机正反转控制系统 （28）2.1.1 控制任务分析 （28）2.1.2 相关基础知识 （29）2.1.3 输入/输出分配 （33）2.1.4 程序设计 （34）2.1.5 系统安装与调试 （35）拓展与延伸 （46）2.2 流水灯控制系统 （46）2.2.1 控制任务要求及分析 （46）2.2.2 相关基础知识 （47）2.2.3 输入/输出分配 （52）2.2.4 程序设计 （52）2.2.5 系统安装与调试 （53）拓展与延伸 （63）2.3 电动机的单按钮启停控制系统 （63）2.3.1 控制任务分析 （63）可编程控制器原理与应用（第 2 版）VI 2.3.2 相关基础知识 （64）2.3.3 输入/输出分配 （66）2.3.4 程序设计 （67）2.3.5 系统安装与调试 （69）拓展与延伸 （75）2.4 小车自动往返控制系统 （75）2.4.1 控制任务分析 （75）2.4.2 相关基础知识 （76）2.4.3 输入/输出分配 （80）2.4.4 程序设计 （80）2.4.5 系统安装与调试 （82）拓展与延伸 （86）本章小结 （86）本章习题与思考题 （87）第 3 章 可编程控制器步进指令的应用 （91）3.1 全自动洗衣机控制系统 （91）3.1.1 控制任务分析 （91）3.1.2 相关基础知识 （92）3.1.3 输入/输出分配 （96）3.1.4 程序设计 （97）3.1.5 系统安装与调试 （99）拓展与延伸 （107）3.2 大小铁球分类控制系统 （107）3.2.1 控制任务分析 （107）3.2.2 相关基础知识 （109）3.2.3 输入/输出分配 （112）3.2.4 程序设计 （113）3.2.5 系统安装与调试 （114）拓展与延伸 （120）3.3 十字路口交通信号灯控制系统 （120）3.3.1 控制任务分析 （120）3.3.2 相关基础知识 （121）3.3.3 输入/输出分配 （125）3.3.4 程序设计 （126）3.3.5 系统安装与调试 （129）拓展与延伸 （133）3.4 机械手控制系统 （133）3.4.1 控制任务分析 （133）3.4.2 相关基础知识 （134）目 录 VII3.4.3 输入/输出分配 （138）3.4.4 程序设计 （139）3.4.5 系统安装与调试 （143）拓展与延伸 （146）本章小结 （146）本章习题与思考题 （146）第 4 章 可编程控制器功能指令的应用 （153）4.1 花式喷泉控制系统 （153）4.1.1 控制任务及分析 （153）4.1.2 相关基础知识 （154）4.1.3 输入/输出分配 （157）4.1.4 程序设计 （158）4.1.5 系统安装与调试 （159）拓展与延伸 （162）4.2 广告牌饰灯控制系统 （162）4.2.1 控制任务及分析 （162）4.2.2 相关基础知识 （163）4.2.3 输入/输出分配 （171）4.2.4 程序设计 （172）4.2.5 系统安装与调试 （175）拓展与延伸 （179）4.3 小车多工位运料控制系统 （179）4.3.1 控制任务及分析 （179）4.3.2 相关基础知识 （180）4.3.3 输入/输出分配 （185）4.3.4 程序设计 （186）4.3.5 系统安装与调试 （188）拓展与延伸 （190）4.4 自动售货机控制系统 （191）4.4.1 控制任务及分析 （191）4.4.2 相关基础知识 （191）4.4.3 输入/输出分配 （198）4.4.4 程序设计 （198）4.4.5 系统安装与调试 （202）拓展与延伸 （204）4.5 三自由度工件搬运控制系统 （204）4.5.1 控制任务及分析 （205）4.5.2 相关基础知识 （206）4.5.3 输入/输出分配 （208）可编程控制器原理与应用（第 2 版）VIII 4.5.4 程序设计 （209）4.5.5 系统安装与调试 （213）拓展与延伸 （215）本章小结 （215）本章习题与思考题 （217）第 5 章 可编程控制器的综合应用 （220）5.1 PLC 在传统机床电路电气改造中的应用 （220）5.1.1 控制任务分析 （220）5.1.2 相关基础知识 （222）5.1.3 输入/输出分配 （227）5.1.4 程序设计 （228）5.1.5 程序输入与模拟调试 （230）5.1.6 系统安装与总调 （231）拓展与延伸 （231）5.2 PLC 在变频调速电梯中的应用 （233）5.2.1 控制任务分析 （233）5.2.2 相关基础知识 （234）5.2.3 输入/输出分配 （242）5.2.4 程序设计 （243）5.2.5 程序输入与模拟调试 （254）5.2.6 系统安装与总调 （255）拓展与延伸 （255）本章小结 （255）第 1 章 可编程控制器初步 1第 1 章 可编程控制器初步 本章学习目标 本章主要介绍可编程控制器的基础知识，并通过一个简单的控制实例说明了可编程控制器控制系统的基本设计过程和实现方法。通过本章的学习，要求了解可编程控制器的起源和发展、PLC 的基本构成及工作原理；熟悉三菱 FX3U 系列可编程控制器与计算机的通信连接及输入/输出回路连接的方法；掌握 GX Developer 编程软件的基本使用方法和可编程控制器控制系统的基本设计方法。1.1 可编程控制器的起源与发展 20 世纪 60 年代，美国汽车制造业竞争日趋激烈，汽车产品更新换代的周期越来越短，而继电器控制的汽车自动生产流水线设备体积大，触点使用寿命短，可靠性差，故障率高，维修和维护不便，同时这种控制系统智能化程度很低。当产品更新或生产工艺和流程变化时，整个系统都需要重新设计和安装，从而严重影响了企业的生产效率，延长了汽车产品的更新周期。因此人们迫切需要一种通用性强、灵活方便的新型控制系统来替代原来的继电器控制系统。1968 年，美国通用汽车公司（GM）首先进行了公开招标，提出了以下 10 项指标：（1）编程方便，可现场修改程序。（2）维修方便，采用插件式结构。（3）可靠性高于继电器控制系统。（4）体积小于继电器控制柜。（5）数据可直接送入管理计算机。（6）成本可与继电器控制系统竞争。（7）输入可为市电。（8）输出可为市电，输出电流要求在 2A 以上，可直接驱动电磁阀、接触器等。（9）系统扩展时，原系统变更最小。（10）用户存储器容量大于 4KB。美国数字电子公司（DEC）中标后于 1969 年研制出世界上第一台可编程控制器，在通用汽车公司生产线上应用后获得极大成功，从此开创了可编程控制器的时代。此后，世界各国也竞相开发研制可编程控制器。我国于 1974 年开始研制，并于 1977 年生产出第一台有实用价值的可编程控制器。由于当初它主要用于逻