PLC基础及应用教程:三菱FX2N系列

前言

第1章 PLC基础及系统结构1

1.1 继电接触式控制系统1

1.1.1 继电接触式控制系统的结构1

1.1.2 继电接触式基本控制电路1

1.2 PLC概述5

1.2.1 PLC的产生、定义、特点及应用5

1.2.2 PLC的分类及性能指标7

1.2.3 PLC控制和继电接触式控制的

关系9

1.2.4 PLC控制和一般计算机控制的

区别10

1.2.5 常用PLC简介11

1.3 PLC系统的结构及工作原理13

1.3.1 PLC的硬件结构13

1.3.2 PLC的软件及编程语言18

1.3.3 PLC的扫描工作原理20

1.3.4 PLC执行程序的过程及特点21

1.4 一个简单的FX2N系列PLC应用

示例22

1.5 实验：PLC简单应用示例演示25

1.6 思考与习题26

第2章 FX2N系列PLC（含升级产品）

硬件及编程资源27

2.1 FX2N系列PLC的硬件体系27

2.1.1 FX2N系列PLC的硬件特征27

2.1.2 FX2N系列PLC的硬件体系结构28

2.1.3 FX2N系列PLC的产品型号29

2.2 FX2N系列PLC的硬件配置30

2.2.1 FX2N系列PLC的基本单元30

2.2.2 FX2N系列PLC的扩展单元和

扩展模块34

2.2.3 FX2N系列PLC的特殊功能模块35

2.2.4 定位控制模块36

2.3 FX3U系列PLC的硬件配置38

2.3.1 FX3U系列PLC的硬件配置特征38

2.3.2 FX3U系列PLC的基本单元39

2.3.3 FX3U系列PLC的扩展结构40

2.4 FX2N系列PLC的编程资源及

编址41

2.4.1 FX2N系列PLC的编程资源41

2.4.2 FX2N系列PLC的I/O编址及

扩展45

2.5 FX2N系列PLC硬件的工程

接线47

2.5.1 电源接线及其负载能力47

2.5.2 输入端器件外部接线49

2.5.3 输出端外部接线及负载能力50

2.6 实验：PLC端口接线（闪光灯）53

2.7 思考与习题54

第3章 FX2N系列PLC的基本指令及

应用56

3.1 基本指令及其应用56

3.1.1 基本指令格式56

3.1.2 逻辑取、线圈驱动指令

（LD/LDI、OUT）57

3.1.3 触点串联、并联指令58

3.1.4 块串联、并联指令59

3.1.5 堆栈指令（MPS、MRD、MPP）60

3.1.6 置位、复位指令（SET、RST）61

3.1.7 边沿检出触点指令与边沿检测

（微分输出）指令62

3.1.8 其他基本指令65

3.2 定时器及其应用66

3.2.1 定时器及其类型66

3.2.2 定时器的应用68

3.3 计数器及其应用70

3.3.1 计数器及其类型70

3.3.2 计数器的应用72

3.4 梯形图编程规则72

3.5 编程软件GX Developer与仿真

使用简介74

3.5.1 程序输入与变换74

3.5.2 仿真调试78

3.5.3 PLC与PC通信与程序下载81

3.6 实验：基本指令应用82

3.6.1 GX Developer编程软件练习82

3.6.2 竞赛抢答器控制系统83

3.6.3 交通灯控制86

3.7 思考与习题87

第4章 开关量及顺序控制程序设计

方法90

4.1 开关量梯形图程序设计方法90

4.1.1 基于继电器电路结构的梯形图

程序设计及应用90

4.1.2 梯形图经验设计法94

4.1.3 梯形图逻辑代数设计法95

4.2 状态转移图与步进顺序控制

指令编程96

4.2.1 PLC顺序控制设计方法96

4.2.2 状态转移图的基本知识97

4.2.3 步进指令98

4.2.4 状态转移图与步进指令的编程

规则99

4.2.5 单流程的编程99

4.2.6 选择性分支与汇合的编程102

4.2.7 并行分支与汇合的编程104

4.2.8 状态编程应用示例105

4.3 非状态元件实现顺序控制编程108

4.3.1 基于起保停电路的顺序控制109

4.3.2 基于置位、复位指令的顺序控制

程序设计110

4.3.3 基于移位寄存器的顺序控制程序

设计111

4.4 实验：顺序控制指令及其应用111

4.4.1 钻孔动力头顺序控制111

4.4.2 机械手控制112

4.5 思考与习题114

第5章 FX2N系列PLC的应用指令116

5.1 应用指令概述116

5.1.1 应用指令的表示方法116

5.1.2 变址操作数118

5.2 数据处理指令119

5.2.1 比较指令119

5.2.2 传送与交换指令121

5.2.3 变换指令123

5.2.4 循环移位指令与移位指令125

5.2.5 其他数据处理指令130

5.3 四则运算指令与逻辑运算指令134

5.3.1 四则运算指令134

5.3.2 逻辑运算指令136

5.4 程序流程控制指令138

5.4.1 条件跳转指令138

5.4.2 子程序调用和返回指令138

5.4.3 中断指令139

5.4.4 监控定时器指令、循环程序及主

程序结束指令143

5.5 高速处理指令144

5.5.1 输入输出相关的高速处理指令144

5.5.2 高速计数器指令145

5.5.3 脉冲密度指令与脉冲输出指令146

5.6 方便指令148

5.6.1 与控制相关的方便指令148

5.6.2 示教定时器指令150

5.6.3 特殊定时器指令150

5.6.4 交替输出指令150

5.6.5 数据排列指令151

5.7 其他应用指令152

5.8 实验：应用指令编程153

5.8.1 多功能指示灯闪烁控制153

5.8.2 步进电动机定位运行控制154

5.9 思考与习题155

第6章 PLC模拟量采集及PID控制

系统157

6.1 模拟量闭环控制系统157

6.1.1 模拟信号获取及变换157

6.1.2 计算机闭环控制系统158

6.1.3 数字PID运算及应用159

6.2 FX2N系列PLC特殊功能模块

扩展编址及读/写操作164

6.3 FX2N系列PLC模拟量输入

模块及应用165

6.3.1 A-D转换模块165

6.3.2 铂电阻温度传感器模拟量输入

模块170

6.3.3 热电偶温度传感器模拟量输入

模块172

6.4 FX2N系列PLC模拟量输出

模块及应用174

6.4.1 模拟量输出模块FX2N-2DA174

6.4.2 模拟量输出模块FX2N-4DA177

6.5 PID指令及闭环控制179

6.5.1 FX2N系列PLC的PID指令179

6.5.2 FX2N系列PLC的PID控制系统181

6.6 实验：模拟量I/O模块及PID

编程184

6.6.1 模拟量输入模块编程184

6.6.2 温度PID控制系统185

6.7 思考与习题188

第7章 PLC网络通信及应用189

7.1 网络基础及PLC通信189

7.1.1 网络通信协议基础189

7.1.2 PLC网络通信方式190

7.1.3 PLC常用的通信接口标准191

7.1.4 工业控制网络基础195

7.2 FX2N系列PLC的通信配置及

应用197

7.2.1 FX2N系列PLC的通信模块197

7.2.2 FX2N系列PLC并联连接及应用198

7.2.3 FX2N系列PLC N:N网络及应用200

7.2.4 PC与PLC之间的通信204

7.3 实验：两台PLC间的通信

控制206

7.4 思考与习题208

第8章 PLC控制系统及工程实例209

8.1 PLC控制系统的结构类型209

8.1.1 单机控制系统209

8.1.2 集中控制系统209

8.1.3 远程I/O控制系统209

8.1.4 分布式控制系统210

8.2 PLC控制系统的设计步骤210

8.3 PLC硬件配置选择与外围

电路211

8.3.1 PLC硬件配置选择211

8.3.2 PLC外围电路213

8.3.3 PLC处理速度要求214

8.4 PLC软件设计214

8.4.1 PLC软件设计的基本原则214

8.4.2 PLC软件设计的内容和步骤214

8.5 PLC控制系统可靠性设计215

8.5.1 工作环境的可靠性215

8.5.2 完善的抗干扰设计216

8.5.3 PLC的安全保护216

8.6 PLC控制系统的安装调试217

8.6.1 PLC控制系统的安装217

8.6.2 PLC控制系统调试217

8.7 PLC控制系统设计实例218

8.7.1 高塔供水控制系统218

8.7.2 步进电动机控制系统221

8.7.3 电梯控制系统224

8.7.4 模拟量双闭环比值PID控制

系统224

8.8 实验：PLC模拟量控制230

8.9 思考与习题231

附录232

附录A FX2N系列PLC的基本性能232

附录B FX系列（FX2N）PLC应用

指令简表233

附录C FX2N系列PLC特殊功能

元件237

参考文献242

本书以教学和工程应用为出发，在第1版的基础上进行修正、更新、调整和扩充。系统阐述了PLC的特征、结构及工作原理。详细介绍了FX2N系列及其升级版PLC性能、硬件组态配置、编程资源及工程接线。重点讲述了FX2NPLC指令系统、步进控制、特殊功能模块、PID控制回路、网络通信及程序设计方法，并通过编程软件仿真环境引入大量的由浅入深的PLC仿真应用示例。对典型的PLC工程应用实例的设计思想、设计步骤、设计方法及调试，进行了详尽的讲述。本书内容翔实、循序渐进、实例丰富，便于推行基于问题、知识点、项目、设计案例的实践育人教学方法和学习方法，便于阅读和自学。每章均配有实验项目、思考及习题练习，以引导读者逐步认识、熟悉、掌握、应用PLC。