PLC技术与应用项目化教程

前    言

本书为校企专家团队合作编写的新形态教材，引入了企业真实的典型工程项目和典型工作流程，遵循了知识体系和项目体系双主线的原则。本书是以职业活动为导向、以提高素质为基础、以提升能力为目标、以学生为主体、以项目为载体、以实训为手段而设计的理实一体化教学内容，充分体现了工学结合的教育理念。
本书充分融合互联网新技术，结合教学方法改革，创新了教材形态，即通过移动互联网技术，以嵌入二维码的纸质教材为载体，融入了微课视频、仿真动画视频、拓展资源、主题讨论等数字资源，将教材、课堂、数字资源三者融合，使教材顺应了当前线上、线下相结合的混合式教学的新趋势。
本书以三菱FX3U、FX2N系列PLC为样本，介绍了PLC的基本应用及工程应用，内容丰富、实用性强。本书选取了认识PLC、基本指令的应用、步进指令的应用、功能指令的应用、模拟量指令的应用、工程综合应用6个学习模块，以工程项目为教学主线，通过设计若干个可独立执行的技能训练任务，将知识点和技能训练融于各个任务之中。而各技能训练任务具有一定的完整性和独立性，每个技能训练任务均配有相应的案例演示，若干个技能训练任务根据相关知识组合成6个模块，每个模块都配有相应的知识链接，且知识链接的选取和排序遵循了知识的系统性和完整性原则。本书每一学习模块的编写均采用了“任务单—案例演示—知识链接”的结构框架，这种结构有利于教师开展以行动为导向的教学模式的活动，同时也非常有利于学生的自主性学习。
本书的模块六为工程综合应用，由浙江精功科技股份有限公司等多家知名企业合作编写，将企业的真实生产案例引入教材（如钢板压型机控制系统的设计等），实现了学习任务与工作任务的有机结合。校企双方组建的教材编写团队，根据电气PLC控制系统的设计、制作、安装、调试及维护等工作岗位的实际要求，编写了相应的典型工作任务和学习要求，实现了学与用的结合。
本书在编写过程中得到了浙江精功科技股份有限公司高级工程师裘建义（绍兴市专业技术拔尖人才、学术技术带头人）、杭州银界科技有限公司高级工程师钱新标、浙江越宫机械有限公司技术部经理应小东等技术专家的大力支持，同时盛庆元、徐少华、董红平、应金堂、竺秋阳等老师也参与了本书的编写，在此表示诚挚的谢意！
由于编者水平有限，书中难免有不足之处，敬请读者指正。

编  者

本书为浙江省普通高校“十三五”新形态教材建设项目的成果。本书以三菱FX3U、FX2N系列PLC为样本，重点介绍了PLC的基本应用及工程应用。本书分为6个模块，共26个任务，26个案例。本书内容丰富，配有大量的仿真动画视频和教学视频，交互性好，可以有效提升学习者的学习兴趣。本书的编写符合任务驱动式和项目化教学的要求，其中实际工程案例包含系统设计方案、电气原理图、接线图、电气元件及操作面板布置图、电气元件明细表、I/O地址分配表及PLC用户程序等，技术资料齐全，是一本实用性非常强的教材和工程手册。本书可以作为中高职院校装备制造大类相关专业的教学用书，也可以作为PLC控制应用工作人员的参考书。

本书为浙江省普通高校“十三五”新形态教材建设项目的成果。本书以三菱FX3U、FX2N系列PLC为样本，重点介绍了PLC的基本应用及工程应用。本书分为6个模块，共26个任务，26个案例。本书内容丰富，配有大量的仿真动画视频和教学视频，交互性好，可以有效提升学习者的学习兴趣。本书的编写符合任务驱动式和项目化教学的要求，其中实际工程案例包含系统设计方案、电气原理图、接线图、电气元件及操作面板布置图、电气元件明细表、I/O地址分配表及PLC用户程序等，技术资料齐全，是一本实用性非常强的教材和工程手册。本书可以作为中高职院校装备制造大类相关专业的教学用书，也可以作为PLC控制应用工作人员的参考书。

蔡晓霞，女，绍兴职业技术学院自动化类专业教学骨干，长期从事自动化（含机器人相关）方面的教学研究工作，具备较为丰富的教学实践经验和教材编写经验。

目 录 

模块一 认识PLC 1 
任务一 了解PLC 1 
知识链接1-1 3 
1.1 PLC的概述 3 
1.1.1 PLC的定义 3 
1.1.2 PLC的发展及产品 3 
1.1.3 PLC的特点 5 
1.1.4 PLC的应用 6 
1.1.5 PLC的分类 9 
1.2 PLC的硬件系统和编程语言 12 
1.2.1 PLC的硬件系统 12 
1.2.2 PLC的编程语言 15 
1.3 PLC的工作原理 17 
1.3.1 PLC的工作方式 17 
1.3.2 PLC的扫描周期 18 
任务二 认识FX系列PLC 20 
知识链接1-2 22 
1.4 FX系列PLC简介 22 
1.4.1 FX系列PLC命名 22 
1.4.2 FX系列PLC主要指标 23 
1.4.3 FX系列PLC机型构成 24 
1.4.4 FX系列PLC编程电缆 24 
1.4.5 FX系列PLC软元件 25 
任务三 简单灯控系统 28 
案例演示—灯控系统 29 
知识链接1-3 32 
1.5 编程软件的使用 32 
1.5.1 GX Developer的使用 32 
1.5.2 GX Works2的使用 41 
习题1 53 
模块二 基本指令的应用 56 
任务一 电动机点动与长动控制 56 
案例演示—电动机自锁控制 58 
知识链接2-1 62 
2.1 辅助继电器、接点指令和梯形图的编程规则 62 
2.1.1 辅助继电器 62 
2.1.2 单个接点指令和输出线圈驱动指令 63 
2.1.3 空操作与程序结束指令 64 
2.1.4 梯形图的编程规则 64 
任务二 三台电动机顺序启动控制 67 
案例演示—电动机延时控制 69 
知识链接2-2 72 
2.2 定时器、置位与复位指令及典型程序 72 
2.2.1 定时器 72 
2.2.2 置位与复位指令 73 
2.2.3 定时器的程序 74 
2.2.4 启动、保持和停止控制程序 75 
2.2.5 顺序启动控制程序 75 
任务三 电动机Y/Δ启动及正反转控制 77 
案例演示—电动机正反转控制 79 
案例演示—电动机Y/Δ启动控制 81 
知识链接2-3 84 
2.3 多重输出指令和典型程序 84 
2.3.1 多重输出指令 84 
2.3.2 多地控制程序 85 
2.3.3 互锁控制程序 85 
2.3.4 集中与分散控制程序 86 
任务四 五人抢答器控制系统 87 
案例演示—两人抢答器控制系统 88 
知识链接2-4 91 
2.4 回路块指令、主控与主控复位指令 91 
2.4.1 回路块指令 91 
2.4.2 主控与主控复位指令 92 
任务五 车库自动门控制系统 93 
案例演示—感应式水龙头控制系统 94 
知识链接2-5 95 
2.5 脉冲指令 95 
2.5.1 脉冲输出指令 95 
2.5.2 取脉冲指令 96 
任务六 灯闪烁控制 97 
案例演示—简单彩灯控制 98 
知识链接2-6 99 
2.6 计数器和振荡电路程序 99 
2.6.1 计数器 99 
2.6.2 振荡电路程序 100 
任务七 “1位数”数码管显示控制 101 
案例演示—数码管显示控制 102 
知识链接2-7 104 
2.7 PLC控制系统的一般设计流程 104 
习题2 106 
模块三 步进指令的应用 109 
任务一 液体物料混合控制 109 
案例演示—两种液体混合控制 111 
知识链接3-1 114 
3.1 顺序功能图 114 
3.1.1 顺序功能图的基本概念及画法 114 
3.1.2 状态器 115 
3.1.3 步进指令 116 
3.1.4 用GX Developer编写顺序功能图 116 
3.1.5 用GX Works2编写顺序功能图 120 
任务二 工业洗衣机控制 124 
案例演示—简单工业洗衣机控制 125 
知识链接3-2 126 
3.2 单流程结构的顺序功能图 126 
3.2.1 顺序功能图的单流程结构 126 
3.2.2 跳转与重复流程 128 
任务三 十字路口交通信号灯的控制 130 
案例演示—简单交通信号灯控制 131 
知识链接3-3 133 
3.3 并行结构的顺序功能图 133 
任务四 复杂交通信号灯控制系统设计 134 
案例演示—自动咖啡机控制 135 
知识链接3-4137 
3.4 选择结构的顺序功能图 137 
任务五 机械手控制系统设计 138 
案例演示—气动机械手的控制 140 
知识链接3-5 145 
3.5 多工作方式运行的顺序功能图 145 
习题3 146 
模块四 功能指令的应用 148 
任务一 机械手手动与自动切换控制 148 
案例演示—两台电动机的手动与自动切换控制 150 
知识链接4-1 154 
4.1 功能指令 154 
任务二 多种不同规格的工件检测控制 162 
案例演示—三种不同规格的工件检测控制 163 
知识链接4-2 166 
4.2 传送与比较指令 166 
4.3 触点比较指令 169 
任务三 自动售货机的控制系统 171 
案例演示—合格产品计数装箱控制 173 
案例演示—9s倒计时钟控制 175 
知识链接4-3 176 
4.4 算术与逻辑运算指令和外围设备I/O指令 176 
4.4.1 算术与逻辑运算指令 176 
4.4.2 外围设备I/O指令 181 
任务四 霓虹灯循环闪烁控制 182 
案例演示—简单霓虹灯闪烁控制 183 
知识链接4-4 185 
4.5 循环与移位指令和数据处理指令 185 
4.5.1 循环与移位指令 185 
4.5.2 数据处理指令 187 
任务五 机械臂的水平移动控制 189 
案例演示—简单机械臂的前后移动控制 191 
知识链接4-5 194 
4.6 光电编码器 194 
4.6.1 光电编码器的概述 194 
4.6.2 光电编码器的连接 194 
4.7 高速计数器 195 
4.7.1 高速计数器的功能和分类 195 
4.7.2 高速计数器使用时注意的问题 196 
4.8 步进电动机及其驱动器 197 
4.8.1 步进电动机的概述 197 
4.8.2 步进电动机驱动器 198 
4.9 高速处理指令1 199 
任务六 花样喷泉控制系统 202 
案例演示—简单花样喷泉控制系统 204 
知识链接4-6 207 
4.10 高速处理指令2 207 
习题4 208 
模块五 模拟量指令的应用 209 
任务一 热水炉控制系统设计 209 
案例演示—水箱温度控制系统 211 
知识链接5-1 214 
5.1 模拟量输入模块FX-4AD 214 
任务二 破碎机给料控制系统设计 220 
案例演示—给料控制系统 221 
知识链接5-2 224 
5.2 模拟量输出模块FX-2DA 224 
习题5 227 
模块六 工程综合应用 228 
任务一 B型钢板压型机控制系统 228 
案例演示—A型钢板压型机控制系统 230 
知识链接6-1 243 
6.1 基于PLC的变频器开关量控制 243 
6.1.1 三菱变频器简介 243 
6.1.2 基于PLC的变频器开关量控制应用 252 
任务二 B型自动印花糊料搅拌机控制系统 254 
案例演示—A型自动印花糊料搅拌机控制系统 255 
知识链接6-2 263 
6.2 基于PLC的变频器模拟量控制 263 
6.2.1 三菱变频器的模拟量输入 263 
6.2.2 基于PLC的变频器模拟量控制应用 264 
任务三 B型门式起重机大车自动纠偏控制系统 267 
案例演示—A型门式起重机大车自动纠偏控制系统 269 
知识链接6-3 288 
6.3 基于PLC的变频器通信控制 288 
6.3.1 FX系列PLC通信 288 
6.3.2 基于PLC的变频器通信控制应用 310 

附录A 常用电气设备的基本文字符号 314 
附录B 常用电气设备的结构和电气符号 315 
附录C FX2N和FX3U系列PLC基本指令 319 
附录D FX2N和FX3U系列PLC功能指令 320 
附录E FX系列PLC的特殊软元件 326 
附录F 三菱FR-A700系列变频器参数 329 
参考文献 333

本书为浙江省普通高校“十三五”新形态教材建设项目的成果。本书以三菱FX3U、FX2N系列PLC为样本，重点介绍了PLC的基本应用及工程应用。本书分为6个模块，共26个任务，26个案例。本书内容丰富，配有大量的仿真动画视频和教学视频，交互性好，可以有效提升学习者的学习兴趣。本书的编写符合任务驱动式和项目化教学的要求，其中实际工程案例包含系统设计方案、电气原理图、接线图、电气元件及操作面板布置图、电气元件明细表、I/O地址分配表及PLC用户程序等，技术资料齐全，是一本实用性非常强的教材和工程手册。本书可以作为中高职院校装备制造大类相关专业的教学用书，也可以作为PLC控制应用工作人员的参考书。

蔡晓霞，女，绍兴职业技术学院自动化类专业教学骨干，长期从事自动化（含机器人相关）方面的教学研究工作，具备较为丰富的教学实践经验和教材编写经验。