可编程控制器原理及应用教程（第4版）

前    言

　　可编程控制器(PLC)是以计算机技术为核心的通用工业自动化装置。它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等特点，因此在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛的应用，被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之一。
　　本书以《可编程控制器原理及应用教程(第3版)》为基础进行修订。采用校企联合开发的方式，将PLC技术标准、岗位能力标准与课程标准相融合，依据PLC的新技术、新功能的发展，及时补充和完善教材内容，依据高职教育的培养目标，广泛采用任务导向编写，通过实际案例引入，将PLC的基础知识、指令系统、编程技巧、安装调试融入实例中，突出学生的主导地位。
　　本书坚持高职高专应用型技术技能人才的培养特色，体现了新的教学方法，理论精练，案例资料丰富，书中内容符合机电控制类专业人才培养方案的要求。在内容取舍上，注意处理好理论知识与操作能力的关系，重点突出应用性。立足于实际，通过大量编程实例来说明PLC的原理、指令的使用及编程方法，有利于提高高职学生对课程的理解能力和实际操作能力。
　　注重技能的综合应用与创新。以真实实例为载体，有机整合电器控制、传感、编程、安装调试等教学内容，强调“两个并重”，即培养学生的动手能力与解决问题能力并重。
　　基于工作过程，实施教、学、做一体化。通过与实习实训基地的校企合作，编写工学结合教材，将企业需要引入课堂，将课堂搬入企业；通过教、学、做一体化教学，提升学生职业技能和素养。 
　　本书以三菱FX3U系列PLC为蓝本，以“任务导向”的方式编写，采用了大量实际应用案例。任务的实现从任务的要求、相关知识介绍、硬件设计、程序设计、系统运行调试、研讨训练6个方面进行系统的介绍，将相关知识点与实际应用有机结合，使学生清楚所学知识的目的及如何运用。
　　全书共分为6个模块，每个模块由多个任务组成。各个模块的主要内容是：模块1介绍PLC的基础知识(含3个任务)；模块2探讨PLC的逻辑控制(含4个任务)；模块3探讨PLC的顺序控制(含3个任务)；模块4探讨PLC的功能指令(含4个任务)；模块5探讨PLC的综合应用(含4个任务)；模块6探讨PLC的拓展应用(含3个任务)。
　　附录中提供了FX-20P-E手持编程器的使用说明、FXGPWIN编程软件的使用说明、FX系列PLC的编程元件及编号、FX系列PLC应用指令一览表。
　　本书由孙振强、孙玉峰担任主编，孙振强编写了模块1、模块2、附录B、附录C、附录D。孙玉峰编写了模块5(部分)、模块6。刘文光编写了模块3、模块4。牛军编写了模块5(部分)、附录A。全书由孙振强统稿。王平嶂教授担任本书的主审，车君华教授、步延生高级工程师在本书编写中给予了大力支持和帮助，在此表示衷心感谢。
　　由于作者水平有限，书中不当之处在所难免，恳请广大读者批评指正。
　　
　　
                                                                  编  者

《可编程控制器原理及应用教程（第4版）》以三菱公司FX3U系列PLC为蓝本，从实际应用出发，通过大量实例，采用“任务导向”模式分别介绍PLC的工作原理、硬件结构、编程元件、PLC的逻辑控制、顺序控制及功能指令的应用；*后通过综合实例讲解PLC在逻辑控制、模拟量控制、联网通信等方面的应用及PLC的系统设计与实现。 《可编程控制器原理及应用教程（第4版）》可作为大专院校机电一体化、电气自动化、自动控制、工业自动化、应用电子、计算机应用及其他相关专业教材，也可作为工程技术人员、职业培训学校的PLC培训教材或自学参考书。

孙振强 ，济南职业学院教授，机电一体化技术省级特色专业负责人。长期工作于教学一线，致力于PLC控制技术、液压与气动控制技术等领域的研究，相继出版专业教材7部，主编的《可编程控制器原理与应用教程》教材被评为*部普通高等教育精品教材和省高等学校优秀教材一等奖，并先后被列入“十一五”和“十二五”国家级规划教材，公开发表学术论文20余篇，获批省级精品课程和精品资源共享课3门，获得省级教学成果奖3次。

目    录

模块1  PLC的基础知识 1
任务1.1  可编程控制器的认知 1
【相关知识】 1
一、可编程控制器的产生 1
二、PLC的定义 2
三、PLC的特点 3
四、PLC的应用 4
【知识拓展】 5
PLC的分类 5
任务1.2  PLC的组成与工作原理 7
【相关知识】 7
一、PLC的组成 7
二、PLC的工作原理与I/O滞后
时间 10
任务1.3  FX3U系列PLC的硬件配置
    与安装接线 12
【相关知识】 12
一、FX系列PLC型号参数说明 12
二、FX3U系列PLC 13
三、PLC的安装、接线 18
【知识拓展】 21
FX3U系列PLC的性能规格 21
【研讨训练】 22
模块2  PLC的逻辑控制 23
任务2.1  三相异步电动机连续运行
    控制 23
【控制要求】 23
【相关知识】 24
一、编程元件 24
二、编程语言 25
三、编程指令 26
四、GX Developer编程软件 28
【任务实施】 36
一、I/O分配 36
二、硬件接线 37
三、程序设计 37
四、运行调试 38
【知识拓展】 39
一、编程指令 39
二、PLC控制系统与继电器控制
系统的区别 40
【研讨训练】 41
任务2.2  楼梯照明控制 41
【控制要求】 41
【相关知识】 42
【任务实施】 43
一、I/O分配 43
二、硬件接线 44
三、程序设计 44
四、运行调试 45
【知识拓展】 45
一、梯形图的特点 45
二、梯形图编程规则 45
三、输入信号的最高频率问题 47
【研讨训练】 47
任务2.3  三相异步电动机Y-Δ降压
    起动控制 48
【控制要求】 48
【相关知识】 49
一、编程元件 49
二、编程指令 51
【任务实施】 56
一、I/O分配 56
二、硬件接线 56
三、程序设计 56
四、运行调试 58
【知识拓展】 59
一、常闭触点输入信号的处理 59
二、计数器C0～C255 59
三、闪烁电路 62
四、延合延分电路 62
五、定时器接力电路 63
六、定时器、计数器组合延时电路 63
【研讨训练】 64
任务2.4  电动机单按钮起停控制 65
【控制要求】 65
【相关知识】 65
一、PLS、PLF指令功能 65
二、编程实例 65
三、指令说明 66
【任务实施】 66
一、I/O分配 66
二、硬件接线 67
三、程序设计 67
四、运行调试 67
【知识拓展】 68
一、编程指令(INV、NOP) 68
二、分频电路 69
【研讨训练】 69
模块3  PLC的顺序控制 71
任务3.1  小车往返运动控制 71
【控制要求】 71
【相关知识】 71
一、顺序控制设计法 71
二、顺序功能图的绘制 73
三、使用起-保-停电路的单序列
结构的编程方法 75
四、以转换为中心的单序列结构的
编程方法 76
五、步进梯形指令的单序列结构的
编程方法 77
【任务实施】 78
一、I/O分配 78
二、硬件接线 78
三、程序设计 79
四、运行调试 81
【知识拓展】 81
绘制顺序功能图的注意事项 81
【研讨训练】 82
任务3.2  自动门控制 82
【控制要求】 82
【相关知识】 83
一、选择序列结构顺序功能图的
绘制 83
二、使用起-保-停电路的选择序列
结构的编程方法 83
三、以转换为中心的选择序列结构的
编程方法 84
四、步进梯形指令的选择序列结构的
编程方法 85
【任务实施】 86
一、I/O分配 86
二、硬件接线 86
三、程序设计 86
四、运行调试 90
【知识拓展】 90
一、仅有两步的闭环的处理 90
二、跳步、重复和循环序列结构 91
三、选择序列合并后的选择序列
分支的编程 92
【研讨训练】 92
任务3.3  按钮式人行横道交通灯控制 93
【控制要求】 93
【相关知识】 94
一、并行序列结构顺序功能图的
绘制 94
二、使用起-保-停电路的并行序列
结构的编程方法 94
三、以转换为中心的并行序列结构的
编程方法 95
四、步进梯形指令的并行序列结构的
编程方法 96
【任务实施】 97
一、I/O分配 97
二、硬件接线 98
三、程序设计 98
四、运行调试 102
【知识拓展】 102
一、并行序列合并后的并行序列
分支的编程 102
二、选择序列合并后的并行序列
分支的编程 102
三、并行序列合并后的选择序列
分支的编程 103
【研讨训练】 104
模块4  PLC的功能指令 106
任务4.1  数码管显示控制 106
【控制要求】 106
【相关知识】 107
一、位元件、字元件和位组合
元件 107
二、数据寄存器 107
三、扩展寄存器、扩展文件
寄存器 108
四、变址寄存器 108
五、指针 108
六、功能指令的格式 109
七、传送指令MOV 110
【任务实施】 111
一、I/O分配 111
二、硬件接线 111
三、程序设计 112
四、运行调试 112
【知识拓展】 112
一、移位传送指令SMOV 112
二、取反传送指令CML 113
三、块传送指令BMOV 114
四、多点传送指令FMOV 114
【研讨训练】 115
任务4.2  循环灯光控制 115
【控制要求】 115
【相关知识】 115
一、右循环移位指令ROR、左循环
移位指令ROL 115
二、带进位循环右移指令RCR、
带进位循环左移指令RCL 116
【任务实施】 117
一、I/O分配 117
二、硬件接线 117
三、程序设计 118
四、运行调试 118
【知识拓展】 118
一、位右移位指令SFTR、位左移位
指令SFTL 118
二、字右移位指令WSFR、字左移位
指令WSFL 119
三、移位写入指令SFWR、移位读出
指令SFRD 120
四、区间复位指令ZRST 121
五、条件跳转指令CJ 121
六、子程序调用指令CALL与返回
指令SRET 122
七、中断返回指令IRET、允许中断
指令EI与禁止中断指令DI 122
八、主程序结束指令FEND 123
【研讨训练】 124
任务4.3  八站小车呼叫控制 124
【控制要求】 124
【相关知识】 125
一、比较指令CMP 125
二、加法指令ADD、减法指令
SUB 125
三、乘法指令MUL、除法指令
DIV 126
四、加1指令INC、减1指令
DEC 127
五、字逻辑运算指令 128
六、解码指令DECO、编码指令
ENCO 129
七、七段译码指令SEGD 129
八、触点比较指令 130
【任务实施】 131
一、I/O分配 131
二、硬件接线 131
三、程序设计 131
四、运行调试 132
【知识拓展】 132
一、区间比较指令ZCP 132
二、置1位数总和指令SUM 133
三、置1判别指令BON 134
四、平均值指令MEAN 134
五、平方根指令SQR 135
【研讨训练】 135
任务4.4  机械手控制系统 136
【控制要求】 136
【相关知识】 138
【任务实施】 140
一、I/O分配 140
二、硬件接线 140
三、程序设计 140
四、运行调试 143
【知识拓展】 143
【研讨训练】 143
模块5  PLC的综合应用 145
任务5.1  液体混合装置的控制 145
【控制要求】 145
【相关知识】 146
一、PLC控制系统设计的基本
原则 146
二、PLC控制系统设计的步骤
和内容 146
三、PLC的选型 149
【任务实施】 151
一、PLC选型及I/O点数的确定 151
二、电气控制线路的设计 152
三、程序设计 152
四、运行调试 153
【知识拓展】 153
一、工作环境 153
二、安装布线 153
【研讨训练】 154
任务5.2  自动售货机的控制 154
【控制要求】 155
【任务实施】 155
一、PLC选型及I/O点数的确定 155
二、硬件接线 156
三、程序设计 156
四、运行调试 156
【知识拓展】 159
一、PLC的维护 159
二、PLC常见故障诊断 159
【研讨训练】 160
任务5.3  工业自动清洗机的控制 160
【控制要求】 160
【任务实施】 160
一、PLC选型及I/O点数的确定 160
二、电气控制线路的设计 161
三、程序设计 161
四、运行调试 163
【知识拓展】 163
一、继电器控制电路移植法设计
PLC程序 163
二、PLC程序的经验设计法 165
三、顺序控制设计法与经验设计法
的比较 166
【研讨训练】 166
任务5.4  电镀生产线控制 166
【控制要求】 167
【任务实施】 168
一、PLC选型及I/O点数的确定 168
二、电气控制线路的设计 168
三、程序设计 169
四、运行调试 172
【知识拓展】 172
一、减少所需输入点数的方法 172
二、减少所需输出点数的方法 173
【研讨训练】 173
模块6  PLC的拓展应用 175
任务6.1  压力报警控制 175
【控制要求】 175
【相关知识】 175
一、PLC模拟量控制系统概述 175
二、FX系列PLC常用模拟量
产品及连接 176
三、传感器 184
四、执行器 186
【任务实施】 186
一、I/O分配 186
二、硬件接线 187
三、程序设计 187
四、运行调试 187
【知识拓展】 188
一、FX系列PLC常用的模拟量
模块 188
二、特殊功能指令WR3A
和RD3A 189
【研讨训练】 190
任务6.2  制冷中央空调温度控制 191
【控制要求】 191
【相关知识】 191
一、FX2N-4AD-PT模块的性能
指标 191
二、FX2N-4AD-PT模块输入端的
接线方式 192
三、FX2N-4AD-PT模块的缓冲
寄存器(BFM)分配 193
四、FX2N-4AD-PT模块的程序
范例 193
【任务实施】 194
一、I/O分配 194
二、硬件接线 194
三、程序设计 194
四、运行调试 195
【知识拓展】 195
一、FX2N-4AD-TC模块的性能
指标 195
二、FX2N-4AD-TC模块输入端的
接线方式 196
三、FX2N-4AD-PT模块的缓冲
寄存器(BFM)分配 197
【研讨训练】 197
任务6.3  PLC与PLC的通信控制 197
【控制要求】 198
【相关知识】 198
一、通信基础 198
二、PLC通信的实现 205
【任务实施】 209
一、I/O分配 209
二、硬件接线 209
三、程序设计 209
四、运行调试 210
【知识拓展】 210
一、PLC与计算机的通信 210
二、N∶N网络通信 211
三、无协议通信 215
四、串行通信指令RS 216
【研讨训练】 217
附录A  FX-20P-E手持编程器的
使用 218
附录B  FXGPWIN编程软件的使用 233
附录C  FX系列PLC的编程元件
及编号 242
附录D  FX系列PLC应用指令
一览表 244
参考文献 252
　　
　　

《可编程控制器原理及应用教程（第4版）》以三菱公司FX3U系列PLC为蓝本，从实际应用出发，通过大量实例，采用“任务导向”模式分别介绍PLC的工作原理、硬件结构、编程元件、PLC的逻辑控制、顺序控制及功能指令的应用；*后通过综合实例讲解PLC在逻辑控制、模拟量控制、联网通信等方面的应用及PLC的系统设计与实现。 《可编程控制器原理及应用教程（第4版）》可作为大专院校机电一体化、电气自动化、自动控制、工业自动化、应用电子、计算机应用及其他相关专业教材，也可作为工程技术人员、职业培训学校的PLC培训教材或自学参考书。

孙振强 ，济南职业学院教授，机电一体化技术省级特色专业负责人。长期工作于教学一线，致力于PLC控制技术、液压与气动控制技术等领域的研究，相继出版专业教材7部，主编的《可编程控制器原理与应用教程》教材被评为*部普通高等教育精品教材和省高等学校优秀教材一等奖，并先后被列入“十一五”和“十二五”国家级规划教材，公开发表学术论文20余篇，获批省级精品课程和精品资源共享课3门，获得省级教学成果奖3次。