零点起飞学三菱PLC

？ 循序渐进，由浅入深：本书分为基础篇、提高篇和应用篇，依次介绍基础知识、工程开发的相关知识以及工程实例 ？ 技术全面，贴近生产：所用实例全部来自于工业实际工程，贴近于实际生产，使读者能够找到与自己行业相关的实例作为参考 ？ 分析原理，步骤清晰：本书注意把握各个知识点的原理，重点讲述实现方法，更利于读者将理论知识与实践相结合 ？ 实例完整，讲解详尽：书中的每个知识点都有相应的实例程序，每段程序配有详细的分析。工程实例从系统需求分析讲解开始，逐步深入到硬件、软件系统的设计，详细地讲述了如何开发一个完整的工程

《零点起飞学三菱PLC》面向PLC工控初中级读者，以三菱公司主流的FX2N系列PLC为例，全书共15章，分别介绍FX2N系列产品的工作原理、硬件结构、指令系统、特殊模块、通讯知识以及手持编程器和GX DEVELOPER编程软件的使用方法；同时结合工程实例介绍PLC编程的一整套方法。 《零点起飞学三菱PLC》可作为普通高等院校自动化、电气工程、测控技术与仪器、电子科学与技术、机电一体化技术等专业的本科生教材，也可作为相关工程技术人员的学习参考用书。

目 录 基础篇 第1章 PLC基础知识 2 1.1 PLC的基本概念与分类 2 1.1.1 PLC的概念 2 1.1.2 PLC的分类 3 1.2 PLC的结构和原理 6 1.2.1 PLC的物理结构 6 1.2.2 PLC的软件结构 12 1.2.3 PLC的工作原理 13 1.2.4 PLC的工作特点 14 1.3 PLC的功能及应用领域 15 1.3.1 PLC的功能 15 1.3.2 PLC的应用领域 16 1.4 实践拓展：PLC开发工具 17 1.5 思考与练习 18 第2章 三菱FX系列PLC的系统配置 19 2.1 FX系列PLC简介 19 2.1.1 FX系列PLC的型号命名方式 19 2.1.2 FX系列PLC的技术参数 20 2.1.3 FX系列PLC不同型号的区别 22 2.2 FX系列PLC的硬件系统 24 2.2.1 FX系列PLC的面板构成 24 2.2.2 FX系列PLC的硬件配置 25 2.3 PLC的安装方法 29 2.3.1 PLC主机安装 29 2.3.2 PLC的接线方法 30 2.4 思考与练习 32 第3章 FX系列PLC的编程语言及内部资源 33 3.1 PLC的编程语言 33 3.1.1 梯形图（LD）语言 33 3.1.2 指令表（IL）语言 34 3.1.3 功能模块图（FBD）语言 34 3.1.4 顺序功能流程图（SFC）语言 35 3.1.5 结构化文本（ST）语言 36 3.2 FX系列PLC的内部资源 36 3.2.1 PLC的基本数据结构 36 3.2.2 FX系列PLC的性能技术指标 37 3.2.3 输入继电器（X）与输出继电器（Y） 38 3.2.4 辅助继电器（M） 39 3.2.5 状态继电器（S） 40 3.2.6 定时器（T） 41 3.2.7 内部计数器（C） 42 3.2.8 数据寄存器（D） 45 3.2.9 指针（P/I） 46 实例3-1 竞争电路 47 实例3-2 比较电路 48 3.3 实践拓展：PLC的维护 48 3.4 思考与练习 50 第4章 FX系列PLC的基本指令系统 51 4.1 数据格式基本知识 51 4.2 基本逻辑指令 52 4.2.1 LD、LDI和OUT指令 52 4.2.2 AND和ANI指令 53 4.2.3 OR和ORI指令 54 4.2.4 ORB指令 55 4.2.5 ANB指令 56 4.3 基本控制指令 57 4.3.1 MPS、MRD和MPP指令 57 4.3.2 MC和MCR指令 59 4.3.3 SET和RST指令 60 4.3.4 定时器、计数器指令 62 4.3.5 脉冲指令 63 4.3.6 PLS和PLF指令 64 4.3.7 INV指令 65 4.3.8 NOP和END指令 65 4.4 基本指令编程实例 66 实例4-1 电动机直接启动 66 实例4-2 电动机正反转控制 67 实例4-3 3台电动机顺序启动控制 69 实例4-4 电动机Y-△减压启动控制 71 实例4-5 按钮计数控制 72 实例4-6 时钟电路 73 实例4-7 大型电动机的启停控制 74 实例4-8 构造特殊定时器 75 4.5 习题与思考 77 第5章 FX系列PLC步进顺序控制指令系统 78 5.1 状态转移图基本知识 78 实例5-1 运料小车的控制 79 5.2 步进顺控指令及编程方法 81 5.2.1 步进顺控指令介绍 82 5.2.2 步进顺控梯形图编程方法 83 5.3 状态转移图流程的形式 87 5.3.1 单流程 87 5.3.2 跳转与重复 88 5.3.3 选择性分支与汇合 88 5.3.4 并行分支与汇合 89 5.3.5 分支与汇合的组合 91 5.4 步进指令应用实例 92 实例5-2 四级传送带运输系统 92 实例5-3 大、小球分类选择传送控制 94 实例5-4 按钮式人行横道交通灯的控制 94 实例5-5 自动运料小车设计 96 5.5 习题与思考 98 第6章 梯形图程序设计基础 101 6.1 梯形图编程规则 101 6.2 典型单元的梯形图程序 104 6.3 顺序控制设计方法 109 6.3.1 设计步骤 110 6.3.2 编程注意事项 111 实例6-1 洗车流程控制 112 实例6-2 电镀槽生产线控制程序 114 实例6-3 行车循环正反转自动控制程序 115 实例6-4 冲刺机控制程序 115 6.4 思考与练习 118 第7章 FX系列PLC的编程工具使用说明 120 7.1 GX Developer概述 120 7.1.1 GX Developer的安装 120 7.1.2 GX Developer的卸载 122 7.2 GX Developer的界面与功能 122 7.3 GX Developer的基本应用 124 7.3.1 创建梯形图程序 124 7.3.2 用工具按钮创建梯形图程序 126 7.3.3 转换已创建的梯形图程序 127 7.3.4 纠正梯形图程序部件 128 7.3.5 剪切和复制梯形图块 129 7.3.6 改变PLC类型 130 7.3.7 参数设置 131 7.3.8 在线操作 132 实例7-1 用GX Developer开发一个电动机正反转程序 133 7.4 FX-20P-E型手持式编程器 136 7.4.1 编程器的功能概述 136 7.4.2 编程器的组成与面板布置 137 7.5 FX-20P-E型手持式编程器的使用方法 139 7.5.1 工作方式的选择 139 7.5.2 基本编程操作 141 7.5.3 对PLC编程元件与基本指令通/断状态的监视 145 7.5.4 对编程元件的测试 147 实例7-2 使用手持或编程器开发电动机正反转启动程序 149 7.6 思考与练习 150 提高篇 第8章 FX系列PLC的功能指令 152 8.1 功能指令的表示与执行方式 152 8.1.1 指令与操作数 152 8.1.2 指令的数据长度与执行形式 153 8.2 常用功能指令说明 158 8.2.1 程序流程控制指令 158 8.2.2 数据传送和比较指令 165 8.2.3 算术运算和逻辑运算指令 171 8.2.4 循环与移位指令 177 8.2.5 FX系列PLC的数据处理指令 181 8.2.6 FX系列PLC的高速处理指令 185 8.2.7 FX系列PLC的方便类指令 188 8.2.8 FX系列PLC外围设备I/O指令 190 8.3 功能指令应用实例 194 实例8-1 应用转移指令对分支程序A和B进行控制 194 实例8-2 分频器控制程序 195 实例8-3 十键输入指令编程 196 实例8-4 BCD码显示指令编程 197 实例8-5 应用高速计数器控制变频电动机 198 实例8-6 数据传送程序 199 实例8-7 应用子程序调用指令编程 200 8.4 其他功能指令 201 8.5 实践拓展：程序安全锁设计 204 8.6 思考与练习 204 第9章 模拟量控制系统梯形图设计 206 9.1 模拟量控制硬件 206 9.1.1 FX2N-4AD输入模块 206 9.1.2 温度A/D输入模块 209 9.1.3 FX2N-2DA输出模块 211 9.1.4 变频器基础知识 213 9.2 开环程序设计 218 9.3 闭环程序设计 220 实例9-1 恒压供水系统 222 实例9-2 工业洗衣机控制系统 226 9.4 实践拓展：如何设置PID参数 229 9.5 思考与练习 231 第10章 PLC控制系统设计方法 232 10.1 PLC控制系统设计概要 232 10.1.1 PLC控制系统设计的基本原则和内容 232 10.1.2 PLC控制系统设计步骤 233 10.2 PLC控制系统的硬件设计 235 10.2.1 PLC机型的选择 235 10.2.2 I/O接口的选择 237 10.3 PLC控制系统软件设计 239 10.3.1 PLC软件系统设计的方法 239 10.3.2 PLC软件系统设计的步骤 240 实例10-1 经验法设计实例 241 实例10-2 继电器转换法设计实例 242 实例10-3 状态图转移法设计实例 243 10.4 PLC控制系统的安装与调试 246 10.4.1 安装时要注意的问题 246 10.4.2 调试方法及注意事项 247 10.5 思考与练习 249 第11章 FX系列PLC的通信功能 250 11.1 PLC通信的基本概念 250 11.1.1 通信系统的基本组成 250 11.1.2 通信方式 251 11.1.3 串行通信接口标准 253 11.2 PLC与PLC之间的通信 255 11.2.1 N:N链接通信 255 11.2.2 双机并行连接通信 260 11.3 计算机连接与无协议数据传输 262 11.3.1 串行通信协议的格式 262 11.3.2 计算机连接通信协议 264 11.3.3 无协议数据传输 267 11.4 Melsecnet网络 270 实例11-1 PLC与变频器间的RS-485通信 272 11.5 实践拓展：如何保护程序 277 11.6 思考与练习 278 第12章 PLC系统的可靠性、抗干扰性设计 279 12.1 PLC控制系统的可靠性 279 12.1.1 环境条件及安装设计 281 12.1.2 输入/输出信号的抗干扰设计 282 12.1.3 接地的意义及方法 287 12.1.4 供电系统设计 289 12.1.5 冗余系统与热备用系统 290 12.2 干扰源及抗干扰设计 295 12.2.1 干扰源 295 12.2.2 PLC控制系统工程应用的抗干扰设计 297 12.3 实践拓展：PLC常见故障处理方法 302 12.4 思考与练习 303 应用篇 第13章 基本控制工程实例 306 13.1 工业机械手控制实例 306 13.1.1 系统需求分析 306 13.1.2 系统硬件设计 307 13.1.3 系统软件设计 309 13.2 自动灌装设备控制系统实例 312 13.2.1 系统需求分析 316 13.2.2 系统硬件设计 316 13.2.3 系统软件设计 319 13.3 码垛设备设计实例 322 13.3.1 系统需求分析 322 13.3.2 系统硬件设计 323 13.3.3 系统软件设计 325 13.4 架车机控制实例 327 13.5 实践拓展：PNP信号如何输入到001系列PLC 331 13.6 思考与练习 332 第14章 运动控制工程实例 334 14.1 民用电梯控制系统设计实例 334 14.1.1 系统需求分析 334 14.1.2 系统硬件设计 337 14.1.3 系统软件设计 340 14.2 工业流水生产线控制系统设计实例 346 14.2.1 系统需求分析 347 14.2.2 系统硬件设计 349 14.2.3 系统软件设计 353 14.3 搅拌冷却设备运动控制实例 358 14.4 实践拓展：三菱变频器常见故障及处理方法 363 14.5 思考与练习 364      第15章 过程控制工程实例 366 15.1 输煤系统 366 15.1.1 系统需求分析 366 15.1.2 系统硬件设计 368 15.1.3 系统软件设计 372 15.2 铸造落砂机控制系统 377 15.2.1 系统需求分析 377 15.2.2 系统硬件设计 378 15.2.3 系统软件设计 381 15.3 实践拓展：如何节省输入/输出点 386 15.4 思考与练习 388

    第3章 FX系列PLC的编程语言及内部资源     FX系列PLC为现在市场上的主流产品，其提供的编程语言容易上手，能完成绝大多数工业控制要求。本章以三菱FX系列为例详细介绍该系列PLC的5种编程语言，详细讲解PLC的内部软元件的编号、作用以及使用注意事项。通过学习本章，读者可以详细了解FX系列PLC的软硬件组成，为后续学习打好基础。     本章内容要点如下。 * 编程语言分类； * FX系列PLC的数据结构、软元件的分类以及基本功能。 3.1 PLC的编程语言     PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点：它既不同于高级语言，又不同与一般的汇编语言；它既要满足易于编写的要求，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的PLC编程语言。如三菱公司的产品有自己的编程语言，OMRON公司的产品也有自己的语言。但不管什么型号的PLC，其编程语言都遵照国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3）。按照该标准，PLC的编程语言包括以下5种：梯形图（LD）语言、指令表（IL）语言、功能模块图（FBD）语言、顺序功能流程图（SFC）语言及结构化文本（ST）语言。 3.1.1 梯形图（LD）语言     梯形图（Ladder Diagram，LD）语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果，每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在右面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言，它来源于对继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到欢迎，并得到广泛应用。梯形图程序设计语言的特点如下： * 与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性。 * 与原有继电器逻辑控制技术一致，易于掌握和学习。 * 与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互转换和程序检查。 * 梯形图中的继电器不是“硬”继电器，而是PLC存储器的一个存储单元。当写入该单元的逻辑状态为“1”时，表示相应继电器的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开；当写入该单元的逻辑状态为“0”时，表示相应继电器的线圈断开，其动断触点闭合，动开触点断开。 * 梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然后是触点的串、并联连接，最后是线圈与右母线相联。 * 梯形图中每个梯级流过的都不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中满足线圈接通的条件。 * 输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其他继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备。当梯形图中的输出继电器线圈接通时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。     梯形图编程示意图如图3-1所示。 图3-1 梯形图编程示意图 3.1.2 指令表（IL）语言     指令表（Instruction List，IL）语言是用指令来描述程序的一种程序设计语言。指令表语言与计算机中的汇编语言非常相似，采用助记符来表示操作功能。指令表语言具有下列特点。 * 采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握的特点； * 在编程器的键盘上采用助记符表示，具有便于操作的特点，可在无计算机的场合进行编程设计； * 与梯形图有一一对应关系，其特点与梯形图语言基本类同。     图3-1所示的梯形图程序，变换成指令表编程如表3-1所示。 表3-1 指令表编程 助 记 符 助 记 符 LD X001     OUT Y000 OR Y000     END AND X002 3.1.3 功能模块图（FBD）语言     功能模块图（Function Block Diagram，FBD）语言采用功能模块来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。它有若干个输入端和输出端，通过软连接的方式，分别连接到所需的其他端子，完成所需的控制运算或控制功能。功能模块分为不同的类型，在同一种类型中，也可能因功能参数的不同而使功能或应用范围有所差别，例如，输入端数量、输入信号类型等的不同会使它的使用范围不同。由于采用软连接的方式进行功能模块之间及功能模块与外部端子的连接，因此控制方案的更改、信号连接的替换等操作可以很方便地实现。功能模块图程序设计语言的特点如下。 * 以功能模块为单位，从控制功能入手，使控制方案的分析和理解变得容易。 * 功能模块用图形化的方法描述功能，它的直观性大大方便了设计人员的编程和组态，操作性较好。 * 对控制规模较大、控制关系较复杂的系统，由于控制功能的关系可以较清楚地表达出来，因此，编程和组态时间可以缩短，调试时间也能减少。 * 由于每种功能模块需要占用一定的程序内存，对功能模块的执行需要一定的执行时间，因此，这种设计语言在大中型PLC和集散控制系统的编程和组态中才被 采用。     图3-1所示的梯形图程序变换成功能模块图，将如图3-2所示。 图3-2 功能模块图编程示意图 3.1.4 顺序功能流程图（SFC）语言     顺序功能流程图（Sequential Function Chart，SFC）语言是用功能表图来描述程序的一种程序设计语言。它是近年来发展起来的一种程序设计语言，采用功能表图的描述，将控制系统分为若干个子系统，从功能入手，使系统的操作具有明确的含义，便于设计人员和操作人员沟通设计思想，以及程序的分工设计和检查调试。顺序功能流程图程序设计语言的特点如下。 * 以功能为主线，条理清楚，便于设计人员和操作人员对程序操作的理解和沟通。 * 对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，节省程序设计、调试 时间。 * 常用于系统规模较大、程序关系较复杂的场合。 * 只有在活动步的命令和操作被执行后，才对活动步后的转换进行扫描，因此整个程序的扫描时间较其他程序编制的程序扫描时间要短得多。     顺序功能流程图来源于佩特利（Petri）网，由于它具有图形表达方式，能比较简单清楚地描述并发系统和复杂系统的所有现象，并能对系统中存在的死锁、不安全等反常现象进行分析和建模，在模型的基础上可以直接编程，因此得到了广泛的应用。近几年推出的可编程控制器和小型离散控制系统中也已提供了采用功能表图描述语言进行编程的软件。顺序功能流程图体现了一种编程思想，在程序的编制中有很重要的意义。顺序功能流程图编程示例如图3-3所示。 图3-3 顺序功能流程图编程示意图