作者：张胜宇
出版社：电子工业出版社
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可编程控制器实训项目式教程试读：
全国高等职业教育“十二五”规划教材中国电子教育学会推荐教材全国高职高专院校规划教材·精品与示范系列校级精品课配套教材可编程控制器实训项目式教程张胜宇 主 编张亦慧 冯明发 副主编内容简介
本书根据教育部最新的职业教育教学改革要求，在深圳职业技术学院电信学院PLC课程教学组多年来的课程改革经验基础上，结合当前的企业成熟技术和应用经验进行编写。全书共6章设有25个实训项目，主要介绍PLC基础知识、PLC基本指令、PLC顺序功能图、PLC功能指令、PLC扩展模块，以及PLC与变频器等常用系统的设计和调试内容等。本书注重岗位技能训练，采用实训项目引导教与学，内容贴近行业企业职业技能要求，同时介绍许多实用性较强的技术资料、经验和技巧等，具有较强的可读性和趣味性，便于读者在高效率学习操作技能的同时掌握相关理论知识。
本书为高职高专院校电子信息类、自动化类、机电类、机械制造类等专业可编程控制器技术课程的教材，也可作为应用型本科、成人教育、自学考试、电视大学、中职学校和PLC培训班的教材，以及相关行业工程技术人员的参考工具书。
本书配有免费的电子教学课件、PLC源程序、精品课网站及配套实训设备相关资料，详见前言。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）数据可编程控制器实训项目式教程/张胜宇主编．—北京：电子工业出版社，2012.7全国高职高专院校规划教材.精品与示范系列ISBN 978-7-121-17493-3Ⅰ.①可… Ⅱ.①张… Ⅲ.①可编程序控制器－高等职业教育－教材 Ⅳ.①TM571.6中国版本图书馆CIP数据核字（2012）第143260号策划编辑：陈健德（E-mail:chenjd@phei.com.cn）责任编辑：郝黎明 文字编辑：裴 杰印 刷：三河市双峰印刷装订有限公司装 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：787×1092 1/16 印张：16 字数：410千字印 次：2012年7月第1次印刷定 价：30.00元
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服务热线：（010）88258888。职业教育 继往开来（序）
自我国经济在21世纪快速发展以来，各行各业都取得了前所未有的进步。随着我国工业生产规模的扩大和经济发展水平的提高，教育行业受到了各方面的重视。尤其对高等职业教育来说，近几年在教育部和财政部实施的国家示范性院校建设政策鼓舞下，高职院校以服务为宗旨、以就业为导向，开展工学结合与校企合作，进行了较大范围的专业建设和课程改革，涌现出一批示范专业和精品课程。高职教育在为区域经济建设服务的前提下，逐步加大校内生产性实训比例，引入企业参与教学过程和质量评价。在这种开放式人才培养模式下，教学以育人为目标，以掌握知识和技能为根本，克服了以学科体系进行教学的缺点和不足，为学生的顶岗实习和顺利就业创造了条件。
中国电子教育学会立足于工业和信息行业，为行业教育事业的改革和发展，为实施“科教兴国”战略做了许多工作。电子工业出版社作为国家职业教育教材出版大社，具有优秀的编辑人才队伍和丰富的职业教育教材出版经验，有义务和能力与广大的高职院校密切合作，参与创新职业教育的新方法，出版反映最新教学改革成果的新教材。中国电子教育学会经常与电子工业出版社开展交流与合作，在职业教育新的教学模式下，将共同为培养符合当今社会需要的、合格的职业技能人才而提供优质服务。
由电子工业出版社组织策划和编辑出版的“全国高职高专院校规划教材·精品与示范系列”，具有以下几个突出特点，特向全国的职业教育院校进行推荐。（1）本系列教材的课程研究专家和作者主要来自教育部和各省市评审通过的多所示范院校。他们对教育部倡导的职业教育教学改革精神理解得透彻准确，并且具有多年的职业教育教学经验及工学结合、校企合作经验，能够准确地对职业教育相关专业的知识点和技能点进行横向与纵向设计，能够把握创新型教材的出版方向。（2）本系列教材的编写以多所示范院校的课程改革成果为基础，体现重点突出、实用为主、够用为度的原则，采用项目驱动的教学方式。学习任务主要以本行业工作岗位群中的典型实例提炼后进行设置，项目实例较多，应用范围较广，图片数量较大，还引入了一些经验性的公式、表格等，文字叙述浅显易懂。增强了教学过程的互动性与趣味性，对全国许多职业教育院校具有较大的适用性，同时对企业技术人员具有操作参考性。（3）根据职业教育的特点，本系列教材在全国独创性地提出“职业导航、教学导航、知识分布网络、知识梳理与总结”及“封面重点知识”等内容，有利于老师选择合适的教材并有重点地开展教学过程，也有利于学生了解该教材相关的职业特点和对教材内容进行高效率的学习与归纳总结。（4）根据每门课程的内容特点，为方便教学过程对教材配备相应的电子教学课件、习题答案与操作指导、教学素材资源、程序源代码、教学网站支持等立体化教学资源。
职业教育要不断进行改革，创新型教材建设是一项长期而艰巨的任务。为了使职业教育能够更好地为区域经济和企业服务，殷切希望高职高专院校的各位职教专家和老师提出建议和撰写精品教材（联系邮箱:chenjd@phei.com.cn,电话:010-88254585），共同为我国的职业教育发展尽自己的责任与义务！中国电子教育学会前 言
我国经过30多年来的改革开放，经济建设快速成长，工业自动化领域也得到迅猛发展，对工业生产过程也提出了更高的要求。控制过程及其对象更加先进与复杂、信息化程度更高，机械、电子与控制技术的相互渗透与融合更加深入与普及，同时也对自动化应用领域工作的工程技术人员提出了更高要求，需要技术人员熟悉和掌握先进的控制手段与方法以及新的机电控制应用技术。可编程控制器（PLC）就是满足工业领域新的技术发展要求、具有良好性能的自动化控制产品，也是电子信息类、自动化类、机电类、机械制造类等专业学生应该掌握的设计应用技术和设备。
面对社会本行业的发展和需求，设立针对职业岗位生产过程的教学与实训内容，已经是大多数院校的普遍共识和实践经验。深圳职业技术学院PLC课程教学组在校企合作经验基础上，从企业的实际需求和应用角度出发，组织有丰富教学经验的骨干教师和工程技术人员共同编写本书。本书也是深圳职业技术学院国家高职示范性专业的校级精品课配套教材，课程内容经过工学结合实践和毕业生就业验证，已受到使用人员的认可和欢迎。内容包含当前广大工程技术人员迫切需要的电子控制和机电应用等领域的新知识、新技术和新兴控制器应用技术等。
本书主要以掌握实用技术和提高就业能力为目标，采用企业普遍和典型的应用“案例”，以PLC课程的基本知识点为基础，培养和训练解决电子应用和控制工程中实际问题的应用技能。本书的内容选取原则是“企业要用，知识够用，学生会用”，内容安排遵循工程技术人员和工科及高职学生对新技术掌握和应用能力提高的规律，实训项目的组织采用“实际操作—知识学习—提高创新”的新方式。课程组在开展教学改革的过程中，同时设计了配套的教学实训设备，其中得到深圳麦格米特公司专家和技术人员的指导与帮助，他们对本教材出版也起到至关重要的作用，对此表示衷心的感谢。
本书共6章设有25个实训项目，主要介绍PLC基础知识、PLC基本指令、PLC顺序功能图、PLC功能指令、PLC扩展模块，以及PLC与变频器等常用系统的设计和调试内容等。本课程的参考学时为72学时，各院校可以根据具体教学安排和环境情况进行适当调整。使用本教材的院校如果需要本教材配套的实训设备或相关资料，可与深圳职业技术学院电信学院PLC教学组联系。
本书为高职高专院校电子信息类、自动化类、机电类、机械制造类等专业可编程控制器技术课程的教材，也可作为应用型本科、成人教育、自学考试、电视大学、中职学校和PLC培训班的教材，以及相关行业工程技术人员的参考工具书。
本书由张胜宇主编，张亦慧和冯明发副主编。其中张亦慧编写第1章和第6章部分内容，并对全书进行多次审阅；冯明发编写断续控制电路及实训内容；路勇、贾方亮设计部分电路和程序；万子峰绘制部分图表；吕俊、彭伟天、廖永军对所有PLC源程序进行测试；张胜宇负责总体规划，以及其余章节内容编写和统稿；深圳麦格米特公司林霄舸、谷鹏提供详细的技术资料和工程实例。
本书在教学和创建国家示范专业过程中已不断进行修改，但在教材编写和校对中难免会存在各种不足，恳请广大读者给予批评指正。
为方便教师教学，本书配有免费的电子教学课件、PLC源程序，请有此需要的教师登录华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）免费注册后再进行下载，有问题时请在网站留言或与电子工业出版社联系（E-mail:hxedu@phei.com.cn）。读者也可通过该精品课网站（http://jpkc.njcit.edu.cn/2010/dgjc/Index.asp）浏览和参考更多的教学资源。编者职业导航第1章 PLC基础知识教学导航
相关知识
PLC即可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller），是现代工业自动化中重要的控制设备，居工业生产自动化三大支柱（PLC、机器人（Robot）、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM））之首，其主要作用是控制按一定固定顺序运行的机械设备。实训项目1 液体搅拌控制系统设计
1．实训目的
通过对一个液体搅拌机系统的控制，对比断续控制方式和PLC控制方式，学习什么是PLC和PLC的基本组成、外观、端口定义、程序输入及仿真等基础知识，从而建立一个完整的工业自动化控制的知识概念。
2．实训要求
图1-1所示为一个液体搅拌控制系统，通过压力传感器、温度传感器和手动开关控制按键，实现对液体搅拌。当桶内液体的温度和压力达到规定值时，混合电动机开始自动搅拌液体，同时，还有一个独立的控制按键用于电动机的手动控制。图1-1 液体搅拌控制系统
3．断续控制实训电路及操作过程
1）第一种运行要求
当搅拌桶内的温度和压力达到设定值时，通过压力传感器和温度传感器开关的闭合实现对搅拌电动机的启动控制。这个控制问题可以用如图l-2所示的控制电动机的继电器断续控制电路实现，当压力开关和温度开关接通或者手动按键被按下时，电动机的启动线圈就被接通，则搅拌机开始按要求工作。
2）第二种运行要求
如果液体搅拌系统要求当温度达到某个特定值时，手动控制按键在任何压力下都可以启动电动机，那么断续控制系统就要按照图1-3所示重新接线，操作重复，不方便。如果采用可编程控制器（PLC）来设计就可以迅速而有效地解决上述问题。图1-2 继电器断续控制电路图图1-3 更改控制要求后的断续控制电路图
4．PLC控制实训电路、程序及操作过程
1）控制要求
用手动按键模拟压力开关和温度开关，当手动按键被按下表示达到设定的压力和温度；发光二极管LED模拟交流电动机，当LED发光表示电动机旋转开始搅拌。
2）定义输入/输出口
输入：X0：压力开关SB0（常开点动按键）；X1：温度开关SB1（常开点动按键）；X2：手动开关SB3（常开点动按键）。
输出：Y0：电动机（LED模拟）。
3）PLC控制电路
根据控制要求，其PLC控制电路图如图1-4所示。图1-4 搅拌机PLC控制电路图
4）程序设计（1）第一种运行要求。PLC的程序如图1-5所示。图1-5 搅拌机PLC梯形图
当PLC处于运行状态或工作周期时，程序开始执行。在每一个工作周期，PLC都完成检测输入设备的状态、执行用户程序并据此改变输出。每一个代表一个输入常开触点，符号则代表输出软线圈。对应的触点闭合时，将使软线圈被驱动，在图1-5中，软线圈Y0在触点X0和X1闭合或者触点X2闭合时被驱动。通过PLC内部处理，将程序转化为硬件响应，使输出端子上对应的Y0和COM0之间的电子开关闭合，从而驱动负载电动机。（2）第二种运行要求。控制要求更改后要求当温度达到某个特定值时，手动按键在任何压力下都可以启动电动机。只需要更改程序，如图1-6所示。不必重新接线，大大简化工作，便于操作。图1-6 更改控制要求后的PLC梯形图
5）操作运行
搭建断续控制电路硬件系统，完成两种控制要求。1.1 PLC外观、命名和运行原理
目前业界使用的PLC有数百种之多，比较常见的国外品牌有三菱FX系列、西门子S200系列、欧姆龙系列等，国内品牌如研祥系列、汇川系列及麦格米特系列等。各家厂商的PLC就其本质来说原理和特性都是一致的，符合统一的工业标准。主要的不同点集中在具体的指令形式、端口定义和其他一些性能参数。读者可以着重学习一种PLC，就可以了解PLC基本内容和编程方法等，对于其他品牌的PLC只需要熟悉其外观和操作界面即可。
1．PLC的外观
本书主要以麦格米特公司的MC系列小型PLC产品进行介绍，其他名牌PLC的主要性能与应用技术与此类似。MC系列小型PLC产品包括MC100超小型系列和MC200小型系列，是适应各种现代工业控制应用的高性能产品。这两个系列的产品都是一体式结构的PLC，拥有内置的高性能微处理器和核心运算控制系统，集成了输入点和输出点、扩展模块总线等；产品系列中还包括了I/O扩展模块、特殊模块；主模块集成了2个通信端口，系统还可通过现场总线扩展模块连接现场总线网络；主模块配置的I/O还包含了高速计数、高速脉冲输出通道，可用于精确定位；拥有丰富的内置编程资源，采用3种标准化编程语言，通过性能强大的X_Builder编程软件可实现调试监控手段；具有完善的用户程序安全保护机制。
本书实训项目都是以MC100系列PLC为核心的新型PLC实训平台完成的。MC100系列PLC主模块的外形结构，如图1-7所示。图1-7 MC100系列PLC主模块的外形结构
MC100-1410BTA各端子的分布如图1-8所示，其定义如表1-1所示。图1-8 MC100-1410BTA各端子的分布图表1-1 MC100-1410BTA各端子定义
2．型号命名
MC系列PLC的命名规则以MC100-1614BRAX为例，如图1-9所示。图1-9 MC系列PLC命名规则
3．运行机制
MC系列PLC主模块是按照扫描周期模型运行工作的。系统顺序、循环地执行4种任务：执行用户程序、通信、内务、刷新I/O，每一轮任务被称为一个扫描周期，如图1-10所示。图1-10 PLC运行机制
系统顺序执行用户程序的指令序列，从第一条主程序指令开始，逐一执行用户程序中的指令序列，直到执行完主程序结束指令为止。然后PLC与编程软件通信，响应编程软件下达的下载、运行、停止等编程通信命令。再次，处理各种系统内务，如刷新面板指示灯、更新软件计时器计时值、刷新特殊辅助继电器和特殊数据寄存器。最后，系统刷新I/O，包含输出刷新阶段和输入刷新阶段，输出刷新阶段根据Y元件的值（ON或OFF），接通或断开对应的硬件输出点；输入刷新阶段将硬件输入点的接通/断开状态，转换为对应的X元件值（ON 或OFF）。
PLC根据外部信号通过编程决定动作的顺序和状态，最终控制外部设备，如图1-11所示。图1-11 PLC输入信号及控制设备
4．内部软元件
MC系列PLC内部有许多具有不同功能的元件，实际上这些元件是由电子电路和存储器组成的。例如，输入继电器X是由输入电路和输入映像寄存器组成；定时器T是由存储器组成。为了把它们和硬元件区分开，通常称为软元件，是等效概念抽象模拟的元件，不是实际的物理元件。软元件按种类名称简称为“××元件”。1.2 PLC程序操作
PLC的编程软件有很多，常用的有三菱Fxgpwin、GX-developer、OMRON CX-P、SIEMENS STEP7-MicroWIN V4.0等，本书以MC系列PLC编程软件X_Builder进行介绍，其他软件的操作与此类似。
1．连接方式
PLC的编程软件使用X_Builder编程软件，其与PLC的连接采用串口编程电缆。PLC通过编程电缆与笔记本电脑连接图，如图1-12所示。
2．运行界面
X_Builder的主界面基本包括7个部分：菜单、工具栏、工程管理器窗口、指令列表、信息窗口、状态栏和工作区，如图1-13所示。图1-12 PLC通过编程电缆与笔记本电脑连接图图1-13 X_Builder运行界面
3．程序启动
X_Builder正确安装后，从“开始”菜单中单击图标启动软件，并进入界面，如图1-14所示。图1-14 X_Builder编程软件界面
4．建立工程
启动编程环境后，首先需要为编写的程序创建一个工程。单击“文件”菜单中的“新建工程”菜单项，软件系统弹出如图1-15的界面，并输入相应信息。图1-15 新建工程界面
在本实训中，选择PLC类型为MC100，默认编辑器为梯形图，选择完毕，单击新建工程界面中的“确定”按钮后，一个新的工程被创建，并且默认打开了主程序进入程序编辑状态，如图1-16所示。图1-16 程序编缉界面
5．程序编写
在编程环境中使用如图1-17的快捷工具栏可以输入如图1-5的梯形图程序，最终的实现结果如图1-18所示。图1-17 快捷工具栏图1-18 程序输入
程序编写完成后，可以先保存当前的工程到计算机中，单击“文件”菜单中的“保存工程”菜单项即可将当前编写的工程保存。保存完成后，需要检查当前编写的程序是否有错误并且编译为可以下载到可编程控制器中的目标文件。单击“PLC”菜单中的“全部编译”菜单项，软件将当前程序进行全部编译，编译结果会显示在信息输出窗口中，如果没有错误的话，会显示如图1-19所示的内容。图1-19 信息输出界面
6．建立通信连接
X_Builder在开始下载程序到可编程控制器硬件前，需要建立和可编程控制器的串口通信连接，首先将串口线的两端连接到计算机和可编程控制器上，启动应用程序，如果不能和PLC通信或者需要使用不同的通信速率，需要重新设置串口通信参数。单击“工具”菜单中的“串口”→“配置串口”菜单项，会弹出如图1-20所示的界面，单击“编程口设置”按钮弹出如图1-21所示的编程口设置界面。
在“PC和PLC相连接的串口”下拉列表框中选择计算机实际连接的串口，选择连接的波特率后，单击“确定”按钮保存设置结果。编程口设置完成后，测试计算机是否可以和可编程控制器正常通信，单击“PLC”菜单中的“信息”菜单项，如果通信正常，会弹出一个窗口显示当前连接的可编程控制器的各种信息，如果多次使用本功能都提示“命令超时”，则说明串口连接或者设置可能不正确，请重新检查硬件连接和通信设置内容。图1-20 通信配置界面图1-21 编程口设置界面
7．下载程序
单击“PLC”菜单中的“下载”菜单项，下载程序时，必须要求处于停止状态，如果PLC正在运行，软件会提示如图1-22所示的界面。
单击“是”按钮停止PLC的运行，软件会弹出如图1-23的编译提示界面。图1-22 下载提示界面图1-23 编译提示界面
如果不重新编译下载上次的编译结果，可以单击“否”按钮，否则单击“是”按钮重新编译程序，编译完毕后，会出现如图1-24的下载界面。
根据需要，在“下载选项”中选择需要下载的内容，本示例只需要下载编写的应用程序，选中后单击“下载”按钮即可开始下载，下载过程中会显示如图1-25所示的进度条，完成后将会提示下载成功。图1-24 下载界面图1-25 下载进度条
8．启动可编程控制器
程序下载完成后，需要启动可编程控制器运行，在“PLC”菜单中选择“启动”菜单项，或者拨向可编程序控制器的开关到RUN处，在可编程控制器正常运行后，将接在输入点X0、X1、X2的开关闭合，就可以看到接在输出点Y0的指示灯以及LED按照控制要求点亮。
通过上述的例子，可以看出可编程控制器，即PLC实际上就是一种用于控制生产机器和工作过程的特殊工业计算机。它可以用可编程序的存储器存放指令，并按照指令执行，完成相应的开关控制、定时、计数、顺序控制、算术运算和数据处理等功能。
自己练习
根据已经学习的PLC程序下载方法，将液体搅拌系统的程序下载到PLC中，运行并观察实际效果。1.3 PLC仿真功能
X_Builder软件带有仿真功能，即不用连接实际硬件PLC也可以运行程序，便于编程者调试、修改程序。
1．正常启动
仿真软件是与编程软件X_Builder 一起安装的，安装完毕后，单击任务栏上的“开始”菜单，选择“开始”→“所有程序”→“Emerson Network Power”→“X_Builder”→“PLC仿真”选项，可以启动仿真软件。
用这种方式启动后，仿真软件处于空白状态，接下来可以新建一套全新的仿真配置，或者打开以前保存在硬盘上的仿真配置。
2．从X_Builder启动
仿真也可以从X_Builder中直接启动，当X_Builder处于有工程的状态时，选择“工具”中的“工作在仿真状态”菜单项，仿真软件就会自动启动起来，并按照当前工程的PLC系列类型（如MC100、MC20、MC100A 等），自动创建一套与该类型对应的仿真配置，然后用户可以直接使用这套仿真配置进行下载和调试程序。
注意：自动创建仿真配置时，主模块使用的是某系列中默认的主模块，如果点数不能符合要求，用户可以再手动切换主模块型号。
3．从资源管理器启动
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]