作者：尹秀妍
出版社：电子工业出版社
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三菱可编程控制器项目化应用教程(第2版)试读：
前言
。尹秀妍 主编王欣 主编董娟 副主编徐萍 责任编辑陈健德 其他贡献者刘复欣 其他贡献者前言可编程控制器（PLC）是一种替代继电器控制系统的新型工业自动化控制装置，由于它具有体积小、功能强、可靠性高、操作简单、维修方便等优点，使它在工业电气控制领域中得到了越来越广泛的应用。而且，随着计算机技术的快速发展，可编程控制器的应用范围几乎覆盖了所有的工业企业，它是今后实现工业自动化的一种主要手段，现已跃居为工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）中的首位。因此，当今的电气自动化技术人员熟悉它的基本原理和性能特点、掌握系统编程方法是非常必要的。
由于可编程控制器的技术发展迅猛、应用广泛，目前有许多高等院校都已开设可编程控制器课程。作者在多年的工程实践和职业教育教学改革经验基础上，以9 个典型项目为载编写本书，内容由浅入深、循序渐进、重点突出、条理清晰、联系实际、浅显易懂。本书充分体现了理论与实践相结合以及工学结合的教育理念，是以职业活动为导向，以素质为基础，突出能力目标；以学生为主体，以项目为载体，以实训为手段而设计出的理实一体化教材。
本书按照PLC设计中的典型任务来设置项目，并将本课程知识和技能层层分解在这些项目中。用引导的方法逐步展开各项学习任务，让读者思路清晰，易于理解。每个项目采用双线并行的方式，在项目训练中给出一个项目的PLC控制的整体内容，教师可以面对设备边讲解、边演示，学生模仿完成此项目，边学边做；在
知识链接
中介绍与此项目相关的知识；在知识扩展中介绍扩展知识。然后，教师布置与演示项目相关联的技能拓展中的项目，下发任务书，要求学生独立完成，按照明确任务、收集信息→制订工作计划→做出决策→实施计划→检查修改→评价反馈6个工作过程进行。教师可以做适当引导，让学生实施，锻炼学生的能力。为了达到高职教学“强化实践，重在应用”的指导思想，教学内容的组织注重基础知识和实例教学相结合，所需的理论知识完全融合到每个项目中，基础知识为实例服务，反过来，实例教学加深对基础知识的理解，在实例中发现问题，并加以解决完善，促进知识消化理解。该书打破了可编程控制器的神秘感，并通过一些短小、易懂、实用、有趣的应用实例，使读者尽快掌握可编程控制器的编程和应用技能，成为可编程控制器的编程高手。
全书内容分为下列9个部分。
项目1：简单灯控电路设计
项目2：竞赛抢答器的设计
项目3：七段数码管的设计
项目4：三相异步电动机Y/△自动降压启动设计
项目5：交通信号灯的控制设计
项目6：机械手控制设计
项目7：电梯控制设计
项目8：电热水炉温度控制设计
项目9：变频恒压供水系统的控制设计
本书有大量的编程实例、扩展项目、思考训练题，内容丰富、分析详细、清晰，系统性及适用性强，为高等职业本专科院校的教学用书，也可作为开放大学、成人教育、自学考试、中职学校及培训班的教材，以及企业工程技术人员的参考书。
本书由黑龙江建筑职业技术学院尹秀妍、王欣任主编，董娟任副主编，刘复欣主审。全书共9部分，其中项目1、2、5、9 由尹秀妍编写，项目4、6、7、8 由王欣编写，项目3、附录由董娟编写，王宏玉和张亮参与编写部分内容。
在本书的编写过程中，哈尔滨亿丰集团高级工程师丛树平提出了非常宝贵的修改意见，另外参考了其他大量教材和技术资料，在此表示衷心的感谢！
为了方便教师教学，本书还配有教学课件与习题参考答案，请有此需要的教师登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费注册后下载，有问题时请在网站板留言或与电子工业出版社联系（E-mail：gaozhi＠phei.com.cn）。
由于编者专业水平有限，时间仓促，书中难免存在疏漏和错误，恳请各位读者批评指导。
编者
项目1 简单灯控电路设计
教学导航
项目训练
1.项目分析
灯控电路如图1-1 所示，按钮 SB1 和 SB2 串联控制灯 HL1，SB1 和 SB2 并联控制灯HL2，采用PLC实现控制。
2.实施步骤（1） 熟悉PLC的外部结构。主要包括输入端口 （X）、输出端口 （Y）、编程器接口、运行方式开关 （STOP/RUN） 及LED指示灯等。（2） 确定I/O点数及分配I/O端口，按实际的输入/输出设备的控制功能与个数，分配 PLC 的输入/输出端口，如表1-1所示。图1-1 灯控电路图
温馨提示 按钮SB1 虽然使用了两次，但因是同一编号，分配时只需分配一个端口，SB2相同。表1-1 输入/输出端口分配（3） 绘制PLC外部I/O接线图，如图1-2所示。（4） 设计梯形图。梯形图和相应的指令语句如图1-3所示。图1-2 PLC外部I/O接线图图1-3 梯形图和指令语句（5） 连接PLC外部设备。按照PLC外部I/O接线图，在PLC关机状态下，正确连接输入设备 （按钮SB1、SB2） 和输出设备 （灯HL1、HL2） （输出设备可以通过面板上的LED指示灯模拟）。（6） 输入程序。打开PLC电源，将运行方式开关置于STOP状态，通过手持编程器FX-20 P-E输入指令语句；或通过编程软件SWOPC-FXGP在微机上编制梯形图传入PLC。（7） 运行PLC。将运行方式开关置于RUN状态，运行程序，分别按下或同时按下按钮SB1和SB2，观察灯HL1和HL2的显示状态。知识链接
1.1 三菱FX系列PLC介绍
日本三菱公司是全世界PLC主要生产厂家之一，它先后推出了F、F1、F2、FX （FX2、FX0、FX和FX ） 等系列PLC，其中F系0N2C列是早期产品，早已停产，F1、F2属于整体式结构，FX系列PLC具有庞大的家族，有多种不同的型号，基本单元（主机）有FX、FX、00SFX、FX、FX、FX、FX、FX、FX、FX等系列。0N122C1S1N2N2NC
1.FX系列PLC型号
FX系列PLC型号命名的基本格式如图1-4所示。图1-4 FX系列PLC型号命名格式
系列序号：0、0S、0N、1、2、2C、1S、1N、2N、2NC。
I/O总点数：14256。
单元类型：M—基本单元。
E—输入/输出混合扩展模块。
EX—输入专用扩展模块。
EY—输出专用扩展模块。
输出形式：R—继电器输出。
T—晶体管输出。
S—晶闸管输出。
特殊品种区别：
D—DC电源，DC输入。
AI—AC电源，AC输入。
H—大电流输出扩展模块 （1A/1点）。
V—立式端子排的扩展模块。
C—接插口输入/输出方式。
F—输入滤波器1 ms的扩展模块。
L—TTL输入型扩展模块。
S—独立端子 （无公共端） 扩展模块。
例如，FX-32MRD 的含义是：FX系列，输入/输出总点数为2N2N32 点，继电器输出，DC电源，DC输入的基本单元。
温馨提示 32表示基本单元输入/输出点数之和。
例如，FX-4 EYSH的含义是：FX系列，输入点数为0点，输出点数为4点，晶闸管输出，大电流输出扩展模块。
2.FX系列PLC的基本组成
FX系列可编程控制器由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能单元构成。基本单元包括中央处理器 （CPU）、存储器、输入/输出接口电路及电源，是PLC的主要部分。扩展单元是用于增加可编程控制器I/O点数的装置，内部设有电源。每个控制系统至少有一台基本单元，如果要增加整个系统的输入/输出点数，可用扁平电缆连接扩展单元。扩展模块用于增加可编程控制器I/O点数及改变可编程控制器I/O点数比例，内部无电源，所有电源由基本单元或扩展单元供给。因为扩展单元及扩展模块无CPU，所以必须与基本单元一起使用。特殊功能单元是一些具有专门用途的装置，连接相应的特殊单元，就可以增加PLC的控制功能。
3.FX系列PLC的主要指标
FX系列PLC的一般技术指标包括基本性能指标、输入技术指标及输出技术指标，各种性能指标如表1-2表～1-4所示。表1-2 FX系列PLC的基本性能指标表1-3 FX系列PLC的输入技术指标续表表1-4 FX系列PLC的输出技术指标
4.FX系列PLC的性能指标2N
FX系列PLC是FX系列中最先进的产品，它具有速度高、功能2N强、有逻辑组件以及可进行定位控制等特点。
1） 特点（1） 控制点数为16 点256 点 （主单元：16 点、32 点、48 点、64 点、80 点、128点）。（2） 灵活的配置。除具有满足特殊要求的大量特殊功能模块外，6个基本FX单元中的每一个单元可扩充到256点的I/O。2N（3） 高速运算。基本指令0.08 μs/指令；应用指令1.52至几百μs/指令。（4） 突出的寄存器容量。FX系列包括8000步内置RAM寄存器，2N用一个寄存器盒可扩充到16000步RAM或EEPROM。（5） 丰富的器件资源。辅助继电器3072 点、计时器256 点、计数器235 点、数据寄存器8000点。
2） 功能（1） 实时时钟功能。使用标准型号实时时钟功能可以满足对时间的应用要求。（2） 增加了过程控制。使用FX的PID指令或FX-2LC温控模2N2N块可以实现过程控制。（3） 特殊功能模块。增加了大量的特殊功能模块满足单个需要，FX主单元可配置总计达8个特殊功能模块，为工厂自动化应用提供2N最大的灵活性和控制能力。（4） 网络能力。可以连接到世界上最流行的开放式网络 （CC-Link、Profibus DP和Devi-ceNET） 或者采用传感器层次的网络 （如AS-I或I/O Link），解决通信的需要，串行通信选项包括RS-232、RS-422或RS-485。完全充足的网络模块使数据通信容易实现。（5） 很强的数学指令集。使用32位处理指令、浮点数指令、方根和三角几何指令，可满足数学功能。（6） 基于Windows软件。使用GX-Developer或FX-PCS/Win-C软件能快速、容易地开发程序。（7） 定位控制功能。通过定位模块 （FX-10GM、2NFX-20GM） 或脉冲输出模块（FX-1PG） 实现最多达16轴的控2N2N制。（8） 密码保护。使用一个8位数密码保护程序。（9） 远程维护。通过调制解调器通信可以监测、上传或下载程序和数据到远处的编程软件上。
FX系列PLC的性能指标如表1-5所示。2N表1-5 FX系列PLC的性能规格2N续表
5.FX系列PLC的编程元件2N
这里所说的 “元件” 不是指 “硬元件”，而是指 “软元件”，它们并不是以实体形式存在的，而只是一种 “软件编程逻辑”，它们包括输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器/计数器、数据寄存器等，PLC在用户程序存储器中为它们分配了相应的单元，它们只有“0” 或 “1” 两种状态，可以在梯形图中无限次地被引用。
温馨提示 PLC内部存储器的状态为 “1” 时，表示相应的触点闭合或相应的软继电器线圈得电；状态为 “0” 时，表示相应的触点断开或线圈失电。
FX系列PLC的编程元件由1位字母和3位数字组成，它们分别表示元件的类型和元件号，如X000、Y001，其中输入继电器X和输出继电器Y元件号用八进制数表示，遵循 “逢八进一” 的运算规则，只有07这8个数字符号，例如X007和X010是两个相邻的八进制整数。其他软继电器元件号都用十进制数表示。
温馨提示 X、Y元件号是用八进制数表示的，不会出现数字8 和9。除此之外的元件号都是用十进制数表示的。
1） 输入继电器 （X）
建立 “输入/输出映像区” 是PLC工作方式的另一个显著特点，外部输入信号的状态在一个扫描周期的采样阶段通过输入接口被读入并存储在输入映像区中，供CPU控制使用。输入映像区即是用户程序存储器中的一部分存储单元，也叫输入映像寄存器或输入继电器，当外部触点接通时，输入继电器为 “1” 状态，即 “ON” 状态；断开时，输入继电器为 “0”状态，即 “OFF” 状态，因此，输入继电器的状态反映外部输入信号的状态，并且唯一地取决于外部输入信号的状态，不受用户程序的控制，但在梯形图中可以多次使用输入继电器的常开触点和常闭触点。
2） 输出继电器 （Y）
输出继电器即是 “输出映像区”，也叫输出映像寄存器，它用来存放一个扫描周期内CPU完成用户程序后产生的所有对外控制信号，也是用户程序存储器中存储单元的一部分。PLC将这些输出信号传送给输出模块，再由后者驱动外部负载工作，完成控制任务。输出继电器的状态，反映了对外控制信号的状态，一一对应，在梯形图中，每一个输出继电器的常开触点和常闭触点都可以无限次使用。
温馨提示 输出继电器的初始状态为 “0”，即断开状态。
FX系列PLC输入/输出元件编号如表1-6所示。2N表1-6 FX系列PLC输入/输出元件编号2N
3） 其他编程元件
中间继电器也叫辅助继电器，是用软件实现的，它们不是实际的硬件继电器，之所以称其为继电器是因为它们的常开、常闭的状态与硬件继电器相似。它们只在CPU产生控制信号的过程中起作用，不能直接对外输出信号去驱动负载，因此叫中间继电器，它们的常开、常闭状态数量很多，也可以无限次引用。FX系列PLC部分编程元件编2N号如表1-7所示。表1-7 FX系列PLC部分编程元件编号2N【】 内的软元件是停电保持区域 （Keep Area），保持区域的范围是不能变更的。
6.FX系列PLC的外部结构2N
FX系列PLC采用一体化箱体结构，其基本单元将所有的电路 2N（含CPU、存储器、输入输出接口及电源等） 都装在一个模块内，是一个完整的控制装置。FX -64MR可编程控制器的外部结构如图1-52N所示。
1） FX-64MR PLC的面板2N
它由以下三部分组成：（1） 外部接线端子。外部接线端子包括PLC电源 （L、N）、输入用直流电源 （24+）、公共端 （COM）、输入端子 （X）、输出端子 （Y）、主机接地等。它们位于主机两侧可拆卸的端子板上，每个端子都有对应的编号，主要完成电源、输入信号和输出信号的连接。其中24+、COM是机器为输入回路提供的直流24 V电源，为了减少接线，其正极在机器内已经与输入回路连接，当某输入点需要输入信号时，只需将COM通过输入设备接至对应的输入点，一旦COM与对应点接通，该点就显示为 “ON”，此时对应的输入指示就点亮。（2） 指示部分。指示部分包括每一个输入和输出点的状态指示、主机电源指示 （POW-ER）、主机运行状态指示 （RUN）、用户程序存储器后备电池状态指示 （BATT） 及程序出错指示 （PROG-E）、CPU出错指示 （CPU-E） 等，用来反映I/O点和主机的状态。（3） 接口部分。主要包括编程器、扩展单元、扩展模块、特殊模块及存储卡盒等外部设备的接口，其作用是完成基本单元同上述外部设备的连接。在编程器接口的旁边，还设置了一个PLC运行模式转换开关SWl，它有RUN和STOP两个运行模式，RUN模式能使PLC处于运行状态 （RUN指示灯亮），STOP模式能使PLC处于停止状态 （RUN指示灯灭），此时，PLC可进行用户程序的录入、编辑和修改。图1-5 FX -64MR可编程控制器的外部结构2N
2） I/O点的编号及连接
FX-64MR主机，输入点为32点，编号为X0X37，输出点为2N32点，编号为Y0Y37。输入端子 （X） 位于主机的一侧，输出端子 （Y） 位于主机的另一侧。L、N为PLC电源端子，FX系列PLC要求输入单相交流电源，规格为AC 100/110 V、AC 200/220 V、50/60 Hz。24+、COM是主机为输入回路提供的直流24 V电源，因为输入口一般连接按钮、开关、传感器等设备，这些器件的功耗都很小，所以可以使用24 V 电源。还有一接地端子，用于PLC的接地保护。
输出口在接入电路时，均和PLC的负载 （如电磁阀、接触器线圈、信号灯等） 连接，所需的推动电源功率较大，并且电源种类各异。PLC一般不提供负载的工作电源，需用户外接。
1.2 编程软件的使用与梯形图设计
个人计算机作为编程器，采用专用的编程软件进行编程、绘制梯形图、监控PLC运行等，其功能完善，使用方便。三菱FX 系列PLC 使用的编程软件是 SWOPC-FXGP 编程软件。它是基于Windows的应用软件，功能强大，界面友好，主要由用户来开发控制程序，同时也可实现监控用户程序的执行状态和PLC内部资源使用状况，它是FX系列PLC用户不可缺少的编程工具。
SWOPC-FXGP编程软件提供了4种编程方式：梯形图、指令表、顺序功能图和语句梯形图。其中，语句梯形图方式是用助记符输入，按梯形图方式显示，用户可以通过软件主菜单下的视图框来选择编程的方式，可随时在梯形图和语句梯形图方式下互换编程。无论用哪种方式，用户都能使用热键来选择命令。
SWOPC-FXGP编程软件的运行方式有在线方式和离线方式。在线方式是用电缆线把计算机与PLC连接起来，通过编程软件的功能菜单或功能快捷键来进行所有的功能操作，控制PLC的工作状态。离线方式即把计算机与PLC断开连接，此时软件的绝大部分功能都可实现，如对用户程序的编辑、录入、内部资源查询等，但与PLC有关的具体操作 （如通信、通信口设置、PLC状态、程序的下载、上载等功能） 则不能进行。
下面以项目训练中的梯形图为例，介绍在SWOPC-FXGP软件中创造或编辑梯形图所需要的主要操作和编程步骤。
1.2.1 FXGP软件的启动
在桌面上双击FXGP的图标，即可启动FXGP软件，并进入界面，如图1-6所示。图1-6 FXGP编程软件界面
1.2.2 建立新文件
单击 “文件” 菜单中的 “新文件” 命令，如图1-7 所示。或者单击所示工具条中的“新文件” 按钮。屏幕上出现 “PLC类型设置” 对话框，如图1-8所示。图1-7 打开新文件
选择所使用PLC的类型，如FX1S，单击 “确认” 按钮，则屏幕上出现梯形图的编辑界面，如图1-9所示。图1-8 选择PLC类型图1-9 梯形图的编辑界面
1.2.3 编辑梯形图
在如图1-9所示的梯形图的编辑界面中，位于底部或右侧的组件箱中有各触点和线圈的状态，如常开、常闭、串联、并联、线圈等，通过直接单击相应的状态，可出现选取元件对话框，如图1-10所示。输入相应元件编号，如X0，单击 “确认” 按钮，则X0的常开触点就画好了，如图1-11所示。
其他的画法同理。下面以项目训练1的简单灯控电路的梯形图为例，画出如图1-3所示的梯形图。
小经验 对于简单的控制电路来说，梯形图设计基本上是按照实际电路的逻辑关系一一对应而来。
图1-3中的输入触点X0、X2分别表示输入按钮SB1、SB2的状态，输出触点Y0、Y1分别驱动外部信号灯HL1、HL2。采用SWOPC-PXGP绘制灯控电路梯形图的步骤如下：（1） 光标定位在第1行的左母线处，用鼠标单击组件箱中的常开符号（或按F5键），出现如图1-10所示的对话框。在对话框中输入组件的名称 “X0” 并按回车键，在原先鼠标定位的地方将出现一个常开符号，同时光标自动向右移动一个符号，这样常开触点X0就画好了，如图1-11所示。图1-10 输入相应元件编号对话框图1-11 画常开触点（2） 用鼠标单击组件箱中的常开符号（或按F5键），出现对话框。在对话框中输入组件的名称 “X2” 并按回车键确认，串联的常开触点X2就画好了，如图1-12所示。（3） 用鼠标单击组件箱中的线圈符号，在对话框中输入组件的名称 “Y0” 并确认，软件会自动连线，将Y0画在右母线处，如
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