零点起飞学三菱PLC

《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

1.1PLC的基本概念与分类2

1.1.1PLC的概念2

1.1.2PLC的分类3

1.2PLC的结构和原理6

1.2.1PLC的物理结构6

1.2.2PLC的软件结构12

1.2.3PLC的工作原理13

1.2.4PLC的工作特点14

1.3PLC的功能及应用领域15

1.3.1PLC的功能15

1.3.2PLC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

2.1FX系列PLC简介19

2.1.1FX系列PLC的型号命名方式19

2.1.2FX系列PLC的技术参数20

2.1.3FX系列PLC不同型号的区别22

2.2FX系列PLC的硬件系统24

2.2.1FX系列PLC的面板构成24

2.2.2FX系列PLC的硬件配置25

2.3PLC的安装方法29

2.3.1PLC主机安装29

2.3.2PLC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

3.1PLC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

3.2FX系列PLC的内部资源36

3.2.1PLC的基本数据结构36

3.2.2FX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

4.2.1LD、LDI和OUT指令52

4.2.2AND和ANI指令53

4.2.3OR和ORI指令54

4.2.4ORB指令55

4.2.5ANB指令56

4.3基本控制指令57

4.3.1MPS、MRD和MPP指令57

4.3.2MC和MCR指令59

4.3.3SET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

4.3.6PLS和PLF指令64

4.3.7INV指令65

4.3.8NOP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4-33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

7.1GXDeveloper概述120

7.1.1GXDeveloper的安装120

7.1.2GXDeveloper的卸载122

7.2GXDeveloper的界面与功能122

7.3GXDeveloper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GXDeveloper开发一个电动机正反转程序133

7.4FX-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

7.5FX-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

8.2.5FX系列PLC的数据处理指令181

8.2.6FX系列PLC的高速处理指令185

8.2.7FX系列PLC的方便类指令188

8.2.8FX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8-4BCD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

9.1.1FX2N-4AD输入模块206

9.1.2温度A/D输入模块209

9.1.3FX2N-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

10.1PLC控制系统设计概要232

10.1.1PLC控制系统设计的基本原则和内容232

10.1.2PLC控制系统设计步骤233

10.2PLC控制系统的硬件设计235

10.2.1PLC机型的选择235

10.2.2I/O接口的选择237

10.3PLC控制系统软件设计239

10.3.1PLC软件系统设计的方法239

10.3.2PLC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

10.4PLC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

11.1PLC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

11.2PLC与PLC之间的通信255

11.2.1N: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

11.4Melsecnet网络270

实例11-1PLC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

12.1PLC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

12.2.2PLC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PLC331

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。

前 言
　　PLC作为一种面向工业生产的应用型技术，与CAD/CAM、NC技术并称为现代工业的三大支柱技术。PLC是专为工业现场应用而设计，它采用了可编程序的存储器，以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯。特别是PLC的程序编制不需要具备专门的计算机编程语言知识，而采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使得用户程序的编制形象、直观，方便易学，并且调试与查错也都很方便。用户在购买到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可以灵活方便地将PLC应用于生产实践。
　　市场上有众多公司生产的PLC产品，其中三菱公司的PLC产品以性价比高、功能强而著称，得到了广泛的应用。本书以三菱公司主流的FX系列PLC为主要对象讲述PLC的知识。
　　为了使广大读者既能了解PLC的基础知识，又能将其应用于工程开发，本书全面系统地介绍了利用PLC进行工程设计的相关知识。在学习完本书之后，相信读者能够使用PLC进行实际项目的开发。
　　本书主要有以下几个特点。
　　1．循序渐进，由浅入深
　　为了方便读者学习，本书分为基础篇、提高篇和应用篇，依次介绍了PLC的发展史及其特点、结构组成和开发流程等知识。在章节中结合具体的实例，逐步介绍了PLC的基本指令系统、步进指令、应用指令的语法规范、应用方法等知识，以及使用PLC进行工程开发的相关知识。
　　2．技术全面，贴近生产
　　本书在保证实用的前提下，详细介绍了PLC各个方面的知识。同时，结合实例介绍了用PLC进行工程开发的相关内容。所用实例全部来自于工业实际工程，尽量贴近实际生产，使读者能够找到与自己行业相关的实例作为参考。
　　3．分析原理，步骤清晰
　　PLC生产厂家较多，开发语言不尽相同，但是工业控制语言大同小异。掌握一门技术首先需要理解原理，因此本书注意把握各个知识点的原理，重点讲述实现方法。读者可以根据具体步骤实现书中的例子，将理论知识与实践相结合，这样更利于学习。
　　4．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，并对关键部分进行了注释和说明。每段程序的后面都有详细的分析。工程实例部分则从系统需求分析开始，逐步深入到硬件、软件系统的设计，详细讲述了开发一个工程的完整过程，便于读者学习和掌握。
　　5．内容丰富，涉猎广泛
　　部分章节设置了实践拓展环节，内容不限于PLC知识范畴，而扩展到了工业生产之中。其中讲述了工控中能够用到的一些实用技巧和最新知识等内容，有助于读者进一步开阔视野，学习综合知识。
　　本书主要由初航、李昊、王燕编著，其他参与编写的人员有刘梅、张冬日、李振、宋一兵、管殿柱、王献红、李文秋。本书受昆山巨林科教公司教育部2018年产学合作项目 支持。