电气控制与PLC应用

模块一 基本电气控制电路1

任务一 电动机点动与自锁控制电路的分析与安装1

一、任务导入1

二、相关知识2

（一）刀开关2

（二）熔断器3

（三）按钮4

（四）接触器5

（五）热继电器7

三、任务实施9

（一）电动机点动控制电路分析9

（二）电动机自锁控制电路分析与安装9

四、知识拓展——点动与自锁混合控制电路12

思考与练习13

任务二 电动机正反转控制电路的分析与安装14

一、任务导入14

二、相关知识15

（一）电气原理图15

（二）电器元件布置图16

（三）电气安装接线图17

三、任务实施17

（一）电路分析17

（二）安装和调试20

四、知识拓展——按钮、接触器双重互锁的电动机正反转控制电路22

思考与练习22

任务三 电动机顺序起动控制电路的分析与安装23

一、任务导入23

二、相关知识23

（一）低压断路器23

（二）多地控制26

三、任务实施27

（一）主电路的顺序起动控制电路分析27

（二）控制电路的顺序起动控制电路分析与安装27

四、知识拓展——漏电保护开关28

（一）工作原理29

（二）参数与类型29

（三）选择30

（四）使用方法30

思考与练习30

任务四 电动机自动往返控制电路的分析与安装30

一、任务导入30

二、相关知识——行程开关31

三、任务实施32

（一）电路分析32

（二）安装和调试33

四、知识拓展——接近开关33

思考与练习34

任务五 电动机降压起动控制电路的分析与安装34

一、任务导入34

二、相关知识35

（一）继电器的分类35

（二）电磁式继电器的结构及工作原理35

（三）时间继电器36

（四）电流继电器和电压继电器37

三、任务实施39

（一）定子串电阻降压起动控制电路分析39

（二）自耦变压器降压起动控制电路分析39

（三）Y-△降压起动控制电路分析与安装41

四、知识拓展——绕线式异步电动机转子串电阻降压起动控制电路43

思考与练习44

任务六 电动机制动控制电路的分析

与安装45

一、任务导入45

二、相关知识——速度继电器45

三、任务实施46

（一）能耗制动控制电路分析46

（二）反接制动控制电路分析与安装47

四、知识拓展——机械制动控制电路48

思考与练习50

模块二 常见机床控制电路51

任务一 C650车床控制电路分析与故障排除51

一、任务导入51

二、相关知识52

（一）电气原理图的分析方法和步骤52

（二）车床的主要结构和运动形式53

三、任务实施54

（一）主电路分析54

（二）控制电路分析54

（三）辅助电路分析58

四、知识拓展58

（一）电气控制电路故障的一般分析方法58

（二）C650卧式车床常见故障分析60

思考与练习61

任务二 X62W铣床控制电路分析与故障排除61

一、任务导入61

二、相关知识62

（一）铣床的主要结构62

（二）铣床的运动形式63

三、任务实施63

（一）主电路分析63

（二）控制电路分析63

四、知识拓展——X62W万能铣床常见故障分析70

思考与练习70

任务三 Z3040摇臂钻床控制电路分析与故障排除71

一、任务导入71

二、相关知识71

（一）钻床的主要结构71

（二）钻床的运动形式72

三、任务实施72

（一）主电路分析72

（二）控制电路分析74

四、知识拓展——Z3040摇臂钻床常见故障分析76

思考与练习77

模块三 PLC基本指令的应用78

任务一 认识PLC78

一、任务导入78

二、相关知识81

（一）PLC的产生及定义81

（二）PLC的应用、分类81

（三）PLC的组成82

（四）PLC的工作原理84

三、任务实施85

（一）FX系列PLC的型号85

（二）FX2N系列PLC的基本构成85

（三）FX2N系列PLC的外观及其特征86

（四）PLC的安装、接线86

四、知识拓展——常用PLC介绍89

（一）美国的PLC产品90

（二）欧洲的PLC产品90

（三）日本的PLC产品90

（四）我国的PLC产品91

思考与练习91

任务二 电动机自锁控制程序设计91

一、任务导入91

二、相关知识91

（一）输入继电器X和输出继电器Y91

（二）PLC的编程语言92

（三）LD、LDI、OUT、END指令93

（四）AND、ANI、OR、ORI指令94

（五）GX Developer编程和仿真软件95

三、任务实施101

（一）分配I/O地址101

（二）程序设计102

（三）接线时注意事项102

（四）操作步骤103

四、知识拓展103

（一）SET、RST指令103

（二）利用SET和RST指令实现电动机的自锁控制104

（三）PLC控制系统与继电接触控制系统的区别104

思考与练习105

任务三 楼梯照明控制程序设计105

一、任务导入105

二、相关知识105

（一）ORB指令105

（二）ANB指令106

三、任务实施107

（一）分配I/O地址107

（二）程序设计107

（三）调试运行107

四、知识拓展108

（一）梯形图的特点108

（二）梯形图的编程规则108

思考与练习110

任务四 3台电动机顺序起动控制程序设计110

一、任务导入110

二、相关知识110

（一）辅助继电器M110

（二）定时器T112

三、任务实施113

（一）分配I/O地址113

（二）程序设计114

（三）调试运行114

四、知识拓展114

（一）定时器接力电路114

（二）闪烁电路115

（三）延时接通/断开电路115

（四）调试仿真116

思考与练习117

任务五 产品出入库数量监控程序设计117

一、任务导入117

二、相关知识118

（一）计数器的分类118

（二）计数器的使用说明118

三、任务实施119

（一）分配I/O地址119

（二）程序设计119

（三）调试运行120

四、知识拓展——定时器与计数器构成长延时电路120

思考与练习121

任务六 电动机单按钮起停控制程序设计121

一、任务导入121

二、相关知识——PLS、PLF指令122

三、任务实施123

四、知识拓展124

（一）ALT指令124

（二）LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF指令124

（三）光电式自动冲水设备控制程序125

思考与练习126

任务七 电动机Y-△降压起动控制程序设计126

一、任务导入126

二、相关知识——MPS、MRD、MPP指令126

三、任务实施127

（一）分配I/O地址127

（二）程序设计128

（三）输入并仿真程序128

（四）连接电路128

（五）调试运行129

四、知识拓展——MC、MCR指令129

思考与练习130

任务八 自动运料小车控制程序设计131

一、任务导入131

二、相关知识131

（一）状态继电器S131

（二）顺序功能图132

（三）步进指令STL、RET133

（四）顺序功能图与步进梯形图之间的转换134

三、任务实施134

（一）分配I/O地址135

（二）确定顺序功能图的步数135

（三）确定每步的功能、作用135

（四）找出每步的转移条件135

（五）绘制顺序功能图136

（六）将顺序功能图转换成梯形图136

（七）调试运行137

四、知识拓展——步进梯形图编程规则137

思考与练习138

任务九 自动门控制程序设计139

一、任务导入139

二、相关知识——选择分支的编程140

三、任务实施141

（一）分配I/O地址141

（二）画出顺序功能图141

（三）将顺序功能图转换成梯形图142

（四）调试运行142

四、知识拓展——步进梯形图程序中电动机的过载保护144

思考与练习144

任务十 按钮式人行横道交通灯控制程序设计145

一、任务导入145

二、相关知识——并行分支的编程146

三、任务实施147

（一）I/O端口分配、功能及I/O接线图147

（二）程序设计147

（三）调试运行149

四、知识拓展——跳步、重复和循环序列编程149

（一）部分重复的编程方法150

（二）同一分支内跳转的编程方法150

（三）跳转到另一条分支的编程方法150

思考与练习150

模块四 PLC应用指令的应用152

任务一 8盏流水灯控制程序设计152

一、任务导入152

二、相关知识153

（一）应用指令的通用格式153

（二）应用指令的数据结构154

（三）传送指令MOV155

三、任务实施155

（一）分配I/O地址155

（二）程序设计156

（三）调试运行156

四、知识拓展157

（一）块传送指令BMOV（FNC15）157

（二）取反传送指令CML（FNC14）157

（三）多点传送指令FMOV（FNC16）157

（四）利用MOV指令改写定时器和计数器的设定值157

思考与练习158

任务二 4路抢答器控制程序设计158

一、任务导入158

二、相关知识159

（一）子程序调用指令CALL和子程序返回指令SRET159

（二）主程序结束指令FEND159

三、任务实施160

（一）分配I/O地址160

（二）程序设计161

（三）调试运行163

四、知识拓展163

（一）条件跳转指令CJ163

（二）电动机手动/自动选择控制程序163

思考与练习164

任务三 8台电动机顺序起动控制程序设计165

一、任务导入165

二、相关知识165

（一）位左移指令SFTL165

（二）位右移指令SFTR166

三、任务实施168

（一）分配I/O地址168

（二）程序设计168

（三）调试运行169

四、知识拓展169

（一）循环移位指令ROR、ROL、RCR和RCL169

（二）24盏流水灯控制程序170

思考与练习172

任务四 24h时钟显示程序设计173

一、任务导入173

二、相关知识173

（一）7段译码指令SEGD173

（二）数据变换指令BCD和BIN174

三、任务实施175

（一）I/O分配和软元件说明175

（二）程序设计176

（三）调试运行178

四、知识拓展——带锁存的7段显示指令SEGL178

思考与练习179

任务五 密码锁控制程序设计179

一、任务导入179

二、相关知识180

（一）组件比较指令CMP180

（二）区间比较指令ZCP180

三、任务实施181

（一）I/O分配表181

（二）程序设计181

（三）调试运行182

四、知识拓展182

（一）触点比较指令182

（二）简易定时报时器程序183

思考与练习184

任务六 8站小车的呼叫控制程序设计185

一、任务导入185

二、相关知识185

（一）译码指令DECO185

（二）编码指令ENCO186

三、任务实施187

（一）分配I/O地址187

（二）程序设计188

（三）调试运行189

四、知识拓展189

（一）加1指令INC189

（二）减1指令DEC189

（三）5台电动机顺序起动控制程序190

思考与练习191

任务七 车库门自动开关控制程序设计191

一、任务导入191

二、相关知识192

（一）时钟数据读取指令TRD192

（二）时钟数据写入指令TWR192

（三）时钟数据比较指令TCMP193

（四）时钟数据区间比较指令TZCP194

三、任务实施195

（一）分配I/O地址195

（二）程序设计195

（三）调试运行196

四、知识拓展196

（一）时钟专用的特殊数据寄存器和特殊辅助继电器196

（二）马路照明灯时钟控制程序197

思考与练习198

任务八 自动售货机控制程序设计198

一、任务导入198

二、相关知识199

（一）加法指令ADD199

（二）减法指令SUB199

（三）乘法指令MUL199

（四）除法指令DIV200

三、任务实施200

（一）分配I/O地址200

（二）程序设计201

（三）调试运行203

四、知识拓展203

（一）使用乘除运算指令实现8盏流水灯控制程序203

（二）停车场车位控制程序204

思考与练习206

模块五 特殊功能模块和数据通信208

任务一 电热水炉温度控制208

一、任务导入208

二、相关知识209

（一）特殊功能模块的读写操作指令FROM和TO209

（二）特殊功能模块的分类210

（三）模拟量输入模块FX2N-2AD211

（四）模拟量输出模块FX2N-2DA213

三、任务实施217

（一）分配I/O地址217

（二）程序设计217

（三）调试运行218

四、知识拓展——FX2N-2DA模块应用实例218

（一）控制要求218

（二）分配I/O地址218

（三）程序设计218

（四）调试运行218

思考与练习219

任务二 PLC数据通信220

一、任务导入220

二、相关知识220

（一）通信基础220

（二）PLC的通信功能223

（三）N：N网络通信223

（四）并联链接通信226

（五）计算机链接通信228

（六）无协议通信229

三、任务实施229

（一）N：N网络的设置229

（二）通信用软元件229

（三）程序设计229

（四）调试运行231

四、知识拓展——PLC网络介绍231

（一）生产金字塔结构与PLC网络结构231

（二）PLC联网的主要形式233

（三）三菱公司的PLC网络233

（四）三菱PLC及网络在汽车总装线上的应用235

思考与练习236

模块六 PLC控制系统设计案例238

任务一 两种液体混合装置的PLC控制系统设计238

一、任务导入238

二、相关知识239

（一）PLC控制系统设计的原则与步骤239

（二）PLC机型选择239

（三）使用起保停电路的编程方法240

三、任务实施241

（一）确定PLC的型号，绘制系统接线图241

（二）程序设计241

（三）调试运行243

四、知识拓展——PLC控制系统的安装、调试方法243

（一）模拟调试243

（二）联机统调243

思考与练习243

任务二 LED数码显示的PLC控制系统设计244

一、任务导入244

二、相关知识——用移位指令实现顺序功能图的编程244

三、任务实施245

（一）确定PLC的型号，绘制系统接线图245

（二）用移位指令实现LED数码显示246

（三）用MOV指令实现LED数码显示249

（四）用SEGD指令实现LED数码显示249

（五）系统调试251

四、知识拓展——减少数字显示所需输出点数的方法251

思考与练习252

任务三 机械手的PLC控制系统设计252

一、任务导入252

二、相关知识——使用以转换为中心的编程方法253

三、任务实施254

（一）确定PLC的型号，绘制系统接线图254

（二）用以转换为中心的编程方法实现机械手的PLC控制254

（三）用移位指令实现机械手的PLC控制255

（四）系统调试258

四、知识拓展——多种工作方式的编程258

思考与练习259

任务四 单车道交通灯的PLC控制系统设计259

一、任务导入259

二、任务实施260

（一）确定PLC的型号，绘制系统接线图260

（二）用基本指令实现单车道交通灯的PLC控制261

（三）用步进指令实现单车道交通灯的PLC控制263

（四）用移位指令实现单车道交通灯的PLC控制265

（五）用应用指令实现单车道交通灯的PLC控制265

（六）系统调试267

三、知识拓展——节省PLC输入输出点数的方法268

（一）减少输入点数的方法268

（二）减少输出点数的方法269

思考与练习269

任务五 3层电梯的PLC控制系统设计269

一、任务导入269

二、任务实施271

（一）确定PLC的型号，绘制系统接线图271

（二）控制方案272

（三）系统调试274

三、知识拓展——PLC控制系统的可靠性设计275

（一）电源的抗干扰措施276

（二）控制系统的接地276

（三）安装与布线的抗干扰措施276

（四）PLC输入输出的可靠性措施277

思考与练习277

模块七 PLC与触摸屏的综合应用278

任务一 触摸屏控制电动机的Y-△降压起动278

一、任务导入278

二、相关知识279

（一）三菱F940GOT的功能及基本工作模式279

（二）F940 GOT的基本操作281

（三）GT-Designer Ver.5画面制作软件介绍282

三、任务实施285

（一）PLC和触摸屏软元件分配及系统接线图285

（二）PLC程序285

（三）触摸屏画面设计286

（四）程序下载运行和系统调试291

四、知识拓展——指示灯的制作292

思考与练习293

任务二 基于触摸屏的抢答器控制系统设计293

一、任务导入293

二、相关知识294

（一）通过触摸键实现画面切换294

（二）通过PLC程序实现画面切换294

三、任务实施296

（一）确定系统的输入输出信号，并画出系统接线图296

（二）程序设计297

（三）触摸屏画面设计298

（四）调试运行299

四、知识拓展——计算机/触摸屏在PLC网络中的作用299

（一）计算机的作用299

（二）触摸屏的作用299

思考与练习300

附录A FX-20P-E手持编程器的使用301

附录B FX系列PLC的编程元件及编号310

附录C FX系列PLC应

《电气控制与PLC应用》以工作任务为导向，采用任务教学的方式组织内容，每个任务来源于实际生产的典型案例，主要内容包括36个由简单到复杂的电气基本控制电路、机床控制电路和PLC编程与仿真案例。全书除模块六中任务四和任务五由任务导入、任务实施和知识拓展3部分组成外，其余各模块的每个任务都由任务导入、相关知识、任务实施、知识拓展4部分组成。通过学习和训练，学生不仅能够掌握电气控制的基本知识和PLC指令系统，而且能够掌握完成一个实际PLC控制系统的编程、安装和调试方法。
《电气控制与PLC应用》可作为高职高专电气自动化、电气工程、电子信息、机电一体化及数控技术等相关专业的教材，也可供工程技术人员自学使用。

《电气控制与PLC应用》包括36个工作任务，按照“任务导入一相关知识一任务实施一知识拓展”的方式展开，力求把理论知识和实践技能有机地结合在一起。《电气控制与PLC应用》按照学生的认知规律，内容由浅入深、由简单到复杂、由单项到系统、由验证到设计，安排科学合理。模块六的每一项学习任务都采用2～4种编程方法实现，有利于拓展学生的思路，培养其综合思维能力和工程应用能力。
按照基于工作过程的模式编写案例
将知识点融合在典型工作任务中
利用多种编程方法编写程序