PLC技术与应用理实一体化教程

序

前言

任务1 用PLC实现对电动机的启动控制

【知识点】

【能力目标】

1.1 任务引入

1.2 任务分析

1.3 知识链

1.3.1 继电器控制基础

1.3.2 初识可编程序控制器（PLC）

1.3.3 FX2N PLC快速入门

1.3.4 SWOPCFXGP/WINC编程软件简介

1.3.5 FX2N PLC梯形图程序简介

1.3.6 PLC最常用的几条顺控指令

1.4 任务实施

1.4.1 I/O分配

1.4.2 绘制PLC硬件接线图及硬件连接

1.4.3 设计梯形图程序

1.4.4 程序调试与运行

1.5 知识扩展

1.5.1 FX2N PLC硬件结构

1.5.2 PLC的工作过程

1.5.3 PLC的输入/输出过程

1.5.4 PLC的等效电路

1.5.5 PLC的工作原理

1.5.6 PLC的主要性能指标

1.5.7 PLC的安装与配线

1.6 技能拓展

1.6.1 控制要求

1.6.2 操作过程

1.6.3 评价标准

1.7 思考与练习

任务2 用PLC实现对电动机的正反转控制

【知识点】

【能力目标】

2.1 任务引入

2.2 任务分析

2.3 知识链接

2.3.1 FX2N PLC的八大编程元（器）件

2.3.2 FX2N PLC的脉冲触点指令（LDP、LDF、ANDP、ANDF、QRP、ORF指令）

2.3.3 FX2N PLC的脉冲输出微分指令（PLS和PLF指令）

2.3.4 FX2N PLC的置位/复位指令（SET/RST指令）

2.3.5 PLC梯形图的编程规则与技巧

2.4 任务实施

2.4.1 I/O分配

2.4.2 绘制PLC硬件接线图及硬件连接

2.4.3 设计梯形图程序和语句表程序

2.4.4 程序调试与运行

2.5 知识扩展

2.5.1 FX2N系列PLC梯形图编辑器各菜单的操作方法及功能

2.5.2 FX2N系列PLC语句表编辑器主要菜单的操作方法及功能

2.6 技能拓展

做一做：试进行机床工作台自动循环控制的PLC改造设计、安装与调试

2.6.1 控制要求

2.6.2 操作过程

2.6.3 评价标准

2.7 思维拓展与实例：时控顺启逆停

2.8 思考与练习

任务3 用PLC实现对电动机/△减压启动控制

【知识点】

【能力目标】

3.1 任务引入

3.2 任务分析

3.3 知识链接

3.3.1 FX2N系列PLC定时器指令

3.3.2 定时器断开延时定时、通/断延时、瞬动电路

3.3.3 定时器的长延时扩展电路

3.3.4 最大限时控制电路

3.3.5 最小限时控制电路

3.3.6 顺序延时电路

3.3.7 主控触点（MC/MCR）指令

3.3.8 栈操作（MPS/MRD/MPP）指令

3.4 任务实施

3.4.1 I/O分配

3.4.2 绘制PLC硬件接线图及硬件连接

3.4.3 设计梯形图程序和语句表程序

3.5 知识扩展

3.5.1 速度继电器

3.5.2 电动机的反接制动控制电路

3.5.3 电动机串电阻减压启动和反接制动控制电路的PLC改造

3.6 技能拓展

做一做：试进行电动机单管能耗制动控制电路的PLC控制改造

3.6.1 控制要求

3.6.2 操作过程

3.6.3 评价标准

3.7 思维拓展与实例：电动机的综合PLC控制

3.8 思考与练习

任务4 自动轧钢机的PLC控制

【知识点】

【能力目标】

4.1 任务引入

4.2 任务分析

4.3 知识链接

4.3.1 FX2N PLC计数器指令

4.3.2 计数器的大计数扩展电路

4.3.3 扫描计数电路

4.3.4 FX2N PLC的取反（INV）、空操作（NOP）及结束（END）指令

4.3.5 FX2N PLC 27条顺控逻辑指令的功能归纳总结

4.4 任务实施

4.4.1 I/O分配

4.4.2 绘制PLC硬件接线图及硬件连接

4.4.3 设计梯形图程序

4.4.4 程序调试与运行

4.5 知识扩展

4.5.1 FX2N PLC的应用指令概述

4.5.2 移位类指令

4.6 技能拓展

做一做：天塔之光的PLC控制

4.6.1 控制要求

4.6.2 操作过程

4.6.3 评价标准

4.7 思维拓展与实例

4.7.1 水塔水位的PLC自动控制

4.7.2 汽车清洗机的PLC自动控制

4.7.3 用移位指令实现对灯光的PLC控制

4.8 思考与练习

任务5 小车自动往返运行的PLC控制

【知识点】

【能力目标】

5.1 任务引入

5.2 任务分析

5.3 知识链接

5.3.1 顺序控制与顺序控制设计法

5.3.2 状态转移图

5.3.3 步进（状态）梯形图

5.3.4 顺序控制编程举例

5.4 任务实施

5.4.1 建立状态转移图

5.4.2 将状态转移图（SFC）转换成状态梯形图（STL）、指令表程序

5.4.3 程序调试与运行

5.5 知识扩展

5.5.1 编制SFC的规则

5.5.2 编制SFC的注意事项

5.5.3 常用SFC的结构

5.6 技能拓展

做一做：两种液体混合的PLC控制

5.6.1 控制要求

5.6.2 操作过程

5.6.3 评价标准

5.7 思维拓展与实例

5.7.1 4台电动机正启/逆停时序控制

5.7.2 PLC实现双头钻床系统控制

5.7.3 使用“启保停”电路的编程方法完成顺序控制

5.7.4 使用以转换为中心的编程方法完成顺序控制

5.7.5 使用仿STL指令编程方法完成顺序控制

5.8 思考与练习

任务6 城市路口交通指挥灯的PLC控制

【知识点】

【能力目标】

6.1 任务引入

6.2 任务分析

6.3 知识链接

6.3.1 FX2N PLC系统中常用的基本控制环节

6.3.2 识读PLC梯形图和指令语句表的方法和步骤

6.4 任务实施

6.4.1 I/O分配

6.4.2 绘制PLC硬件接线图及硬件连接

6.4.3 设计梯形图程序和语句表程序

6.4.4 程序调试与运行

6.5 知识扩展：PLC控制系统的设计

6.5.1 PLC控制系统设计概要

6.5.2 PLC的接口电路设计

6.5.3 PLC的电源电路设计

6.6 技能拓展

做一做：气动机械手的PLC控制设计

6.6.1 控制要求

6.6.2 操作过程

6.6.3 评价标准

6.7 思维拓展与实例

6.7.1 城市交通指挥灯的其他参考程序

6.7.2 霓虹灯广告屏的PLC控制

6.8 思考与练习

任务7 PLC控制的八组抢答器设计

【知识点】

【能力目标】

7.1 任务引入

7.2 任务分析

7.3 知识链接

7.3.1 比较指令[CMP、ZCP（FNC10、FNC11）]

7.3.2 传送指令[MOV（FNC12）]

7.3.3 BCD码变换指令[BCD（FNC18）]

7.4 任务实施

7.4.1 I/O分配

7.4.2 PLC的I/O实际接线图

7.4.3 设计梯形图程序

7.4.4 程序调试与运行

7.5 知识扩展：PLC在工业应用中的若干注意问题

7.5.1 PLC型号选择与硬件配置的确定

7.5.2 降低PLC控制系统硬件费用的方法

7.5.3 提高PLC控制系统可靠性的措施

7.5.4 数据变换指令

7.6 技能拓展

做一做：PLC对自动售货机系统的控制设计

7.6.1 控制要求

7.6.2 操作过程

7.6.3 评价标准

7.7 思维拓展与实例

7.7.1 带有犯规显示的八组抢答器PLC控制设计

7.7.2 PLC在四层电梯控制系统的应用设计

7.8 思考与练习

任务8 搬运机械手的PLC控制系统设计

【知识点】

【能力目标】

8.1 任务引入

8.2 任务分析

8.3 知识链接

8.3.1 条件跳转指令[CJ（FNC 00）]

8.3.2 状态初始化指令[IST（FNC 60）]

8.3.3 复杂系统的设计方法

8.4 任务实施

8.4.1 搬运机械手PLC选型与硬件设计

8.4.2 I/O分配表及原理接线图

8.4.3 梯形图程序的设计

8.4.4 设计结果的讨论

8.5 知识扩展

8.5.1 逻辑错误故障检测诊断法

8.5.2 附加触点连接诊断法

8.5.3 时间限制法

8.6 技能拓展

做一做：具有多种工作方式送料小车的PLC控制系统设计

8.6.1 控制要求

8.6.2 操作过程

8.6.3 评价标准

8.7 思维拓展与实例

8.7.1 搬运机械手PLC控制的另一种设计实践示范

8.7.2 四工位组合机床的PLC控制设计

8.8 思考与练习

任务9 PLC在恒温控制过程中的应用设计

【知识点】

【能力目标】

9.1 任务引入

9.2 任务分析

9.3 知识链接

9.3.1 加法指令[ADD（FNC 20）]

9.3.2 减法指令[SUB（FNC 21）]

9.3.3 乘法指令[MUL（FNC 22）]

9.3.4 除法指令[DIV（FNC 23）]

9.3.5 加1指令[INC（FNC 24）]

9.3.6 减1指令[DEC（FNC 25）]

9.3.7 特殊功能模块数据读出指令[FROM（FNC 78）]

9.3.8 特殊功能模块数据写入指令[TO（FNC 79）]

9.4 任务实施

9.4.1 I/O分配

9.4.2 绘制PLC硬件接线图及硬件连接

9.4.3 设计梯形图程序

9.4.4 程序调试与运行

9.5 知识扩展

9.5.1 模拟量输入模块FX2N4AD

9.5.2 模拟量输出模块FX2N4DA

9.5.3 AD、DA转换一体化模块FX0N3A

9.5.4 PID过程控制模块FX2N2LC

9.5.5 三菱公司特殊功能模块一览

9.6 技能拓展

做一做：FX2N4AD/FX2N4DA的应用实验

9.6.1 控制要求

9.6.2 操作过程

9.6.3 评价标准

9.7 思维拓展与实例：PLC实现压力控制

9.7.1 工作任务

9.7.2 任务分析

9.7.3 知识平台

9.7.4 解决方案

9.8 思考与练习

任务10 典型机床成套设备的PLC控制改造设计

【知识点】

【能力目标】

10.1 任务引入

10.2 任务分析

10.3 知识链接

10.3.1 C650型普通卧式车床的电气控制系统

10.3.2 利用PLC对机床控制进行技术改造的基本思路

10.3.3 利用PLC对机床控制进行技术改造的常用方法

10.3.4 将机床电路图转换成为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图的

主要步骤

10.3.5 识读和分析机床PLC控制梯形图和语句表程序的常用方法和主要步骤

10.4 任务实施

10.4.1 I/O分配

10.4.2 绘制PLC硬件接线图及硬件连接

10.4.3 设计梯形图程序

10.4.4 程序设计说明

10.5 知识扩展：C5225型立式车床的PLC控制改造设计

10.5.1 C5225型立式车床的机械结构和主要运动

10.5.2 电路特点及拖动要求

10.5.3 C5225型立式车床的电气控制电路

10.5.4 C5225型立式车床PLC控制系统设计

10.6 技能拓展

做一做：Z3040摇臂钻床的PLC控制改造设计

10.6.1 控制要求

10.6.2 操作过程

10.6.3 评价标准

10.7 思维拓展与实例：某龙门钻床的PLC控制系统工程应用设计

10.7.1 龙门钻床简化结构示意图和工艺说明

10.7.2 龙门钻床工艺过程功能表图

10.7.3 选择PLC，画出龙门钻床PLC工程应用设计的I/O端子实际接线图

10.7.4 设计梯形图程序

10.8 思考与练习

任务11 PLC实现通信功能应用

【知识点】

【能力目标】

11.1 任务引入

11.2 任务分析

11.3 知识链接

11.3.1 串行通信基本原理

11.3.2 串行通信电气标准

11.3.3 通信协议

11.3.4 通信特殊功能模块FX2N16CCLM

11.3.5 通信用特殊功能模块FX2N232/422/485BD

11.3.6 通信扩展板的实用接线

11.3.7 通信网络

11.4 任务实施

11.4.1 模块选型与链接

11.4.2 硬件连线

11.4.3 程序编写

11.4.4 任务实施结果的探讨

11.5 技能拓展

做一做：PLC与打印机的通信

11.5.1 通信编程指令

11.5.2 PLC与打印机的通信操作过程

11.5.3 评价标准

11.6 思维拓展与实例

11.6.1 PLC与计算机、打印机的通信实例

11.6.2 PLC与计算机通信、显示实例

11.6.3 16位数据通信

11.7 思考与练习

附录

附录A FX2N系列PLC内部软元件分配一览表

附录B 三菱FX系列PLC指令一览表

参考文献

《PLC技术与应用理实一体化教程》是一部以日本三菱公司FX2NPLC为样机、基于“任务引领型课程”开发方法而编写的又一新作。它凸现工学结合、学用一致，理实并重、“教、学、做”一体化的现代教学特色，从注重对职教学生进行高素质和高技能培养与提高的实用角度出发，将课程教学目标分解为11个学习（工作）任务（项目）：即用PLC实现对电动机的启动控制；用PLC实现对电动机的正反转控制；用PLC实现对电动机/△减压启动控制；自动轧钢机的PLC控制；小车自动往返运行的PLC控制；城市路口交通指挥灯的PLC控制；PLC控制的八组抢答器设计；搬运机械手的PLC控制系统设计；PLC在恒温控制过程中的应用设计；典型机床成套设备的PLC控制改造设计；PLC实现通信功能应用。每一个任务又科学地构建了“任务引入、任务分析、知识链接、任务实施、知识扩展、技能拓展（做一做）、思维拓展与实例、思考与练习”等多个环节，使学生完成“资讯、计划、决策、实施、检查、评价等”一个完整的工作过程；经过教师启发式理论教学和学生们的强化实践训练，理实一体、师生互动，最终完成本课程的教学目标。
　　《PLC技术与应用理实一体化教程》可作为不同层次职业教育院校相关专业的教材及参考书；也可供教学、科研和工矿企事业单位的工程技术人员在学习掌握PLC技术以及设计改造传统机电控制设备时进行参考。