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1、PLC综合应用技术任务1 认识可编程序控制器周文煜 任务1.1了解PLC应用及功能特点1.1.1PLC应用领域 PLC的应用非常广泛，目前，在国内外已广泛应用于钢铁、冶金、化工、轻工、食品、电力、机械、交通运输、汽车制造、建筑、环保、公用事业等各行各业。1.开关量顺序控制 这是PLC最广泛的应用领域，也是PLC最基本的控制功能，可用来取代继电接触器控制系统，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控制和自动化生产线控制，如机床电气控制、电梯自动控制、自动化生产线、数控机床、交通灯等。1.1.1PLC应用领域2.模拟量过程控制 除开关量外，PLC还能控制连续变化的模拟量，如压力、速度、流量、液位、
2、电压和电流等模拟量。通过各种传感器将相应的模拟量转化为电信号，然后通过AD模块将它们转换为数字量，送到PLC处理。处理后的数字量再通过DA的转换为模拟量进行输出控制，如通过专用的智能PID模块实现模拟量的闭环过程控制。这一功能主要应用在恒压供水系统、锅炉温度控制等控制系统中。3.运动控制 PLC提供了驱动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块，通过这些模块可实现直线运动或圆周运动的控制。这一功能主要用于各类机床、机器人、装配机械等进行运动控制。1.1.1PLC应用领域4.数据处理 PLC提供了各种数学运算、数据传送、数据转换、数据排序以及位操作等功能，可以实现数据采集、分析和处理。这些
3、数据可通过通信系统传送到其他智能设备，也可利用它们与存储器中的参考值进行比较，或利用它们制作各种要求的报表。数据处理功能一般用于各种行业的大、中型控制系统。5.通信功能 为适应现代化工业自动化控制系统的需要集中及远程管理，PLC可实现与PLC、单片机、打印机及上级计算机互相交换信息的通信功能。1.1.2PLC控制与其他控制方式比较1.PLC与继电接触器控制比较 传统的继电接触器控制只能进行开关量的控制，而PLC既可进行开关量控制，又可进行模拟量控制，还能与计算机联成网络，实现分级控制。(1)组成器件不同(2)触头的数量不同(3)控制方法不同(4)工作方式不同2.PLC与单片机比较 PLC的核心
4、就是一台单片机，在单片机外围配置了相应的接口电路（硬件）和配置了监控程序（软件），但它又和单片机控制系统有所不同：(1)PLC具有高可靠性(2)PLC编程方便，易于使用(3)PLC与其他装置配置连接方便(4)PLC多用于过程控制1.1.3PLC的特点(1)可靠性高(2)体积小(3)通用性好(4)使用方便、灵活1.1.4PLC分类1.按I/O点数分类 PLC按其I/O点数多少一般可分为以下三类(1)小型PLC(2)中型PLC(3)大型PLC图1-1整体式PLC2.按结构分类 根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。(1)整体式PLC整体式PLC如图1-1所示，它将CPU、I/O接
5、口、电源、通信等部件集成到一个机壳内。图1-2模块式PLC(2)模块式PLC模块式PLC如图1-2所示。模块式PLC是将PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块(有的含在CPU模块中)以及各种功能模块。3.按功能分类 根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。 (1)低档PLC(2)中档PLC (3)高档PLC图1-3PLC的基本组成任务1.2认识PLC内部结构及工作原理1.2.1PLC的组成 PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、外部设备接口和扩展接口等几个主要部分组成。
6、PLC基本组成如图1-3所示。图1-3PLC的基本组成1.2.1PLC的组成1.中央处理器CPU CPU是PLC的核心部件,也是PLC进行逻辑运算及数学运算并协调整个系统工作的部件。2.存储器 存储器是用于存放系统编程程序及监控运行程序、用户程序、逻辑及数学运算的过程变量及其他所有信息的部件。3.输入/输出(I/O)接口 I/O接口是PLC主机与现场输入/输出设备之间连接的桥梁。1.2.1PLC的组成(1)输入接口电路 通常PLC的输入信号可以是直流、交流或交直流信号。输入电路电源可以由外部提供，也可以由PLC内部提供。采用外部电源的直流、交流输入接口电路如图14所示。当输入开关闭合时，其一次
7、电路接通，发光二极管发光，同时光耦合器中的发光二极管使光敏晶体管导通，信号进入内部电路。图1-4直流、交流输入接口电路1.2.1PLC的组成图1-5继电器输出内部参考电路 (2)输出接口电路输出接口电路用于将主机处理的结果驱动显示灯、电磁阀、继电器、接触器等各种被控设备，实现电气控制。 1)继电器输出的负载电流大于2A，响应时间为810ms，机械寿命大于106h。可用于驱动直流或低频交流负载。内部参考电路如图1-5所示。1.2.1PLC的组成图1-6晶体管输出内部参考电路 2)晶体管输出的负载电流约为0.5A，响应时间小于1ms，可驱动36V以下的直流负载。内部参考电路如图1-6所示。1.2.
8、1PLC的组成图1-7晶闸管输出内部参考电路 3)晶闸管输出一般采用三端双向晶闸管，其耐压较高，带负载能力强，可驱动高频较大功率交流负载。内部参考电路如图1-7所示。1.2.1PLC的组成4.电源 PLC内部为CPU、存储器、I/O接口等内部电路配备了直流开关稳压电源，同时一般也为输入传感器提供24V直流电源。输入/输出回路的电源一般相互独立，以避免来自外部的干扰。5.扩展接口 扩展接口用于系统扩展，可连接I/O扩展单元、AD模块、DA模块和温度控制模块等。6.外部设备接口 此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。图1-8PLC扫描过程1.2.2PLC的工作
9、原理1.内部处理 CPU检查主机硬件和所有输入模块、输出模块，在运行模式下，还要检查用户程序存储器。如果发现异常，则停止并显示错误。如果自诊断正常，则继续向下扫描。PLC采用周期循环扫描的工作方式，其扫描过程如图1-8所示。1.2.2PLC的工作原理2.通信操作 在通信操作阶段，CPU自检并处理各通信端口接收的信息，完成数据通信任务。即检查是否有计算机、编程器的通信请求，若有则进行相应的处理。3.输入处理 输入处理又称为输入采样。在此阶段，PLC首先扫描所有输入端口，依次读入所有输入状态和数据，并将它们存入输入输出映像寄存器的相应单元内。输入处理结束后，转入用户程序执行和输出处理阶段。在这两个
10、阶段中，即使输入状态和数据发生变化，输入输出映像寄存器中的相应单元状态和数据也不会改变。4.执行程序 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次扫描用户程序（梯形图），当程序指令涉及输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器“读入”上一阶段采集的对应输入端口的状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件（“软继电器”）的当前状态，并进行逻辑运算，然后把逻辑运算的结果存入元件映像寄存器中。5.输出处理 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出处理阶段。在此期间，CPU按照输入输出映像寄存器内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。图1-9PLC外部结构图任务1.3认识三
11、菱FX系列PLC1.3.1FX2N系列PLC简介 FX2N系列PLC的外部结构如图1-9所示。它主要由三部分组成，即外部接线(输入/输出接线端子)部分、指示部分和接口部分。1.3.1FX2N系列PLC简介图1-10PLC外部接线部分(1)外部接线部分如图1-10所示。 (2)指示部分如图1-11所示。图1-11PLC的指示部分1.3.1FX2N系列PLC简介图1-12PLC编程器接口及运行模式转换开关(3)接口部分如图1-12所示。1.3.3FX系列PLC的内部元器件及编号1.输入继电器(X) 输入继电器是PLC接收外部输入设备开关信号的端口，即通过输入继电器将外部输入信号状态读入输入映像寄存
12、器中。它只能由外部信号驱动，不能由程序内部指令来驱动。输入继电器的触点数在编程时没有限制，即可有无数对动合和动断触点供编程使用。2.输出继电器(Y) 输出继电器是把PLC内部信号输出传送给外部负载。输出继电器线圈只能由PLC内部程序的指令驱动，其线圈状态传送给输出端口，再由输出端口对应的硬触点来驱动外部负载动作。它有线圈和触点，与输入继电器一样，有无数对动合和动断触点供编程使用，但在一个程序中，每个输出继电器的线圈只能使用一次。3.辅助继电器(M) 辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，不能直接驱动外部负载，只供内部编程使用。它的动合与动断触点同样在PLC内部编程时可无限次使用，但其
13、线圈在一个程序中只能使用一次。4.定时器(T) PLC中的定时器（T）相当于继电接触器控制系统中的通电型时间继电器，主要用于定时控制。它可以提供无限对动合和动断延时触点。FX2N系列PLC中定时器可分为通用定时器、积算定时器两种。定时器是通过对一定周期的时钟脉冲进行累计而实现定时的，时钟脉冲周期有1ms、10ms、100ms三种，当所计数达到设定值时触点动作。设定值可用常数K或数据寄存器D的内容来设置。5.计数器(C) PLC的计数器主要用于计数控制。FX2N系列PLC的计数器分为内部计数器和高速计数器两类。6.状态寄存器(S) 状态寄存器用来记录系统运行中的状态，可与步进顺控指令STL配合使
14、用，是编制顺序控制程序的重要编程元件。7.数据寄存器(D) 数据寄存器是计算机必不可少的器件，用于存放各种数据。PLC在进行输入/输出处理、模拟量控制、位置控制时，需要许多数据寄存器来存储数据和参数。数据寄存器有以下几种类型：(1)通用数据寄存器(D0D199)(2)断电保持数据寄存器(D200D7999)(3)特殊数据寄存器(D8000D8255)(4)变址寄存器(V/Z)图1-13PLC与主令电器类输入设备的连接方式任务1.4完成FX系列PLC控制系统外部接线1.4.1输入接线 PLC与按钮、行程开关、转换开关等主令电器类输入设备的接线示意图如图1-13所示。每一个输入端子都有一个输入继电
15、器(X)与之对应，外部控制信号必须通过输入继电器传送到PLC内部。图1-14PLC与输出设备的连接1.4.2输出接线 PLC输出端子用于驱动负载，如接触器、继电器、电磁阀、指示灯等。如图1-14所示，Y0Y3共用一个公共端口(COM1)，Y4Y7共用另一个端口(COM2)，其中Y1、Y3驱动额定电压交流380V负载，而Y4、Y6驱动额定电压直流24V的负载。任务2 应用基本指令实现电动机点动运行1.外形、结构及符号 按钮的外形、内部结构与符号如图22所示，它由按钮帽、复位弹簧、动合触点、动断触点、接线柱和外壳组成。图2-2按钮开关外形、内部结构和符号任务2.1选择与检测电器元件2.1.1按钮
16、按钮是一种结构简单、广泛用于发送控制指令的手动主令电器。 控制按钮一般用于短时间的接通或断开小电流。常用种类有指示灯型按钮、紧急故障处理的蘑菇状按钮、钥匙状旋式按钮、自锁式按钮等。2.1.1按钮2.型号含义与选择方法按钮的型号含义如下：1)根据使用场合，选择按钮开关的种类，如开启式、保护式和防水式等。2)根据用途选用合适的形式，如旋钮式、紧急式等。3)根据控制电路的需要，确定不同的按钮数，如单联、双联按钮。4)按工作状态指示和工作情况要求，选择按钮和指示灯的颜色。3.检测方法1)检查外观是否完好。2)用万用表检查按钮的动合和动断触点工作是否正常。图2-3常用交流接触器的外形2.1.2接触器接触
17、器是一种自动化的控制电器，主要用于频繁接通或分断大电流1.外形、结构及符号常用的交流接触器外形如图23所示，其基本结构和图形符号如图24所示。图2-4交流接触器的基本结构和图形符号2.1.2接触器图2-5交流接触器的铭牌2.型号含义与选择方法(1)型号含义 交流接触器上面都有一个铭牌，通过铭牌可以了解可控三相异步电动机功率、接线方式等信息，如图2-5所示。3.检测方法1)检查接触器外观，应无机械损伤。2)用万用表R1挡检测各触点的分、合情况是否良好。3)用万用表R100挡检测接触器线圈直流电阻是否正常，一般为1.52k左右。4)检查接触器线圈电压与电源电压是否相符。2.1.3直流中间继电器 直
18、流中间继电器的作用是控制各种电磁线圈，以使信号放大或将信号同时传递给有关控制元件。在自动生产线控制系统中，用于小电流、低电压的PLC控制电路与大电流、高电压主电路之间的信号转换。1.外形、结构及符号 直流中间继电器有多种外形，常见的外形、符号如图26所示。其结构和工作原理与接触器相同，但触点对数多，且没有主辅之分。图2-6常用直流中间继电器的外形与继电器符号2.型号含义与选择方法(1)型号含义 中间继电器的主要参数有极数（触点对数），线圈电压，额定电流等。(2)选择方法3.检测方法1)外观检查继电器及其专用插座是否完整无缺，各接线端和螺钉是否完好。2)用万用表R100挡检测继电器线圈直流电阻是
19、否正常，一般为0.51k。3)用万用表R1挡检测各触点的分、合情况是否良好。2.1.4低压断路器1.外形、结构及符号 低压断路器有多种外形，常见外形、结构原理及符号如图27、图28、图29所示。图2-7低压断路器的常见外形2.1.4低压断路器图2-8低压断路器的结构原理1主触点2自由脱扣器3过电流脱扣器4分励脱扣器5热脱扣器6失电压脱扣器7按钮图2-9低压断路器的符号3.检测方法1)检查外观是否完好。2)手动操作：用万用表检查开关接通和断开是否正常。3)带有漏电功能的低压断路器检测方法是：根据开关的极数接入电源，在合闸通电的状态下，按一次试验按钮，漏电低压断路器应分闸，用以检查漏电保护性能是否
20、正常可靠，如不能正常工作，必须立即更换不能继续使用。图2-10三相异步电动机继电-接触器点动控制电路任务2.2安装三相异步电动机点动控制电路2.2.1控制任务分析 图2-10是三相异步电动机继电-接触器点动控制电路，当手按下按钮SB时，接触器KM线圈得电，其主触点闭合，电动机通入三相交流电运转；当手松开按钮SB时，KM线圈失电，电动机停止运转。在实际中，点动控制一般用于调整或检修。表2-2图2-10中主要元器件功能表2.2.2PLC的输入/输出分配 PLC输入/输出的分配可以采用输入/输出分配表或输入/输出接线图的形式，分配表见表2-3。 三菱FX系列PLC实现三相异步电动机点动运行控制的输入
21、/输出接线方法如图2-11所示，可采用两种方法实现：方法一：PLC驱动中间继电器，由继电器辅助触点控制交流接触器；方法二：PLC直接驱动交流接触器。表2-3PLC控制电动机点动运行的输入/输出分配表图2-11PLC电源及输入/输出元器件接线图2.2.3安装电器元件1.布置电器元件根据实训板或网孔板尺寸布置元件位置，如图212所示。图2-12根据实训板尺寸布置元件2.2.3安装电器元件2.安装线槽 初步放置和分布好电器元件后，接下来就要根据板面元件分布情况，切割和固定线槽，过程如图213所示。3.安装和固定元件 点动控制电路板安装和固定元件后外观如图214所示。(1)PLC的安装和固定(2)交流
22、接触器的安装和固定图2-13切割和安放线槽图图2-14元件安装完毕后外观图2.2.3安装电器元件1)底板安装：利用PLC机体外壳四个角上的安装孔，用规格为M4的螺钉直接固定在底板上。2)DIN导轨安装：使用DIN轨道固定，安装固定挂钩向下拉出，如图2-15所示，放入导轨后再将挂钩向上复位，如图2-16所示。这与低压断路器、交流接触器、直流继电器使用DIN挂钩安装方法相同。图2-15PLC使用DIN导轨安装挂钩拉出图2-16进入导轨后挂钩复位2.2.3安装电器元件图2-17交流接触器电磁线圈不同工作电压的参照图 接触器的电磁线圈额定电压有36、110、220、380等，电磁线圈允许在额定电压的8
23、0%105%范围内使用，参照图如图2-17所示，安装和使用时应加以注意。(3)直流继电器的安装和固定1)安装前应检查技术数据，如额定电压、额定电流、操作频率等是否与电源相符。2)继电器可以配不同的插座，有不同的安装方式，如采用图2-18所示的插座安装，可用DIN(35mm)国际标准卡轨安装。图2-18继电器安装在插座后外观图2.2.4安装电气线路1.安装三相异步电动机主电路 三相异步电动机主电路由电源引入线、低压断路器、交流接触器和三相异步电动机组成，接线图如图219所示。2.连接PLC电源及输入/输出元器件 PLC电源及输入/输出元器件接线如图220所示。(1)电源接线图2-19三相异步电动
24、机主电路接线图图2-20PLC电源及输入/输出元器件接线图2.2.4安装电气线路图2-21PLC接地方式(2)接地 给PLC接上专用地线，接地点应与动力设备(如电动机)的接地点分开，如图2-21a所示。若达不到这种要求，也必须做到与其他设备共用接地，如图2-21b所示。禁止与其他设备串联接地，如图2-21c所示。且接地点应尽可能靠近PLC。2.2.4安装电气线路3.连接直流中间继电器与交流接触器 直流中间继电器接线应注意电源的极性，如使用带指示灯直流继电器，引脚14应接电源的“+”极，引脚13接电源的“-”极，否则没有接通指示功能，同时还应注意电源电压与线圈电压是否一致。欧姆龙MYJ系列中间继
25、电器引脚和插座接线端口如图2-22、图2-23所示。图2-22MYJ系列24V直流继电器引脚图图2-23MYJ系列直流继电器插座接线端口2.2.4安装电气线路图2-24直流中间继电器与交流接触器线圈连接直流中间继电器动合触点与交流接触器线圈连接如图2-24所示。2.2.4安装电气线路4.线路连接 按图219连接主电路，按图211b连接PLC控制电路。连接完毕后的电气控制板如图225所示，盖上线槽面盖后如图226所示。图2-25电气控制板图2-26盖上线槽面盖图任务2.3设计PLC控制程序 使用翻译法编程时，应根据输入/输出分配表或输入/输出接线图将继电接触器控制电路中触头和线圈用对应的PLC软
26、触点和软元件替代。由图2-11b可知，输入元件SB的动合触点和输入端X0相连，而控制三相异步电，电动机运转。继电器控制电路经替换后得到的PLC控制梯形图程序如图2-27所示。图2-28创建新工程2.4.1认识三菱PLC编程软件(GX Developer软件)1.GX Developer的编程环境 桌面中GX Developer的小图标，双击即可进入编程环境，出现初始启动画面，单击初始启动界面菜单栏中“工程”菜单并在下拉菜单条中选取“创建新工程”菜单条，如图228所示，即出现图229所示，PLC型号选择对话框。任务2.4输入PLC控制程序图2-29PLC型号选择对话框2.4.1认识三菱PLC编程
27、软件(GX Developer软件)图2-30GX Developer主界面 根据所机型的型号，选择好机型，鼠标单击“确认”按钮后，则出现程序编辑的图2-30所示主界面。2.4.1认识三菱PLC编程软件(GX Developer软件)2.主界面分区简介 主界面含以下几个分区：菜单栏（包括10个主菜单项），工具栏（快捷操作窗口），用户编辑区，编辑区下边分别是功能键栏。(1)菜单栏(2)工具栏(3)编辑区(4)状态栏，功能键栏及功能图栏 左边可以见到一根竖直的线，这就是梯形图中左母线。蓝色的方框为光标，梯形图的绘制过程是取用图形符号库中的符号(见图2-31)，“拼绘”梯形图的过程。譬如要输入一个动
28、合触点，可单击功能图栏中的动合触点，也可以在“工具”菜单中选“触点”，并在下拉菜单中单击“动合触点”的符号，这时出现图2-32所示的对话框，在对话框中输入触点的地址及其他有关参数后单击“确认”按钮，要输入的动合触点及其他地址就出现在蓝色光标所在的位置，如图2-33所示。2.4.2编辑操作PLC编程程序图2-31梯形图图形符号库及说明图2-32输入“X0”图2-33完成X0动合触点输入2.4.2编辑操作PLC编程程序图2-34输入“Y1” 此时单击梯形图图形符号库“线圈”，出现如图2-34所示的对话框，输入“Y1”，单击“确定”按钮或回车键后，完成Y1线圈的输入，如图2-35所示。图2-35完成
29、输出点“Y1”线圈的输入2.4.2编辑操作PLC编程程序 此时完成点动控制程序梯形图的输入，由于梯形图不能被PLC直接识别和运行，只能转换为PLC能直接运行的语句指令。转换方法是，下拉菜单中“变换”后单击“变换”(见图2-36)或直接按快捷键“F4”完成两者转换，变换完成后如图2-37所示，原有灰色梯形图编辑区域变白。单击工具栏中的“保存”按钮，弹出如图2-38所示的对话框，选定路径并取名保存程序。图2-36梯形图与语句指令转换2.4.2编辑操作PLC编程程序图2-37程序转换图2-38保存程序仿真软件1.启动仿真 GX Developer编程软件安装Gx simulator6c仿真软件后，可
30、以通过菜单栏启动仿真，如图239所示，也可通过功能键栏中出现“”梯形图逻辑测试起动/结束键启动，如图2-40所示。图2-39菜单栏启动仿真图2-40功能键启动仿真仿真软件2.运行状态 上面两种方法中任一种启动仿真后，都会出现运行状态显示窗口，如图241所示。启动仿真后，如图242所示程序开始模拟PLC写入过程。图2-41运行状态显示窗口图2-42仿真软件模拟PLC写入过程仿真软件3.软元件测试 按图243所示进行强制输入程序测试，观察结果是否与设计相同。单击“软元件测试”后出现软元件测试窗口，如图244所示。图2-43强制输入程序测试图2-44软元件测试窗口仿真软件4.停止仿真 再次单击菜单栏
31、中的“梯形图逻辑测试起动”或按下“”键，出现图246所示对话框。单击“确定”键，停止仿真。图2-45强制接通X0后的状态图2-46停止仿真任务2.5调试与监控PLC控制程序运行2.5.1连接计算机与PLC 三菱FX系列PLC的通信接口主要有RS 232C、RS 422和RS485等。FX2系列PLC与计算机通信采用RS 232C接口，通信时用一根SC-09电缆连接。SC-09电缆如图2-47所示。 SC-09电缆一端是9芯的D形插头，如图2-48a所示，应插入计算机的串行口COM1或COM2；另一端为8芯的圆形插头，如图2-48b所示，插入PLC的编程口。图2-47SC-09电缆图2-48SC
32、-09电缆接口1)将PLC方式转换开关拨至“STOP”，单击菜单栏“在线”“PLC写入”，如图2-49所示。2)写入结束后，会出现如图2-50所示的PLC写入对话框。图2-52写入程序和核对程序进度条图2-53程序输入完成后显示图3)程序写入完毕后，将PLC运行方式转换开关拨至“RUN”，单击菜单栏“在线”“监视”“监视模式”。画面上方出现如图2-54所示监控指示，程序写入过程结束。2.5.2写入PLC控制程序2.5.2写入PLC控制程序具体写入步骤如下：1)将PLC方式转换开关拨至“STOP”，单击菜单栏“在线”“PLC写入”，如图2-49所示。2)写入结束后，会出现如图2-50所示的PLC
33、写入对话框。图2-49传送程序图2-50PLC写入对话框2.5.2写入PLC控制程序 在“程序”选项中勾选“MAIN”，单击“执行”按钮，出现如图2-51所示对话框，选“是”后出现如图2-52所示的进度条。完成后显示如图2-53所示“已完成”对话框。单击菜单栏“在线”“监视”“监视模式”。图2-51是否执行PLC写入择图2-52写入程序和核对程序进度条图2-53程序输入完成后显示图图2-54监视状态指示图2-55按下起动按钮2.5.3通电调试1.按下起动按钮SB 当电动机需要点动时,先合上低压断路器,此时电动机尚未接通电源。按下起动按钮SB，如图2-55所示。2.PLC输入/输出显示及现场监控
34、 PLC输入接口IN“0”指令灯亮，如图2-56a所示，表示信号已输入“X0”；输出接口OUT指令灯“1”亮，如图2-56b所示，表示PLC“Y1”输出接通对外输出开关信号。此时软件监视状态的界面显示相关触头的接通或分断状态，如图257所示。2.5.3通电调试图2-56PLC输入、输出状态指示图2-57GX Developer软件监视实况2.5.3通电调试3.直流继电器线圈通电 通电后，直流继电器指示灯亮，如图2-58所示。4.交流接触器线圈通电 交流接触器动作，三对主触点由图2-59a所示断开状态变为图2-59b所示吸合状态。图2-58直流继电器通电指示图2-59交流接触器动作2.5.3通电
35、调试5.电动机点动运行 电动机接通电源起动运转。当电动机需要停转时，松开起动按钮SB，PLC输入端口IN“0”指令灯灭，表示输入信号已断开，输出端口OUT指令灯“1”灭，表示PLC“Y1”停止输出对外开关信号，直流继电器线圈断电，动合触点断开，交流接触器线圈失电，在复位弹簧作用下主触点复位，切断电动机电源，电动机停转，完成点动控制功能。6.故障分析 若出故障，应分别检查硬件电路接线和梯形图是否有误，修改后，应重新调试，直至系统按要求正常工作。任务3 应用基本指令实现电动机单向连续运行周文煜 图3-2常用热继电器的外形和图形符号任务3.1选择与检测电器元件3.1.1热继电器 热继电器是利用流过继
36、电器的电流所产生的热效应而反时限动作的自动保护电器。所谓反时限动作，是指电器的延时动作时间随通过电路电流的增加而缩短。1.外形、结构及符号 热继电器的形式有多种，按其结构和动作原理常用的有：(1)双金属片式(2)热敏电阻式(3)易熔合金式(4)电子式热继电器的文字符号为FR，常用热继电器的外形和图形符号如图32所示。3.1.1热继电器图3-3双金属片式热继电器的结构示意图1热元件；2传动机构；3动断触点；4电流整定按钮；5复位按钮；6限位螺钉目前使用最普遍的是双金属片式热继电器，结构如图3-3所示。3.1.1热继电器2.型号含义与选择方法(1)型号含义(2)选择方法(3)使用限制 本任务控制电
37、动机型号为JW7124、功率为550W的三相异步电动机，联结，额定电流为16A。3.检测方法1)外观检查热继电器是否完整无缺，各接线端和螺钉是否完好。2)用万用表R10挡检测各主触头、动断辅助触头进、出线端电阻的阻值，正常情况下应R=0。3.1.2熔断器1.外形、结构及符号 熔断器主要由熔体(或称熔丝)和安装熔体的熔管(或称熔座)两部分部分组成。熔体由铅、锡、锌、银、铜及其合金制成，常做成丝状、片状或栅状。熔管是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。熔断器的文字符号为FU，常用熔断器外形及其电气符号如图3-4所示。图3-4常用熔断器外形及其电气符号任务3.2安装三相异步
38、电动机单向连续运行控制电路3.2.1控制要求 图3-5是三相异步电动机单向连续运行控制电路，SB2是起动按钮，SB1是停止按钮，按照电动机的控制要求，当按下起动按钮SB2时，KM线圈得电并自锁，电动机起动并连续运行；当按下停止按钮SB1或热继电器FR动作时，电动机停止运行。图3-5中主要元器件及其功能见表3-2。图3-5三相异步电动机单向连续运行控制电路表3-2图3-5中元器件及其功能3.2.2PLC的输入/输出分配表3-3PLC控制电动机单向连续运行的输入/输出分配3.2.2PLC的输入/输出分配 根据以上分析可知：输入信号有SB1、SB2和FR；输出信号有KM，从而确定PLC的输入/输出分
39、配可采用输入/输出分配表或输入/输出接线图的形式。PLC控制电动机单向连续运行的输入/输出分配表见表3-3。3.2.2PLC的输入/输出分配图3-6PLC电源及输入/输出元器件接线图3.2.3安装电器元件，连接电气线路 参照任务2.2中电器元件和电气线路的安装要求，在安装好的点动控制电路板上安装停止按钮、热继电器，并根据线路图连接电路。三菱FX系列PLC实现三相异步电动机单向连续运行控制的输入/输出接线方法如图3-6所示图3-7LD、LDI及OUT指令应用任务3.3学习PLC的基本逻辑指令(一)3.3.1逻辑取(LD、LDI)与线圈驱动(OUT)指令LD：逻辑取动合触点指令，用于动合触头与左母
40、线的连接，即逻辑运算起始于动合触点。LDI：逻辑取动断触点指令，用于动断触头与左母线的连接，即逻辑运算起始于动断触点。OUT：输出指令，用于线圈驱动，将逻辑运算结果驱动一个指定线圈。逻辑取指令LD、LDI与线圈驱动指令OUT应用如图3-7所示。3.3.2触头串联(AND、ANI)指令图3-8AND、ANI指令应用3.3.2触头串联(AND、ANI)指令AND：“与”操作指令，用于单个动合触点的串联。ANI：“与非”操作指令，用于单个动断触点的串联。触头串联指令AND、ANI应用如图3-8所示。3.3.3触头并联(OR、ORI)指令图3-9OR、ORI指令应用3.3.3触头并联(OR、ORI)指
41、令OR：“或”操作指令，用于单个动合触点的并联。ORI：“或非”操作指令，用于单个动断触点的并联。触头并联指令OR、ORI应用如图3-9所示。3.3.4串联电路块的并联(ORB)指令 ORB：串联电路块的并联指令，用于两个或两个以上串联电路块的并联。 两个或两个以上触点串联连接的支路称为串联电路块。在串联电路块并联时，每个串联电路块都以LD、LDI指令起始，用ORB指令将两个串联电路块并联连接。串联电路块并联指令ORB应用如图3-10所示。图3-10ORB指令应用3.3.5并联电路块的串联(ANB)指令图3-11ANB指令应用3.3.5并联电路块的串联(ANB)指令ANB：并联电路块的串联指令
42、，用于并联电路块的串联。 两个或两个以上触点并联电路称为并联电路块。在并联电路块串联时，每个并联电路块都以LD、LDI指令起始，用ANB指令将两个并联电路块串联。并联电路块串联指令ANB应用如图3-113.3.6置位与复位指令SET、RST图3-12置位/复位指令应用及时序图3.3.6置位与复位指令SET、RSTSET：置位指令，在触发信号接通时，使操作元件接通并保持(置1)。RST：复位指令，在触发信号接通时，使操作元件断开复位(置0)。置位与复位指令SET、RST应用及时序图如图3-12所示。1.利用继电接触器控制电路直接转换的方法 根据图35由翻译法容易得出PLC控制电动机单向连续运行的
43、梯形图程序，如图313所示。任务3.4设计PLC控制程序图3-13PLC控制三相异步电动机单向连续运行的梯形图程序3.3.6置位与复位指令SET、RST图3-14修改后的梯形图程序 在梯形图中，应将并联支路多的电路块尽量靠近左母线，图3-13就可转换成图3-14。3.3.6置位与复位指令SET、RST2.采用SET、RST指令编程 三相异步电动机单向连续运行控制也可采用SET、RST指令进行编程，如图315所示。图3-15应用SET、RST指令图3-16键入“LD X1”指令任务3.5输入PLC控制程序首先，打开GX Developer程序并创建新工程，操作方法如任务2。程序输入方法如下：1.
44、在梯形图中输入指令1)在键盘上输入“LD X1”指令，如图3-16所示。2)按回车键输入指令，并将光标点在X1的下方，输入“OR Y1”指令，如图3-17所示。3)按回车键输入指令，并将光标点在X1动合触点的右方，然后键入“ANI X0”指令，如图3-18所示。3.3.6置位与复位指令SET、RST图3-17键入“OR Y1”指令图3-18键入“ANI X0”指令3.3.6置位与复位指令SET、RST4)按上述方法，将图3-14所示的三相异步电动机单向连续运行控制程序输入完毕并转换，如图3-19所示。图3-19转换后的程序梯形图3.3.6置位与复位指令SET、RST2.直接输入指令语句 在功能
45、栏中找到“”梯形图/列表显示转换快捷键，单击后在光标处直接输入指令语句，每输入完成一条指令语句并按回车键，可再次输入下一条指令语句。输入完成后的指令语句如图320所示。图3-20输入完成后的指令语句任务4 应用定时器功能实现电动机星形三角形减压起动周文煜 4.1.1相关知识1.减压起动原理 三相异步电动机起动时，加在电动机定子绕组上的电压为电动机的额定电压，属于全压起动，也叫直接起动。直接起动的优点是所用的电气设备少，线路简单、维修量小。但直接起动时的起动电流较大，一般为额定电流的47倍。在电源变压器容量不够大而电动机功率较大的情况下，直接起动将导致电源变压器输出电压下降，不仅会减小电动机本身
46、的起动转矩，而且会影响同一供电线路中其他设备的正常工作。任务4.1安装三相异步电动机星形三角形减压起动控制电路4.1.1相关知识2.星形三角形减压起动方法 起动时，先把三相异步电动机定子绕组作星形联结，待电动机转速升高到一定值后再改接成三角形。三相异步电动机星形三角形减压起动电路如图42所示。图4-2三相异步电动机星形三角形减压起动电路4.1.2控制要求图4-3三相异步电动机星形三角形减压起动继电接触器控制电路4.1.2控制要求 图4-3是三相异步电动机星形三角形减压起动继电接触器控制电路。SB2是起动按钮，SB1是停止按钮。4.1.2控制要求表4-2图4-3中元器件功能表4-3PLC输入/输
47、出分配表4.1.3PLC的输入/输出分配 根据以上分析可知：输入信号有SB1、SB2和FR；输出信号有KM1、KM2、KM3。用于计时控制的时间继电器(KT)可用PLC内部继电器，无需外接，从而确定PLC输入/输出的分配表(见表4-3)及输入/输出接线图(见图4-4)。4.1.4安装电器元件，连接电气线路 参照任务2.2中电器元件和电气线路的安装要求，根据PLC控制三相异步电动机星形三角形减压起动控制接线图(见图4-4)，安装交流接触器及继电器控制线路。图4-4输入/输出接线图图4-5MPS、MRD、MPP指令的应用任务4.2学习PLC的基本逻辑指令(二)4.2.1多重输出电路指令(MPS、M
48、RD、MPP) 以保证多重输出正确连接。多重输出指令MPS、MRD、MPP的应用如图4-5所示。图4-6MC、MCR指令的应用4.2.2主控(MC、MCR)指令 主控指令MC、MCR的应用如图4-6所示。当图中输入电路X001的动合触点接通时，执行从MC到MCR之间的指令；当X001的动合触点断开时，不执行上述区间的指令。4.2.3辅助继电器与定时器1.辅助继电器 辅助继电器相当于继电接触器控制电路的中间继电器，经常用作状态暂存、移位运算。每个辅助继电器都有无数个常开、常闭触点可供PLC内部编程时使用，但不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须由输出继电器进行。(1)通用辅助继电器 通用继电器
49、应用如图47所示。图4-7通用辅助继电器的应用4.2.3辅助继电器与定时器(2)停电保持辅助继电器 停电保持辅助继电器的应用如图4-8所示。X000接通后，M600动作，其后即使X000再断开，M600的状态也能保持。图4-8停电保持辅助继电器的应用4.2.3辅助继电器与定时器(3)特殊辅助继电器 只利用触点的特殊辅助继电器的应用如图4-9所示。PLC运行时，M8002接通一个扫描周期，Y000接通自锁并输出，直到X001断开。M8000在PLC运行时接通，驱动Y001输出。图4-9只利用触点的特殊辅助继电器的应用4.2.3辅助继电器与定时器图4-10可驱动线圈型特殊辅助继电器的应用 可驱动线
50、圈型特殊辅助继电器应用如图4-10所示。X001闭合时，特殊辅助继电器M8034线圈接通，无论Y000原来是何种状态，都禁止输出。4.2.3辅助继电器与定时器2.定时器 定时器作为时间元件主要用于定时控制，每个定时器也有线圈和无数个触点可供用户编程使用。编程时其线圈仍由OUT指令驱动，但用户必须设定其定时值。三菱FX2N系列PLC的定时器为增定时器，当其线圈接通时，定时器当前值由0开始递增，直到当前值达到设定值时，定时器触点动作。定时器以十进制数编号，可分为通用定时器和积算定时器两类。图4-11通电延时定时器应用及其动作时序图4.2.3辅助继电器与定时器图4-12断电延时定时器应用及其动作时序
51、图 图4-12所示为断电延时定时器应用及其动作时序图。X000动合触点闭合，驱动Y000接通输出，Y000动合触点闭合自锁；X000动断触点断开，定时器T1线圈未能接通计时。4.2.3辅助继电器与定时器图4-13振荡电路应用及其动作时序图图4-13所示为振荡电路应用及其动作时序图。4.2.3辅助继电器与定时器图4-14积算定时器应用及其动作时序图如图4-14所示，输入X000接通时间累计达到25s后，T250动作任务4.3设计PLC控制程序1.采用继电接触器控制电路直接转换的方法 根据三相异步电动机星形三角形减压起动的工作原理和动作情况，可编写出PLC控制梯形图和指令程序。 (1)用堆栈指令和
52、基本指令编程根据原有的继电接触器控制电路，通过相应的转换，可得梯形图和指令程序如图4-15所示。图4-15应用堆栈和基本指令实现三相异步电动机星形三角形减压起动4.2.3辅助继电器与定时器(2)用辅助继电器优化程序在图4-15中，用到了ANB、MPS等指令，可进一步将梯形图和指令语句优化，如图4-16所示。图4-16应用辅助继电器优化后的梯形图和指令语句4.2.3辅助继电器与定时器(3)用主控触点指令优化程序若用主控触点指令优化程序，可得到图4-17所示的梯图4-17用主控触点指令优化后的梯形图和指令语句4.2.3辅助继电器与定时器2.经验法 星形三角形减压起动控制电路工作过程如图418所示。
53、在图中发现，无论是星形起动还是三角形运行，KM1线圈均处于接通状态，而星形起动的KM2与三角形运行的KM3不能同时接通，根据上述特点，设计梯形图和指令如图419所示。图4-18星形三角形减压起动控制电路工作过程4.2.3辅助继电器与定时器图4-19经验法设计三相异步电动机星形三角形减压起动控制程序1)使用Gx2)在断电状态下，连接好PLC与计算机的通信电缆。3)将PLC运行模式选择开关拨到“STOP”位置，此时PLC处于停止状态，可以进行程序编写。4)执行“在线”“PLC写入”，将程序文件下载到PLC中。5)将PLC运行模式选择开关拨到“RUN”位置，使PLC进入运行状态。6)单击菜单栏“在线
54、”“监视”“监视模式”，监控运行中各输入、输出元器件通断状况。7)分别按下起动按钮SB2和停止按钮SB1，对程序进行调试运行，观察程序运行情况。任务4.4运行、调试PLC控制程序任务5 应用计数器功能实现气缸计数运行周文煜 图4-22显示注释及别名状态任务5.1认识气动传动系统1.气源装置 气源装置用于将原动机输出的机械能转变为空气的机械能，其主要设备是空气压缩机。2.执行元件 执行元件用于将空气的机械能转变为运动部件的机械能，为转换装置。3.控制元件 控制元件用于控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以保证执行元件具有一定的输出力和速度并按设计的程序正常工作。4.辅助元件 辅助元件用于保证空气
55、系统正常工作，如管件、过滤器、干燥器、消声器和油雾器等。5.1.1认识气源装置1.空气压缩机 气源装置是为气动设备提供满足要求的压缩空气动力源。空气压缩机是产生空气动力源的设备，它的主要结构如图52所示。图5-2空气压缩机5.1.1认识气源装置2.气源处理装置 从空气压缩机输出的压缩空气中，含有大量的水分、油分和粉尘等污染物。质量不良的压缩空气是气动传动系统出现故障的最主要因素，它会使气动传动系统的可靠性和使用寿命大大降低。因此，压缩空气进入气动系统前应进行必要的气源处理，适当清除其中的污染物。图5-3气动三联件组件及回路原理图(1)三联件气源处理装置 为气源处理装置。气动三联件组件及其回路原
56、理图如图5-3所示，三联件分别为空气过滤器、调压阀和油雾器。5.1.1认识气源装置图5-4气动二联件的组件及回路原理图(2)二联件气源处理装置某些场合对压缩空气还有特殊的要求不含油气，那么，在气源处理中就不能加入油雾器，这时只能将空气过滤器和减压阀组合在一起，形成气动二联件。气动二联件的组件及其回路原理图如图5-4所示。5.1.2认识气动执行元件1.普通气缸分类 在结构上只有一个活塞和一个气缸杆的气缸称为普通气缸，普通气缸可分为单作用气缸和双作用气缸。两个方向上都受气压控制的气缸称为双作用气缸，只有一个方向受气压控制而另一个方向依靠复位弹簧或外力实现复位的气缸称为单作用气缸。2.基本结构图55
57、所示为单活塞杆双作用气缸的结构原理图，图56所示为单活塞杆单作用气缸的结构原理图。5.1.2认识气动执行元件2.基本结构 图55所示为单活塞杆双作用气缸的结构原理图，图56所示为单活塞杆单作用气缸的结构原理图。图5-5单活塞杆双作用气缸的结构原理图1后缸盖2密封圈3缓冲密封圈4活塞密封圈5活塞6缓冲柱塞7活塞杆8缸筒9缓冲节流阀10前缸盖11导向套12防尘密封圈13永久磁铁环5.1.2认识气动执行元件图5-7普通气缸的图形符号图5-6单活塞杆单作用气缸的结构原理图1后缸盖2橡胶缓冲垫3活塞密封圈4导向环5活塞6复位弹簧7活塞杆8前缸盖9固定螺母10导向套11缸筒12呼吸孔3.图形符号普通气缸的
58、图形符号如图57所示。5.1.3认识气动控制元件1.压力控制阀气动系统常用的压力控制阀有减压阀、溢流阀等。1)减压阀的作用是降低来自空气压缩机的压力，并使这一部分的压力保持稳定。2)溢流阀的作用是当系统压力超过调定值时，便自动排气，使系统的压力下降安全，也称为安全阀。2.流量控制阀 流量控制阀是由单向阀和节流阀并联而成的，常用于控制气缸的运动速度，所以也称为速度控制阀或单向节流阀。图5-8所示是一种单向节流阀的外形、剖面图及图形符号。图5-8单向节流阀的外形、剖面图及图形符号5.1.3认识气动控制元件图5-9单向节流阀的连接示意图 图5-9所示是在双作用气缸上装两个排气型单向节流阀的连接示意图
59、。当空气压缩机从A端进气、从B端排气时，单向节流阀A的单向阀开启，向气缸无杆腔快速充气。5.1.3认识气动控制元件3.方向控制阀 改变双作用气缸的运动方向可采用改变气体流动方向或控制方向控制阀的通断实现。1)按控制方式分类。一般可以分为4种，即人力(手动、脚踏)控制、机械控制、气动控制以及电磁控制。控制方式图形符号见表5-2。表5-2按控制方式分类5.1.3认识气动控制元件表5-3按气路端口数量分类表5-4用数字表示通口2)按气路端口数量分类。5.1.3认识气动控制元件3)按阀芯可变换的位置数量分类。表5-5按阀芯可变换的位置数量分类表5-5按阀芯可变换的位置数量分类5.1.3认识气动控制元件
60、(2)控制阀的命名例如：双电控先导式三位五通电磁换向阀，带手动控制、弹簧复位，其图形符号如图5-10所示。再如：单电控先导式二位三通电磁换向阀，带手动控制、弹簧复位，其图形符号如图5-11所示。图5-10双电控先导式三位五通电磁换向阀图形符号图5-11单电控先导式二位三通电磁换向阀的图形符号5.1.3认识气动控制元件(3)电磁阀的选用 汇流板等集中在一起构成的一组控制阀称为阀组，在阀组中，每个阀的功能是彼此独立的。阀组的结构如图5-12所示。图5-12阀组的结构图5-13气动回路工作原理图任务5.2连接气动回路5.2.1控制要求 本任务的气动回路工作原理如图5-13所示。气缸1和气缸2分别由电
61、磁阀YB1和YB2控制，由按钮SB1和SB2控制电磁阀。通常，这两个气缸的初始位置均设定在缩回状态。图5-13中主要元器件的功能见表5-6。表5-6图5-13中主要元器件的功能5.2.2PLC的输入/输出分配5.2.2PLC的输入/输出分配 根据以上分析可知：输出信号有YB1、YB2，输入信号由气缸1点动前伸3次，最终由停止按钮控制所有气缸回缩。PLC输入/输出分配见表5-7。PLC输入/输出接线图如图5-14所示。表5-7PLC输入/输出分配图5-14PLC输入/输出接线图 5.2.3连接气动回路 本任务的气动回路如图5-15所示。根据回路原理图连接电磁阀、气缸。连接时注意气管的走向应按序排
62、布，均匀美观，不能交叉、打折；气管在快速接头中插紧，不能有漏气现象。图5-15安装上节流阀的气缸外形5.2.4使用气动设备的注意事项1)所有使用的气动配件必须为专用配件。2)在安装、移除、调整任何气动设备前，必须关闭气源，并将管内及设备的剩余气体释放。3)在使用气动设备前，请确认气源开关必须放在容易触及的位置。4)开启气源或气动设备前，必须保证所有喉管及气动零件已经接驳良好及稳固，并肯定所有人已经离开气动设备的危险范围。5)气管喷出的气体可能含有油滴，应避免向人或其他可能造成伤害的物体喷射。6)所有气动设备必须远离火源。7)请勿移除制造厂商所设置的任何安全装置。5.2.4使用气动设备的注意事项
63、8)气管、接头与气源设备必须能够承受至少1.5倍的最大工作压力。9)切勿用压缩空气对准伤口及皮肤喷射，这会使空气打进血液而引致死亡。10)气动设备用后要关闭气源。11)气源输入气压不能超过10Bar。12)必须安装空气过滤器，防止污染物进入系统。13)系统气压安装规定系统设置应在56Bar，滤芯和水雾分离器根据说明书进行维护。5.2.5安装工艺要求1)气管和电线不能扎在一起。2)气管不能放入走线槽，移动的气管除外。3)气管和电线走线要求横平竖直，弯曲需尽量成半圆形。4)线卡子间距50mm。5)相邻导线和气管间的线扎间隔必须少于40mm5mm公差，且切口在侧面同一方向。6)需运动的气管及电线要给
64、予足够的裕量。7)线卡子的扎带头需在正中间，使用正确的扎线方法。8)其余扎带的扎带头需统一偏向一边。9)气管、导线应留有适当裕量，且不能超出工作站范围用以调试。5.2.6调试气动回路1)气动元件运行平稳，如出现爬行现象或运行速度过低应调整节流开度。2)气缸静止位处于缩回状态，如伸出需将接气缸的两气管互换。3)在气缸运动时，导线、气管和其他元件之间不能碰撞。图5-16脉冲边沿检测触点指令应用及动作时序图任务5.3学习PLC的基本逻辑指令(三)5.3.1脉冲边沿检测触点指令(LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF) 图5-16中，X0接通时间内，驱动Y0输出，而X1的上升沿出现时，Y0
65、仅在一个扫描周期内驱动Y0输出。X2的上升沿出现时，置位驱动Y1输出，X3的下降沿出现时，复位Y1。图5-17逻辑运算结果取反指令应用及动作时序图5.3.2逻辑运算结果取反指令(INV)逻辑运算结果取反指令INV应用及动作时序图如图5-17所示。5.3.3计数器1. 16位增计数器 16位增计数器可分为通用型增计数器（C0C99，共100个点）和断电保持型增计数器（C100C199，共100个点），设定值范围为K1K32767。通用型16位增计数器的应用如图518所示。表5-8F系列PLC的计数器图5-18通用型16位增计数器的应用通用型16位增计数器的应用如图5-18所示。5.3.3计数器
66、各元件动作时序图如图5-19所示。32位双向计数器既可以进行增计数，还可以进行减计数。同样分为通用型32位双向计数器(C200C219，共20个点)和断电保持型32位双向计数器(C220C234，共15个点)两种。设定值范围为K-2147483648K2147483647。图5-19各元件动作时序图5.3.3计数器2. 32位双向计数器 32位双向计数器既可以进行增计数，还可以进行减计数。同样分为通用型32位双向计数器（C200C219，共20个点）和断电保持型32位双向计数器（C220C234，共15个点）两种。设定值范围为K2147483648K2147483647。 (1)通用型32位双
67、向计数器 32位双向计数器应用举例如图520所示。(2)断电保持型32位双向计数器图5-20通用型32位双向计数器的应用及动作时序图5.3.3计数器3.高速计数器 FX2N系列PLC高速计数器的编号及属性见表59。按照高速计数器的编号不同，只具有单一功能，不能重复使用；不作为高速计数器配套使用的X输入端可作一般输入使用。表5-9高速计数器编号及属性5.3.3计数器 高速计数器的应用如图5-21所示。当控制触点X015接通，选择C235作为高速计数器使用，系统自动分配X000为C235计数信号输入端(见图5-21)，不需在程序中出现。图5-21高速计数器的应用5.3.3计数器表5-10高速计数器
68、的切换图5-22双作用气缸计数运行PLC控制程序任务5.4设计PLC控制程序按控制要求，气缸1每前伸一次C0计数一次，当C0计数3次后，气缸2自动前伸，设计双作用气缸计数运行PLC控制程序如图5-22所示。任务6 应用磁性接近开关实现双作用气缸自动往返运行周文煜 任务6.1认识磁性接近开关 传感器是感受规定被测量并按照一定规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件、转换元件和转换电路及辅助电源等部分组成。(1)敏感元件传感器中能直接感受或响应被测量的部分。(2)转换元件传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适用于传输或测量的电信号的部分。传感器的组成如图6-2所示。图6-2传感
69、器的组成5.3.3计数器(4)正逻辑输出接近开关导通时，信号输出端输出高电平，负载须接在信号输出端与电源负极之间。这种输出称为PNP输出，如图6-3a、c所示。(5)负逻辑输出接近开关导通时，信号输出端输出低电平，负载须接在信号输出端与电源正极之间。这种输出称为NPN输出，如图6-3b、d所示。图6-3传感器通用符号5.3.3计数器1.磁性接近开关 气动系统所使用的气缸都带有磁性。这些气缸的缸筒采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样提供了一个反映气缸活塞位置的磁场。而安装在气缸外侧的磁性接近开关则是用来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行
70、程。为了知道气缸活塞的两个绝对位置(最内端和最外端)，可以用两个磁性接近开关来检测，如图6-4所示。图6-4带磁性接近开关检测气缸位置的工作原理图1动作指示灯2保护电路3开关外壳4导线5活塞6磁环(永久磁铁)7缸筒8舌簧开关9开关A10气缸11开关B2.磁性接近开关的符号及接线方式磁性接近开关引出线常用的有2线制和3线制两种，如图65所示图6-5磁性接近开关符号1)2线制磁性接近开关只有蓝色和棕色2根引出线，使用时蓝色引出线应连接到PLC输入公共端，棕色引出线应连接到PLC相应信号输入端。2)3线制磁性接近开关有蓝色、棕色和黑色3根引出线，使用时，蓝色引出线连接到电源的负极，棕色引出线连接到电
71、源的正极(530V)，黑色引出线作为信号线连接到PLC相应信号输入端。任务6.2连接气动、电动回路6.2.1控制要求 本任务使用任务5中的气动回路，要实现自动运行，只需在原有气缸上加装用于检测气缸活塞伸出和缩回位置的磁性接近开关即可。安装磁性接近开关后的气动控制回路如图6-6所示。图6-6安装磁性接近开关后的气动控制回路表6-2图6-6中主要元器件功能6.2.2PLC的输入/输出分配表6-3磁性接近开关控制双作用气缸自动运行的输入/输出分配表 磁性接近开关控制双作用气缸自动运行输入/输出接线方法如图6-7所示。 磁性接近开关控制双作用气缸自动运行的输入/输出分配表见表6-3。图6-7PLC电源
72、及输入/输出元器件接线图6.2.3安装、调试磁性接近开关 磁性接近开关的安装位置调整方法是松开它的固定螺栓，让磁性接近开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧固定螺栓。磁性接近开关安装如图6-8所示。图6-8磁性接近开关安装示意图任务6.3设计运行程序根据任务要求，可设计双作用气缸自动运行程序如图6-9所示。图6-9双作用气缸自动运行程序任务7 应用步进指令实现供料站自动运行周文煜 7.1.1认识光电接近开关1.光电接近开关的分类 光电接近开关主要由光发射器和光接收器组成，光发射器用于发射红外光或可见光，光接收器用于接收发射器发射的光，并将光信号转换成电信号以开关量形式输出。按照接收器接收光的
73、方式不同，光电接近开关可以分为对射式、反射式和漫射式三种。光发射器和光接收器也有一体式和分体式两种。(1)对射式光电接近开关任务7.1认识光电接近开关、电感式接近开关及电容式接近开关7.1.1认识光电接近开关图7-3对射式光电接近开关外形图图7-2对射式光电接近开关的工作原理(1)对射式光电接近开关对射式光电接近开关是指光发射器(光发射器探头或光源探头)与光接收器(光接收器探头)处于相对位置工作的光电接近开关，其工作原理和外形如图7-2、图7-3所示。7.1.1认识光电接近开关(2)反射式光电接近开关 且光发射器与光接收器为一体化的结构，在其相对的位置上安置一个反光镜，光发射器发出的光经反光镜
74、反射回来后由光接收器接收，其原理和外形如图7-4所示。图7-4反射式光电接近开关的工作原理及其外形图7.1.1认识光电接近开关图7-5漫射式光电接近开关的工作原理及其外形图(3)漫射式(漫反射式)光电接近开关 上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故该种传感器称为漫射式光电接近开关，其工作原理和外形如图7-5所示。 7.1.1认识光电接近开关图7-6光电接近开关的图形符号2.光电接近开关的符号及接线方式 光电接近开关有3线制、4线制、5线制等多种，常用3线制光电接近开关的图形符号如图76所示。7.1.1认识光电接近开关图7-7对射式光电接近开关应用3.光电接近开关在自动检测中
75、的应用(1)对射式光电接近开关应用用两个对射式光电接近开关检测传送带的张力，如图7-7所示。7.1.1认识光电接近开关图7-8反射式接近开关应用(2)反射式光电接近开关应用使用反射式光电接近开关来控制大门的开、闭。如果接近开关检测到可感应的介质工件经过，则有相应的信号输出，如图7-8所示。7.1.1认识光电接近开关图7-9漫射式光电接近开关应用(3)漫射式光电接近开关应用在一个产品分类站上，不同表面特性和不同颜色的产品(介质)要区分开来，这可以用一个漫射式光电接近开关来实现，如图7-9所示。7.1.2认识电感式接近开1.电感式接近开关的基本工作原理 电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器。
76、电涡流效应是指，当金属物体处于一个交变的磁场中，在金属内部会产生交变的电涡流，该涡流又会反作用于产生它的磁场。如果这个交变的磁场是由一个电感线圈产生的，则这个电感线圈中的电流就会发生变化，用于平衡涡流产生的磁场。由信号处理电路将该变化转换成开关量输出，从而达到检测目的。电感式接近开关工作原理框图如图7-10所示。图7-10电感式接近开关工作原理框图7.1.2认识电感式接近开关2.电感式接近开关的符号及接线方式 电感式接近开关常用的接线方式是3线制，与光电接近开关相同，其图形符号与外形如图711所示。3.电感式接近开关在自动检测中的应用 电感式接近开关只能对金属起作用，可以应用在生产线上检测金属
77、工件是否到位，图7-12所示。图7-11电感式接近开关的图形符号与外形图7-12电感式接近开关的应用7.1.3认识电容式接近开关2.电容式接近开关的符号及接线方式 电容式接近开关常用的接线方式为3线制，接线方式与光电接近开关相同。电容式接近开关图形符号如图7-13所示。3.电容式接近开关在自动检测中的应用 由于电容式接近开关根据其感应灵敏度可以检测不同材质的工件，如图7-14所示。图7-14电容式接近开关应用图7-13电容式接近开关图形符号1.电容式接近开关的基本工作原理 在高频振荡型电容式接近开关中，以高频振荡器（LC振荡器）中的电容作为检测元件，利用被测物体接近该电容时由于电容器的介质发生
78、变化导致电容量C的变化，从而引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号处理电路将该变化转换成开关量输出，从而达到检测的目的。 电容式接近开关能检测大部分的物质，如金属、橡胶等。2.电容式接近开关的符号及接线方式 电容式接近开关常用的接线方式为3线制，接线方式与光电接近开关相同。电容式接近开关图形符号如图713所示。任务7.2连接电气回路图7-15供料站工作示意图任务7.2连接电气回路7.2.1控制任务分析 供料站工作示意图如图7-15所示。本任务工作过程是：工件垂直叠放在料仓中，推料缸处于料仓的底层并且活塞杆可从料仓的底部通过。当活塞杆在退回位置时，它与最下层工件处于同一水平位置，而顶料气缸则
79、与次下层工件处于同一水平位置。表7-2元器件的功能表7-3供料站自动步进顺序控制的输入/输出分配表7.2.2PLC的输入/输出分配 根据以上分析可知：由4个磁性接近开关检测气缸位置信号，1个光电接近开关检测出料台工件，输出信号YB1、YB2分别控制顶料气缸和推料气缸前伸，按钮SB1 、SB2分别控制起动和停止。 供料站自动步进顺序控制的输入/输出分配表见表7-3。图7-16输入/输出接线图供料站自动步进顺序控制的输入/输出接线图如图7-16所示。图7-17E3Z-L61型光电接近开关7.2.3安装、调试漫射式光电接近开关 漫射式光电接近开关的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且为一体化结构。在
80、本任务中，选用欧姆龙公司的E3Z-L61放大器内置型光电接近开关，其外形如图7-17所示。7.2.3安装、调试漫射式光电接近开关图7-18MHT15-N2317型光电接近开关的外形 如选用MHT15-N2317型光电接近开关，其外形如图7-18所示。调整时，将被检测物放在出料台中，调整光电灵敏度，直至放入被检测物检测指示灯亮、拿开被检测物检测指示灯灭，同时观察PLC输入端指示灯状态。图7-19星形三角形减压起动顺序控制流程图任务7.3学习步进顺序控制指令7.3.1顺序控制 所谓顺序控制，就是按照生产工艺所要求的动作规律，在各个输入信号的作用下，根据内部的状态和时间顺序，使生产过程的各个执行机构
81、自动地、有序地进行操作 以星形三角形减压起动运行过程为例来说明顺序控制过程，其顺序控制流程图如图7-19所示。按下起动按钮后，电动机以星形起动，起动5s后，电动机自动转入三角形正常运行。由图7-19可见，每个方框表示一步工序，方框之间用带箭头的统一线段相连，箭头方向表示工序转移的方向。7.3.2状态流程图1.状态元件 任何一个顺序控制任务或过程都可以分解为若干个工序，每个工序就是控制过程的一个状态，将各工序变换为其相应的状态，就得到了顺序控制的状态流程图。状态流程图是使用状态来描述控制任务或过程的流程图。(1)该状态的控制元件表7-4状态元件分类(2)该状态所驱动的负载(3)向下一个状态转移的
82、条件(4)向下一个状态转移的方向7.3.2状态流程图2.状态流程图编制方法 图720所示为状态流程图中的一个完整状态。方框表示一个状态，框内用状态元件标明该状态名称，状态之间用带箭头的线段连接，线段上的短线及旁边的标注为状态转移条件，方框右边为该状态的驱动输出。1)状态继电器S20有效时Y1被驱动，通过SET指令使Y2置位。3)S20自动复位，该状态下的动作停止，驱动元件Y1复位。图7-20一个完整状态7.3.2状态流程图图7-21星形三角形减压起动控制状态流程图 星形三角形减压起动状态流程图如图7-21所示。初始状态是状态转移的起点，即预备阶段，一个完整的状态流程图必须有初始状态。图中的S2
83、是初始状态，用双线框表示，其他状态用单线框表示。7.3.3步进(STL、RET)指令(1)STL指令的使用方法STL指令的使用如图7-22所示。图7-22STL指令的使用7.3.3步进(STL、RET)指令图7-23RET指令的使用(2)RET指令的使用RET指令的使用如图7-23所示。RET指令没有操作元件。7.3.3步进(STL、RET)指令图7-24星形三角形减压起动步进控制梯形图与指令语句图7-24中，通电时步进程序用SET指令转入状态S2，母线转移到步进触点S2(STL S2)之后，因此其后的触点在写指令语句时应直接用LD、LDI指令7.3.4步进指令使用说明1)步进触点与左母线相连
84、时，具有主控和跳转作用。2)状态继电器的S0S999只有在使用SET指令以后才具有步进控制功能提供步进触点3)由于PLC只执行活动步对应的电路块，所以使用STL指令时允许双线圈输出(顺序控制程序在不同的步可多次驱动同一线圈)。4)STL触点驱动的电路块中不能使用MC和MCR指令，但可以用CJ指令。5)在状态转移过程中，会出现在一个扫描周期的时间内两个状态同时动作的可能。图7-25步进指令在多重输出的使用需要多重输出时，要在LD、LDI指令后采用MPS、MRD、MPP指令，如图7-251)分配PLC的输入点和输出点，列出输入点和输出点分配表。2)画出PLC的外部接线图。3)根据控制要求，画出顺序
85、控制的状态流程图。4)根据状态流程图，画出相应的梯形图。5)根据梯形图写出对应的指令语句表。6)输入程序，调试运行。任务7.4设计步进控制程序7.4.2程序设计方法1.绘制顺序控制流程图 参照PLC输入点和输出点分配表及PLC外部接线图，根据供料单元步进控制要求，画出供料站顺序控制流程图，如图726所示。图7-26供料站顺序控制流程图2.绘制状态转移图 供料站步进控制状态流程图如图7-27所示。图7-27供料站步进控制状态流程图7.4.2程序设计方法3.编写梯形图及指令语句 在本任务中，供料站步进程序如图7-27的供料站步进控制状态流程图的梯形图如图7-28a所示，其指令语句如图7-28b所示
86、。图7-28供料站步进控制梯形图与指令语句图7-29使用GX Developer软件编写供料站程序图1)按图6-6、图7-16连接气动回路及电气回路，调节各气缸的运行速度，达到运行平稳，无爬行现象出现。2)通过GX3)用编程软件进行模拟调试。4)下载程序并调试。任务7.5调试步进顺序控制程序任务8 应用并行、分支指令实现加工站自动运行任务8.1认识短行程气缸、手指气缸8.1.1认识短行程气缸 短行程气缸属于省空间类气缸，即气缸的轴向或径向尺寸比标准气缸有较大的减小。这种气缸具有结构紧凑、重量轻、占用空间小等优点，程气缸外形如图8-2所示。8.1.2认识手指气缸1.手指气缸的作用 手指气缸也称作
87、气爪，是一种具有抓取功能的气动执行元件，用于抓取、夹紧工件。它具有双向抓取、自动对中、重复精度高、抓取力矩恒定等特点。2.手指气缸的分类 手指气缸按手指的数量分类，可分为两爪气缸和三爪气缸两种，如图83所示；按活塞数量可分为单活塞式和双活塞两种；按气爪动作方式分类，可分为平行气爪和摆动气爪，外形如图84所示。图8-3两爪、三爪气缸的基本结构图8-4平行气爪与摆动气爪外形8.1.2认识手指气缸3.图形符号手指气缸单活塞式和双活塞式两种符号如图8-5所示。图8-5手指气缸常用符号8.1.2认识手指气缸图8-6手指气缸辅件的安装方式1手指气缸2附加气爪3附加气爪固定螺钉4定位销5磁性接近开关4.手指
88、气缸辅件安装方式手指气缸辅件的安装方式如图86所示。任务8.2连接加工站的控制回路8.2.1控制任务分析 加工站的结构示意图如图8-7所示。根据控制任务要求，加工站的工作过程是：系统正常工作后，加工站的初始状态是伸缩气缸伸出、气动手指张开。当工件送到待料台上漫射式光电接近开关自动检测工件PLC控制程序驱动手指气缸将工件夹紧加工台缩回到加工区域冲压气缸的下方冲压气缸活塞杆向下伸出冲压工件完成冲压动作后向上缩回，加工台重新伸出到位后，手指气缸松开待拿出工件。图8-7加工站结构示意图图8-8加工站气动控制回路8.2.2PLC的输入/输出分配气动控制回路如图8-8所示。本任务所需主要元器件的功能见表8
89、-2。表8-2加工站主要元器件功能8.2.2PLC的输入/输出分配表8-3加工站运行控制的PLC输入/输出分配表8.2.2PLC的输入/输出分配 根据以上分析可知：由6个磁性接近开关检测气缸位置信号，1个漫射式光电接近开关检测待料台是否有工件，输出信号YB1、YB2、YB3分别控制冲压气缸、料台伸出气缸、手指气缸的动作，按钮SB1、SB2控制起动和停止。加工站运行控制的PLC输入/输出分配表见表8-3。8.2.2PLC的输入/输出分配图8-9PLC电源及输入/输出元器件接线图加工站运行的PLC电源及输入/输出元器件接线图如图8-9所示。8.3.1学习选择性分支与汇合1.选择性分支 根据状态转移
90、条件从多个分支流程中选择某一分支执行，这种状态转移图的分支结构称为选择性分支。选择性分支实际上是从几个分支中选择一个分支执行，因此每次只能满足一个分支转移条件。图810所示就是一个选择性分支状态转移图的例子。图8-10选择性分支状态转移图任务8.3学习并行及选择性步进顺序控制指令8.3.1学习选择性分支与汇合2.选择性分支与汇合状态转移图与步进梯形图的转换 在进行选择性分支与汇合状态转移图与步进梯形图的转换时，首先进行分支状态元件的处理，再依顺序进行各分支的连接，最后进行汇合状态的处理。例如，图8-10所对应的选择性分支梯形图如图8-11所示。图8-11选择性分支与汇合梯形图和指令语句程序8.
91、3.2学习并行分支与汇合图8-12并行分支状态转移图8.3.2学习并行分支与汇合 当满足某个条件后使多个分支流程同时执行的分支结构称为并行分支。并行分支是满足某一条件时若干个分支同时并行执行，因此必须等所有分支全部执行完毕后，才能继续执行下一流程。图8-12所示是一个并行分支状态转移图的例子。8.3.2学习并行分支与汇合图8-13并行分支与汇合梯形图和指令语句程序 汇合状态的处理方法是：先进行汇合前的驱动连接，再依顺序进行汇合状态的连接。图8-12所对应的梯形图和指令语句程序如图8-13所示。任务8.4设计PLC控制程序8.4.1编程思路 在本任务中，加工站的手指气缸夹紧与指示灯指示以及最终取
92、出工件与指示灯回复初始状态均是并行执行。所以本任务可以用并行分支与汇合流程状态转移图来实现，画出等效的并行结构状态转移图如图8-14所示。8.4.2完成控制程序 将上述状态转移图进行整合，可得到完整的加工站控制梯形图及指令语句如图8-15所示。图8-14加工站控制系统状态流程图图8-15加工站梯形图与控制指令语句任务9 应用初始化状态指令实现机械手全功能运行 主编任务9.1认识三位五通电磁换向阀 三位五通电磁换向阀外形如图9-2所示，基本工作原理与二位五通电磁换向阀相同。对于二位五通电磁换向阀，如采用单电磁阀控制，在无电控信号的情况下，阀芯在弹簧力的作用下会被复位；如采用双电磁阀控制，在无电控
93、信号时，阀芯的位置取决于前一个电信号。无论是单电磁阀控制还是双电磁阀控制，所控制的气缸只能前伸或后退到前后极限位置，不能在运行过程中停在任意位置。常用的中位机能有中位封闭型、中位加压型和中位卸压型三种，符号如图9-3所示。图9-2三位五通电磁换向阀外形图图9-3三位五通电磁换向阀中位机能符号任务9.2连接机械手控制回路9.2.1控制任务分析 机械手移送工件的机械系统如图9-4所示，用于将工作台A点的工件搬运到工作台B点上。机械手的全部动作由电磁阀控制气动回路实现，其上升/下降、左移/右移运动由三位五通电磁阀控制，夹紧使用二位五通电磁阀控制。按控制要求得到的气动控制回路如图9-5所示.本任务所需
94、主要元器件的功能见表9-2。图9-4自动移送机械手工作示意图9.2.1控制任务分析图9-5机械手气动控制回路表9-2元器件功能表9.2.2PLC的输入/输出分配 根据以上分析可知：由4个磁性接近开关检测气缸左、右、上、下位置信号，输出信号分别控制气缸前伸、后退、下降、上升、夹紧，多个按钮及转换开关控制机械手的全功能运行。PLC接线图如图9-6所示。9.2.3安装控制面板 为便于控制系统调试和维护，实现手动和自动控制功能，其控制面板按图9-7安装。图9-6PLC接线图图9-7机械手移动工件系统操作面板9.2.2PLC的输入/输出分配表9-3PLC输入/输出分配表实现自动移动机械手全功能运行控制的
95、PLC输入/输出分配表见表9-3。任务9.3学习全功能步进顺序控制指令9.3.1学习全功能操作方式 机械手的操作基本分为两种方式：手动方式和自动方式。手动方式主要用于设备的调整，有手动操作和回原点两种选择。自动方式用于设备的自动运行，可分为单步运行、单周期运行、连续运行三种方式。机械手的运动方式及功能见表9-4。表9-4运行方式及控制要求图9-8状态初始化指令设置说明9.3.2学习状态初始化指令 状态初始化指令属于三菱PLC的功能指令，主要方便多操作方式控制系统的步进程序设计，实现自动设定与各个运行方式相对应的初始状态。状态初始化指令功能号为FNC60，助记符为IST。设置说明如图9-8所示。
96、9.3.2学习状态初始化指令1.输入首元件号图96所示的状态初始化（IST）指令后，PLC自动指定各操作方式的输入元件。在图98中，设置了输入的首元件号为X20，从X20开始至X27的各输入端子自动设置为表95中所列功能。表9-5IST指令自动设定功能9.3.2学习状态初始化指令图9-9重新安排输入编号应用 如果无法指定连续编号或省略部分模式时，则需使用辅助继电器(M)，重新安排输入编号，重新安排输入编号应用如图9-9所示。在设置IST指令时，M作为首输入元件号，如图9-10所示。图9-10IST指令重新安排输入编号图2.初始状态的指定执行IST指令后，PLC自动指定各操作方式的起始状态元件。
97、3.相应特殊辅助继电器执行IST指令后，相应特殊辅助继电器就自动指定为如下功能：4. IST指令使用注意事项1)IST指令只能使用一次，并且必须写在STL指令之前，即在S0S2出现之前。2)使用IST指令后，S10S19初指定为回原点操作使用，S0S2被指定为初始化状态，因此这些状态在编程时不能再次以通用状态使用；不使用IST指令时，初始化状态可从S0S9中任意选择，S10S19可用作通用状态。3)改变操作方式操作应在回原点标志(M8043)接通后进行，若在M8043接通前改变操作方式，则所有输出均断开。4)IST指令触发信号接通时，相关的特殊辅助继电器功能和各操作方式的初始状态被自动指定；I
98、ST指令触发信号断开时，这些元件状态仍保持不变，直至PLC从“运行(RUN)”变为“停止(STOP)”或切断电源。任务9.4设计PLC控制程序9.4.1编程思路 机械手控制系统输入点较多，操作方式复杂，但运用状态初始化指令后，可方便地运行步进指令进行编程。1.初始化程序设计 初始化程序中应写出IST指令，其触发信号可用M8000，以保证PLC为“RUN”的瞬间即执行IST指令；同时给出原点的到位条件，即机械手回到原点时M8044接通。机械手初始化程序如图911所示。图9-11机械手初始化程序9.4.1编程思路2.手动控制程序设计 机械手的手动操作是在操作方式选择开关X20接通后，手动控制机械手
99、的“上升”、“下降”、“左移”、“右移”、“夹紧”、“放松”等操作。由IST指令自动指定初始状态为S0。手动方式控制的状态图如图912所示。图9-12手动方式控制的状态图9.4.1编程思路3.回原点控制程序设计 回原点操作过程是：SA开关旋至回归原点（X21），按下回原点起动按钮（X25）后，机械手能自动回归原点后停止。因此，机械手回原点的运行过程应该是“放松”、“上升”至上限位后，“左移”至左限位后将M8043置1的过程。回原点完成，为自动连续运行操作做好准备。回原点操作的状态转移图如图913所示。图9-13回原点操作的状态转移图9.4.2机械手完整控制程序图9-14自动连续运行的状态转移图
100、4.自动连续运行控制程序设计 自动连续运行操作过程是：机械手回原点结束后，将SA操作开关转换至“自动”挡，按下自动起动按钮(X26)，状态转移开始特殊继电器M8041接通，机械手从原点开始下降夹紧(T)上升右移下降放松(T)上升左移到原点结束一个动作循环，直至按下停止按钮。自动连续运行的状态转移图如图9-14所示。9.4.2机械手完整控制程序9.4.2机械手完整控制程序 将上述状态转移图进行整合，可得到机械手全功能控制的完整梯形图如图9-15所示。对应梯形图指令语句见表9-6。图9-15机械手全功能控制梯形图9.4.2机械手完整控制程序表9-6机械手全功能控制指令表任务10 应用变频器与PLC
101、实现传送带多段速运行表10-2工具与器材明细表任务10.1认识变频器10.1.1变频器的基本调速原理 三相异步电动机的转速公式为10.1.2变频器的基本工作原理 变频器的两个主要变换单元是整流器和逆变器，基本工作原理是将电网电压由输入端(R、S、T)输入到变频器，经整流器整流成直流电压，然后通过逆变器,将直流电压变换为交流电压。变换后的交流电压频率和电压大小受到控制，由输出端(U、V、W)输出到交流电动机。10.1.3变频器的分类变频器的分类有以下三种方式：1.按用途分类(1)通用变频器通常指没有特殊功能、控制要求不高的变频器。由于分类的界线不分明，因此，大多数变频器都可归到这一类中。(2)风
102、机、水泵用变频器2.按变换环节分类(1)交交变频器交交变频器是一种可直接将某固定频率交流电变换成可调频率的交流电源，变频器无须中间直流环节。与交直交间接变频相比，可提高系统变换效率。(2)交直交变频器交直交变频采用间接变频的方式。间接变频是指将交流电经整流器整流成直流电，然后再经逆变器调制为频率可调的交流电。10.1.3变频器的分类3.按输入电源相数分类(1)三进三出变频器变频器的输入侧和输出侧都是三相交流电，绝大多数变频器都属于此类。(2)单进三出变频器变频器的输入侧为单相交流电，输出侧是三相交流电，家用电器里的变频器都属于此类，通常容量较小。图10-2交直交变频器10.1.4变频器的额定值
103、1.输入侧的额定值 输入侧的额定值主要是电压和相数。在我国的中小容量变频器中，输入电压的额定值有以下几种：380400V/50Hz、200230 V/50Hz或60Hz。2.输出侧的额定值(1)输出额定电压UN(2)输出额定电流IN(3)输出额定容量SN(kVA)(4)配用电动机功率PN(kW)图10-3FR-E700系列变频器10.1.5三菱FR-E740变频器的外形和型号 FR-E740-0.75K-CHT型变频器属于三菱FR-E700系列变频器中的一员，该变频器额定电压等级为三相400V，适用于功率在0.75kW及以下的电动机。FR-E700系列变频器的外形和型号的定义如图10-3所示。
104、任务10.2安装变频器控制的电动机电路10.2.1连接变频器控制电动机的主电路三菱FR-E740型变频器主电路的接线如图10-4所示。图10-4FR-E740型变频器主电路的接线10.2.1连接变频器控制电动机的主电路1)端子P1、P/+之间用以连接直流电抗器，不需连接时，两端子间短路。2)P/+与PR之间连接制动电阻器。3)P/+与N/-之间连接制动单元选件。4)交流接触器用作变频器的安全保护，注意不要通过此交流接触器来启动或停止变频器，否则可能降低变频器寿命。5)进行主电路接线时，应确保输入、输出端不能接错，即电源线必须连接至R/L1、S/L2、T/L3，绝对不能接U、V、W端，否则会损坏
105、变频器。10.2.2连接控制电路图10-5FR-E740型变频器控制电路接线图10.2.2连接控制电路 FR-E740型变频器控制电路的接线如图10-5所示。图中，控制电路端子分为控制输入、频率设定(模拟量输入)、继电器输出(异常输出)、集电极开路输出(状态检测)和模拟电压输出等五部分区域，各端子的功能可通过调整相关参数的值进行变更，在出厂初始值的情况下，各控制电路端子的功能说明见表10-3、表10-4和表10-5。10.2.2连接控制电路表10-3控制电路输入端子的功能说明10.2.2连接控制电路表10-3控制电路输入端子的功能说明10.2.2连接控制电路表10-4控制电路接点输出端子的功能
106、说明表10-5控制电路网络接口的功能说明10.2.3连接变频器与PLC1.控制要求 电动机控制传送带七段速运行可采用变频器的多段运行来控制，变频器的多段运行信号从图106可知，通过PLC的输出端子提供开关信号控制，即通过PLC控制变频器的RL、RM、RH、STR、STF与SD端子的通和断。2.输入/输出分配 根据系统的控制要求，PLC的输入/输出分配表见表106所示。表10-6PLC输入/输出分配表10.2.3连接变频器与PLC图10-6PLC与变频器七段速运行的外部接线示意图任务10.3操作变频器10.3.1认识FR-E700系列的操作面板 使用变频器之前，首先要熟悉它的面板显示和键盘操作单
107、元(或称控制单元)，并且按使用现场的要求合理设置参数。操作面板如图10-7所示，其上半部为面板显示器，下半部为M旋钮和各种按键。它们的具体功能分别见表10-7 和表10-8。图10-7FR-E700系列变频器的操作面板10.3.1认识FR-E700系列的操作面板表10-7旋钮、按键功能10.3.1认识FR-E700系列的操作面板表10-8运行状态显示图10-8参数清除/参数全部清除的操作示意图10.3.2清除参数 用户在使用变频器前，应先清除以前设置的参数，使参数恢复出厂时设置的值，避免对后面的调试造成影响。如果用户在参数调试过程中遇到问题，并且希望重新开始调试，也可用清除参数操作实现。即在P
108、U运行模式下，设定Pr.CL和ALLC参数均设置为 “1”，可使参数恢复为初始值(但如果设定Pr.77参数写入选择“1”，则无法清除)。把它们的值均置为1，按照如图10-8所示的步骤，清除变频器的参数。10.3.3更改变频器运行模式图10-9变频器的运行模式变更的例子10.3.3更改变频器运行模式 图10-9是通过操作面板设定变频器的参数Pr.79来更改变频器运行模式的一个例子。该例子把变频器从固定外部运行模式变更为组合运行模式1。按照图10-9进行操作，把变频器从固定外部运行模式更改为组合运行模式1。10.3.4设置参数图10-10变更参数的设定值示例10.3.4设置参数 图10-10是参数
109、设定过程的一个例子，所完成的操作是把参数Pr.1(上限频率)从出厂设定值120.0Hz变更为50.0Hz，假定当前运行模式为外部/PU切换模式(Pr.79=0)，变频器正处于外部模式(EXT灯亮)。按照图10-10的操作步骤将上限频率设为50.0Hz。设置其他参数也基本相同，在这里不再多讲。任务10.4设定变频器的基本参数10.4.1变频器的基本参数 变频器参数的出厂设定值设置为可完成简单的变速运行。如需按照负载和操作要求设定参数，则应进入参数设定模式，先选定参数号，然后设置其参数值。(1)转矩提升(Pr.0)基本原则是最大值大约为10%。参数意义如图10-11所示。(2)上限频率(Pr.1)
110、和下限频率(Pr.2)电动机的运行频率就在此范围内设定，如图10-12所示。(3)基底频率(Pr.3)此参数主要用于调整变频输出到电动机的额定值，用标准电动机时，通常设定为电动机的额定频率。 (4)三段速度(高速Pr.4，中速Pr.5，低速Pr.6)及多段速度(Pr.24Pr.27)七段速度对应参数号与端子见表10-9及图10-13所示。10.4.1变频器的基本参数图10-11Pr.0参数意义图图10-12Pr.1、Pr.2参数意义图表10-9七段速度参数号与端子对照表10.4.1变频器的基本参数(5)加速时间(Pr.7)和减速时间(Pr.8)及加/减速基准频率(Pr.20)设置后，加速时是从
111、0加速到基准频率的时间。减速是从基准频率减速到0的时间，意义如图10-14所示。(6)电子过电流保护(Pr.9)用于设定电子过电流保护的电流值，以防止电动机过热，一般设定为电动机额定电流值。(7)启动频率(Pr.13)启动频率(Pr.13)参数设定为电动机起动时的频率。启动频率只能设定在0至60Hz之间，意义如图10-15所示。(8)点动运行频率(Pr.15)和点动加、减速时间(Pr.16)点动运行频率(Pr.15)参数设定点动状态下的运行频率。点动加、减速时间(Pr.16)用于设定点动状态下的加、减速时间，如图10-16所示。10.4.1变频器的基本参数图10-13七段速度对应端子示意图图1
112、0-14Pr.7、Pr.8、Pr.20参数意义图10.4.1变频器的基本参数图10-15Pr.13 参数意义图图10-16Pr.15、Pr.16参数意义图10.4.1变频器的基本参数表10-10运行模式选择(Pr.79)(9)操作模式选择(Pr.79)用于选择变频器在什么模式下运行，具体内容见表10-10。10.4.2设定变频器参数 控制要求可知，在PU操作模式下设定变频器的基本参数、操作模式选择参数和多段速度设定等，相应参数设定见表10-11。表10-11七段速度输出参数设定图10-17传送带七段速运行的控制系统状态流程图任务10.5设计传送带的PLC控制程序根据系统控制要求，可设计出控制系
113、统的状态流程图如图10-17所示。将图10-17所示的状态流程图转换成如图10-18所示的步进梯形图及指令语句。图10-18传送带七段速控制梯形图与控制指令语句任务11 应用传感器与PLC实现工件自动分拣图11-2光纤传感器外形任务11.1认识光纤传感器1.光纤传感器的结构与原理 光纤传感器是光电传感器的一种，具有下述优点：抗电磁干扰、可工作于恶劣环境、传输距离远、使用寿命长。此外，由于光纤头具有较小的体积，可以安装在很小空间的地方。 光纤传感器由光纤检测头、放大器两部分组成，光纤检测头和放大器是分离的两个部分。光纤传感器外形如图11-2所示。10.4.2设定变频器参数2.光纤传感器的符号及接
114、线方式 光纤传感器引出线常用三线制，其图形符号及接线方式与光电接近开关相同，如图113所示。图11-3光电接近开关的图形符号图11-4气动回路图任务11.2安装自动分拣单元的控制回路11.2.1控制要求 传送带自动分拣单元，使用三个二位五通单控电磁换向阀，控制三个出料槽的分拣推动气缸气路进行控制，气动回路如图11-4所示。11.2.2PLC的输入/输出分配11.2.2PLC的输入/输出分配根据系统的控制要求，PLC输入/输出分配表见表11-2。表11-2PLC输入/输出分配表11.2.2PLC的输入/输出分配图11-5PLC、传感器及变频器的外部接线示意图PLC、传感器及变频器的外部接线示意图
115、如图11-5所示。图11-6光纤传感器的外形及安装示意图11.2.3安装调试光纤传感器 光纤传感器的外形及安装示意图如图11-6所示。安装时，将光纤分别插入光纤安装孔中，扳下固定按钮将光纤锁紧，然后按引出线的颜色接线。接线时需根据引线颜色判断电源极性和信号输出线，防止把信号输出线直接连接到电源上损坏传感器。图11-7光纤传感器放大器单元的俯视图 光纤传感器放大器单元的俯视图如图11-7所示，调节中部的旋转灵敏度调节旋钮就能进行放大器灵敏度调节(顺时针旋转灵敏度增大)。调节时，会看到“入光量显示灯”发光的变化。当探测器检测到物料时，“动作显示灯”会亮，提示检测到物料。任务11.3设定变频器参数1
116、1.3.1本任务控制所用到的变频器参数1.直流制动动作频率(Pr.10) Pr.10，用于设定当电动机减速到设定频率后向电动机施加的直流电压。以上参数的意义如图11-8所示。图11-8直流制动相关参数的意义2.直流制动动作时间(Pr.11) Pr11，用于制动转动惯量较大的电动机，可以增大设定值达到制动效果。3.直流制动动作电压(Pr.12) Pr12，用于设定制动电源电压的百分比。（注意：设定为0时，不会启动直流制动动作）11.3.2设定参数 在PU操作模式下设定变频器的基本参数、操作模式选择参数和多段速度设定参数等，相应参数设定见表11-3。表11-3七段速度输出参数设定图11-9自动分拣
117、单元状态流程图任务11.4设计PLC控制程序根据系统控制要求，可设计出控制系统的状态流程图如图11-9所示。转换成如图11-10所示的步进梯形图及指令语句。图11-10自动分拣单元PLC控制梯形图与指令语句任务12 应用触摸屏与PLC实现电动机正反转运行任务12.1认识三菱GOT-F940型触摸屏12.1.1触摸屏简介 触摸屏即是图形操作终端(Graph Operation Terminal)，简称GOT。它是能在监视画面上实现以往操作盘所进行的开关操作、指示灯显示、数控显示、信息显示等图视化的人机界面设备。 触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成：触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用
118、户触摸位置，接收到位置信号后将其送到触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用是从触摸检测部件接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给控制器的CPU，同时它能接收CPU发出的命令并加以执行。图12-2GOT系统显示及设置相关参数12.1.3三菱触摸屏与PLC动作方式 在图12-2所示的触摸屏系统上显示编写的PLC顺控程序，并设置相关参数，下载到相应的设备中，进行总线电缆连接。12.1.3三菱触摸屏与PLC动作方式1.触摸软元件“M0”运行 在触摸GOT的触摸开关“运行”时，分配到触摸开关中的位软元件“M0”为接通状态，如图123 所示。2.输出并显示“Y0”状态 位元件“M0”接通时，“Y10”接
119、通。此时，分配了位软元件“Y10”的GOT运行指示灯将显示输出状态，如图124所示。图12-3触摸软元件“M0”运行图12-4输出并显示“Y0”状态12.1.3三菱触摸屏与PLC动作方式3.位元件显示 由于位软元件“Y10”处于接通状态，因此“123”被存储到字软元件“D10”中，此时，分配了字软元件“D10”的GOT数值显示将显示“123”，如图125所示。4.触摸软元件“M1”停止 触摸GOT的触摸开关“停止”时，分配到触摸开关中的位软元件“M1”为ON，由于“M1”为位软元件“Y10”的停止条件，因此GOT的“运转指示灯”将变为熄灭状态，如图126所示。图12-5字软元件“D10”显示图
120、12-6触摸“Y10停止”软元件“M1”图12-7GOT与PLC的安装连接图12.2.1触摸屏安装 触摸屏(GOT)是安装在操作面板上或控制面板的表面，并连接到PLC，通过画面监视各种设备并改变PLC数据，其安装方式如图12-7所示。图12-8触摸屏机箱接口图12.2.2GOT-F900系列触摸屏和外围设备连接 如图12-8所示，安装有RS232及RS422接口(各一个)以及电源接线端子、扩展接口和电池。任务12.2完成触摸屏、PLC与计算机的连接图12-9GOT-F940、PLC与计算机通信连接(5)扩展接口连接可扩展设备。 图12-9所示为GOT-F940触摸屏、PLC与计算机连接实现通信
121、。12.2.3PLC的输入/输出分配 从电动机双重联锁正反转控制电路可知：输出信号有KM1、KM2，输入信号由触摸屏设置软元件代替正转起动、反转起动及停止按钮，从而确定控制电动机正反转运行的PLC输入/输出分配表见表12-2。表12-2PLC输入/输出分配表12.2.3PLC的输入/输出分配图12-10GOT、PLC及输入/输出元器件接线图GOT控制PLC实现电动机双重联锁正反转控制外部接线图如图12-10所示。任务12.3设计应用程序12.3.1三菱触摸屏编程软件(GT Designer2)画面构成 GT-F940型触摸屏使用的通用编程软件为GT Designer2。软件的主界面如图12-1
122、1所示，主界面由菜单栏、工具栏、工作区、属性表、状态栏、数据一览表等组成。图12-11GT Designer2编程软件的主界面图12-12GT Designer2图标12.3.2GT Designer2画面创建过程 点击GT Designer2图标(见图12-12)。启动GT Designer2，显示如图12-13所示画面，由于是创建新画面，因此点击“新建”。显示如图12-14所示对话框，如在“显示新建工程向导”的选择框内取消勾选，则将从下一步起不显示向导。图12-13创建新画面图12-14新建工程向导 单击“下一步”，显示如图12-15所示对话框，根据具体要求选择所使用GOT的类型及颜色设置
123、，单击“下一步”，显示如图12-16所示对话框。这里会给出在图12-15中选择的GOT类型及颜色设置。 单击“下一步”，出现“连接机器设置”，选择GOT的连接机器，这里选MELSEC-FX，如图12-17所示。图12-15选择GOT类型及颜色设置12.3.2GT Designer2画面创建过程图12-16系统设置确认图12-17连接机器设置12.3.2GT Designer2画面创建过程图12-18设置I/F 单击“下一步”，显示如图12-18所示“I/F”设置对话框，为连接机器设置I/F，这里选择“标准I/F(标准RS422)”。单击“下一步”，选择“通讯驱动程序”，如图12-19所示，直接
124、单击“下一步”确认，出现如图12-20所示对话框。12.3.2GT Designer2画面创建过程图12-19通讯驱动程序图12-20确认连接机器设置12.3.2GT Designer2画面创建过程图12-21设置基本画面的切换软元件单击“下一步”，设置基本画面的切换软元件，如图12-21所示。12.3.2GT Designer2画面创建过程图12-22系统环境的设置确认 单击“下一步”，进行系统环境的设置确认如图12-22所示。如确认设置正确，按结束键，进入画面程序设置状态，如图12-23所示。图12-23画面设置确定图12-24位开关的选取1.设置触摸开关(位开关)1)单击对象工具栏的“”
125、，从显示的子菜单中选择“”(位开关)，当鼠标的光标变为“+”后，单击希望配置的位置进行配置，如图12-24所示。12.3.3触摸屏显示及相关参数设置图12-25位开关选项卡设置2)在图12-25显示的选项卡上进行相关设置。根据本任务要求，设置内容见表12-3。同理新建并设置“正转”及“反转”按钮，设置结束后显示内容如图12-26所示。12.3.3触摸屏显示及相关参数设置表12-3开关显示选项卡设置内容图12-26触摸开关设置结束12.3.3触摸屏显示及相关参数设置2.设置指示灯1)单击对象工具栏的“”，鼠标的光标变为“+”后，单击希望配置的位置进行配置。2)在图12-27显示的选项卡上进行相关
126、设置。表12-4。同理新建并设置“反转”按钮，设置结束后显示内容如图12-28所示。图12-27指示灯选项卡设置12.3.3触摸屏显示及相关参数设置表12-4指示灯选项卡设置内容图12-28指示灯设置结束12.3.3触摸屏显示及相关参数设置图12-29通讯菜单2)显示对话框后，选择“通讯设置”选项卡。设置个人计算机与GOT的通讯设置。如图12-30所示。下载工程数据,如图12-31所示。3. GOT画面下载1)选择“通讯”“跟GOT的通讯”的菜单，如图12-29所示。图12-30通讯设置图12-31下载工程数据12.3.4PLC程序设计12.3.4PLC程序设计 由GOT设置软元件及PLC输出分配，设计双重联锁电动机正反转PLC控制程序如图12-32所示。图12-32双重联锁电动机正反转PLC控制程序
