电气控制与PLC原理、应用实践（三菱电机FX3U系列）

前言

第1 章　常用低压电器 1

1. 1　概述 1

1. 1. 1　低压电器的分类及用途 1

1. 1. 2　低压电器型号的表示方法及代号意义 2

1. 1. 3　低压电器主要技术参数 4

1. 2　常用低压电器的基本知识 5

1. 2. 1　低压电器的电磁机构 5

1. 2. 2　低压电器的触点机构 6

1. 2. 3　低压电器的灭弧机构 7

1. 3　控制电器 9

1. 3. 1　接触器 9

1. 3. 2　电磁式继电器 11

1. 3. 3　时间继电器 13

1. 3. 4　速度继电器 14

1. 3. 5　其他继电器 15

1. 4　开关及主令电器 17

1. 4. 1　按钮开关 17

1. 4. 2　组合开关 18

1. 4. 3　行程开关 20

1. 4. 4　感应开关 20

1. 5　保护电器 22

1. 5. 1　断路器 22

1. 5. 2　熔断器 24

1. 5. 3　热继电器 27

第2 章　典型电气控制电路 29

2. 1　电气控制电路绘制原则及标准 29

2. 1. 1　电气控制电路图的图形符号、文字符号及接线端子 29

2. 1. 2　电气元器件布置图 30

2. 1. 3　电气原理图 31

2. 1. 4　电气安装接线图 32

2. 2　电气控制电路的基本环节 33

2. 2. 1　起动、点动和停止控制环节 33

2. 2. 2　可逆控制与互锁环节 34

2. 2. 3　顺序及多地控制环节 36

2. 3　三相交流异步电动机控制电路 37

2. 3. 1　三相交流异步电动机起动控制电路 37

2. 3. 2　三相交流异步电动机制动控制电路 41

2. 4　步进电动机控制电路 43

2. 4. 1　步进及步进驱动器 43

2. 4. 2　研控YK 型步进驱动器 51

2. 4. 3　步进电动机定位控制 56

2. 5　交流伺服电动机及伺服驱动器控制电路 60

2. 5. 1　交流伺服电动机及伺服驱动器 60

2. 5. 2　三菱电机MR.J4 伺服驱动器规格及附件 63

2. 5. 3　三菱电机MR.J4 伺服电动机驱动端口与连接 70

2. 6　电气控制线路的保护环节 79

2. 6. 1　短路保护 79

2. 6. 2　过载保护 79

2. 6. 3　过电流保护 80

2. 6. 4　零电压（失电压） 保护和欠电压保护 81

第3 章　PLC 概述 84

3. 1　PLC 的产生及定义 84

3. 2　PLC 的特点及分类 85

3. 2. 1　PLC 的特点 85

3. 2. 2　PLC 的分类 86

3. 3　PLC 的应用及发展 87

3. 3. 1　PLC 的应用背景 87

3. 3. 2　PLC 的发展动向 88

3. 4　PLC 的组成及工作原理 89

3. 4. 1　PLC 的组成 89

3. 4. 2　PLC 的工作原理 91

3. 5　三菱电机PLC 简介 93

3. 5. 1　三菱电机PLC 的历史及分类 93

3. 5. 2　三菱电机小型PLC 的型号及特点 94

3. 6　三菱电机FX 系列PLC 系统构成 97

3. 6. 1　系统构建及构建规则 97

3. 6. 2　输入输出编号 100

3. 6. 3　输入输出电路 102

第4 章　FX 系列PLC 编程基础 111

4. 1　PLC 软元件及软元件的作用 111

4. 1. 1　软元件的分配 111

4. 1. 2　软元件的作用 112

4. 2　PLC 编程语言及指令 138

4. 2. 1　编程语言的种类 138

4. 2. 2　编程指令 139

4. 3　PLC 编程注意事项 176

4. 3. 1　程序步骤及执行顺序 176

4. 3. 2　双线圈问题 177

4. 3. 3　梯形图优化 179

4. 4　PLC 编程工具及使用方法（GX.Works2） 180

4. 4. 1　编程软件及使用（GX.Work2） 180

4. 4. 2　注释和声明 187

4. 4. 3　监视、监视写入模式 189

4. 4. 4　调试及诊断 191

4. 5　SFC 及步进梯形图 193

4. 5. 1　SFC 程序的创建步骤 193

4. 5. 2　SFC 编程注意事项 196

4. 5. 3　SFC 流程形式 199

4. 6　程序编写实例 203

4. 6. 1　简单梯形图编写实例 203

4. 6. 2　SFC 编程实例 209

第5 章　FX 系列PLC 特殊功能模块 212

5. 1　特殊功能模块的工作原理 212

5. 1. 1　特殊功能模块概述 212

5. 1. 2　缓冲存储区（BFM） 的读出、写入方法 212

5. 2　模拟量输入输出模块 217

5. 2. 1　模拟量控制功能概述 217

5. 2. 2　模拟量输入模块 221

5. 2. 3　模拟量输出模块 237

5. 3　高速脉冲输入功能 254

5. 3. 1　FX2N.1HC 高速计数模块 254

5. 3. 2　高速脉冲输入功能应用案例 260

5. 4　高速脉冲输出与定位功能 263

5. 4. 1　高速脉冲输出功能 263

5. 4. 2　定位模块 272

5. 5　网络通信功能 281

5. 5. 1　通信方式概述 281

5. 5. 2　通信选件详情 287

5. 5. 3　CC.Link 通信 293

第6 章　实验与实训 316

第一部分　GX Works2 编程软件使用与指令练习 316

实验一　GX Works2 编程软件使用练习 316

第二部分　程序设计实例 318

实验二　八段码显示 318

实验三　天塔之光 320

实验四　交通信号灯控制 321

实验五　水塔水位自动控制 324

实验六　自动送料装车系统 326

实验七　液体混合系统 328

实验八　邮件分拣系统 329

实验九　A.D、D.A 及HMI 实验 332

实验十　变频器多段调速练习 334

实验十一　变频器模拟量调速练习 339

实验十二　伺服位置控制系统练习一 342

实验十三　伺服位置控制系统练习二 344

参考文献 3482100433B

本书是《三菱电机大学合作计划系列丛书》之一，其内容以三菱电机低压电器及FX3U系列PLC为主线，由浅入深、理论结合实践，重点讲述了常规低压电器工作原理及使用方法，详细分析了三菱电机小型PLC系统指令、使用方法及特殊功能模块应用开发，并结合实验装置针对主要知识点进行验证。本书内容详实、丰富，插图绘制采用新的国家标准，体现了现代工业生产的先进手段。本书可作为应用型本科院校、高职高专、成人高校等机电一体化、电气工程、自动化及机械电子等相关专业的电气控制与PLC课程的教材，也可供从事相关工作的工程技术人员参考。

本书以工程实际项目为基础，在任务分析、任务实施过程中引入相关知识点，着眼于知识应用和能力训练的培养，“理论”与“实践”融为一体，互相渗透。 本书共分为两篇，包含10个项目，每个项目又由多个任务构成。第壹篇为低压电气控制技术，基于典型机电设备电气控制分析，介绍了低压电器、电路分析方法、基本控制电路及典型电路的分析。 第二篇为可编程序控制器技术，基于典型机电设备和工程应用项目，介绍了FX3U系列PLC的基本组成、结构及工作原理、基本指令、步进顺控指令和常用功能指令、PLC通信控制、触摸屏和变频器在PLC控制任务中的应用和实现。*后还列出了多个PLC控制的综合应用实训。 本书融理论与实践于一体，注重培养学生的技术应用能力、工程设计能力和创新能力，可作为高职高专院校机电类、电气类、电子类等相关专业“电气控制与PLC应用”课程的教材及类似课程的教材，也可供电气工程技术人员参考。

前言

安全用电与急救常识

第一篇 低压电气控制技术

项目一 低压电器元件的选用与电气原理图识图

任务一 CA6140车床电器元件认知与选用

任务二 CA6140车床电气原理图读图

训练项目一 常用电工仪表的使用

思考与练习

项目二 电气控制电路的分析与调试

任务一 三相异步电动机正反转控制电路的分析与调试

任务二 三相异步电动机减压起动控制电路的分析与调试

任务三 三相异步电动机制动控制电路的分析与调试

任务四 三相异步电动机调速控制电路的分析与调试

训练项目二 自动往复控制电路的安装与调试

思考与练习

第二篇 可编程序控制器技术

项目三 PLC认知

任务一 PLC基础认知

任务二 三菱FX3U系列PLC硬件认知

训练项目三 三菱FX3U系列PLC硬件接线

任务三GX Works2编程软件的使用

思考与练习

项目四 电动机基本控制电路的PLC控制

任务一 三相异步电动机单向连续带点动的PLC控制

任务二 三相异步电动机-△减压起动的PLC控制

任务三 三相异步电动机正反转的PLC控制

训练项目四 三相异步电动机正反转带Y-△减压起动的PLC控制

任务四 三台三相异步电动机顺序起停的PLC控制

训练项目五 工作台自动往复运动PLC控制的实现

思考与练习

项目五 顺序控制流程的PLC控制

任务一 物料传送装置的PLC控制

训练项目六 液体混合的PLC控制

任务二 大、小球分拣系统的PLC控制

任务三 十字路口交通信号灯的PLC控制

训练项目七 人行横道按钮式交通灯的PLC控制

思考与练习

项目六 功能指令任务的PLC控制

任务一 物料传送装置手动和自动运行的PLC控制

任务二 简易自动售货机的PLC控制

训练项目八 加工中心刀库捷径方向选择的PLC控制

任务三 喷泉的PLC控制

训练项目九 舞台艺术灯饰的PLC控制

思考与练习

项目七 PLC控制工程实例

任务一 电镀流水线的PLC控制

任务二 机械手传送装置的PLC控制

思考与练习

项目八 通信控制的PLC实现

任务一 三菱PLC N∶N网络通信的实现

任务二 三菱PLC CC-Link现场总线通信的实现

思考与练习

项目九 触摸屏和变频器的PLC综合控制

任务一 触摸屏、变频器对水泵电动机的调速控制

任务二 基于触摸屏的变频器模拟量调速控制的实现

训练项目十 变频器调速的PLC控制实现

项目十 PLC控制系统设计与项目实训

任务一 PLC的编程方法

任务二 PLC控制系统设计

任务三 电气控制技术与PLC应用综合实训

附录

附录A FX3U系列PLC技术指标

附录B FX3U系列PLC的型号名称体系及其种类

附录CFX3UPLC特殊元件编号及名称检索

附录DFX3U指令顺序排列及其索引

参考文献

PLC应用技术是高等职业教育电气自动化、机电一体化等相关专业的一门必修课程，本书针对三菱FX3U系列PLC的原理、编程方法及程序设计等内容进行讲解，主要内容包括：可编程序控制器概述、三菱FX3U系列PLC的硬件资源、基本指令系统及编程、步进顺控指令及编程、典型功能指令在编程中的应用、模拟量控制和通信以及PLC应用系统设计等主要内容。全书内容丰富，在讲解理论的基础上给出了大量的应用实例，读者可以根据实际需要选择性的进行学习。为了给读者提供一个学习的上升空间，教材中的第六章（模拟量控制和通信）作为选学内容，供课时量较大学校或者有一定的基础的读者学习。此外，书中每个章节的后面配有各种题型的思考和练习，供读者检验学习的效果。