内 容 简 介

本书内容分为电气控制技术和PLC技术两部分，共6章。前5章的主要内容包括：工厂典型生产机械电气控制系统的运行维护和故障排除，运料小车、工业机械手和广告彩灯的PLC控制系统运行维护及调试，PLC通信技术应用。第6章为技能实训，通过单项和综合技能项目训练，满足维修电工和PLC设计师职业技能鉴定的要求，构建职业资格证书“直通车”。本书内容先进、实用，简明扼要，图文并茂，实例丰富，通俗易懂，便于教学和自学。

本书可作为高职高专机电一体化、机电、自动化、电气工程及其自动化、机械工程及其自动化等专业的教材，也可供相关的工程技术人员参考。

 

 

　　

前    言

　　

　　电气控制系统是实现工业生产、科学研究及其他各个领域自动化的重要手段之一，在国民经济各行业中得到了广泛的应用。可编程控制器(PLC)是在20世纪60年代诞生并逐步发展起来的一种新型工业控制装置，它是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一门新兴技术，具有通用性强、可靠性高、能适应恶劣的工业环境、指令系统简单、编程简便易学、体积小、维修方便等一系列优点，广泛用于机械制造、冶金、采矿、建材、石油、化工、汽车、电力、造纸、纺织、装卸、环保等各行业的电气控制系统中。

　　近年来，我国高等职业教育蓬勃发展，为现代化建设培养了大量的高素质技术技能型专门人才。高等职业教育作为高等教育的一种类型，肩负着培养面向生产、建设、服务和管理第一线需要的高技能人才的使命，在我国加快推进社会主义现代化建设的进程中具有不可替代的作用。

　　随着我国走新型工业化道路、建设创新型国家对高技能人才需求的不断加强，高等职业教育既面临着极好的发展机遇，也面临着严峻的挑战。必须大力推行工学结合、知行合一的人才培养模式，积极探索基于工作过程的课程开发，加大课程建设与改革的力度，增强学生的职业竞争能力，全面提升高等职业教育的教学质量。

　　为此，清华大学出版社组织有关高职院校、企业和研发机构编写了这套教材，以适应高等职业教育的教学内容和教学方法的改革。

　　由于电气控制技术与可编程控制器技术起源于同一体系，只是发展阶段不同，在理论和应用上一脉相承，而变频器和触摸屏则是当今电气控制领域的新组件，且应用广泛，因此，本书将上述内容编在一起，既体现出它们的内在联系，又具有科学性和先进性。围绕对学生新技术应用能力的培养，实现企业和学校的无缝对接。

　　本书在内容处理上，结合“工作过程导向”职教研究成果，分析企业维修电工与可编程序控制系统设计师岗位工作任务和应具备的岗位能力要求，针对每一个工作过程来组织相关的课程内容，将工作环境与学习环境有机地结合起来，符合高等职业教育的需求。结合国家职业技能鉴定标准，强化岗前培训，实训项目既有单项训练，又有铣床电气控制线路故障检测、恒压供水电气控制系统设计等综合训练，明确考核标准，技能要求可以满足机电一体化、机电、电气、自动化等高职毕业生所面向的岗位群。

　　在内容阐述上，力求简明扼要、图文并茂、通俗易懂、实例丰富。每章对职业岗位所需知识和能力目标进行恰当的设计，以典型项目导入，包括基础知识、项目实施、检查和评估、技能拓展、技能训练、工程问题、知识链接等，致力于学生职业能力的培养。

　　本书内容分为6章，各章的具体内容如下。

　　第1章：工厂典型生产机械电气控制系统的运行维护和故障排除。以C616型车床电气控制系统为项目导向，介绍电气控制系统运行维护和故障排除所需的基础知识，包括主令电器、交流接触器、继电器等常用低压电器的用途、结构、工作原理、主要技术参数、产品与图形符号以及选用等；笼型电动机正反转、启动、制动、调速、顺序启停等电气控制线路分析；介绍电气控制线路制作的工作过程，包括熟悉电气原理图、绘制安装接线图、选用和检查电器元件、固定电器元件、按图接线、检查与维护、评估与调整；最后以“Z3040型摇臂钻床电气控制线路”等为技能拓展训练项目，培养电气工程师所应具备的知识和能力。

　　第2章：运料小车PLC控制系统的运行维护及调试。以运料小车为项目导向，介绍PLC控制系统运行维护及调试所需的基础知识，包括可编程序控制器的组成、原理、特点，FX2N系列PLC的内部软元件、基本逻辑指令，WIN-C编程软件的安装与使用等；PLC控制系统程序设计、系统检查和评估、PLC常见的工程问题等；最后给出“两台电动机顺序启动PLC控制系统设计”作为技能拓展项目。

　　第3章：工业机械手PLC控制系统运行维护及调试。以工业机械手为项目导向，介绍运用步进指令编写的PLC控制程序所需的基础知识：FX2N系列PLC步进顺控指令的功能、助记符、格式和使用方法等；包括系统程序设计、检查和评估，最后给出“十字路口交通灯PLC控制系统设计”作为技能拓展项目。

　　第4章：广告彩灯PLC控制系统的设计与维护。以广告彩灯为项目导向，介绍运用功能指令编写PLC控制程序所需的基础知识，包括FX2N系列PLC功能指令的功能、助记符、格式和使用方法等，以及系统程序设计、检查和评估，最后给出“台车呼车的PLC控制系统设计”作为技能拓展项目。

　　第5章： PLC通信技术的应用。以电动机正反转控制为项目导向，介绍数据通信方式、通信扩展板、触摸屏、三菱系列变频器的RS-485通信、变频器的操作等PLC通信技术所需的基础知识，介绍PLC通信技术应用的工作过程，包括分析控制要求、系统硬件连接、编制并下载PLC程序、触摸屏画面设计(变频器参数设置)、PLC通信系统的检查和评估，最后给出“PLC和变频器控制的恒压供水系统”、“工件分拣装置PLC控制系统”作为技能拓展项目。

　　第6章：技能实训。通过单项和综合技能项目训练，进一步培养学生的实践操作技能，满足维修电工和PLC设计员职业技能鉴定的要求，构建职业资格证书“直通车”。

　　本书可作为高职高专机电一体化、机电、自动化、电气工程及其自动化、机械工程及其自动化等专业的教材，也可供相关工程技术人员参考。

　　本书由徐超、宋春华担任主编，邢娅莉、周名侦、李江华担任副主编，阎勤劳担任主审。具体分工是：徐超编写第1章部分内容、第2章并负责统稿，宋春华编写第3章及各章的习题，邢娅莉编写第4章和第5章，周名侦编写第6章，李江华编写第1章部分内容并负责全书插图的绘制和处理工作。此外，杨中国、孙红霞、李辉等为本书的编写提供了资料，沈悦涛、陈炯涛等对一些程序进行了调试验证。

　　在本书的编写过程中，得到了广东交通职业技术学院领导、广州机床厂、广东粤科自动化信息技术中心和精品课程组其他成员的大力支持，在此一并感谢！

　　由于作者水平有限，对于书中的谬误之处，敬请读者批评指正。

 

　　

　　

目    录

 

第1章  工厂典型生产机械电气控制         

系统的运行维护和故障排除 1

1.1  C616车床的电气控制系统 1

1.2  基础知识 2

1.2.1  常用的低压电器 2

1.2.2  低压电器的智能化和

发展趋势 25

1.2.3  电气控制线路的基本环节 27

1.3　C616车床电气控制线路的制做 57

1.3.1  制做电动机控制线路的

步骤 57

1.3.2　C616车床电气控制线路的

分析 59

1.3.3  绘制安装接线图 60

1.3.4  低压电器元件的选用 61

1.3.5  固定电器元件 63

1.3.6  照图接线 63

1.4　C616车床电气控制系统的检查与

评估 63

1.4.1  电气控制系统的检查与

维护 63

1.4.2  评估与调整 74

1.5  拓展实训 75

1.5.1  Z3040型摇臂钻床电气

控制线路的分析 75

1.5.2  X62W型万能铣床电气

控制线路分析 80

1.5.3  30t/5t桥式起重机电气

控制线路的分析 87

本章小结 95

思考与习题 95

自测题 97

第2章  运料小车PLC控制系统的

运行维护及调试 101

2.1  运料小车工作过程和控制要求 101

2.2  基础知识 102

2.2.1  可编程控制器的组成、

原理和特点 102

2.2.2  PLC内部的软元件 104

2.2.3  FX2N的基本逻辑指令 108

2.2.4  GX Developer软件的使用 116

2.3  运料小车PLC控制系统的

程序设计 138

2.3.1  用户I/O设备的确定 138

2.3.2  PLC的选用 138

2.3.3  绘制PLC的I/O分配图 141

2.3.4  根据控制要求设计系统

步序图 141

2.3.5  设计PLC控制程序

(梯形图) 142

2.4　运料小车PLC控制系统的检查和

评估 143

2.5　拓展实训 144

2.5.1  电动机正反转PLC控制

系统的设计 144

2.5.2  两台电动机顺序启动

PLC控制系统的设计 146

2.6　PLC常见的工程问题 148

2.6.1  PLC端口的扩展和保护 148

2.6.2  PLC系统的抗干扰措施 152

2.6.3  PLC的测试及维护 153

本章小结 155

思考与习题 156

自测题 159

 

第3章  工业机械手PLC控制系统的

运行维护及调试 163

3.1  工业机械手的工作过程和控制要求 163

3.2  基础知识 165

3.2.1  步进顺控指令和

状态转移图 165

3.2.2  分支流程的步进顺控 168

3.3  工业机械手PLC控制系统

程序设计 174

3.3.1  用户I/O设备的确定 174

3.3.2  工业机械手控制系统PLC的

选用 175

3.3.3  绘制PLC的I/O分配图 175

3.3.4  根据控制要求设计系统

状态转移图 176

3.3.5  设计PLC控制程序

(梯形图) 177

3.4　工业机械手PLC控制系统

检查和评估 181

3.4.1  PLC的检查和评估 181

3.4.2  程序调试 181

3.5　拓展实训——十字路口

交通灯控制 188

本章小结 191

思考与习题 191

自测题 192

第4章  广告彩灯PLC控制系统的

设计与维护 194

4.1  广告彩灯的工作过程和控制要求 194

4.2  基础知识 195

4.3  广告彩灯PLC控制系统的

程序设计 219

4.3.1  用户I/O设备的确定 219

4.3.2  广告彩灯控制系统PLC的

选用 220

4.3.3  绘制PLC的I/O分配图 220

4.3.4  设计PLC控制程序

(梯形图) 221

4.4  广告彩灯PLC控制系统的检查和

评估 222

4.4.1  PLC的检查和评估 222

4.4.2  程序调试 222

4.4.3  任务检查与评价 223

4.5  拓展实训：台车的呼车控制 223

本章小结 225

思考与习题 225

自测题 225

第5章  PLC通信技术的应用 228

5.1  运用PLC通信技术控制三相笼型

异步电动机的要求 228

5.2  基础知识 229

5.2.1  数据通信方式 229

5.2.2  通信扩展板 231

5.2.3  触摸屏 232

5.2.4  三菱系列变频器的RS-485

通信和操作 238

5.2.5  PLC与PLC之间的

N:N通信 247

5.3　PLC通信技术的应用 251

5.3.1  PLC和触摸屏的通信 251

5.3.2  PLC和变频器的通信 255

5.3.3  触摸屏和变频器的通信 259

5.4　检查与评估 261

5.5　拓展实训 262

5.5.1　PLC和变频器控制的

恒压供水系统 262

5.5.2　工件分拣装置PLC

的控制 267

5.5.3  自动生产线控制系统 272

本章小结 291

思考与习题 291

自测题 292

第6章　技能实训 296

6.1  FX系列PLC的硬件和GX Developer

编程软件的使用 296

6.2  软元件T、M、C的编程使用 300

6.3  基本指令和手持编程器的使用 304

6.4  SFC状态图和步进指令的使用 307

6.5  应用指令的使用(一) 309

6.6  应用功能的使用(二) 310

6.7  三相交流异步电动机Y-△启动

PLC控制实训 313

6.8  自动送料装车系统PLC控制设计

实训 315

6.9　PLC对自动售货机系统的

控制实训 320

　　

6.10　PLC触摸屏的通信实训 324

6.11　PLC和变频器的通信实训 325

6.12　触摸屏和变频器的通信实训 327

6.13　恒压供水系统的运行 328

附录A  FX2N系列可编程控制器的 338

主要技术指标 338

附录B  FX2N系列PLC常用特殊辅助

继电器与特殊数据寄存器

功能表 342

附录C  FX2N可编程控制器应用

指令总表 343

自测题参考答案 359

参考文献 362