可編程控制器及其工程應用

第一章 電氣控制基礎(chǔ)1

1.1常見電器元件及符號1

1.2電器控制的基本線路21

習題30

第二章 典型電氣控制系統(tǒng)31

2.1臥式車床的電氣控制31

2.2平面磨床的電氣控制33

2.3搖臂鉆床的電氣控制35

2.4銑床的電氣控制37

2.5橋式起重機的電氣控制42

習題47

第三章 可編程控制器基礎(chǔ)知識48

3.1該書48

3.2 PLC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較52

3.3PLC的基本組成55

3.4PLC的工作原理62

3.5PLC的性能指標與發(fā)展趨勢65

習題67

第四章FX系列可編程控制器及指令系統(tǒng)69

4.1FX系列PLC硬件配置69

4.2FX系列PLC的內(nèi)部繼電器71

4.3FX系列PLC的基本邏輯指令81

4.4FX系列PLC的功能指令89

習題99

第五章 可編程控制器的程序控制方法102

5.1梯形圖發(fā)熱變成規(guī)則102

5.2典型單元的梯形圖程序粉刺104

5.3PLC程序設(shè)計的方法112

習題143

第六章 可編程控制器控制系統(tǒng)的設(shè)計145

6.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和內(nèi)容145

6.2PLC在控制系統(tǒng)中的應用154

6.3提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施159

6.4PLC控制系統(tǒng)的維護和故障診斷163

習題165

第七章 可編程控制器通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 166

7.1PLC通信

7.2PLC網(wǎng)絡(luò)應用實例174

習題177

第八章PLC現(xiàn)代生活應用實例178

8.1交通信號燈的控制178

8.2電梯控制的實現(xiàn)179

8.3運料小車的往返運行控制184

8.4全自動洗衣機的PLC控制186

第九章PLC機床控制應用實例189

9.1數(shù)控機床刀庫控制189

9.2機械手控制的實現(xiàn)193

9.3半自動液壓車床196

第十章PLC工程機械應用實例200

10.1橋式起重機的控制200

10.2挖掘機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計203

10.3橋式起重機檢測控制205

10.4工業(yè)鏟車操作控制210

10.5液體攪拌機的控制214

10.6高壓離心風機控制217

附錄A FX系列PLC功能指令一覽表220

附錄B FX-TRN-BEG-CL教學軟件的介紹226

附錄C SWOPC_FXGP編程軟件的介紹231

參考文獻244

當前，我國機械專業(yè)人才培養(yǎng)面臨社會需求旺盛的良好機遇和辦學質(zhì)量亟待提高的重大挑戰(zhàn)。抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)，不斷提高辦學水平，形成鮮明的辦學特色，獲得社會認同，這是我們義不容辭的責任。

三峽大學機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)作為國家特色專業(yè)建設(shè)點，以培養(yǎng)高素質(zhì)、強能力、應用型的高級工程技術(shù)人才為目標，經(jīng)過長期建設(shè)和探索，已形成了具有水電特色、服務(wù)行業(yè)和地方經(jīng)濟的辦學模式。在前期課程體系和教學內(nèi)容改革的基礎(chǔ)上，推進教材建設(shè)，編寫出一套適合于該專業(yè)的系列特色教材，是非常及時的，也是完全必要的。

系列教材注重教學內(nèi)容的科學性與工程性結(jié)合，在選材上融入了大量工程應用實例，充分體現(xiàn)與專業(yè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域的新發(fā)展和新技術(shù)，促進高等學校人才培養(yǎng)工作與社會需求的緊密聯(lián)系。系列教材形成的主要特點，可用“三性”來表達。一是“特殊性”，這個“特殊性”與其他系列教材的不同在于其突出了水電行業(yè)特色，其不僅涉及測試技術(shù)、控制工程、制造技術(shù)基礎(chǔ)、機械創(chuàng)新設(shè)計等通用基礎(chǔ)課程教材，還結(jié)合水電行業(yè)需求設(shè)置了起重機械、金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計、專業(yè)英語等專業(yè)特色課程教材，為面向行業(yè)經(jīng)濟和地方經(jīng)濟培養(yǎng)人才奠定了基礎(chǔ)。二是“科學性”，體現(xiàn)在兩個方面：其一體現(xiàn)在課程體系層次，適應削減課內(nèi)學時的教學改革要求，簡化推導精練內(nèi)容；其二體現(xiàn)在學科內(nèi)容層次，重視學術(shù)研究向教育教學的轉(zhuǎn)化，教材的應用部分多選自近十年來的科研成果。三是“工程性”，凸顯工程人才培養(yǎng)的功能，一些課程結(jié)合專業(yè)增加了實驗、實踐內(nèi)容，以強化學生實踐動手能力的培養(yǎng)；還根據(jù)現(xiàn)代工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，突出了計算機和信息技術(shù)與本專業(yè)的結(jié)合。

我相信，通過該系列教材的教學實踐，可使本專業(yè)的學生較為充分地掌握專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，掌握機械工程領(lǐng)域的新技術(shù)并了解其發(fā)展趨勢，在工程應用和計算機應用能力培養(yǎng)方面形成優(yōu)勢，有利于培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

當然，任何事情不能一蹴而就。該系列教材也有待于在教學實踐中不斷錘煉和修改。良好的開端等于成功的一半。我祝愿在作者與讀者的共同努力下，該系列教材在特色專業(yè)建設(shè)工程中能體現(xiàn)專業(yè)教學改革的進展，從而得到不斷的完善和提高，對機械專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高起到積極的促進作用。

謹此為序。

教育部高等學校機械學科教學指導委員會委員、機械基礎(chǔ)教學指導分委員會副主任

全國工程認證專家委員會機械類專業(yè)認證分委員會副秘書長

第二屆國家級教學名師獎獲得者

華中科技大學機械學院教授，博士生導師

吳昌林

可編程控制器及其工程應用內(nèi)容簡介

《可編程控制器及其工程應用》編寫時力求由淺入深、通俗易懂、理論聯(lián)系實際、注重應用，適用于高等學校本科機械設(shè)計制造及其自動化、自動化、電氣工程、電子信息、機電一體化及相關(guān)專業(yè)的教學，也可作為工業(yè)自動化技術(shù)人員的培訓教材和自學參考書。

可編程控制器及其工程應用作者簡介

趙春華，吉林長春人，三峽大學機械與材料學院教授。1994年畢業(yè)于浙江大學機械制造及其自動化專業(yè)，獲工學學士學位；2000年畢業(yè)于浙江大學CAD/CG專業(yè)，獲工學碩士學位；2005年畢業(yè)于武漢理工大學載運工具運用工程專業(yè)，獲工學博士學位。主要從事機電控制系統(tǒng)、機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷、摩擦學等方面的研究工作；主持國家自然科學基金資助項目、省部級等科研項目十余項；獲得湖北省科技進步二等獎一項，湖北省自然科學優(yōu)秀學術(shù)論文一篇次。在國內(nèi)外刊物上發(fā)表論文80余篇，其中被三大檢索收錄40多篇次。

第一章 PLC工程機械應用實例

第一節(jié) 橋式起重機的控制

橋式起重機廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中，作為主要的運載設(shè)備使用小型可編程控制器對其進行控制，可以使系統(tǒng)的整體運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和可靠性得到更好的保障。本例要給出的就是針對常見的橋式起重機系統(tǒng)編寫的控制程序。

一、實現(xiàn)目標

編程實現(xiàn)對橋式起重機的動作進行控制，具體要求如下：

（1）吊鉤升降控制

吊鉤是通過電機拖動鋼絲完成升降動作的，電機的正反向運轉(zhuǎn)決定吊鉤的動作方向，在運轉(zhuǎn)中需要考慮鋼絲的極限范圍。

（2）小車前后運行控制

起重機運載小車的前后運動也是通過電機驅(qū)動的，在動作過程中，不允許超出起重機的兩側(cè)極限位置。

（3）起重機左右運行控制

起重機左右運轉(zhuǎn)由拖動電機帶動整個車體在軌道上左右運動，其運動范圍應該控制在軌道離兩個盡頭一定距離處，以確保設(shè)備不會脫離軌道。

（4）聲光指示控制

起重機處于運動過程狀態(tài)時，要給出鈴聲警告；在運轉(zhuǎn)到對應的極限位置時，在駕駛室內(nèi)給出指示燈顯示。

二、解決思路

橋式起重機的控制很簡單，主要是實現(xiàn)對3個拖動電機的正反轉(zhuǎn)控制。其控制實現(xiàn)的邏輯可以采用本書第2章中介紹的控制方法，考慮到實際的起重機控制中使用的不是控制按鈕而是多向轉(zhuǎn)換開關(guān)，同時快速換向的情況較多，所以在程序?qū)崿F(xiàn)上要求對這些細節(jié)充分考慮，采取對應的實現(xiàn)手段。通過上述分析，利用通用的電機控制程序，增加位置控制邏輯的處理，就可以實現(xiàn)對橋式起重機的可編程控制器控制。

三、控制需求分析與硬件設(shè)計

可編程控制器用于橋式起重機控制，只需要使用最簡單的設(shè)備就可以實現(xiàn)控制要求。系統(tǒng)的輸入主要是總電源合閘信號、3個主要被控設(shè)備的控制信號和相應的位置極限信號；輸出是3個拖動電機的正反轉(zhuǎn)信號和聲光指示信號。總地來說，需要13個輸入信號和8個輸出信號。橋式起重機控制系統(tǒng)的PLC配置示意圖。

確定系統(tǒng)的輸入輸出信號設(shè)計后，根據(jù)橋式起重機動作控制要求，對各個拖動電機的控制邏輯關(guān)系進行分析，完成程序編寫。

1. 橋式起重機控制的邏輯分析

橋式起重機的控制實現(xiàn)是圍繞3個拖動電機進行的，每個電機的控制邏輯基本相同，在實現(xiàn)時可以參照本書有關(guān)電機控制的子程序。

考慮到橋式起重機控制的特殊性，其啟停操作不需要使用自鎖功能，同時考慮到極限位置的限制，動作的指令中需要加入相應的位置限制邏輯。由于實現(xiàn)的邏輯簡單，不做過多的講述。

2. 橋式起重機控制程序設(shè)計

通過使用可編程控制器對3個電機的正反轉(zhuǎn)控制的實現(xiàn)，就可以實現(xiàn)對橋式起重機的動作控制。本例梯形圖。

本例的橋式起重機控制程序，在實現(xiàn)基本的電機控制的基礎(chǔ)上，同時對系統(tǒng)的具體應用需求進行了考慮，增加了對位置的邏輯處理，具有限位和報警功能。報警鈴在系統(tǒng)調(diào)取和移動時給出警告，確保工作時能引起相關(guān)區(qū)域人員的注意。在對橋式起重機的控制中，主要利用的是對電機的控制，主要的特點就是由于電機正反轉(zhuǎn)是由主令控制器給出信號，所以命令信號本身具備保持的特性，在設(shè)計時不需考慮信號的自鎖問題。

四、總結(jié)與評價

目前的橋式起重機系統(tǒng)大部分還是使用的繼電器接觸器形式進行控制，但隨著可編程控制器價格的不斷降低和起重設(shè)備功能的不斷增強，已經(jīng)出現(xiàn)使用可編程控制器進行控制的起重設(shè)備。這里給出的橋式起重機控制子程序，只是針對常用的工作方式進行了設(shè)計分析，對于一些功能全面的系統(tǒng)，可能還需要考慮自動運轉(zhuǎn)等控制功能，結(jié)合本書其他章節(jié)的程序設(shè)計，不難實現(xiàn)這類的功能程序開發(fā)。在程序開發(fā)中，對于所控制系統(tǒng)的實際控制設(shè)備狀況進行相應的程序設(shè)計，這在設(shè)計中是很重要的，可以使設(shè)計的程序更能適合系統(tǒng)使用，并可以避免不必要的故障。

該教材主要是針對全國工程碩士專業(yè)學位研究生運籌學課程教學所編寫，主要內(nèi)容包括：緒論、線性規(guī)劃及其應用、運輸規(guī)劃及其應用、整數(shù)規(guī)劃及其應用、目標規(guī)劃及其應用、非線性規(guī)劃及其應用、存儲論及其應用、圖論與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及其應用、排隊論及其應用、對策論及其應用和決策論及其應用等章節(jié)．其中每一章都包括問題的工程背景、問題的數(shù)學原理、問題的LINGO求解方法、應用案例分析和應用案例練習等內(nèi)容．書中的所有案例和練習全部是來自各工程領(lǐng)域的實際問題，共包含50多個應用案例和100多個應用練習問題．最后給出了LINGO軟件使用方法簡介．

本書適合作為相關(guān)各工程領(lǐng)域的工程碩士專業(yè)學位研究生運籌學課程教材，也適合工科各專業(yè)的大學本科生和非運籌學專業(yè)研究生的運籌學課程教學使用或作為參考教材，也可供從事相關(guān)研究工作的工程技術(shù)人員參考之用．

內(nèi)容簡介

本書為可編程控制器的入門教材。全書以美國MODICON公司CPU311/00型PLC為例，

全面闡述了可編程控制器的基本組成、工作原理、使用方法、輸入輸出接口技術(shù)、梯形圖

的編程方法、PLC鏈接與聯(lián)網(wǎng)等。最后為讀者編寫了上機實踐的5個實驗項目。目前，.國

內(nèi)外從事PLC生產(chǎn)的主要廠家有幾十個，產(chǎn)品性能各不相同，但使用方法基本一致。通過

本書的學習，讀者能盡快掌握PLC的基本原理和應用技術(shù)，達到舉一反三的效果。

本書對PLC的基礎(chǔ)知識介紹詳盡，基本概念敘述清楚，實用性強，可作為高等院校非

電專業(yè)學生教材或電專業(yè)學生參考書，也可供從事PLC應用工作的工程技術(shù)人員參考。