《電氣控制與PLC》教案

2007.06.16

1

第一章常用低壓電器

【課時安排】

1.1概述10分鐘

1.2接觸器20分鐘

1.3繼電器20分鐘

1.4熔斷器10分鐘

1.5低壓隔離器10分鐘

1.6低壓斷路器10分鐘

1.7主令電器20分鐘

總計2學時

【掌握內容】

1.電器：概念；分類

2.接觸器：結構和工作原理；分類及特點；主要技術參數。

3.繼電器：概念；電壓、電流繼電器；中間繼電器及固態繼電器；時間繼電器；熱繼電器;

速度繼電器。

4.熔斷器：原理及特性；主要技術參數；選擇原則。

5.低壓隔離器：原理及分類；技術參數。

6.低壓斷路器：原理及分類；技術參數。

7.主令電器：按鈕；行程開關、接近開關和光電開關；凸輪控制器與主令控制器；萬能轉

換開關。

【教學目標】

1.掌握電器相關的基本概念。

2.掌握幾種常用低壓電器

【教學手段】課堂講授，輔以多媒體電子課件

【教學過程】

第一節概述

一電器

1定義：電器對電能的生產、輸送、分配與應用起著控制、調節、檢測和保護的作用，在電

力輸配電系統和電力拖動自動控制系統中應用極為廣泛。

2學習掌握電器的原因：繼電器、接觸器等工業電器為基礎的電氣控制技術具有相當重要的

地位；掌握繼電接觸器控制技術也是學習和掌握PLC應用技術所必需的基礎。

二分類

按工作電壓：高壓、低壓。

按動作原理：手動、自動。

安用途：控制、配電、主令、保護、執行。

第二節接觸器

一結構和工作原理

1結構：一般由電磁機構、觸點、滅弧裝置、釋放彈簧機構、支架與底座等幾部分組成。

2工作原理：根據電磁原理工作：當電磁線圈通電后，線圈電流產生磁場，使靜鐵心產生電

磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸點動作，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合，兩者是聯動的。當線

圈斷電時，電磁力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下降放，使觸點復原，即常開觸點斷開，常

閉觸點閉合。

2

二分類及特點

1交流接觸器：交流接觸器線圈通以交流電，主觸點接通、切斷交流主電路。

2直流接觸器：直流接觸器線圈通以直流電流，主觸點接通、切斷直流主電路。

三主要技術參數：線圈電壓、主觸點額定電流、主觸點額定電壓、輔助觸點額定電流、輔

助觸點對數、接觸器極數以及接觸器的機械壽命和電壽命等。

四選擇原則：

1接觸器的使用類別應與負載性質相一致，控制交流負載應選用交流接觸器，控制直流負載

則選用直流接觸器。

2主觸點的額定工作電壓應大于或等于負載電路的電壓。

3主觸點的額定工作電流應大于或等于負載電路的電流。

4接觸器主觸點的額完工作電流是在規定條件下（額定工作電壓、使用類別、操作頻率等）

能夠正常工作的電流值，當實際使用條件不同時，這個電流值也將隨之改變。

5吸引線圈的額定電壓應與控制回路電壓相一致,接觸器在線圈額定電壓85%及以上時應能

可靠地吸合。

6主觸點和輔助觸點的數量應能滿足控制系統的需要。

第三節繼電器

一繼電器特性及其分類

1原理：主要用于控制與保護電路中作信號轉換用。具有輸入電路（又稱感應元件）和輸出

電路（又稱執行元件），當感應元件中的輸入量（如電流、電壓、溫度、壓力等）變化到某

一定值時繼電器動作，執行元件便接通和斷開控制回路。

2分類：常用的有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、時間繼電器、熱繼電器以及溫度、

壓力、計數、頻率繼電器等等。

3特性：繼電特性曲線。

4參數：返回系數、吸合時間、釋放時間。

二電壓、電流繼電器

過電流繼電器、欠電流繼電器、過電壓繼電器、欠電壓繼電器。

三中間繼電器與固態繼電器

1中間繼電器：當電壓或電流繼電器觸點容量不夠時，可借助中間繼電器來控制，用中間繼

電器作為執行元件，這時中間繼電器被當作一級放大器用；當其他繼電器或接觸器觸點數量

不夠時，可利用中間繼電器來切換多條控制電路。

2固態繼電器：由固體半導體元件組成的無觸點開關器件；4端有源器件；

四時間繼電器

1原理：感應元件接受外界信號后，經過設定的延時時間才使執行部分動作的繼電器。

2按延時方式分類：通電延時型、斷電延時型和帶瞬動觸點的通電（或斷電）延時型繼電器。

3按工作原理分類：空氣阻尼式、電動式和電子式等。

4觸點類型：常開延時閉合觸點、常閉延時斷開觸點、常開延時斷開觸點和常閉延時閉合觸

點4類。

五熱繼電器

1定義：專門用來對連續運行的電動機進行過載及斷相保護，以防止電動機過熱而燒毀的保

護電器。

2組成：雙金屬片、加熱元件、動作機構、觸點系統、整定調整裝置及手動復位裝置等組成。

3原理

4參數：熱繼電器額定電流、相數、熱元件額定電流、整定電流及調節范圍等。

3

六速度繼電器

1作用：用于轉速的檢測，常用在三相交流異步電動機反接制動轉速過零時，自動切除反相

序電源。

2組成：轉子、圓環（籠型空心繞組）和觸點三部分組成。

3原理

第四節熔斷器

一作用：供電電路和電氣設備的短路保護。

二組成：由熔體和安裝熔體的外殼兩部分組成。

三原理：通過熔斷器的電流超過一定數值并經過一定的時間后，電流在熔體上產生的熱量

使熔體某處熔化而切斷電路，從而保護了電路和設備。

四特性：保護特性曲線

五選擇

第五節低壓隔離器

一作用：在電源切除后，將電路與電源明顯地隔開，以保障檢修人員的安全。

二類型：低壓刀開關、熔斷器式刀開關和組合開關三種。

三刀開關

四熔斷器式刀開關

五組合開關

第六節低壓斷路器

一作用：用來分配電能，不頻繁地起動異步電動機，對電源電路及電動機等實行保護。功

能相當于熔斷器式斷路器與過電流、欠電壓、熱繼電器等的組合。

二組成：主要由觸點和滅弧裝置、各種可供選擇的脫扣器與操作機構、自由脫扣機構三部

分組成。

三參數：額定工作電壓、殼架額定電流等級、極數、脫扣器類型及額定電流、短路分斷能

力等。

第七節主令電器

一概述

1定義：用來發布命令、改變控制系統工作狀態的電器。

2類型：按鈕、行程開關、萬能轉換開關、主令控制器、腳踏開關等。

二按鈕

1結構組成：常閉觸點、常開觸點、橋式觸點、彈簧、按鈕帽。

2顏色規定

3結構型式

三行程開關

1作用：用于檢測工作機械的位置，發出命令以控制其運動方向或行程長短。

2分類：

按外殼防護形式：開啟式、防護式及防塵式；

按動作速度：瞬動和慢動（蠕動）；

按復位方式：自動復位和非自動復位；

按接線方式：螺釘式、焊接式及插入式；

4

按操作形式：直桿式（柱塞式）、直桿滾輪式（滾輪柱塞式）、轉臂式、方向式、叉式、較鏈

杠桿式等；

按用途：一般用途行程開關、起重設備用行程開關及微動開關等。

四接近開關

1原理：非接觸式的檢測裝置，當運動著的物體接近它到一定距離時，它就能發出信號，從

而進行相應的操作。

2分類：高頻振蕩型、霍爾效應型、電容型、超聲波型等。

3參數：動作距離、重復精度、操作頻率及復位行程等。

五光電開關

1原理：通過光的發射和接收實現非接觸式位置檢測裝置。

2分類：對射式和反射式。

六凸輪控制器

1作用：用于起重設備和其他電力拖動裝置，以控制電動機的起動、正反轉、調速和制動。

2結構組成：主要由手柄、定位機構、轉軸、凸輪和觸點組成。

3原理：轉動手柄時，轉軸帶動凸輪一起轉動，轉到某一位置時，凸輪頂動滾子，克服彈簧

壓力使動觸點順時針方向轉動，脫離靜觸點而分斷電路。在轉軸上疊裝不同形狀的凸輪，可

以使若干個觸點組按規定的順序接通或分斷。

七主令控制器

1作用：由主令控制器的觸點來控制接觸器，再由接觸器來控制電動機。

2結構組成：與凸輪控制器相似，與控制屏相配合。

八萬能轉換開關

1作用及原理：由多組相同結構的觸點組件疊裝而成的多回路控制電器，借助于不同形狀的

凸輪使其觸點按一定的次序接通和分斷，它能轉換多種和多數量的電氣控制電路。

2轉換開關定位特征

3轉換開關接線圖

第二章電氣圖及電氣控制基本控制電路

【課時安排】

2.1電氣圖的基本知識25分鐘

2.2電氣圖紙規范25分鐘

2.3三相異步電動機基本控制電路2學時

2.4雙速電動機高低速控制電路25分鐘

2.5液壓系統的電氣控制25分鐘

2.6控制電路的其他基本環節1學時

總計5學時

【掌握內容】

1.電器圖形符號與文字符號，電氣圖的基本知識

2"三相異步電動機起動、停止控制電路；正、反轉控制電路；制動控制電路；點動、聯鎖、

多點控制等基本控制電路環節

3.多速電動機控制電路

【了解內容】

1.電氣圖紙相關規范

2.液壓系統電氣控制技術

【教學目標】

5

1.掌握電氣控制電路圖的相關知識

2.掌握三相異步電動機的基本控制電路環節

【教學手段】課堂講授，輔以多媒體電子課件

【教學過程】

第一節電氣圖的基本知識

一概述

1電氣圖：用電氣圖形符號繪制的圖。是電工領域中最主要的提供信息方式，它提供的信息

內容可以是功能、位置、設備制造及接線等。

2電氣圖的類型：系統圖與框圖、電路圖、接線圖與接線表、功能表圖、邏輯圖、位置圖等。

根據其所表達信息的類型和表達方式而確定。

3電氣控制系統圖：根據國家電氣制圖標準，用規定的圖形符號、文字符號以及規定的畫法

繪制，表達設備電氣控制系統的組成結構，工作原理及安裝、調試、維修等技術要求的工程

圖。

4電氣控制系統圖種類：電路圖（電氣原理圖）、電氣接線圖、電器元件布置圖。

二電氣圖形符號與文字符號

1電氣圖形符號：由符號要素、限定符號、一般符號以及常用的非電操作控制的動作符號（如

機械控制符號等），根據不同的具體器件情況組合而成。

2電氣文字符號：分為基本文字符號和輔助文字符號。基本文字符號有單字母符號和雙字母

符號。單字母符號表示電氣設備、裝置和元器件的大類；雙字母符號由一個表示大類的單字

母與另一表示器件某些特性的字母組成。輔助文字符號用來進一步表示電氣設備、裝置和元

器件的功能、狀態和特征。

3常用電氣圖形符號與文字符號示例。

三電氣原理圖

1形式與作用：根據電氣控制系統的工作原理，采用電器元件展開的形式繪制的。不按電器

元件實際布置繪制，而是根據電器元件在電路中所起的作用畫在不同的部位上，用于分析研

究系統的組成和工作原理，并為尋找電氣故障提供幫助，同時也是編制電氣接線圖的依據。

2組成：

主電路：設備的驅動電路，包括從電源到用電設備的電路，是強電流通過的部分。

控制電路：由按鈕、接觸器和繼電器的線圈、各種電器的常開、常閉觸點等組合構成的控制

邏輯電路，實現所需要的控制功能，是弱電流通過的部分。

輔助信號指示電路。

保護電路。

3繪制方法

水平布置時，電源線垂直畫，其他電路水平畫，控制電路中的耗能元件（如接觸器的線圈）

畫在電路的最右端。

垂直布置時，電源線水平畫，其他電路垂直畫，控制電路的耗能元件畫在電路的最下端。

主電路采用粗實線。

控制電路和其他輔助的信號指示及保護電路采用細實線。

所有電器元件不畫出實際的外形圖，采用國家標準規定的圖形符號和文字符號表示。

同一電器的各個部件可根據需要畫在不同的地方，但必須用相同的文字符號標注。

多個同一種類的電器元件，可在文字符號后加上數字序號加以區分。

4常用器件狀態表示

繼電器和接觸器的線圈在非激勵狀態。

斷路器和隔離開關在斷開位置。

6

零位操作的手動控制開關在零位狀態，不帶零位的手動控制開關在圖中規定的位置。

機械操作開關和按鈕在非工作狀態或不受力狀態。

保護類元器件處在設備正常工作狀態，特別情況在圖樣上加以說明。

5標注：元器件的數據和型號，一般用小號字體標注在電器元件符號的附近，需要標注的元

器件的數量比較多時，可以采用設備表的形式統一給出。

四電器元件布置圖

1作用：用來表明電氣設備上所有電器和用電設備的實際位置，是電氣控制設備制造、裝配、

調試和維護必不可少的技術文件。

2內容：控制柜與操作臺（箱）內部布置圖以及控制柜與操作臺（箱）面板布置圖。

3繪制方法：

控制柜與操作臺（箱）等設備的外形輪廓用細實線繪出。

可見的和需要表達清楚的電器元件及設備，用粗實線繪出其簡單的外形輪廓，并標明其實際

的安裝位置。

電器元件及設備代號必須與有關電路圖和設備清單上所用的代號相一致。

五電氣接線圖

1作用：表示電氣設備或裝置連接關系的簡圖，主要用于電氣設備安裝接線、線路檢查、線

路維修和故障處理。

2內容：電氣設備和電器元件的相對位置、項目代號、端子號、導線號、導線類型、導線截

面積、屏蔽和導線絞合等情況。

第二節電氣圖紙規范

一圖幅尺寸

二圖框線

三圖幅分區

四標題欄

五圖線

六字體

七尺寸標注及比例

八注釋、詳圖及技術數據表示

第三節三相異步電動機基本控制電路

一、起動、停止控制電路

籠型三相異步電動機的起動、停止控制電路是應用最廣泛的、也是最基本的控制電路,

主要有直接起動和降壓起動兩種方式。

1.直接起動控制電路

一些控制要求不高的簡單機械，如小型臺鉆、砂輪機、冷卻泵等常采用開關直接控制電動

機起動和停止。它適用于不頻繁起動的小容量電動機，不能遠距離控制和自動控制。

2.降壓起動控制電路

較大容量的籠型異步電動機一般都采用降壓起動的方式起動，具體實現的方案有：定子

串電阻或電抗器降壓起動、星一三角變換降壓起動、自耦變壓器降壓起動、延邊三角形降壓

起動等。

二、正、反轉控制電路

只要把電動機定子三相繞組所接電源任意兩相對調，改變電動機的定子電源相序，就可

改變電動機的轉動方向。

7

三、電動機制動控制電路

制動停車的方式有兩大類：即機械制動和電氣制動。機械制動采用機械抱閘、液壓或氣

壓制動；電氣制動有反接制動、能耗制動、電容制動等，其實質是使電動機產生一個與轉子

原來的轉動方向相反的制動轉矩。

第四節雙速電動機高低速控制電路

與普通電動機不同的是，變速電動機的定子備有多組繞組，改變其接法，就可改變電動

機的磁極對數從而改變其轉速。這里只討論雙速電動機的變速控制方法。

第五節液壓系統的電氣控制

在生產的許多領域廣泛采用液壓傳動或氣壓傳動系統，完善、可靠的電氣控制電路是發

揮其作用的基礎。液壓傳動系統易獲得較大的力矩，運動傳遞平穩、均勻，準確可靠，控制

方便，易實現自動化。

1.液壓動力頭控制電路

動力頭是既能完成進給運動，而且又能同時完成刀具切削運動的動力部件。液壓動力頭

的自動工作循環是由控制電路控制液壓系統來實現的。

自動工作方式：：(1)動力頭原位停止(2)動力頭快進

(3)動力頭工進(4)動力頭快退

手動工作方式。

2.半自動車床刀架縱進、橫進、快退控制電路

第六節控制電路的其他基本環節

一、點動控制

點動指的是，按住按鈕時電動機轉動工作，手放開按鈕時，電動機即停止工作。點動

常用于生產設備的調整，如機床的刀架、橫梁、立柱的快速移動，機床的調整對刀等。

二、聯鎖與互鎖

1.聯鎖

在機床控制電路中，經常要求電動機有順序的起動，如某些機床主軸必須在液壓泵工作

后才能工作；龍門刨床工作臺移動時，導軌內必須有足夠的潤滑油；銃床的主軸旋轉后，工

作臺方可移動等，這些都要求有聯鎖關系。

2.互鎖

互鎖實際上是一種聯鎖關系，其所以這樣稱謂，是為了強調觸點之間的互相作用。

3.多點控制

在大型機床設備中，為了操作方便，常要求能在多個地點進行控制。例如把起動按鈕并

聯連接，停止按鈕串聯連接，分別安置在三個地方，就可三地操作。

4.工作循環自動控制

(1)工作臺的正反向自動循環控制許多機床的自動循環控制都是靠限位控制來完成

的。某些機床的工作臺要求正反向運動自動循環。

(2)動力頭的自動循環控制它是由限位開關按行程來實現動力頭的往復運動的。

第三章電氣控制電路實例分析

【課時安排】

3.1臥式車床的電氣控制電路50分鐘學時

3.2Z430型搖臂鉆床的電氣控制電路25分鐘

8

3.3組合機床電氣控制電路25分鐘

總計2學時

【掌握內容】

.臥式車床的電氣控制電路

【了解內容】

1.Z430型搖臂鉆床的電氣控制電路

2.組合機床電氣控制電路

【教學目標】

1.掌握典型系統的電氣控制電路

【教學手段】課堂講授，輔以多媒體電子課件

【教學過程】

第一節臥式車床的電氣控制電路

臥式車床是機床中應用最廣泛的一種，它可以用于切削各種工件的外圓、內孔、端面及

螺紋。

一、CW6163B型萬能臥式車床的控制電路

CW6163B型萬能臥式車床床身最大工件的回轉半徑為630mm,工件的最大長度可根

據床身的不同分為1500mm或3000mm兩種。

1.主電路介紹主電路的組成及工作原理

2.控制、照明及顯示電路介紹控制電路的組成及工作原理

二、C616臥式車床的電氣控制電路

C616臥式車床屬于小型車床，床身最大工件回轉半徑為160mm,工件的最大長度為

500mmo

1.主電路介紹主電路的組成及工作原理

2.控制、照明和顯示電路介紹控制電路的組成及工作原理

三、C650臥式車床的電氣控制電路

C650臥式車床屬于中型車床，床身的最大工件回轉半徑為1020mm,最大工件長度為

3000mm,,

1.主電路介紹主電路的組成及工作原理

2.控制電路介紹正反轉控制電路的組成及工作原理、主軸電動機的反接制動控制

第二節Z3040型搖臂鉆床的電氣控制電路

鉆床可以進行多種形式的加工，如；鉆孔、鏈孔、較孔及攻螺紋。因此要求鉆床的主軸

運動和進給運動有較寬的調速范圍。

1.主電路介紹主電路的組成及工作原理

2.控制、照明和顯示電路介紹控制電路的組成及工作原理。

(1)主電動機的旋轉控制

(2)搖臂的升降控制

(3)立柱和主軸箱的松開與夾緊控制

第三節X62W萬能升降臺銃床電氣控制電路

銃床的種類很多，有立銃、臥銃、龍門銃和仿形銃等。它們的加工性能及使用范圍各不

相同，本節以X62W萬能銃床為例，分析中小型銃床電氣控制電路的特點。

一、電氣電路概述

該銃床由三臺異步電動機拖動，Ml為主軸電動機(功率為7.5kW、1450r/min),通過

9

開關SA5改變電源相序實現主軸正、反兩個方向旋轉。

二、控制電路

1.主電動機的控制電路

（1）主電動機的起動

（2）主電動機的制動

（3）主軸變速時的瞬時點動

（4）主軸換刀制動

2.進給運動的控制

（1）工作臺的左右（縱向）運動

（2）工作臺上、下（垂直）運動和前、后（橫向）運動

第四章電氣設計與CAD

【課時安排】

4.1電氣控制電路設計基礎2學時

4.2機床電氣控制電路設計舉例30分鐘

4.3電氣設計的內容20分鐘

4.5計算機輔助設計通用CAD繪圖20分鐘

4.6電氣專業設計CAD軟件30分鐘

總計4學時

【掌握內容】

1.電氣控制電路設計方法

2.CAD軟件的使用

【了解內容】

1.電氣控制電路設計原則。

2.CAD軟件系列。

【教學目標】

1.掌握電氣控制電路設計步驟及方法。

2.掌握CAD軟件的使用。

【教學手段】課堂講授，輔以多媒體電子課件

【教學過程】

第一節電氣控制電路設計基礎

一、電氣控制系統設計的基本內容和原則

（一）電氣控制系統設計的基本內容

（二）電力拖動方案確定的原則

1.無電氣調速要求的生產機械

2.要求電氣調速的生產機械

3.電動機調速性質的確定

（三）控制方案確定的原則

二、電氣控制電路設計方法

（-）控制電路設計要求

（二）控制電路設計方法

1.主電路設計2.控制電路設計3.聯鎖與保護環節設計4.電路的完善

（三）控制電路設計時應注意的問題

10

三、電氣控制電路設計中元器件的選擇

（-）電動機的選擇

1.電動機功率的選擇

2.電動機額定電壓的選擇

3.電動機額定轉速的選擇

4.電動機結構型式的選擇

5.籠型異步電動機有關電阻的計算

（二）常用低壓電器的選擇

1.接觸器的選用

2.繼電器的選擇

3.熔斷器的選擇

4.其他電器的選擇

四、電氣控制系統中的保護環節

（一）短路保護

（二）過電流保護

（三）過載保護

（四）失電壓保護

（五）欠電壓保護

第二節機床電氣控制電路設計舉例

設計CW6163型臥式車床的電氣控制電路。

一、機床電氣傳動的特點及控制要求

二、電氣控制電路設計

1.主回路設計

2.控制電路設計

3.信號指示與照明電路

5.繪制電氣原理圖

4.控制電路電源

三、選擇電氣元件

四、制定電氣元件明細表

五、繪制電氣安裝接線圖

第三節電氣設計的內容

一、設計說明書

設計說明書在三個階段各不相同。

（一）方案設計階段

（二）初步設計階段

（三）施工圖設計階段

二、設計計算書

三、設計圖樣

第四節電氣設計CAD

一'、CAD的基本概念

1.CAD的概念2.CAD的發展3.CAD的功能

二、硬件系統

1.主機系統2.圖形輸入設備3.圖形顯示設備4.圖形硬拷貝設備

II

三、軟件系統

1.軟件系統的構成

2.軟件系統的基本功能

3.電氣設計CAD軟件包的構成

第五節計算機輔助設計通用CAD繪圖

一、AutoCAD

二、AutoCAD各版本

三、電氣設計通用CAD常規繪圖方法

四、繪圖注意事項

五、AutoCAD計算機繪圖常用命令

第六節電氣專業設計CAD軟件

、EES系歹！］二、ABD-E三、AS-E四、INTER-DQ五、Telec

第五章可編程序控制器概論

【課時安排】

5.1可編程序控制器的產生及發展1學時

5.2可編程序控制器的定義及特點1學時

5.3可編程序控制器工作原理1學時

5.4可編程序控制器的硬件及分類1學時

5.5可編程序控制器的軟件及其工作原理1學時

總計5學時

【掌握內容】

1.可編程序控制器的定義及其特點

2.可編程序控制器的工作原理及工作過程

3.可編程序控制器的硬件及分類、軟件及其工作原理

【了解內容】

1.可編程序控制器的英文縮寫及發展過程。

2.可編程序控制器的分類。

【教學目標】

1.掌握可編程序控制器工作原理

2.掌握可編程序控制器的硬件及分類、軟件及其工作原理

【教學手段】課堂講授，輔以多媒體電子課件

【教學過程】

第一節可編程序控制器的產生及發展

一、可編程序控制器的產生美國數字設備公司（DEC）根據GM公司招標的技術要求，

于1969年研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車自動裝配線上

試用，獲得成功。其后，日本、德國等相繼引入這項新技術，可編程序控制器由此

而迅速發展起來。

二、可編程序控制器的發展20世紀80年代以來，隨著大規模和超大規模集成電路技術的

迅猛發展，以16位和32位微處理器為核心的可編程序控制器得到迅速發展。這時

的PLC具有了高速計數、中斷技術、PID調節和數據通信等功能，從而使PLC的應

12

用范圍和應用領域不斷擴大，成為現代工業控制的三大支柱(PLC、工業機器人和

CAD/CAM)之一。

三、可編程序控制器按應用形式歸納為以下幾種類型：

(1)開關量邏輯控制(2)模擬量控制(3)過程控制(4)定時和計數控制

(5)順序控制(6)數據處理(7)通信和聯網

第二節可編程序控制器的定義及特點

一、可編程序控制器的定義

可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它

采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時，計數和算術

運算等操作的指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產過程。

可編程序控制器及其有關外圍設備，都按易于與工業系統連成一個整體、易于擴充其功能的

原則設計。

二、可編程序控制器的特點

1).可靠性高，抗干擾能力強

2).通用性強，使用方便

3).采用模塊化結構，使系統組合靈活方便

4).編程語言簡單、易學，便于掌握

5).系統設計周期短

6).對生產工藝改變適應性強

7).安裝簡單、調試方便、維護工作量小

第三節可編程序控制器工作原理

一、PLC的基本控制原理

PLC可以分為輸入部分、邏輯部分和輸出部分組成

輸入部分：它收集并保存被控對象實際運行的數據和信息。例如，它收集來自被控制對

象上的各種開關信息或操作臺上的操作命令等。

邏輯部分：處理輸入部分所取得的信息，并按照被控對象實際的動作要求作出反映。

輸出部分：提供正在被控制的許多裝置中，哪幾個設備需要實時操作處理。

二、PLC的主要邏輯部件

(1)繼電器邏輯

(2)定時器邏輯

(3)計數器邏輯

(4)觸發器邏輯

(5)數據寄存器

三、PLC的編程語言

(1)梯形圖編程(Ladder)

(2)語句表編程(StatementList)

(3)功能圖編程(FunctionBlock)

第四節可編程序控制器的硬件及其分類

一、PLC的硬件電路主要包括以下幾個部分：

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(1)中央處理器(CPU)

(2)存儲器

(3)輸入輸出接口

(4)電源

(5)外部設備

二、PLC的分類

(1)按應用規模和功能分類：小型機、中型機、大型機

(2)按硬件結構類型分類：整體式結構、模塊式結構、疊裝式結構

第五節可編程序控制器的軟件及其工作原理

一、PLC的軟件

PLC的軟件包含系統軟件及應用軟件兩大部分。

二、PLC的工作原理

PLC的工作原理與計算機的工作原理基本上是一致的，可以簡單地表述為在系統程序

的管理下，通過運行應用程序完成用戶任務。用戶程序的完成可分為以下三個階段：

(1).輸入處理階段

(2).程序執行階段

(3).輸出處理階段

三、PLC控制與繼電器控制的區別

(1)組成器件不同

(2)觸點數量不同

(3)實施控制的方法不同

(4)工作方式不同

第六章三菱FX2N系列可編程序控制器及其基本指令

【課時安排】

6.1三菱FX2N系列可編程序控制器2學時

6.2三菱FX2N系列可編程序控制器主要編程元件2學時

6.3三菱FX2N系列可編程序控制器的基本指令2學時

6.4編程注意事項1學時

6.5基本編程指令舉例1學時

總計8學時

【掌握內容】

1.三菱FX2N系列可編程序控制器的基本組成

2.三菱FX2N系列可編程序控制器的主要編程元件

3.三菱FX2N系列可編程序控制器的基本指令及基本指令應用舉例

【教學目標】

1.掌握三菱FX2N系列可編程序控制器的編程元件。

2.掌握三菱FX2N系列可編程序控制器的基本指令及應用。

【教學手段】課堂講授，輔以多媒體電子課件

【教學過程】

第一節三菱FX2N系列可編程序控制器

一、FX2N系列可編程序控制器的基本組成

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FX2N系列PLC的主機稱為基本單元，包括CPU、存儲器、輸入輸出口及電源，是PLC

的主要部分。

二、FX2N系列可編程序控制器型號名稱體系及其種類

（1）基本單元型號名稱組成及種類

（2）擴展單元型號名稱組成及種類

（3）擴展模塊型號名稱組成及種類

（4）FX2N系列可編程序控制器特殊功能擴展模塊

三、FX2N系列可編程序控制器技術指標

第二節FX2N系列可編程序控制器主要編程元件

一、FX2N系列PLC編程元件的分類及編號

FX2N系列PLC編程元件的編號分為兩個部分：第一部分是代表功能的字母。如輸入繼

電器用“X”表示、輸出繼電器用“Y”表示。第二部分為數字，數字為該類器件的序號。FX2N

系列PLC中輸入繼電器及輸出繼電器的序號為八進制，其余器件的序號為十進制。

二、編程元件的基本特征

一般地可認為編程元件和繼電接觸器的元件類似、具有線圈和常開常閉觸點。而且觸

點的狀態隨著線圈的狀態而變化，即當線圈披選中（通電）時，常開觸點閉合，常閉觸點斷

開，當線圈失去選中條件時，常閉接通，常開斷開。從實質上來說，某個元件被選中，只是

代表這個元件的存儲單元置1,失去選中條件只是這個存儲單元置0,由于元件只不過是存

儲單元，可以無限次地訪問。

三、編程元件的功能和作用

（一）數值的處理

FX2N系列PLC根據不同的用途和目的，使用5種類型的數值，分別為：

1.十進制數（K）

2.十六進制數（H）

3.二進制數（B）

4.八進制數（O）

5.BCD碼

6.其他數值（浮點數）

（二）輸入輸出繼電器

輸入端子是PLC從外部開關接受信號的窗口。在PLC內部，與PLC輸入端子相連的

輸入繼電器是一種光電隔離的電子繼電器，有無數的電子常開觸點和常閉觸點，可在PLC

內隨意使用。這種輸入繼電器不能用程序驅動。

輸出端子是PLC向外部負載發送信號的窗口。輸出繼電器的外部輸出用觸點（繼電器

觸點，晶閘管、晶體管等輸出元件）在PLC內與該輸出端子相連，有無數的電子常開觸點

和常閉觸點，可在PLC內隨意使用。PLC外部輸出用觸點，按照輸出用軟元件的響應滯后

時間動作

（三）輔助繼電器

PLC內有許多輔助繼電器，這類輔助繼電器的線圈與輸出繼電器一樣，由PLC內的各種軟

元件的觸點驅動。

（四）狀態器

狀態器是對工序步進控制簡易編程的重要軟元件，經常與步進梯形指令結合使用。

（五）定時器

定時器相當于繼電器系統中的時間繼電器，可在程序中用于延時控制。

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（六）計數器

計數器在程序中用作計數控制。計數器分為內部信號計數器和外部信號計數器兩類。

（七）數據寄存器

數據寄存器是存儲數值數據的軟元件，可以處理各種數值數據，利用它還可以進行各種控制。

（八）指針

FX2N系列PLC的指針包括分支用指針（P）和中斷用指針（Do

第三節FX2N系列可編程序控制器的基本指令

FX2N系列PLC有基本指令27條；步進梯形指令2條；應用指令128種，298條。本節

介紹其基本順控指令。

一、LD、LDLOUT指令

LD、LDI指令分別用于將常開、常閉觸點連接到母線上，或者與后述ANB或ORB指

令組合，在分支回路的起點使用常開、常閉觸點。OUT指令是對輸出繼電器、輔助繼電器、

狀態器、定時器、計數器的線圈驅動指令，對輸入繼電器不能使用。

二、AND、ANI指令

AND、ANI指令分別用于單個常開、常閉觸點的串聯，串聯觸點的數量不受限制，該

指令可以連續多次使用。

三、OR、ORI指令

OR、ORI指令分別用于單個常開、常閉觸點的并聯，并聯觸點的數量不受限制，該指

令可以連續多次使用。

四、ORB、ANB指令

ORB、ANB指令都是不帶軟元件的獨立指令。由兩個以上觸點串聯連接的回路稱為串聯

回路塊，將串聯回路塊并列連接時，分支開始用LD或LDI指令，分支結束用ORB指令。

五、LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF指令

LDP、ANDP、ORP指令是進行上升沿檢出的觸點指令，僅在指定位元件的上升沿時

（OFF—ON變化時）接通一個掃描周期。LDF、ANDF、ORF指令是進行下降沿檢出的觸

點指令，僅在指定位元件的下降沿時（ON-OFF變化時）接通一個掃描周期。

六、MPS、MRD、MPP指令

FX2N系列PLC中有11個被稱為堆棧的記憶運算中間結果的存儲器。使用一次MPS指

令，就將此時刻的運算結果送入堆棧的第一段存儲。再使用MPS指令，又將中間結果送入

第一段存儲，而將先前送入存儲的數據依次移到堆棧的下一段。

七、MC、MCR指令

MC為主控指令，用于公共串聯觸點的連接，MCR為主控復位指令，即MC的復位指令。

八、INV指令

INV指令的功能是將INV指令執行之前的運算結果取反，不需要指定軟元件號，

九、PLS、PLF指令

使用PLS指令時，僅在驅動輸入為ON的一個掃描周期內，軟元件Y、M動作。使用

PLF指令時，僅在驅動輸入為OFF的一個掃描周期內，軟元件Y、M動作。

十、SET、RST指令

SET為置位指令，使操作保持；RST為復位指令，使操作保持復位。

H-一、NOP、END指令

NOP為空操作指令。將程序全部清除時，全部指令成為NOP。若在普通的指令之間加

入NOP指令，則PLC無視其存在繼續工作。

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第四節編程注意事項

一、梯形圖編程規則

梯形圖作為一種編程語言，繪制時應當有一定的規則：

1）梯形圖的各種符號，要以左母線為起點，右母線為終點（有時可以省略右母線），從左

向右分行繪出。

2）觸點應畫在水平線上，不能畫在垂直分支線上。

3）幾個串聯回路并聯時，應該將串聯觸點多的回路寫在上方；幾個并聯回路串聯時，應

該將并聯觸點多的回路寫在左方。

二、語句表編程規則

指令表的表達順序為：先寫出參與因素的內容，再表達參與因素間的關系。

三、雙線圈輸出問題

在梯形圖中，線圈前邊的觸點代表線圈輸出的條件，線圈代表輸出。如果在同一程序

中同一元件的線圈使用兩次或多次，稱為雙線圈輸出。PLC程序順序掃描執行的原則規定,

這種情況出現時，前面的輸出無效，最后一次輸出才是有效的。

第五節基本指令編程舉例

本節以幾個具體的例子說明基本指令的應用。

一、保持電路

二、延時斷開電路

三、分頻電路

四、振蕩電路

五、報警電路

六、十字路口交通燈控制

第七章三菱FX2N系列可編程序控制器步進梯形指令

【課時安排】

7.1狀態編程思想及步進梯形指令2學時

7.2狀態轉移圖的類型及步進梯形圖應用示例4學時

總計6學時

【掌握內容】

1.步進梯形指令。

2.狀態轉移圖的類型及步進梯形圖應用。

【了解內容】

1.狀態編程思想。

2.步進梯形圖的其它一些應用。

【教學目標】

1.掌握步進梯形指令的助記符及名稱。

2.掌握步進梯形指令的應用。

【教學手段】課堂講授，輔以多媒體電子課件

【教學過程】

第一節狀態編程思想及步進梯形指令

一、狀態編程思想

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以小車運動控制為例介紹狀態編程思想。

二、步進梯形指令（STL、RET）

FX2N系列PLC的步進梯形指令是采用步進梯形圖編制順序控制狀態轉移圖程序的指

令，它包括STL和RET兩條指令。其中步進梯形指令STL是利用內部狀態軟元件，在順控

程序上進行工序步進控制的指令；返回RET指令是表示狀態流程結束，用于返回主程序的

指令。

三、步進梯形指令的特點

步進梯形指令僅對狀態器S有效，但是對于用作一般輔助繼電器的狀態器S,則不能采

用STL指令，而只能采用基本指令。

其特點為：

1)轉移源自動復位

2)允許雙重輸出：

3)主控功能：使用STL指令，取指令（LD、LDI）點移至右邊。使用RET指令后，取指

令（LD、LDI）點返回到原來的母線上。

四、步進梯形指令應用注意事項：

1）狀態器編號不能重復使用。

2）STL觸點斷開時，與其相連的回路不動作，一個掃描周期后不再執行STL指令。

3）狀態轉移過程中，在一個掃描周期內兩種狀態同時接通，因此為了避免不能同時接通

的一對輸出同時接通，除了在PLC外部設置互鎖外，在相應的程序上也應設置互鎖。

4）定時器線圈與輸出線圈一樣，也可在不同狀態間對同一定時器軟元件編程，但是，在

相鄰狀態下對同一定時器編程時，則狀態轉移時定時器線圈不斷開，當前值不能復位，因此

需要注意在相鄰狀態不要對同一定時器編程。

5）STL指令后的母線，一旦寫入LD或LDI指令后，對于不需要觸點的指令，必須采用

MPS、MRD、MPP指令編程，或者改變回路的驅動順序。

6）在中斷程序與子程序內不能采用STL指令。

第二節狀態轉移圖的類型及步進梯形圖應用示例

一、單流程

所謂單流程是指狀態轉移只有一種順序，它是狀態轉移圖的基本形式。

二、選擇性分支

從多個流程順序中選擇執行某一個流程，稱為選擇性分支。FX2N系列PLC一條選擇性

分支的支路數不能超過8條，初始狀態對應有多條選擇性分支時，每個初始狀態的支路總數

不能超過16條。

三、并行分支

多個分支流程可以同時執行的分支流程，稱為并行分支。FX2N系列PLC并行分支的支

路數不能超過8條，初始狀態對應有多條并行分支時，每個初始狀態的支路總數不能超過

16條。

四、組合流程及虛擬狀態

運用狀態編程思想解決問題時，當狀態轉移圖設計出來后，有些狀態轉移圖不單單是某

一種分支、匯合流程，往往是若干個或若干類分支、匯合流程的組合。

第八章三菱FX2N系列可編程序控制器步進梯形應用指令

【課時安排】

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8.1應用指令的基本規則1學時

8.2三菱FX2N系列PLC程序流程控制應用指令1學時

8.3三菱FXZN系列PLC傳送與比較應用指令1學時

8.4三菱FX2N系列PLC算術及邏輯運算應用指令1學時

8.5三菱FXZN系列PLC循環與移位應用指令1學時

8.6三菱FX2N系列PLC數據處理應用指令1學時

8.7三菱FX2N系列PLC高速處理應用指令1學時

8.8三菱FX2N系列PLC方便指令1學時

8.9三菱FXZN系列PLC外圍設備I/O應用指令1學時

8.10三菱FXZN系列PLC外圍設備SER應用指令1學時

8.11三菱FXZN系列PLC浮點運算應用指令1學時

8.12三菱FXZN系列PLC時鐘運算應用指令1學時

8.13三菱FXZN系列PLC葛雷碼變換應用指令1學時

8.14三菱FXZN系列PLC觸點比較應用指令1學時

總計15學時

【掌握內容】

1.三菱FX2N系列PLC各種應用指令的表示方法及表示意義。

2.三菱FXZN系列PLC各種應用指令的實際應用。

【教學目標】

1.掌握應用指令的助記符及名稱。

2.掌握應用指令的應用。

【教學手段】課堂講授，輔以多媒體電子課件

【教學過程】

第一節應用指令的基本規則

一、介紹應用指令使用時的一些基本規則，主要內容包括：

1.指令與操作數

2.操作數可用軟元件

3.指令的形態與執行形式

4.標志的處理

5.指令使用次數與同時驅動的限制

6.浮點運算的數值處理

7.應用指令說明

第二節三菱FX2N系列PLC程序流程控制應用指令

三菱FXZN系列PLC程序流程控制應用指令共有十條，指令編號為FNC00?FNC09。

它們在程序中的條件執行與優先處理，與順控程序的控制流程有關。

一、條件跳轉指令

條件跳轉指令CJ(ConditionalJump,FNC00)用于跳過順序程序中的某一部分，以控

制程序的流程。指針P(Point)用于指示分支和跳步程序，在梯形圖中，指針放在左側母線

的左邊。

二、子程序調用與返回指令

子程序是為一些特定的控制目的編制的相對獨立的程序。子程序調用指令CALL(Sub-

RoutineCall,FNC01)用于子程序的調用，各子程序用指針P0?P62及P64?P127表示。

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三、中斷指令

中斷是計算機所特有的一種工作方式，指主程序的執行過程中，中斷主程序的執行去執

行中斷子程序。FX2N系列PLC的中斷事件包括輸入中斷、定時中斷和高速計數器中斷。

四、主程序結束指令

主程序結束指令FEND(FirstEnd,FNC06)表示主程序的結束和子程序的開始。

五、監控定時器指令

監控定時器又稱看門狗，在執行FEND和END指令時，監控定時器被刷新(復位)，

PLC正常工作時掃描周期小于它的定時時間。

六、程序循環指令

程序循環指令由FOR及NEXT兩條指令構成。

FOR指令用來表示循環區的起點，NEXT表示循環區終點，FOR與NEXT之間的程序被反

復執行，執行完后，執行NEXT后面的指令。

第三節三菱FX2N系列PLC傳送與比較應用指令

FX2N系列PLC的數據傳送、比較類指令共10條，指令功能編號為FNC10?FNC19。

它們是數據處理類程序中使用十分頻繁的指令。

一、比較指令

比較指令包括比較CMP(Compare)和區間比較ZCP(ZoneCompare),比較結果用目

的元件的狀態來表示。

二、傳送指令

傳送指令包括傳送MOV(Move)、BCD碼移位傳送SMOV(ShiftMove),取反傳送

CML(ComplementMove)、數據塊傳送BMOV(BlockMove)、多點傳送FMOV(FillMove)

以及數據交換XCH(Exchange)指令。

三、數據變換指令

數據變換指令包括二進制數轉換成BCD碼并傳送BCD(BinaryCodetoDecimal)和BCD

碼轉換為二進制數并傳送BIN(Binary)指令。

第四節三菱FX2N系列PLC算術及邏輯運算應用指令

算術及邏輯運算指令是基本運算指令，通過算術及邏輯運算可實現數據的傳送、變位

及其他控制功能。

一、算術運算指令

算術運算包括二進制加ADD(Addition),減SUB(Subtraction乘MUL(Multiplication)

和除DIV(Division)指令，

二、二進制數加1、減1指令

二進制數加1指令INC(Increment)和減1指令DEC(Decrement)的操作數均可以取

KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z。

三、字邏輯運算指令

字邏輯運算指令包括字邏輯與WAND(WordAND)、字邏輯或WOR