PL应用基础技术 12

模块1PLC的初步认知及应用任务2电动机正反转PLC控制1．理解可编程控制器的工作方式。2．了解PLC的性能指标。3．了解PLC软件功能及不同编程语言的特点。4．了解GX-DEVELOPER编程软件的基本功能及特点。5．掌握三相异步电动机的正反转控制原理及PLC的安装接线方法。2.1任务目标知识目标：1．能够根据控制要求实现电动机正反转PLC控制系统的选型、安装、接线和调试。2．能够成功安装PLC编程软件及仿真软件。3．具备梯形图程序编辑、注释、写入、监控调试的能力。4.根据单台三相异步电动机的技术参数合理选择低压电器的规格型号。2.1任务目标技能目标：1．培养“用电安全、设备安全、人身安全”意识；2．培养“严谨、细致、一丝不苟、精益求精”职业素养、工匠精神；3．通过工业自动化及PLC发展趋势，培养课程学习兴趣和专业认同感；4.通过我国制造业及国产PLC的发展树立爱国敬业精神。2.2任务目标素质目标：◆要求用PLC来对三相异步电动机正反转继电器控制电路进行PLC控制系统改造，并根据PLC控制接线图完成电动机正反转PLC控制系统的硬件电路的安装接线及调试，系统控制要求如下：按下正转启动按钮，电动机正转运行，松开按钮，电动机继续保持正转运行，按下停止按钮，电动机停止运行。按下反转转启动按钮，电动机反转运行，松开按钮，电动机继续保持反转运行，按下停止按钮，电动机停止运行。2.2任务分解任务要求：◆1．PLC控制电机正反转如何实现的？如何连接PLC的电源及外部输入、输出电路？2．三菱FX系列PLC的编程软件有哪些？GX-Developer编程软件如何安装？3．如何使用PLC编程软件进行梯形图编辑及下载？4．如何进行程序的离线调试和在线调试？2.2任务分解思考讨论◆2.3任务实施1.输入/输出点的分配输

入（I）输

出（O）元件功能信号地址元件功能信号地址按钮SB1正转启动X0接触器KM1电动机正转Y0按钮SB2反转启动X1接触器KM2电动机反转Y1按钮SB3电机停止X2

FR1过载保护X3

◆2.3任务实施2.输入/输出点的分配◆2.3任务实施程序设计2.3任务实施系统调试调试系统，通电前根据PLC接线图检查PLC接线是否正确，特别是电源接线是否正常，检查电路是否有短路情况。（1）PLC通电，置于非运行（RUN）状态。观察PLC面板上的LED指示灯和计算机上显示程序中各触点和线圈的状态。（2）PLC置于运行RUN状态，先后按下正向启动按钮SB1按钮、停止按钮SB3，分别观察接触器KM1、电机运行情况及指示灯状态和计算机上显示程序中各触点和线圈的状态。先后按下反转向启动按钮SB1按钮、停止按钮SB3，分别观察接触器KM2、电机运行情况及指示灯状态和计算机上显示程序中各触点和线圈的状态。2.3任务实施任务拓展编写3个不同大小的部件分拣的PLC梯形图程序，从传送带上分类，控制要求：1)当按下操作面板上的按钮[PB1](X10)后，机器人的供给指令(Y5)启动，并抓取一个部件。当松开按钮[PB1](X10)，供给指令(Y5)被关闭。2)当操作面板上的开关[开始操作](X14)被打开后，输送带正转(Y3)被打开。当控制面板上的开关[开始操作](X14)被关闭后,输送带正转(Y3)停止。3)在传送带上的大，中或小的部件被传感器上(X0)，中(X1)和下(X2)分别拣选，那么一个相应的灯点亮。大：Y10，中：Y11，小：Y12，4)当传感器(X0，X1，X2)拣选以后，一个指示灯立即点亮，然后它在部件通过传感器(X4)后熄灭。图2-1循环扫描过程

PLC有运行（RUN）与停止（STOP）两种基本的工作模式。PLC是以分时处理及循环扫描方式来完成工作任务。（1）PLC工作方式PLC的工作原理2.4任务知识图2-2PLC的扫描工作过程

2.4任务知识顺序逐个采集所有输入端子上的信号，并将信号写入输入映像寄存器（集中批处理）（2）PLC工作过程1）内部处理阶段公共处理阶段包括PLC自检，执行来自外设命令，对警戒时钟又称监视定时器，WDT清零等。2）通信服务阶段处理PLC与其他的智能装置的通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。当PLC处于停止模式时，只执行以上两个操作；当PLC处于运行模式时还要完成以下三个阶段的操作。

3）输入处理阶段2.4任务知识可编程控制器根据本周期读入的输入数据，依用户程序的顺序逐条执行用户程序。执行的结果均存入元件映像寄存器输入信息：读输入映像寄存器中间结果：读、写元件映像寄存器输出结果：读、写输出映像寄存器4）程序执行阶段可编程控制器将本周期执行用户程序的结果同时从输出映像寄存器送到输出锁存器，再同时输出到输出端子，控制外部执行元件。（集中批处理）

5）输出处理阶段知识点—PLC的工作原理1）扫描周期：PLC在RUN工作状态，执行一次完整的扫描工作过程所需的时间称为扫描周期。

2）影响扫描周期的因素：时钟频率、系统配置

、用户程序长短(主要因素)3）响应时间：从PLC的输入端有一个输入信号发生变化到PLC的输出端对该输入变化做出反应所需的时间，也称滞后时间。它由输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分所组成。

（3）可编程控制器的扫描周期和滞后影响2.4任务知识

4）影响响应时间快慢的因素输入滤波器的时间常数(输入延迟)输出滤波器的机械滞后(输出滞后)

PLC对输入采样、输出刷新的集中批处理方式a.集中刷新方式b.直接刷新方式c.混合刷新方式PLC的循环扫描工作方式

用户程序中语句顺序安排不当

2.4任务知识

“定时点灭电路”能很好地体现PLC程序扫描执行的特点。？PLC与继电接触器电路运行时序上差别继电器的所有触点的动作是和它的线圈通电或断电同时发生的。但在PLC中，由于指令的分时扫描执行，同一个器件的线圈工作和它的各个触点的动作并不同时发生。

继电接触系统是并行工作方式，PLC是串行工作方式。2.4任务知识

PLC的性能指标2.4任务知识1．存储容量存储容量是指用户程序存储器的容量。用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。一般来说，小型PLC的用户存储器容量为几千字，而大型机的用户存储器容量为几万字。2．I/O点数输入/输出（I/O）点数是PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量PLC性能的重要指标。I/O点数越多，外部可接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。3．扫描速度扫描速度是指PLC执行用户程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标。一般以扫描1K字用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以ms/K字为单位。PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。

4．指令的功能与数量指令功能的强弱、数量的多少也是衡量PLC性能的重要指标。编程指令的功能越强、数量越多，PLC的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单和方便。

5．内部元件的种类与数量在编制PLC程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。这些元件的种类与数量越多，表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。6．特殊功能单元特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。近年来各PLC厂商非常重视特殊功能单元的开发，特殊功能单元种类日益增多，功能越来越强。7．可扩展能力PLC的可扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。2.4任务知识PLC的性能指标软件系统系统监控程序

运行管理

生成用户元件系统内部自检管理程序

解释程序标准程序模块、系统调用用户程序自动化系统控制程序数据表格软件系统2.4任务知识

PLC的软件组成系统程序由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。用户程序是用户根据控制要求，按系统程序允许的编程规则，用厂家提供的编程语言编写的程序。PLC的常用的5种编程语言：梯形图、指令表、顺序功能图、功能块图及结构文本高级语言。对于FX3U系列PLC使用的编程语言是梯形图、指令表和顺序功能图。系统程序用户程序2.4任务知识

梯形图（LD）

图2-5梯形图示意序号名称低压继电器符号PLC软继电器符号1常开触点2常闭触点3线圈表1-1继电器-接触器控制系统中低压继电器符号和PLC软继电器符号对照表梯形图编程语言是目前使用最多的PLC编程语言。梯形图是在继电-接触器控制电路原理图的基础上发展而来。它是借助类似于继电器的常开触点、常闭触点、线圈及串联、并联等术语和符号。2.4任务知识指令表（IL）图2-6指令表与对应的梯形图a）指令表b）梯形图

指令表也称为语句表，是PLC的一种编程语言。它和计算机中的汇编语言有些类似，由语句表指令根据一定的顺序排列而成。一般一条指令可以分为助记符和目标元件（或称为操作数）两部分，也有只有助记符而没有目标元件的指令，称为无操作数指令。2.4任务知识顺序功能图（SFC）图2-7顺序功能图

顺序功能图编程语言是一种比较通用的流程图语言，主要用于编制复杂的顺序控制。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，在顺序功能图中可以用C语言等编程语言嵌套编程。其最主要的部分是步、转移条件和动作，如图1-13所示。2.4任务知识结构文本2.4任务知识基于“BASIC”或“C”等高级语音的文本，针对大型、高档的PLC具有很强的运算与数据处理功能一、GXDeveloperVer.8编程软件的主要功能1.在GXDeveloperVer.8编程软件中，可通过线路符号、列表语言及SFC符号来创建PLC程序，编辑注释数据及设置寄存器数据。2.创建PLC程序以及将其存储为文件，用打印机打印。3.创建的PLC程序具有可在串行系统中与PLC进行通信、文件传送、操作监控以及各种测试的功能。4.创建的PLC程序可脱离PLC进行仿真调试。2.4任务知识GXDeveloperVer.8软件操作界面GX-Developer编程及仿真软件的使用2.4任务知识1.项目标题栏项目标题栏主要显示工程名称、文件路径、编辑模式、程序步数以及PLC类型和当前操作状态等。2.菜单栏GXDeveloperVer.8的菜单栏包含工程、编辑、查找/替换、变换、显示、在线、诊断、工具、窗口、帮助10个下拉菜单。菜单栏2.4任务知识GX-Developer编程的使用3.快捷工具栏GXDeveloperVer.8编程软件工具栏中常用的工具栏有“标准”工具栏、“工程数据切换”工具栏、“梯形图符号”工具栏、“程序”工具栏和“SFC符号”工具栏等。工具栏“标准”工具栏“工程数据切换”工具栏“梯形图符号”工具栏“程序”工具栏“SFC符号”工具栏2.4任务知识（1）“标准”工具栏2.4任务知识2.4任务知识（1）“标准”工具栏（2）“工程数据切换”工具栏用于在程序、参数、软元件注释、软元件内存4个项目之间进行切换。（3）“梯形图符号”工具栏2.4任务知识2.4任务知识（3）“梯形图符号”工具栏2.4任务知识（3）“梯形图符号”工具栏（4）“程序”工具栏（5）“SFC符号”工具栏用于对SFC程序进行块变换、块信息设置、排序、块监视等操作。4.编辑窗口编辑窗口用来显示编程操作的工作对象，可以使用梯形图和指令语句表的方式进行程序的编辑工作。利用“程序”工具栏中的“梯形图/列表显示切换”按钮可以实现梯形图程序与指令表程序的转换。2.4任务知识5.管理窗口管理窗口是软件的工程参数列表窗口，主要包括程序、软元件注释、参数、软元件内存等内容，可实现这些项目的数据设定、管理、修改等功能。6.状态栏状态栏位于编辑窗口的下方，用于表示编程PLC类型、软件的应用状态和所处的程序步数等。工程参数列表2.4任务知识一、GXDeveloperVer.8中文编程软件的安装1.通用环境的安装（1）打开GXDeveloperVer.8中文软件包，找到“EnvMEL”文件夹并打开，然后双击其中的通用环境安装文件图标“”，首先弹出“设置”对话框，数秒后会进入通用环境安装画面。2.4任务知识通用环境安装画面“设置”对话框一、GXDeveloperVer.8中文编程软件的安装（2）按照提示依次单击对话框里的“下一个”按钮即可弹出安装程序窗口，数分钟后，会自动弹出“设置完成”对话框，单击“结束”按钮，完成通用环境的安装。一、GXDeveloperVer.8中文编程软件的安装2.编程软件的安装（1）打开GXDeveloperVer.8中文软件包，找到其中的编程软件安装文件图标“”并双击，数秒后会进入软件安装画面，然后按照提示一步步进行安装，即可进入用户信息画面。一、GXDeveloperVer.8中文编程软件的安装（2）输入用户信息后，单击“用户信息”对话框中的“下一个”按钮，将弹出“注册确认”对话框。（3）在“注册确认”对话框中单击“是（Y）”按钮，弹出“输入产品序列号”对话框，在安装软件包中找到产品序列号并输入。一、GXDeveloperVer.8中文编程软件的安装（4）单击“下一个”按钮，弹出“选择部件”对话框。由于ST语言是在IEC61131—3规范中被规定的结构化文本语言，在此也可不作选择。直接单击“下一个”按钮，弹出监视专用选择画面，此处切不可选择“监视专用GXDeveloper”复选框，否则软件只能做监视用，将造成无法编程。一、GXDeveloperVer.8中文编程软件的安装ST语言选择画面监视专用选择画面一、GXDeveloperVer.8中文编程软件的安装（5）按照操作提示依次确认安装选项后，就会进入安装界面，此时只需耐心等待安装完毕即可。一、GXDeveloperVer.8中文编程软件的安装（6）软件安装结束后，系统将弹出“信息”对话框，单击“确定”按钮，结束编程软件的安装。此时，软件将在桌面上建立一个和GXDeveloper相对应的图标，同时在“开始”→“程序”菜单中建立“MELSOFT应用程序”→“GXDeveloper”选项。用鼠标单击选项，就会启动GXDeveloper软件。一、GXDeveloperVer.8中文编程软件的安装GXDeveloper软件的启动“信息”对话框一、GXDeveloperVer.8中文编程软件的安装二、GXSimulator6中文仿真软件的安装1.通用环境的安装打开GXSimulator6中文软件包，找到“EnvMEL”文件夹并打开，然后双击其中的通用环境安装文件图标

“”，首先出现“设置”对话框，数秒后会弹出“信息”对话框，单击对话框里的“确定”按钮，即可完成仿真软件通用环境的安装。2.仿真软件的安装（1）打开GXSimulator6中文软件包，找到其中的仿真软件安装文件图标“”并双击，数秒后会进入软件安装画面，然后按照提示一步步进行安装，直至进入SWnD5-LLT程序设置安装画面。SWnD5-LLT程序设置安装画面（2）单击“下一个”按钮，弹出“用户信息”对话框，输入用户信息后，单击对话框中的“下一个”按钮，会弹出“注册确认”对话框。（3）在“注册确认”对话框中单击“是(Y)”按钮，弹出“输入产品ID号”对话框，在安装软件包中找到产品序列号并输入。2.仿真软件的安装输入产品ID号2.仿真软件的安装（4）单击“输入产品ID号”对话框里的“下一个”按钮，会弹出“选择目标位置”对话框，直接单击对话框里的“下一个”按钮，GXSimulator6将安装到系统设置的目标文件夹“C:\MELSEC”中。如需更改目标文件夹，可单击“浏览”按钮进行选择。（5）在“选择目标位置”对话框中单击“下一个”按钮，会弹出安装界面，此时只需耐心等待安装完毕即可。2.仿真软件的安装“选择目标位置”对话框2.仿真软件的安装创建新工程对话框新建工程注：编程前确保安装好GXDeveloper8.86编程软件的计算机与PLC之间连接SC-09编程电缆线（或USB-SC09编程电缆线）。选择菜单命令【工程】→【创建新工程】，选择PLC的系列、类型，程序类型，存放位置，设置工程名，如图1-31所示。三、GXDeveloper编程软件使用举例梯形图编程界面

梯形图输入图1-33梯形形图输入举例a）梯形图b）指令表下面以图1-33a）所示的梯形图为例介绍GX软件绘制梯形图的操作步骤。梯形图输入的方法有多种，这里只介绍常用的快捷方式输入、键盘输入两种。工具栏上各种功能图标利用工具条中的快捷图标进行梯形图编辑。工具条中各种功能图标所表示的编辑含义如图所示。

快捷方式输入快捷方式的操作方法：先将蓝色光标移动到要编辑梯形图的位置，然后在工具栏上单击工具栏上常开触点图标“”，或按功能键“F5”，则弹出“梯形图输入”对话框，如图所示。然后通过键盘输入X000，单击“确定”按钮，这时，在编辑区出现了一个标号为X000的常开触点，且其所在程序行变成灰色，表示该程序行进入编辑区。至此，一条指令（LDX000）已经编辑完成。其他的触点、线圈、功能指令等都可以通过单击相应的功能图标编辑完成。图

梯形图输入方法一

键盘输入用键盘输入指令的助记符和目标元件（两者间需用空格分开）。例如在开始输入X000常开触点时，通过键盘刚输入字母“L”后，即弹出“梯形图输入”对话框，继续输入指令“LDX000”单击“确定”按钮，常开触点X000已经编辑完成。图1-36梯形图输入方法二梯形图变换前的界面

梯形图程序变换上图编制完成的梯形图程序编制其颜色是灰色状态，此时虽然程序输入好了，但若不对其进行变换（编译），则程序是无效的，也不能进行保存、传送和仿真。程序变换，又称为编译。通过变换编辑区程序由灰色自动变成白色，说明程序变换完成。选择菜单命令【变换】→【变换（C）】执行，如下图所示，也可单击工具栏上程序变换/编译图标“”或按功能键“F4”。变换无误后，程序灰色状态变为白色。图

程序变换操作

梯形图程序编辑操作

删除。首先通过鼠标选择要删除的行，然后选择菜单命令【编辑】→【行删除】执行，即可实现逻辑行的删除。

插入。将光标定位在要插入的位置，然后选择菜单命令【编辑】→【行插入】执行，即可实现逻辑行的插入。

复制和粘贴。首先拖动鼠标选中需要复制的区域，单击工具栏上复制图标“”，再将当前编辑区定位到要粘贴的位置，单击工具栏上粘贴图标“”即可。

绘制、删除连线。当在梯形图中需要连接横线时，单击工具栏上画横线图标“”，连接竖线时，单击工具栏上画竖线图标“”；也可以单击工具栏上的划线输入“”图标在需要连线处横向或横向拖动鼠标即可画横向或竖线。删除横线或竖线时单击工具栏上横线删除“”或竖线删除图标“”。也可以单击工具栏上划线删除图标“”，在需要删除横线或竖线处，横向或竖向拖动鼠标，即可删除横线或竖线。

梯形图程序编辑操作

程序修改。在程序编制过程中，若发现梯形图有错误，可进行修改操作。在写状态下，将光标放在需要修改的梯形图处，双击光标，调出梯形图输入对话框，进行程序修改确定即可。

指令表输入GXDeveloper软件除了可以采用梯形图方式进行程序的编辑外，还可以利用指令表进行程序的编辑。在图1-27梯形图编程界面，选择菜单命令【显示】→【列表显示】执行或单击工具栏上梯形图/指令表切换图标“”，就可以进入指令表编辑区，然后用键盘分别输入图1-33对应的指令表：“LDX000”、“ORY000”、“ANIX001”、“OUTY000”、“END”，且每输完一条指令表程序按一次“Enter”键，则指令表输入编制的程序如图1-39所示。指令表编辑程序不需要变换。图

指令表输入编制的程序

PLC程序的写入与读取

PLC与计算机的连接。将计算机串口与PLC的编程口用编程电缆互连，特别是PLC编程口方向，按照通信针脚排列方向轻轻插入，不要弄错方向或强行插入，否则容易造成损坏。

传输设置。程序编制并转换后，选择菜单命令【在线】→【传输设置】执行，就可打开“传输设置”对话框，进行各PLC设备与网络传输参数设定，如图1-40所示。在此对话框中，可以进行PLC与计算机的串口通信口及通信方式的设定；可以进行其他网络站点的设定，还可以实现通信测试。双击对话框上PCI/F右侧串行图标“”，弹出“PCI/F串口详细设置”对话框，如图1-41所示，在该对话框中设置连接端口的类型、端口号、传输速度，单击“确定”按钮，即完成传输设置的操作。图1-40传输设置

PLC程序的写入与读取

PLC程序的写入/读取。PLC程序写入时，选择菜单命令【在线】→【PLC写入】执行或单击工具栏上PLC写入图标“”，就可以打开“PLC写入”对话框，如图1-42所示，在对话框中单击“MAIN”和“PLC参数”前面的“□”完成程序和参数的勾选，并单击“程序”按钮，进行写入程序步范围设置，再单击“执行”并按向导提示完成写入操作，就可将程序写入PLC。图1-42PLC程序写入对话框

PLC程序的写入与读取当需要从PLC读取程序时，选择菜单命令【在线】→【PLC读取】执行或单击工具栏上PLC读取图标“”，就可以进入“PLC读取”对话框，如图1-43所示，在对话框中单击“MAIN”和“PLC参数”前面的“□”完成程序和参数的勾选，再单击“执行”并按向导提示完成读取操作，就可将PLC中的程序读入计算机。图1-43PLC程序读取对话框

监视

选择菜单命令【在线】→【监视】执行，就可监视PLC的程序运行状态，当程序处于监视模式时，不论监视开始还是停止，都会显示监视状态对话框，如图1-44所示。在监视状态的梯形图上可以观察到各输入及输出软元件的状态，并可选择菜单命令【在线】→【监视】→【软元件批量】执行，实现对软元件的成批监视。图1-44PLC程序运行的监视状态

梯形注释图1-45选择菜单命令进行梯形图注释操作梯形图程序注释有注释编辑、声明编辑和注解编辑三种，可选择菜单命令【编辑】→【文档生成】的下拉子菜单，如图1-45所示，在其子菜单中选择注释类型进行相应的注释操作。也可以单击工具栏上注释图标进行注释操作。

注释编辑这是对梯形图中的触点和输出线圈添加注释。操作方法如下：单击工具栏上注释编辑图标“”，此时，梯形图之间的行距拉开。这时，把光标移动到要注释的触点X000处，双击光标，弹出“注释输入”对话框，如图1-46所示。在框内输入“起动”（假设X000为起动按钮对应的输入信号），单击“确定”按钮，注释文字出现在X000下方，如图1-47所示。光标移动到哪个触点处，就可以注释哪个触点。对一个触点进行注释后，梯形图中所有这个触点（常开、常闭）都会在其下方出现相同的注释内容。图1-46注释输入图1-47注释编辑操作

声明编辑这是对梯形图中某一行或某一段程序进行说明注释。操作方法如下：单击工具栏上声明编辑图标“”，将光标放在要编辑行的行首，双击光标，弹出“行间声明输入对”话框，如图1-48所示。在对话框内输入声明文字，单击“确定”按钮，声明文字即加到相应的行首。图1-48“行间声明输入”对话框

声明编辑以“起保停程序”为例，将光标移到第一行X000处，双击光标，在弹出的“行间声明输入”对话框输入“起保停程序”文字，单击“确定”按钮，这时编辑区程序变为灰色，单击工具栏上程序变换/编译图标“”，程序编译完成，这时，程序说明出现在程序行的左上方，如图1-49所示。图1-49声明编辑操作

注解编辑这是对梯形图中输出线圈或功能指令进行说明注释。操作方法如下：单击工具栏上注解项编辑图标“”，将光标放在要注解的输出线圈或功能指令处，双击光标，这时，弹出“输入注解”对话框。如图1-50所示。在对话框内输入注解文字，单击“确