16项目六 任务1 车床主轴 PLC控制电路安装及调试

机床电气控制与PLC项目六PLC控制与继电控制项目情境在现代工业自动化领域，PLC堪称核心设备，扮演着极为关键的角色。它凭借灵活多变的编程方式，能依据不同生产场景与工艺要求，量身定制控制程序。

近年来，随着科技的迅猛发展，PLC也在不断进化，正坚定不移地朝着智能化、网络化方向大步迈进。在智能化方面，融入了人工智能算法与机器学习技术，使PLC能够自动分析海量生产数据，自主优化控制策略，实现生产效率与质量的双重提升；在网络化上，支持多种通信协议，能与各类智能设备、上位机以及云端平台无缝连接，构建起全方位的工业物联网体系。可以预见，在未来的智能制造时代以及工业4.0的宏伟蓝图中，PLC将发挥更为举足轻重的作用，深度赋能各行业，推动工业生产模式的革命性变革。

机床电气控制与PLC任务一

车床主轴PLC控制电路安装及调试

项目六PLC控制与继电控制机床电气控制与PLC（1）会使用FX基本逻辑指令：LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、ANB、ORB、OUT、END。（2）会操作PLC的基本编程方法。（3）熟悉PLC应用设计的步骤。能力目标（1）学会PLC的基本结构。（2）学会PLC的基本工作原理。（3）熟悉三菱FX系列PLC的硬件配置。知识目标（1）培养提升团队合作能力；（2）培养提升组织实施能力；（3）培养“6S”规范操作能力；（4）培养学生的工匠精神。素养目标任务目标

电工车间主任接到生产车间小李电话，要求完成安装编号为0601号CA6140型车床主轴控制电路利用PLC控制，电工车间主任将任务单派给了电工一组。机床电气控制与PLC工作任务安装0601号CA6140型车床主轴控制电路利用PLC控制派工日期年

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日完成人员电工一组任务负责人小赵完工日期年

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日验收人验收日期年

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日任务内容1.与生产人员联系，进一步了解0601号CA6140型车床主轴控制电路利用PLC控制电路要求2.准备安装需要工具、仪表、器材和相关器材资料3.将相关技术材料交付车间档案室归档保存材料申请任务负责人填写：

负责人：任务验收此项填写验收时设备的主要验收技术参数，由任务完成负责人填写：

负责人：车间负责人评价负责人：

年

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日任务描述采用三菱FX2N系列PLC实现三相交流异步电动机的点动控制时，主电路部分不变，只需将控制电路部分由PLC来代替。在本任务的学习和实践中，需要解决下面几个问题：02指令学习学会基本逻辑指令LD、LDI、AND、ANI、OUT以及END的使用方法，并利用其绘制梯形图04编程与控制利用GX编程软件编写梯形图程序，完成三相交流异步电动机自锁控制的安装、调试和监控01软元件认知知道FX系列PLC内部软元件输入继电器X、输出继电器Y的含义03接线与检测学会PLC接线板的制作，能利用万用表检测元器件和电路机床电气控制与PLC任务分析机床电气控制与PLC助记符功能说明梯形图形表示及可用原件程序步数LD逻辑运算开始，与主母线连接一动合触点

1LDI逻辑运算开始，与主母线连接一动断触点

1AND串联连接动合触点

1ANI串联连接动断触点

1OR并联连接常开触点

1ORI并联连接常闭触点

1ANB并联电路块的串联连接

1ORB串联电路块的并联连接

1OUT线圈驱动指令

Y,M：1；S,M：2；T：3；C：3-5END

顺控程序结束

顺控程序结束0图6-1自锁控制线路图基本逻辑指令机床电气控制与PLCOR与ORI：逻辑或类指令OR指令执行逻辑或运算，表示并联一个常开触点；ORI指令执行逻辑或非运算，表示并联一个常闭触点。二者扩展了梯形图中触点的并联逻辑能力，适用于多条件任一满足即动作的控制场景。ANB与ORB：逻辑块连接指令ANB指令实现逻辑块之间的串联（块与），ORB指令实现逻辑块之间的并联（块或）。每个逻辑块必须以LD或LDI指令开始；ANB和ORB均无操作数，专用于复杂梯形图结构中多个指令块的组合连接。LD与LDI：逻辑取指令LD指令用于逻辑取常开触点，实现常开触点与左母线的连接，标志逻辑运算起始；LDI指令用于逻辑取常闭触点，实现常闭触点与左母线的连接。二者操作元件均包括输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M、状态继电器S、定时器T和计数器C的触点。OUT：线圈驱动指令OUT指令根据前序逻辑运算结果驱动指定线圈，支持输出继电器Y、辅助继电器M、状态寄存器S、定时器T和计数器C；不可用于输入继电器X。对T或C使用OUT时，其后必须设定K值（常数设定值）；该指令允许多次并联输出，增强控制灵活性。END：程序结束指令END为无操作元件的程序终止指令，任何完整PLC程序必须以END结尾，否则编译报错。GX/FX软件可自动添加END，提升编程效率；执行至END后，跳过后续代码直接进入输出处理与循环扫描。调试时可分段插入END以逐步验证各程序段功能，确认正确后再移除冗余END。PLC基本指令功能解析英文称ProgrammableLogicalController，简称PLC。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。机床电气控制与PLCPLC是控制机器动作顺序的一种“程控型”设备，是1969年美国人发明的，大到自动生产线，小到仓库自动开关门，应用之广，无孔不入。知识超市

1.可编程控制器简介机床电气控制与PLC（1）PLC的结构及各部分的作用外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器～110V/220V市电PLC基本单元PLC系统结构示意图通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器、扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC硬件系统结构如图6-2所示。机床电气控制与PLC主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。主机I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。输入/输出（I/O）接口电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。电源编程器是PLC的外部编程设备，用户可通过编程器输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。也可以通过专用的编程电缆线将PLC与电脑联接起来，并利用编程软件进行电脑编程和监控。编程器I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。输入/输出扩展单元外部设备接口可将编程器、打印机、条码扫描仪、变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。外部设备接口（1）PLC的结构及各部分的作用机床电气控制与PLC（2）PLC的工作原理PLC内部可看作是由许多“软继电器”组成的等效电路，这些“软继电器”的线圈、常开触点、常闭触点一般用图的符号表示PLC的等效电路由输入部分、内部控制电路以及输出部分组成。值得注意的是，PLC等效电路图中的继电器并不是实际的物理继电器，而是存储器中的一位触发器。该触发器为“1”状态时，相当于继电器接通；该触发器为“0”状态时，相当于继电器断开。图6-4PLC等效电路机床电气控制与PLC（2）PLC的工作原理

PLC提供的所有继电器中，输入继电器用来反映输入设备的状态；输出继电器用来直接驱动用户输出设备；而其他继电器与用户设备没有关系，在PLC控制程序中仅起传递中间信号的作用，统称为内部继电器，如辅助继电器、特殊功能继电器、定时器、计数器等。

①输入回路

由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端子驱动输入继电器X.一个输入接线端子对应一个输入继电器，它可提供任意个常开触点、常闭触点，供PLC编程使用。输入回路的电源直接用PLC内部电源部件提供的直流电压，因此无须外加电源。

②内部控制电路

内部控制电路是由用户程序形成的，即用软件代替硬件的电路。其作用是按照程序规定的逻辑关系，对输入、输出信号的状态进行计算、处理和判断，然后得到相应的输出。

③输出回路

输出回路由输出继电器Y的外部常开触点、输出接线端子和外部电路组成，用来驱动外部负载。PLC内部控制电路中有许多输出继电器，每个输出继电器都为输出电路提供一个常开触点与输出接线端相连，称为内部硬触点，用以驱动外部负载。驱动外部负载的电源由外部提供。在PLC的输出端子上，有输出电源用的公共端（COM1~COM4)。PLC的工作过程如图所示。上电后，在系统程序的监控下，周而复始地按一定顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行，这个过程实质上是按顺序循环扫描的过程。机床电气控制与PLC

2.可编程控制器工作过程图6-5PLC的工作过程机床电气控制与PLCPLC上电后，首先进行系统初始化，清除内部继电器区，复位定时器等。初始化在每个扫描周期都要进入自诊断阶段，对电源、PLC内部电路、用户程序的语言进行检查；定期复位监控定时器等，以确保系统可靠运行。CPU自诊断在每个通信信息处理扫描阶段，进行PLC之间以及PLC与计算机之间的信息交换；PLC与其他带微处理器的智能装置通信，例如：智能I/O模块；在多处理器系统中，CPU还要与数字处理器（DPU）交换信息。通信信息处理PLC在运行状态下，每一个扫描周期都要进行输入、输出信息处理。以扫描的方式把外部输入信号的状态存入输入映像区；将运算处理后的结果存入输出映像区，直到传送到外部被控设备。PLC周而复始地巡回扫描，执行上述整个过程，直至停机。输入、输出信息处理PLC在运行状态下，每一个扫描周期都要执行用户程序。执行用户程序时，是以扫描的方式按顺序逐句扫描处理的，扫描一条执行一条，并把运算结果存入输出映像区对应位中。用户程序执行PLC与外部设备连接时，在每个扫描周期内要与外部设备交换信息。通过它，用户可以进行程序的编制、编辑、调试和监视等。用户把应用程序输入到PLC中，PLC与编程器进行信息交换。当进行在线编程、在线修改、在线运行监控时，也要求PLC与编程器进行信息交换。在每个扫描周期内都要执行此项任务。与外部设备交换信息机床电气控制与PLC3.可编程控制器编程软件的安装与操作

GXWorks2是三菱公司推出的应用于三菱PLC的综合编程软件，该软件可在WindowsXP及以上操作系统中运行，用于程序设计、调试及维护。GXWorks2与传统的GXDeveloper相比较，不但在编程功能和操作性能方面有所提高，而且变得更加容易使用。同时，GXWorks2支持的三菱PLC系列及类型要比GXDeveloper多，还兼容GXDeveloper编写的程序，可对其进行编辑，而且程序可用GX

Developer各式保存。（1）打开软件机床电气控制与PLC3.可编程控制器编程软件的安装与操作（2）点击左上角“工程”→“新建工程”如下图；（3）

选择“工程类型”“PLC系列、类型、以及程序语言”后点击确定；机床电气控制与PLC（4）通讯第一步，选择“连接目标”；3.可编程控制器编程软件的安装与操作（5）更改完成后点击“通讯测试”待显示通讯成功后点击确定；机床电气控制与PLC3.可编程控制器编程软件的安装与操作（6）使用工具栏内指令进行程序编程（7）程序编写完成后点击转换指令，将程序灰色部分转换成下载白色状态；机床电气控制与PLC（8）点击“PLC写入”进行程序下载，将程序写入PLC；3.可编程控制器编程软件的安装与操作

本任务需团队合作完成。老师可根据班级人数、工位及设备情况将班级学生按4-6人一组分组。分组时应充分考虑学生认知水平、学习能力及动手能力，均衡各团队水平。机床电气控制与PLC团队角色团队成员组成任务分工及说明电工车间主任教师派发任务单并指导各团队工作项目经理各团队组长（1名学生）根据团队成员特点分配具体工作任务，并填写任务单及任务自查表操作工3-5名学生按照分工进行资料搜集、绘图、元器件检查、安装及调试等安全员1名学生监督团队成员工作过程，提醒规范操作、注意用电安全。任务角色1.主电路设计机床电气控制与PLC

在PLC应用设计中应首先考虑主电路的设计，主电路是为电动机提供电能的通路，具有高电压、大电流的特点，主要由空气断路器、交流接触器、热继电器等器件组成，是PLC不能取代的。通过主电路中所选用电气元件的数量和类型，可确定PLC输入/输出点数。任务实施图6-6（a)主电路图6-6(b)控制电路2.确定I/O点总数及地址分配输入信号输出信号1X0SB11Y0KM2X1SB2

3X2FR

机床电气控制与PLC在第一个步骤中,仅仅确定了主电路中PLC所需的I/O点数,且每台电动机至少还有一个控制按钮,如图6-6所示,的按钮开关SB在PLC控制系统中按钮均作为输入点,这样整个控制系统总的输入点数为2个,输出点数为1个。为了将输入/输出控制元件与PLC的输入/输出点一一对应接线,需要对以上3个输入/输出点进行地址分配。I/O地址分配见表6-4。3.PLC控制电路的安装与调试元件名称元件代号元件型号数量备注可编程线控制器PLCFX1

三相异步电动机MY112M-41

组合开关QSHZ10-25/31

熔断器FU1RL1-60/253

FU2RL1-60/252

交流接触器KMCJ10-201

按钮SB1~SB3LA10-3H1

热继电器KHJR16-20/31

端子排XTJX2-10151

控制板

500mm×400mm1

木螺钉

Φ5×6

塑铜线

BVR1.5mm2

接地塑铜线

BVR1.5mm2

黄绿双色机床电气控制与PLC元件明细表(1)识读控制电路,明确电路所用电气元件及作用,熟悉电路的工作原理。(2)配齐所用电气元件,并进行检验。(3)在控制板上按布线图安装电气元件,并贴上醒目的文字符号。(4)根据电路图检查控制板,按照工艺要求完成布线。(5)安装电动机。(6)连接电源、电动机等控制板外部的导线。(7)自检。自检表见附录。(8)团队之间交换检验。(9)调试程序。机床电气控制与PLC(9)调试程序。①调试程序前,必须经项目经理同意,方可操作。②在调试程序时,为了保证人身安全,要认真执行安全操作规程的相关规定,一人监护,一人操作。③闭合QF后,按下启动按钮SB,观察程序是否按照任务要求进行动作,是否符合任务控制要求,动作是否灵活,有无异常现象,电动机运行是否正常等。若发现异常现象,立即停车。然后调试、修改PLC程序,直到满足任务要求。④通电完毕后,停转,切断电源。先拆除总电源,再拆除电动机连接线。序号自查内容是否备注1是否能正确解读任务要求2是否能正确分析任务中哪些是PLC输入信号和输出信号3是否正确绘制PLC控制系统电路图4是否能合理进行元件布局5元件安装、端子接线是否符合要求6布线是否符合规范7PLC接线是否正确8对控制线路、元器件进行通电测试，是否能正常9③闭合QF，万用表分别测量L1、L2、L3号线间电阻值，读数均应为“∞”。10是否使用基本指令编写程序，实现任务功能12是否熟练使用PLC编程软件，编写程序1