PLC控制系统设计课程设计指导书

1.1 目的

课程设计主要目的，是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往学习的内容，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。

“机床电气控制与PLC”课程设计是在完成该门课的理论与实验教学的学习之后进行的，目的在于训练学生面对具体的工程问题时，学会分析其工艺流程与控制要求、拟定控制方案、选型机床电器元件和PLC以及设计电气控制电路、程序编制与调试运行等方面的实战能力，从而能应用机床电气控制与PLC技术来解决以顺序、开关逻辑控制为主的一般机床电气工程的应用与设计问题。

课程设计应强调以能力培养为主，在完成设计任务的同时要注意多方面能力的培养与提高，主要包括以下几方面：

    1）综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。

    2）查阅资料及调研的能力。

    3）工程绘图能力。

 4）撰写技术报告和编制技术资料的能力。

1.2 要求

1）在接受设计任务并选定课题后，应根据设计要求和应完成的设计内容，拟订设计任务书和工作进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。

2）在确定方案的过程中应积极思考并主动提出问题，以取得指导教师的帮助，在此阶段提倡广泛讨论，做到思路开阔，依据充分。

3）按照机床电气控制与PLC的控制系统设计步骤及设计要点，根据具体课题任务及要求，进行控制系统的设计、编程、调试与运行。

4）掌握在PC机上，使用嘉华PLCC2.0或三菱公司的GX Developer（或FXGPW1N）编程软件来编制PLC应用程序，并下载到PLC中进行调试、运行。

5）按以上设计步骤与设计要求编制出以下资料：

（1）图纸：①工艺流程图及外部信号分布图(手工绘图)；

          ② PLC电气控制系统外部接线图(手工绘图)；

(2) 课程设计说明书：要求文字通顺、字迹工整、2-3千字、图文并茂。其中，课程设计论文大纲要求如下：

项目概述；

主要功能与技术要求；

设计方案论证；

PLC控制系统的设计(I／0分析、PLC选型、存储容量核算、外部电路及接线设计、梯形图与程序设计等)；

调试与运行；

结论与体会。

6）考核方法见附录A（机床电气控制及PLC课程设计大纲）

二、PLC控制系统设计原则及步骤

2.1 PLC控制系统设计的基本原则

1）最大限度地满足工艺流程和控制要求。工艺流程的特点及要求是开发PLC控制系统的主要依据。设计前，应深人现场进行调查研究，收集资料，明确控制任务。

2）监控参数、精度要求的指标以满足实际需要为准，不宜过多、过高，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便，并可降低系统的复杂性和开发成本。

3）保证控制系统的运行安全、稳定、可靠。正确进行程序调试、充分考虑环境条件。选用可靠性较高的PLC、定期对PLC进行维护和检查等都是很重要和必不可少的。

4）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。

2.2 PLC控制系统设计的基本步骤

1）首先要分析控制任务，了解被控对象的工艺流程，画出工艺流程图。

2）确定PLC的输入、输出信号的类型、点数，正确选择输入、输出模块的规格、型号；根据主电路如电机、电磁阀的容量及操作要求，合理选择配电、保护和控制电器。

3）进行必要的计算，合理选择低压电器及PLC的类型和容量等。

4）编制I/O分配表及所用到的PLC内部有关如时间继电器、计数器、中间继电器等元件的地址编号表。

5）画出梯形图或顺序控制流程图(SFC状态流程图)、步进梯形圈和外部接线图等。

6）按照梯形图用助记符语言编程或按顺序控制流程图用步进顺控指令方法编制PLC应用程序。编程可手动编程也可按制造厂提供的编程软件平台，输入梯形图在PC机上自动编程。

7）用手持式编程器或PC机通过RS-232串形通信口，将编制好的程序写入到PLC的存储器中。先接上专用RS-232通信电缆，一端连接PLC，一端连接PC机9芯插头，设置好异步串形通信参数（如传送位数、通信速率等)，即可下载程序至PLC。

8）进行实验室模拟调试，输入可用按钮、开关或模拟信号等代替现场采集到的信号，输出负载用信号灯等代替，其目的是验证用户程序的控制逻辑是否符合工艺要求。

9）进行PLC主电路及外部配套电路设计，如PLC和各类负载供电电源、外部主电路及控制继电器连锁电路设计等，以及控制柜、外部接线等设计。

10）现场运行调试。先不带载，只带接触器线圈与信号灯进行分段、分级调试。正常后，再带实际负载运行，最后固化程序存在PLC的EPROM中。然后考机运行，时间约72小时。主要考核系统稳定性、抗干扰性等。

注意：

（1）由于用JH-120的编程软件PLCC没有画SFC流程图功能，用三菱公司编程软件GX Developer（或FXGPW1N）画SFC流程图也较困难，故需先把SFC流程图转化成步进梯形图再绘制。在编制程序时应编一段即时转换指令表，以便及时发现错误之处。

（2）用JH-120的编程软件PLCC进行步进梯形图编程时，RET状态返回起点的指令目标器件号是M575。

（3）本课程设计因时间等条件因素，不进行带负载与考机运行。

2.3 PLC选型要点

(1) PLC容量估算

① 估算I/O点数(开关量与模拟量分别统计)。在实际点数基础上再加上15-20％的备用量，以备工艺改进和扩充需要。

② 估算存储量

小型PLC内存约2KB，中型约2KB-8kB，大型则8KB以上。内存容量经验估算方法如下：开关量输入：存储器字节数=输入点数×10；开关量输出：存储器字节数=输入点数×8；    定时器/计数器：存储器字节数=定时器/计数器数量输入点数×2；模拟量：存储器字节数=模拟量通道数×100；通信接口：存储器字节数=通信接口数目×300。由于用户程序的编制与系统控制的复杂程度以及算法、程序结构等因素，使得PLC容量的估算很难精确，一般要加大15-20％的余量。

 (2) PLC功能选择

各公司生产的PLC功能配置不尽相同，应以“够用”为原则去选择，一般工业顺序控制只需要具有逻辑运算、定时器/计数器等基本功能就可完成任务。如果是工业过程控制或数控机床、机器人等控制，则需要选A/D、D/A转换模块、PID控制模块或运动控制定位模块。这些模块位数愈多，其分辨率与精度愈高，价格也就愈高。至于扫描速度、指令功能、抗干扰功能等随着计算机技术的发展，对一般中小型工业控制都能满足要求，根据需要进行选择，一般8位就够用了。

(3) 选择I/0模块

I/0模块的价格占到PLC总价的一半以上，不同的I/0模块的性能及电路均不同，必须根据需要合理选择。

① 输入模块的选择。输入模块分为数字量和模拟量两种，数字量又分直流、交流和脉冲三种；模拟量输入则分为电压和电流两种。PLC工作电压一般为5V，以数字方式(二进制)工作。所以从外部输入的模拟信号必须先转换成标准信号（0~10mA、4~20mA、0-l0V），再通过A/D转换器转换成数字信号输入PLC。如果模拟量点数多，还要通过扫描采样开关电路，再接入A／D转换器，以节约硬件资源、提高可靠性。

② 输出模块选择。输出模块分为三种方式：继电器输出(R)、晶体管输出(T)和双向晶闸管(S)输出。要根据驱动的最终负载特性进行选择。例如，一般电动机或电磁阀启停、开关控制，控制频率不太高的可选择继电器输出模块；若驱动的是变频调速、频繁正反转的伺服电机，因其控制频率较高，则需选择晶体管输出模块。

2.4 PLC控制系统的外电路及外部接线设计

外电路设计，主要指输入、输出设备(按钮、行程开关、限位开关、接触器、电磁阀等)与PLC的连接电路；各运行方式、主电路及联锁电路设计(自动、半自动、手动、连读、单步、单周期等)；电源电路(主电路供电、传感器、各负载电源等)；控制柜内电路及配线；外部接线、接地等设计。

这些电路的设计原则一般同机床电气设计原则。例如，强弱电分开、高低电压分开和交直流分开，各设备要单独接地不可串接，大电流接点和线圈要有吸收和灭弧电路，以避免干扰波发射等。

三、课程设计任务

3.1 分组

分组：视各班学生人数多少，每5-7位同学组识一个设计小组，全班共分6-8组，每组2台计算机，一台PLC。每组一个课题，各组指定组长1人，负责本小组课题的设计方案论证、实验、设计及考勤。

3.2 课程设计进度安排

周一上午：分配课题，讲解课题及课程设计要求。

周一下午：（1）讲解三菱公司的GX Developer编程软件的使用及下载到PLC的调试与运行方法（GX Developer编程软件的使用方法见附录C）；（2）同学自己练习在PC机上编程练习及下载到PLC运行方法，以实验指导书中用手持式编程器做的实验二与实验三中题目为例，与以前实验对比体会编程软件的特点。

周二：在PC机上用GX Developer编程软件设计各课题的PLC梯形图程序，并下载到PLC中完成调试运行。每个同学必须思考可用不同方法试验，鼓励同组同学互相研讨但不可抄袭，否则以不及格论处。

周三：按PLC控制系统设计步骤完成设计，手工绘出工艺流程图，PLC控制系统连接图（除PLC输入输出图外，还要画出主电路、互锁电路、紧急停止控制电路、电源电路及控制面板图等）。

周四：完成2-3千字的课程设计论文，要求图文并茂(一律用A4纸书写)。

周五：答辩，以课题小组为单位。根据题目的难度、论文质量、对课题理解、实际操作、及回答问题情况由答辩老师综合考评打分。

3.3 课程设计地点及考勤

程序设计及验证在实验楼数控伺服实验室（S-B103），要求每位同学穿鞋套、不准随地吐痰、乱扔垃圾。每天课程设计结束后，检查并整理好实验设备，组织同学打扫卫生，最后离开实验室的同学要注意关好门窗、断水、断电。绘图及论文的撰写由教务处另行安排教室。

课程设计从周一至周五全天进行，时间按照学校作息时间。每天上、下午需签到，由班长及学习委员负责，各小组长协助。考勤情况最终纳入考核成绩。

3.4 课程设计课题

有以下9个实训课题可供选用：

（1）全自动洗衣机PLC控制系统；

（2）物料自动混合装置PLC控制系统；

（3）大、小球分类传送装置PLC控制系统；

（4）机械手PLC控制系统；

（5）自动焊锡机PLC控制系统；

（6）电动机正反转能耗制动PLC控制系统；

（7）皮带运输机PLC控制系统；

（8）双头钻床PLC控制系统。

（9）按钮式人行横道指示灯PLC控制系统。

以上课题具体内容可参见本课程设计指导书第4节，选题时可根据设备及学生情况，在指导老师的指导下进行。

四、 课程设计项目内容及要求

课题一  全自动洗衣机控制系统

图1.1 洗衣机工作示意图

一、实训目的

通过实际控制系统的建立，训练应用PLC技术解决实际控制问题的思想和方法。

二、应用实例

如图1.1所示，波轮式全自动洗衣机的洗衣桶(外桶)和脱水桶(内桶)是以同一中心安装的。外桶固定，作为盛水用，内桶可以旋转，作为脱水(甩干)用。内桶的四周有许多小孔，使内、外桶的水流相通。

洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀控制。进水时，控制系统使进水电磁阀打开，将水注入外桶；排水时，使排水电磁阀打开将水由外桶排到机外。洗涤和脱水由同一台电机拖动，通过电磁离合器来控制，将动力传递给洗涤波轮或甩干桶(内桶)。电磁离合器失电，电动机带动洗涤波轮实现正、反转，进行洗涤；电磁离合器得电，电动机带动内桶单向旋转，进行甩干(此时波轮不转)。水位高低分别由高低水位开关进行检测。起动按钮用来启动洗衣机工作。

1．控制要求

启动时，首先进水，到高水位时停止进水，开始洗涤。正转洗涤15s，暂停3s后反转洗涤15s，暂停3s后再正转洗涤，如此反复30次。洗涤结束后，开始排水，当水位下降到低水位时，进行脱水(同时排水)，脱水时间为10s。这样完成一次从进水到脱水的大循环过程。

经过3次上述大循环后(第2、3次为漂洗)，洗衣完成报警，报警10s后结束全过程，自动停机。

2．I／O设备及分配

I／O设备及I／O点分配如表1.1所示。

表1.1  I／O设备及I／O点分配表

状态转移图的设计，是运用状态编程思想解决顺序控制问题的过程。该过程分为：任务分解、弄清每个状态功能、找出每个状态的转移条件及方向和设置初始状态四个阶段。下面说明全自动洗衣机控制系统状态转移图的设计过程。

（1）任务分解。根据控制要求，将洗衣机的工作过程分解为下面几个工序(状态)：进水：S20 ；正转洗涤：S21 ；暂停：S22；反转洗涤：S23；暂停：S24；排水：S25；脱水：S26；报警：S27。

（2）弄清各状态的功能

S20  使进水电磁阀得电打开：       Y000为ON

S21  正转洗涤15s：                Y001为ON，定时T0，K150

S22  暂停3s ：                    T1为ON，K30，延时3s

S23  反转洗涤15s ：               Y002为ON，定时T2，K150

S23  暂停3s：                     T3为ON，K30，延时3s

                                   洗涤次数计数30次，CO，K30

S25  使排水电磁阀得电排水：       Y003为ON

S26  脱水：                       排水电磁阀打开    Y003为ON

                                  电磁离合器得电    Y004为ON

                                  电机正转          Y001为ON

                                  脱水定时10s       T4,K100

                                  大循环次数计数3次  C1,K3

S27  报警（蜂鸣器工作）：          Y005为ON

                                  定时10s，T5，K100

（3）找出各状态的转移条件和转移方向，将系统中各状态连接成状态转移图，并设置初始条件，结果如图1.2所示。

图1.2  全自动洗衣机PLC控制系统顺控流程图

4. 根据全自动洗衣机的控制要求，其系统接线图如图1.3所示。

 图1.3  全自动洗衣机的PLC控制系统外部接线图

三、实训要求：

1. 画出工艺流程图，并在图上标出元件表（I/O表）；

2. 分析I/O性质，计算I/O点数，存储容量，PLC选型；

3. 画顺控流程图及梯形图；

4. 在PC机上编程并下载到PLC中；

5. 运行调试；

6. 画PLC外部接线图（含电机主电路图及供电图）；

7. 撰写课程设计论文。

课题二  物料自动混合装置控制系统

图2.1 物料自动混合装置示意图

一、实训目的

1. 用PLC构成物料自动混合控制系统。

2. 掌握PLC编程的技巧和程序调试的方法。

3. 训练应用PLC技术实现一般生产过程控制的能力。

二、控制要求

1．初始状态

如图2.1所示混合装置的容器是空，F1、F2、F3和F4分别是物料A、B、C进料及混合液排空电磁阀，M是搅拌电动机，Ll、L2和L3分别是贮罐的高液位、中液位和低液位的液位传感器，H是加热器，T为温度传感器。

2．物料自动混合控制

按下启动按钮，开始下列操作。

（1）电磁阀F1开启，开始注入物料A，至高度L2(此时L2、L3均为ON)时，关闭阀F1,同时开启电磁阀F2，注入物料B，当液面上升至L1时，关闭阀F2。

（2）停止物料B注入后，启动搅拌电动机M，使A、B两种物料混合10s。

（3）10s后停止搅拌，开启电磁阀F4，放出混合物料,当液面高度降至L3后，再经5s关闭阀F4。

3．停止操作

按下停止按钮，停止操作，回到初始状态。

三、实训内容及指导

1．系统配置

（1）FX2N-48MR  PLC一台。

（2）物料自动混合装置示意图如图2.1所示。

（3）根据物料自动混合控制的要求，I／O配置及接线如图2.2所示。

物料自动混合装置中电磁阀的动作，受液位传感器输入信号的控制。如果物料混合需要加热，按SB2，启用加热器H开始加热。当温度达到规定要求时，温度传感器T动作(D4指示)，加热器H停止加热。液面位置分别由D1、D2和D3指示。

图2.2  物料混合PLC 控制系统外部接线图

2．程序设计

用步进指令编程。物料自动混合过程，从进料→混合→放料及液位信号的输入和输出显示实际上是一个按一定顺序操作的控制过程。因此，可以用步进指令编程，其状态转移图如图2.3所示。

3．程序运行与调试

写出状态转移图2.3所对应的指令程序，将其写入PLC的RAM，并按图2.2连接好I／O设备，运行并调试程序，使程序运行结果与控制要求一致。

图2.3  物料自动混合PLC控制系统的顺控流程图

四、实训训练题

设计三种物料加热混合控制的程序，并在PLC和物料自动混合装置上运行调试成功。

1．控制要求

（1）初始状态  容器是空的，各阀均关闭,传感器、搅拌电动机和加热器均为OFF。

（2）加热混合控制  按启动按钮SBl，阀Fl和F2同时开启，物料A、B同时进入容器；当液位到达L2(L2为ON)时，关闭阀F1和F2，同时开启阀F3，物料C进入容器。

当液位到达L1(L1为ON)时，关闭阀F3，加热器开始加热；当物料温度达到设定温度(T为ON)时，停止加热，搅拌电动机M启动，开始搅拌；经10s延时后，停止搅拌(M为OFF)，然后开启阀F4，放出混合物料。

当液位下降至L3时，再经5s延时后，关闭阀F4。

（3）停止操作  接通停止开关SA2，在当前生产过程完成后，停止操作，回到初始状态。

2．训练要求

(1) 参考图2.3设计带加热器的混合料PLC控制系统

（2）画工艺流程图，分析I/O性质，计算I/O点数、存储容量，PLC选型；

（3）编写程序（在PC机上编程并下载到PLC中）；

（4）运行并调试程序，运行调试记录；

（5）画PLC控制系统外部接线图（含主电路及供电图）；

（6）撰写课程设计论文。

课题三  大、小球分类传送装置PLC控制系统

图3.1 大、小球分类传送装置工作示意图

一、实训目的

通过实际控制系统的建立，训练应用PLC技术解决实际控制问题的思想和方法。

二、实训器材

(1)可编程控制器模块1台(FX2N-48MR)：

(2) 实训控制台1个；

(3) 电工常用工具1套；

(4) 手持式编程器或计算机1台；

(5) 连接导线若干。

三、实训要求

（1）只有机械手在原点才能起动；

（2）系统的动作顺序为下降、吸球、上升、右行、下降、释放、上升、左行；

（3）机械手下降时，电磁铁压住大球，下限位开关是断开的，压住小球，下限位开关则接通：

（4）有手动操作功能；其动作示意图如图3.1所示。

四、软件程序

1. I/O分配

X0：起动；Xl：左限位；X2：下限位；X3：上限位；X4：小球右限；X5：大球右限；X6：手动右移；X7：手动左移；XI0：手动上升；X11：手动下降；X12：手动吸球；X13：手动释放；X14：手动／自动转换开关；X15:停止。

Y0：下降；Y1：抓球；Y2：上升；Y3：右移；Y4：左移；Y5：原点显示。

2．程序设计方案

根据系统的控制要求及PLC的I／O分配，其系统程序如图3.2所示。

图3.2 大、小球分类传送装置PLC控制系统顺控流程图

五、系统接线图

根据控制要求，其系统接线图如图3.3所示。

图3.3 大、小球分类传送装置PLC控制系统外部接线图

六、系统调试

1. 输入程序，按图3.2所示的梯形图正确输入程序。

2．静态调试，按图3.3所示的系统接线图正确连接好输入设备，进行PLC的模拟静态调试，观察PLC的输出指示灯是否按要求指示，否则，检查并修改程序，直至指示正确。

3. 动态调试，按图3.3所示的系统接线图正确连接好输出设备，进行系统的动态调试，先调试手动程序，后调试自动程序，观察大、小球分类装置能否按控制要求动作，否则，检查线路或修改程序，直至大、小球分类装置按控制要求动作。

七、训练要求

1. 画工艺流程图，分析I/O性质，计算I/O点数、存储容量，PLC选型；

2. 编写程序（在PC机上编程并下载到PLC中）；

3. 运行并调试程序，运行调试记录；

4. 画PLC控制系统外部接线图（含主电路及供电图）；

5. 撰写课程设计论文。

课题四 机械手PLC控制系统

图4.1 机械手动作示意图

一、实训目的

1．熟悉步进顺控指令的编程方法；

2．掌握单流程程序的编制；

3．掌握机械手的程序设计及其外部接线。

二、实训器材

1．可编程控制器1台(FX2N-48MR)：

2．机械手模拟显示模块1块(带指示灯、接线端口及按钮等)；

3．实训控制台1个；

4．电工常用工具1套；

5．手持式编程器或计算机1台；

6．连接导线若干。

三、实训要求

设计一个用PLC控制的将工件从A点移到B点的机械手的控制系统。其控制要求如下：

1．手动操作，每个动作均能单独操作，用于将机械手复归至原点位置；

2．连续运行，在原点位置按起动按钮或当光电探测器探测到有工件时，机械手按图4.1连续工作一个周期，一个周期的工作过程如下：原点→下降夹→夹紧(T)上→上升→右移→下降→放松(T)→上升→左移到原点，时间T由教师现场规定。

四、软件程序

1．I／O分配

X0：自动／手动转换；Xl：停止；X2：自动起动；X3：上限位；X4：下限位；X5：左限位；X6：右限位；X7：手动向上；X10：手动向下；X11：手动左移；X12：手动向右；X13：手动放松；X14：光电开关(当探测到有工件时接通)

Y0：夹紧／放松(为安全，断电时要求夹紧以免工件伤人，即Y0=0时夹紧，Y0=1时放松)；Y1：上升；Y2：下降；Y3：左移；Y4：右移；Y5：原点指示。

2．程序设计方案

根据系统的控制要求及PLC的I／O分配，其系统程序如图4.2所示。

五、系统接线

根据系统控制要求，其系统接线图如图4.3所示。

图4.3  机械手PLC控制系统外部接线图

图4.2  机械手PLC控制系统顺控流程图

六、系统调试

1．输入程序，按图4.2所示的梯形图正确输入程序。

2．静态调试，按图4.3所示的系统接线图正确连接好输入设备，进行PLC的模拟静态调试，观察PLC的输出指示灯是否按要求指示，否则，检查并修改程序，直至指示正确。

3．动态调试，按图4.3所示的系统接线图正确连接好输出设备，进行系统的动态调试，先调试手动程序，后调试自动程序，观察机械手能否按控制要求动作，否则，检查线路或修改程序，直至机械手按控制要求动作。

七、实训报告

1．实训总结

（1）画工艺流程图，分析I/O性质，计算I/O点数、存储容量，PLC选型；

（2）编写程序（在PC机上编程并下载到PLC中）；

（3）运行并调试程序，运行调试记录；

（4）画PLC控制系统外部接线图（含主电路及供电图）；

（5）撰写课程设计论文。

2．实训思考

（1）若在右限位增加一个光电检测，检测A点是否有工件，若无工件，则下降，若有工件，则不下降，请在此基础上设计其程序；

（2）请用以转移为中心的编程方法设计机械手的程序。

课题五 自动焊锡机PLC控制系统

  图5.1 自动焊锡机的工作示意图

一、实训目的

1．熟悉步进顺控指令的编程方法；

2．掌握单流程程序的编制；

3．掌握自动焊锡机的程序设计及其外部接线。

二、实训器材

1．可编程控制器1台(FX2N-48MR)；

2．自动焊锡机模拟显示模块1块(带指示灯、接线端口及按钮等)；

3. 交流开关稳压电源l个 AC 220V/DC24V 10A

4．保险丝4个 5A

3．实训控制台1个；

4．电工常用工具1套；

5．手持式编程器或计算机1台；

6．连接导线若干。

三、实训要求

设计一个用PLC控制的自动焊锡机的控制系统。其控制要求如下。

自动焊锡机的控制过程为：起动机器，除渣机械手上升电磁阀得电上升，将待除渣工件托盘上升到位碰SQ7，停止上升；左行电磁阀得电，机械手左行到位碰SQ5，停止左行；下降电磁阀得电，机械手下降到位碰SQ8，停止下降；将己焊好工件取出，然后右行电磁阀得电，机械手右行到位碰SQ6，停止右行，对己焊好工件除渣。如需对工件焊锡，则焊锡机械手上升电磁阀得电，将待焊伴锡工件托盘上升，上升到位碰SQ3，停止上升；托盘右行电磁阀得电，托盘右行到位碰SQ2，托盘停止右行；托盘下降电磁阀得电，托盘下降到位碰SQ4，停止下降，工件焊锡。当焊锡时间到；托盘上升电磁阀得电，托盘上升到位碰SQ3，停止上升；托盘左行电磁阀得电，托盘左行到位碰SQl，托盘停止左行；托盘下降电磁阀得电，托盘下降到位碰SQ4，托盘停止下降，已焊好工件取出。延时5s后，自动进入下一循环。要求能单次或连续循环运转。简易的动作示意图如图5.1所示。

四、软件程序

1．I／0分配

X0：自动位起动；X11：停止；X12单次(单循环)；X13连续(多循环)。

焊锡机械手输入：Xl：左限位SQ1；X2：右限位SQ2；X3：上限位SQ3；X4：下限位SQ4。

除渣机械手输入：X5：左限位SQ5；X6：右限位SQ6；X7：上限位SQ7；X10：下限位SQ8； 

除渣机械手输出：Y0：除渣上行；Y1：除渣下行；Y2：除渣左行；Y3：除渣右行；

焊锡机械手输出：Y4：托盘上行；Y5：托盘下行；Y6：托盘左行；Y7：托盘右行。

2．程序设计方案

根据系统的控制要求及PLC的I／0分配，画出其状态转移图如图5.2所示。

五、系统接线

根据系统控制要求，其系统接线图如图5.3所示。

六、系统调试

1．输入程序，按图5.2正确输入程序。

2．静态调试，按图5.3所示的系统接线图正确连接好输入设备，进行PLC的模拟静态调试，观察PLC的输出指示灯是否按要求指示，否则，检查并修改程序，直至指示正确。

3．动态调试，按图5.3所示的系统接线图正确连接好输出设备，进行系统的动态调试，观察自动焊锡机能否按控制要求动作，否则，检查线路或修改程序，直至自动焊锡机按控制要求动作。

图5.2 自动焊锡机PLC控制系统顺控流程图

图5.3  自动焊锡机的PLC控制系统外部接线图

七、实训报告

1．实训总结

（1）画工艺流程图，分析I/O性质，计算I/O点数、存储容量，PLC选型；

（2）编写程序（在PC机上编程并下载到PLC中）；

（3）运行并调试程序，运行调试记录；

（4）画PLC控制系统外部接线图（含主电路及供电图）；

（5）撰写课程设计论文。

2．实训思考

（1）若要在自动运行的基础上增加手动运行功能，请设计其程序；

（2）请用起保停的编程方法设计自动焊锡机的程序。

课题六  电动机正反转能耗制动PLC控制系统

一、实训目的

1．熟悉顺控指令的编程方法；

2．掌握选择性流程程序的编制；

3．掌握电动机正反转能耗制动的程序设计及其外部接线。

二、实训器材

1．可编程控制器1台(FX2~4-48MR)

2．交流接触器3个 220V 5A；

3．热继电器1个(5A)：

4．按钮开关3个(常开，其中1个用来代替热继电器的常开触头)；

5．电动机1台(AC 380V 220W)；

6．熔断器5个(5A)；

7. 交流开关稳压电源l个 AC 220V/DC24V 10A

8. 全波整流二极管1个，24V 10A

8. 变压器1个，AC 380V/AC24V 100W

9. 线绕电阻1个，5Ω 30W

10．电工常用工具1套；

11．连接导线若干。

三、实训要求

设计一个用PLC基本逻辑指令实现电动机正反转能耗制动的控制系统，其控制要求如下（详细内容见教科书P1-P165）：

1．按SB2，KM1合，电动机正转；

2．按SB3，KM2合，电动机反转：

3．按SB1，延迟0.5秒后KM1或KM2断开，KM3合，电机进行能耗制动(制动时间为3秒停止)；

4．FR动作，KM1或KM2或KM3释放，电动机自由停车。

4．运行过程中若电机过载，则FR动作，KM1或KM2或KM3释放，电动机自由停车。

注意观察制动与自由停车时，电机运行状态的不同，前者立即停止，后者则因惯性转动一段时间停止。

四、软件程序

1．I／O分配

X0：停止按钮；X1：正转起动按钮；X2：反转起动按钮；X3：热继电器常闭触点；

Y0：正转接触器；Y1：反转接触器；Y2：制动接触器。

2．梯形图设计

根据控制要求及PLC的I/O分配，画出其状态转移图如图6.1所示。

图6.1 电动机正反转能耗制动PLC控制系统顺控流程图

五、系统接线 

根据系统控制要求，其系统接线图如图6.2所示。

六、系统调试

1．输入程序

按前面介绍的程序输入方法，正确输入程序。

2．静态调试

按图6.2(a)所示的PLC的I／O接线图正确连接好输入设备，进行PLC的模拟静态调试(按下正转起动按钮SB2(X1)时，Y1亮，按下停止按钮SB1时，Y1熄灭，同时Y3亮，进行制动，3秒后Y3熄灭；按下反转起动按钮SB3(X2)时，Y2亮，按下停止按钮SB1时，Y2熄灭，同时Y3亮，进行制动，3秒后Y3熄灭；电动机正在工作时，若热继电器动作，则Y1或Y2或Y3都熄灭，电机自由停止。通过手持式编程器监视，观察其是否与指示一致，否则，检查并修改程序，直至指示正确。

3．动态调试

按图6.2 (a)所示的PLC的I／O接线图正确连接好输出设备，进行系统的空载调试，观察交流接触器能否按控制要求动作(即按下正转起动按钮SB2(X1)时，KM1(Y1)闭合，按下停止按钮SB1时，KM1断开，同时KM3(Y3)闭合，3秒后KM3也断开；按下反转起动按钮SB3(X2)时，KM2(Y2)闭合，按下停止按钮SB1时，KM2断开，同时KM3闭合，进行制动，3秒后KM3断开。电动机正在工作时，若热继电器动作，则KM1或KM2或KM3都断开，电机自由停止。通过手持式编程监视，观察其是否与动作一致，否则，检查电路或修改程序，直至交流接触器能按控制要求动作：然后按图6.2 (b)所示的主电路图连接好电动机，进行带载动态调试。

4．修改程序

动态调试正确后，练习读出、删除、插入、监视程序等操作。

5．画PLC控制系统外部接线图（含主电路及供电图）

 图6.2 电动机正反转能耗制动的PLC控制系统外部接线图

七、实训报告

1．实训总结

（1）画工艺流程图，分析I/O性质，计算I/O点数、存储容量，PLC选型；

（2）编写程序（在PC机上编程并下载到PLC中）；

（3）运行并调试程序，运行调试记录；

（4）画PLC控制系统外部接线图（含主电路及供电图）；

（5）撰写课程设计论文。

2．实训思考

（1）用另外的方法编制程序；

（2）从安全的角度分析一下状态S22的作用，并说明为什么?

课题七 皮带运输机PLC控制系统

图7.1 皮带运输机的动作示意图

一、实训目的

1．熟悉步进顺控指令的编程方法；

2．掌握选择性流程程序的编制；

3．掌握皮带运输机的程序设计及其外部接线。

二、实训器材

1．可编程控制器1台(FX2N-48MR)；

2．皮带运输机模拟显示模块1块(带指示灯、接线端口及按钮等)；

3．实训控制台1个；

4．电工常用工具1套；

5．手持式编程器或计算机1台；

6．连接导线若干。

三、实训要求

设计一个用PLC控制的皮带运输机的控制系统。其控制要求如下：

在建材、化工、机械、冶金、矿山等工业生产中广泛使用皮带运输系统运送原料或物品。供料由电阀DT控制，电动机M1、M2、M3、M4分别用于驱动皮带运输线PD1、PD2、PD3、PD4。储料仓设有空仓和满仓信号，其动作示意简图如图7.1所示，其具体要求如下：

1．正常起动，仓空或按自动起动按钮时的起动顺序为M1、DT、M2、M3、M4，间隔时间5s；

2．正常停止，为使皮带上不留物料，要求顺物料流动方向按一定时间间隔顺序停止，即正常停止顺序为DT、M1、M2、M3、M4，间隔时间5s；

3．故障后的起动，为避免前段皮带上造成物料堆积，要求按物料流动相反方向按一定时间间隔顺序起动，即故障后的起动顺序为M4、M3、M2、M1、DT，间隔时间10s；

4．紧急停止，当出现意外时，按下紧急停止按钮，则停止所有电动机和电磁阀；

5．具有点动功能。

四、软件程序

1．I/O点分配

X0：自动/手动转换；Xl：自动位起动；X2：正常停止；X3：紧急停止；X4：点动DT电磁阀；X5：点动M1；X6：点动M2；X7：点动M3；X10：点动M4；X11：满仓信号；X12：空仓信号；X13：故障起动

Y0：DT电磁阀；Y1：M1电动机；Y2：M2电动机；Y3：M3电动机；Y4：M4电动机。

2．设计方案

根据系统控制要求及PLC的I／O分配，设计皮带运输机的系统程序如图7.2所示。

五、系统接线

根据皮带运输机的控制要求，其系统接线图如图7.3所示(PLC的输出负载都用指示灯代替)。

六、系统调试

1．输入程序，按前面介绍的程序输入方法，用手持式编程器(或计算机)正确输入程序。

2．静态调试，按图7.3所示的系统接线图正确连接好输入设备，进行PLC的模拟静态调试，并通过手持式编程器(或计算机)监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检查并修改、调试程序，直至指示正确。

3．动态调试，按图7.3所示的系统接线图正确连接好输出设备，进行系统的动态调试，先调试手动程序，后调试自动程序，观察指示灯能否按控制要求动作，并通过手持式编程器(或计算机)监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检查线路或修改程序，直至指示灯能按控制要求动作。

七、实训报告

1．实训总结

（1）画工艺流程图，分析I/O性质，计算I/O点数、存储容量，PLC选型；

（2）编写程序（在PC机上编程并下载到PLC中）；

（3）运行并调试程序，运行调试记录；

（4）画PLC控制系统外部接线图（含主电路及供电图）；

（5）撰写课程设计论文。

2．思考

（1）用顺序功能图编制皮带运输机的程序。

（2）在皮带运输机的工作过程中突然停电，要求来电后按停电前的状态继续运行，请设计其控制程序。

图7.3  皮带运输机的PLC控制系统外部接线图

图7.2  皮带运输机的PLC控制系统顺控流程图

课题八 双头钻床PLC控制系统

图8.1 双头钻床的工作示意图

一、实训目的

1．熟悉步进顺控指令的编程和用法；

2．掌握并行性流程程序的编制；

3．掌握双头钻床的程序设计及其外部接线。

二、实训器材

1．可编程控制器1台(FX2N-48MR)；

2．双头钻床模拟显示模块1块(带指示灯、接线端口及按钮等)；

3．实训控制台1个；

4．电工常用工具1套；

5．手持式编程器或计算机1台；

6．连接导线若干。

三、实训要求

设计一个用PLC控制的双头钻床的控制系统。其控制要求如下：

1．双头钻床用来加工圆盘状零件上均匀分布的6个孔如图8.1所示。操作人员将工件放好后，按下起动按钮，工件被夹紧，夹紧后压力继电器为ON，此时两个钻头同时开始向下进给。大钻头钻到设定的深度(SQ1)时，钻头上升，升到设定的起始位置(SQ2)时，停止上升；小钻头钻到设定的深度(SQ3)时，钻头上升，升到设定的起始位置(SQ4)时，停止上升。两个都到位后，工件旋转120°，旋转到位时SQ5为ON，然后又开始钻第二对孔。3对孔都钻完后，工件松开，松开到位时，限位开关SQ6为ON，系统返回初始位置。

2．具有手动和自动运行功能。

3．具有上电和急停断电功能。

4.大钻头、小钻头由两台三相异步电动机带动。电机的正反转完成上升、下降的功能；旋转由第三台电机带动。上升、下降及旋转限位开关均为霍尔接近开关；夹紧、放松均由电磁阀带动。

四、软件程序

1．I/0分配

X0：工件夹紧；大钻头到下限位开关Xl：SQ1；大钻头到上限位开关X2：SQ2；小钻头到下限位开关X3：SQ3；小钻头到上限位开关X4：SQ4；旋转120°限位开关X5：SQ5；工件松开限位开关X6：SQ6；X7：自动位起动；Xl0：手动／自动转换；X11：大钻头手动下降；X12：大钻头手动上升；X13：小钻头手动下降；X14：小钻头手动上升；X15：工件手动夹紧；X16：工件手动放松；X17：工件手动旋转；X20：停止按钮：

Y0：原位指示；Y1：大钻头下降；Y2：大钻头上升；Y3：小钻头下降；Y4：小钻头上升；Y5：工件夹紧；Y6：工件放松；Y7：工件旋转。

2．程序设计方案

根据系统控制要求及PLC的I/O分配，设计双头钻床的程序如图8.2所示。

五、系统接线

根据双头钻床的控制要求，其系统接线图如图8.3所示。

六、系统调试

1．输入程序，按前面介绍的程序输入方法，用手持式编程器(或计算机)正确输程序。

2．静态调试，按图8.3所示的系统接线图正确连接好输入设备，进行PLC的模拟态调试，并通过手持式编程器(或计算机)监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检并修改、调试程序，直至指示正确。

3．动态调试，按图8.3所示的系统接线图正确连接好输出设备，进行系统的动态试，先调试手动程序，后调试自动程序，观察指示灯能否按控制要求动作，并通过手持式程器(或计算机)监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检查线路或修改程序，直至示灯能按控制要求动作。

图8.2 双头钻床的PLC控制系统顺控流程图

七、实训报告

1．实训总结

（1）画工艺流程图，分析I/O性质，计算I/O点数、存储容量，PLC选型；

（2）编写程序（在PC机上编程并下载到PLC中）；

（3）运行并调试程序，运行调试记录；

（4）画PLC控制系统外部接线图（含主电路及供电图）；

（5）撰写课程设计论文。

2．实训思考

（1）用顺序功能图编制双头钻床的程序；

（2）现要用该双头钻床来加工一批只需钻一个孔的工件，如何解决这个问题?哪种方案最优?

图8.3 双头钻床的PLC控制系统外部接线图

课题九 按钮式人行横道指示灯PLC控制系统

应用并行性分支与汇合编程方法设计一个按钮式人行横道指示灯的控制程序，其工作示意图如图9.l所示。

图9.l  按钮式人行道交通灯的工作示意图

一、实训目的

1．熟悉步进顺控指令的编程和用法；

2．掌握并行性流程程序的编制；

3．掌握按钮式人行横道指示灯的程序设计及其外部接线。

二、实训器材

1．可编程控制器模块1台(FX2N-48MR)；

2．实训控制台1个；

3．电工常用工具1套；

4．手持式编程器或计算机1台；

5．连接导线若干。

三、实训要求

应用并行性分支与汇合编程方法设计一个按钮式人行横道指示灯的控制程序。控制要求如下：按X0或X1按钮，人行横道和车道指示灯按图9.2所示工作时序点亮。

图9.2 按钮式人行横道指示灯的工作时序图  

四、软件程序

1．I/O点分配

X0：左起动；Xl：右起动；

Y1：车道红灯；Y2：车道黄灯；Y3：车道绿灯；Y5：人行道红灯；Y6：人行道绿灯。

2．程序设计方案

根据系统控制要求及PLC的I/O分配，设计双头钻床的程序如图9.3所示。

说明：

1）PLC从STOP-RUN时，初始状态S0动作，车道信号为绿灯，人行道信号为红灯；

2）当车道两侧行人要过车道时，可分别按人行横道按钮X0或X1，则状态转移到S0和S30，车道为绿灯，人行道为红灯；

3）30S后车道为黄灯，人行道仍为红灯；

4）再过10S后车道变红灯，人行道仍为红灯，同时定时器T2起动，5S后T2触点接通，人行道变为绿色；5）15S后人行道绿灯开始闪 烁（S32人行道绿灯灭，S33人行道 绿灯亮），闪烁间隔0.5秒。

6）中S32、S33反复循环动作，计数器C0设定值为5，当循环即闪烁达到5次时，C0常开触点就接通，动作状态向S34转移，人行道变为红灯，期间车道仍为红灯，5S后返回初始状态，完成一个周期的动作。

7）在状态转移过程中，即使按动人行横道按钮X0、X1也无效。

  图9.3 按钮式人行横道PLC控制系统顺控流程图

五、系统接线

根据按钮式人行横道的控制要求，其系统接线图如图9.4所示(PLC的输出负载都用指示灯代替)

六、系统调试

1．输入程序，按前面介绍的程序输入方法，用手持式编程器(或计算机)正确输程序。

2．静态调试，按图9.4所示的系统接线图正确连接好输入设备，进行PLC的模拟态调试，并通过手持式编程器(或计算机)监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检并修改、调试程序，直至指示正确。

3．动态调试，按图9.4所示的系统接线图正确连接好输出设备，进行系统的动态试，先调试手动程序，后调试自动程序，观察指示灯能否按控制要求动作，并通过手持式程器(或计算机)监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检查线路或修改程序，直至示灯能按控制要求动作。

      图9.4 按钮式人行横道PLC控制系统外部接线图

七、实训报告

1．实训总结

（1）画工艺流程图，分析I/O性质，计算I/O点数、存储容量，PLC选型；

（2）编写程序（在PC机上编程并下载到PLC中）；

（3）运行并调试程序，运行调试记录；

（4）画PLC控制系统外部接线图（含主电路及供电图）；

（5）撰写课程设计论文。

附录A 课程设计（作业）教学大纲

机械制造与自动化教研室　   制订日期：  2009  年 12 月 17 日

1  课程设计（作业）基本信息

课程设计（作业）编号：011804

课程设计（作业）名称：机床电气控制及PLC课程设计　

计划周数：1

学分：1

开设学期：4

适用专业：机械制造与自动化

预修课程：《电工学》、《计算机信息技术》。《机床电气控制及PLC》

使用教材：周德卿，杜晋，卫玉芬编，《机床电气控制课程设计指导书》，2009

教学参考书：

方承远编，《工厂电气控制技术》，机械工业出版社，1992

常晓玲编，《电气控制系统与可编程控制器》，机械工业出版社，2006

        孙振强编，《可编程控制器原理及应用教程》，清华大学出版社，2008

2  课程设计（作业）的目的和意义

《机床电气控制》课程设计主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往学习的内容，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。

3  课程设计（作业）选题要求

1．设计的题目和范围应结合教学大纲和专业特点，应与实际相结合，有正确的技术参考资料，力求有利于学生巩固、深化和扩充本课程所学知识，有利于学生得到综合训练，有利于学生的设计能力和创新能力的培养。设计的难度和工作量应综合考虑教学计划规定的学时数以及学生的知识和能力状况，使学生既能获得充分的实践锻炼，又能在规定的时间内完成任务。

2．课程设计题目由指导教师统一指定、分配，下发设计任务书。

4  进程安排

本课程设计安排一周时间完成。

通过本课程设计的基本训练，学生应达到如下要求：

1．在接受设计任务并选定课题后，应根据设计要求和应完成的设计内容，拟订设计任务书和工作进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。

2．在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导教师的帮助，在此阶段提倡广泛讨论，做到思路开阔，依据充分。在具体设计过程中，要求多思考，主要参数的确定，要经过计算论证。

3．所有电气图样的绘制必须符合国家有关标准的规定，包括线条、图形符号、项目代号、回路标号、技术要求、标题栏、元件明细表以及图样的折叠和装订。

4．说明书要求文字通顺、简练、字迹端正、整洁。

5．应在规定时间内完成所有的设计任务。

6．条件允许情况下，对自己的设计线路进行试验论证，考虑进一步改进的可能。

成果形式：

1．完成某一生产设备的电气控制装置的控制电路设计；

2．合理的画出电气控制原理总图、电器元件安装图及控制面板示意图或PLC系统端口接线电气原理图；

3．进行必要的电路容量计算或对PLC选型I/O点数的估算；

4．绘制元器件明细表或I/O端口地址分配表及程序编制；

5．编写设计说明书。

6  成绩评定标准与考核方式

按优、良、中、及格、不及格五个等级计分。

优秀：

1．设计方案合理，内容正确，有见解或创造性；

2．设计中能正确运用本专业的基础知识，设计计算方法正确，计算结果准确；

3．全面完成规定的设计任务，图面质量好，且所绘图纸符合国家制图标准；

4．说明书内容完整，书写工整清晰；

5．设计中有个别缺点，但不影响设计质量。

良好：

1．设计方案及内容有一定见解；

2．设计中能正确运用本专业的基础知识，设计方法正确；

3．能完成规定的全部设计任务，图面质量较好，所绘图纸符合国家制图标准；

4．说明书内容较完整，正确，书写整洁；

5．设计中有个别缺点和小错误，但不是原则性的，基本上不影响设计的正确性。

中等：

1．设计方案及内容基本正确，分析问题基本正确，无原则性错误；

2．设计中基本能运用本专业的基础知识进行模拟设计；

3．能完成规定的设计任务，图面质量一般；

4．说明书中能进行基本分析，计算基本正确；

5．设计中有些错误。 

及格：

1．设计方案及内容基本合理，分析问题能力较差，但无原则性错误；

2．设计中尚能运用本专业的基础知识进行设计，考虑问题不够全面；

3．基本上能完成规定的设计任务，图面质量尚可；

4．说明书内容基本正确完整，书写工整；

5．设计中错误较多。

不及格：

1．设计方案不合理，有严重的原则性错误；

2．设计内容没有达到规定的基本要求；

3．没有在规定的时间内完成设计；

4．设计中不加消化，照搬照抄；

考核方法

本设计的考核主要由平时表现、图面质量和答辩情况综合评定。

7  其它说明

附录B  顺序功能流程图及顺控步进梯形图自动编程方法

1．顺控流程图基本结构

根据步与步之间转换的不同情况，顺控流程图有单序列结构、选择性分支、汇合结构、并行分支、汇合结构、跳步，重复、循环、复位等结构。

(1)单序列结构编程

如图1由一系列按顺序排列相继激活步组成。每一步后有一到几个转换条件，转换条件后面只有一步。应用如图4-40运料小车左右行驶顺序控制.

图1 单序列结构

(2)选择序列结构编程

如图2有选择开始分和结束选择并

选择分：若4为活动步，如转换条件a、b、C成立，则分别转向5、7、8步。

选择合：若6、8、10步分别为活动步，其对应转换争件d、e、f分别成立，则它们分别转向步11，即步6、8、10合并为步11。

图2  选择序列结构

(3)并列序列结构编程

并行序列也有开始并分与结束并合。如图3。

并行分（图3左）：当转换条件e满足时，活动步3，同时转换为步4、6、8。

并行合（图3右）：当转换条件d满足时，同为活动步的5、7、9可合并为步10。

图3

(4)子步结构编程

子步结构是指在流程图中，某一步包含一系列子步和转换。这在工程总体方案设计中，经常被采用。如图4，先用几步和转换简洁表示整体系统功能，然后每步再细化为若干子步和转换。

图4

（5）跳步，重复、循环、复位等结构编程

跳步、重复和循环等序列结构，实际上是选择序列结构的特殊形式，如图5。

图5（a）为跳步结构，当步3为活动步时，如转换条件e成立，则跳过步4、5，直接进入步6。

图5（b）为重复结构，当步6为活动步时，如转换条件e成立而条件d不成立，则重新返回步5，重复执行步5、6。直到条件d成立，重复结束，转入步7。

图5（C）是循环结构，即在序列步结束后，用重复办法直接返回始步，形成系统循环，实现自动运行。

图5 跳步、重复和循环序列结构

在实际工程系统中，经常是以上各种序列结构的综合，根据需要灵活应用。各序列结构编程，参见以下各例子:

2．编程方法和步骤

（1）根据控制要求，列出PLC的I/O分配表，画出I/O分配图；

（2）将整个工作过程按工作步序进行分解，每个工作步序对应一 个状态，将其分为若干个状态；

（3）理解每个状态的功能和作用，即设计驱动程序；

（4）找出每个状态的转移条件和转移方向；

（5）根据以上分析，画出控制系统的状态转移图；

（6）根据状态转移图写出指令表。

3。顺控流程图转换成顺控梯形图程序方法

在用三菱公司的编程软件FXGP-WlN-C或GX-Develop顺控流程图(SFC)方法绘图时，比较困难且难自动生成指令表程序，所以一般先根据工艺程序流程要求手工画出顺控流程图，然后手工转换成顺控梯形图程序，再用编程软件绘制出来并自动转换成指令表程序，最后用RS-232异步通信接口专用电缆下载到PLC中，无误后即可试验。

(1) 选择分顺控流程图转换成顺控梯形图程序

图6 选择序列分支的编程方法示例

a) 顺序功能图  b)梯形图  c) 指令表

(2) 选择合顺控流程图转换成顺控梯形图程序

图7 选择序列合并的编程方法示例

a) 顺序功能图  b)梯形图  c) 指令表

(3) 并行分顺控流程图转换成顺控梯形图程序

图8 并行序列分支的编程方法示例

a) 顺序功能图  b)梯形图  c) 指令表

(4) 并行合顺控流程图转换成顺控梯形图程序

图9 并行序列合并的编程方法示例

a) 顺序功能图  b)梯形图  c) 指令表

[例1]单序列结构编程---运料小车控制

图10 小车运行过程

图11 运料小车PLC控制系统的单序列结构编程

图10示出了运料小车运行过程。当小车处于后端，处于原点状态（压下后限位开关X402）。当按下启动按钮X400，小车前行（前行电机接触器Y430接通），当碰到前限位开关X401后，料仓翻斗门打开装料(电磁伐Y431)接通，延时7s（T450）后小车后行（后行电机接触器Y432接通），当碰到后限位开关X402后，打开底门卸料（电磁伐Y433接通），延时5s（T451）后底门自动关上，完成一次操作。 

显然,小车运行过程是一个顺序动作过程：初始状态→ 向前运行 翻斗门打开装料→ 向后运行 →打开底门卸料。对应于S600 →S601→ S602→ S603→ S604的5个状态。用单序

列结构编程可描述该工艺过程见图11。

[例2]选择性序列分支与汇合编程的应用---自动门控制系统

图12是自动门控制系统的顺控流程图。当人靠近自动门时，感应器X0为ON，Y0驱动开门电机高速开门。碰到开门减速开关X1时，转为减速开门，直至碰开门极限开关X2时电机仃转，并延时0.5s感应器检测还有无人？如无人则Y2起动电机高速关门。碰到关门减速开关X4时，转为减速关门，碰到关门极限开关X5时电机仃转。在关门期间若感应器X0检训到有人，则停止关门，T1延电0.5s后自动转换为高速开门。

图12 自动门控制系统选择性序列分支与汇合编程

图12中步S23之后有一个选择性分支，当X4、X0转换条件满足时分别转向S24、S25；同样在S24之后也是一个选择性分支，当X0、X5转换条件条件满足时分别转向S25、S0。而S20之前则有一个选择性汇合，当X0、T1转换条件满足时，S0与S25汇合成S20。

[例3]选择性序列分支与汇合编程的应用一--电动机正反转的控制程序

控制要求为：按正转起动按钮SB1，电动机正转，按停止按钮SB，电动机停止；按反转起动按钮SB2，电动机反转，按停止按钮SB，电动机停止；且热继电器具有保护功能。 

（1）I/O分配  

输入：X0：SB（常开），X1：SB1，X2：SB2，X3：热继电器FR（常开）；输出：Y1：正转接触器KM1，Y2：反转接触器KM2

（2）顺控流程图，根据图13（a）所示的顺控流程图，可转化成顺控梯形图程序。

（3）指令表见图13（b）。

图13 电动机正反转控制选择性序列分支与汇合编程

 [例4]步进梯形指令的并行分支与汇合编程举例:

图13 STL指令的并行序列顺序功能图和梯形图

如图13所示:S22-S23和S24-S25组成的两个单序列是并行工作的，它们按工艺顺序需设计成同时工作和同时结束，当S21为活动步且X1转换条件满足时，S22、S24同时变为活动步即并行分支。而S23、S25变为活动步时且当转换条件X4满足时，则将S23、S25汇合成S26，实现了而个并行序列合并。例如两条生产自动线分别组装零件，然后又汇合成一条生产线完成总装。

[例5]按钮式人行横道指示灯PLC控制系统

并应用行性分支与汇合编程方法设计一个按钮式人行横道指示灯的控制程序，其工作示意图如图l所示。控制要求如下：按X0或X1按钮，人行横道和车道指示灯按图2所示工作时序点亮。

附录C  GX Developer编程软件的使用

1. 编程软件的简介

三菱PLC编程软件有好几个版本，早期的FXGP/DOS和FXGP/WIN-C及现在常用的GPP For Windows 和最新的GX Developer(简称GX)，实际上GX Developer是GPP For Windows升级版本，相互兼容，但GX Developer界面更友好，功能更强大、使用更方便。

这里介绍的GX Developer7.08J（SW7D5C-GXW）版本，它适用于Q系列、QnA系列及FX系列的所有PLC。GX编程软件可以编写梯形图程序和状态转移图程序（全系列），他支持在线和离线编程功能，并具有软元件注释、声明、注解及程序监视、测试、故障诊断、程序检查等功能。此外，具有突出的运行写入功能，而不需要频繁操作STOP/RUN开关，方便程序调试。

GX编程软件可在Windows97/Windows98/Windows2000及Windows XP操作系统中运行。该编程软件简单易学，具有丰富的工具箱，直观形象的视窗界面。此外，GX编程软件可直接设定CC-link及其他三菱网络的参数，能方便地实现监控、故障诊断、程序的传送及程序的复制、删除和打印等功能。

2. GX编程软件的使用

在计算机上安装好GX编程软件后，运行GX软件，其界面如图1所示。

                  图1 运行GX后的界面

可以看到该窗口编辑区域是不可用的，工具栏中除了新建和打开按钮可见以外，其余按钮均不可见，单击图1中的按钮，或执行“工程”菜单中的“创建新工程”命令，可创建一个新工程，出现如图2所示画面。

图2 建立新工程画面

按图2所示选择PLC所属系列和型号，此外，设置项还包括程序的类型，即梯形图或SFC（顺控程序），设置文件的保存路径和工程名等。注意PLC系列和PLC型号两项是必须设置项，且须与所连接的PLC一致，否则程序将可能无法写入PLC。设置好上述各项后出现图3所示窗口，即可进行程序的编制。

图3 程序的编辑窗口

3. 梯形图程序的编制

下面通过一个具体实例，用GX编程软件在计算机上编制图4所示的梯形图程序的操作步骤。

图4 梯形图

在用计算机编制梯形图之前，首先单击图5程序编制画面中的位置（1）按钮或按F2键，使其为写入模式（查看状态栏），然后单击图5中的位置（2）按钮，选择梯形图显示，即程序在编写区中以梯形图的形式显示。下一步是选择当前编辑的区域如图5中的（3），当前编辑区为蓝色方框。梯形图的绘制有两种方法，一种方法是用键盘操作，即通过键盘输入完成指令，如在图5中（4）的位置输入L-D-空格-X-0-按Enter键（或单击确定），则X0的常开触点就在编写区域中显示出来，然后再输入LDI X1、OUT Y0、OR Y0，即绘制出如图6所示图形。梯形图程序编制完成后，在写入PLC之前，必须进行变换，单击图6中“变换”菜单下的“变换”命令，或直接按F4键完成变换，此时编写区不再是灰色状态，可以存盘或传送。

图5 程序编制画面

图6 程序变换前的画面

注意：在输入的时候要注意阿拉伯数字0和英文字母O的区别以及空格的问题。

另一种方法是用鼠标和键盘操作，即用鼠标选择工具栏中的图形符号，再键入其软元件和软元件号，输入完毕按Enter键即可。

4. 指令方式编制程序

指令方式编制程序即直接输入指令的编程方式，并以指令的形式显示。对于图4所示的梯形图，其指令表程序在屏幕上的显示如图7所示。输入指令的操作与上述介绍的用键盘输入指令的方法完全相同，只是显示不同，且指令表程序不需要变换。并可在梯形图显示与指令表显示之间切换（Alt+F1键）。

图7 指令方式编制程序的画面

5. 程序的传输

要将在计算机上用GX编好的程序写入到PLC中的CPU，或将PLC中CPU的程序读到计算机中，一般需要以下几步：

（1）PLC与计算机的连接

正确连接计算机（已安装好了GX编程软件）和PLC的编程电缆（专用电缆），特别是PLC接口方向不要弄错，否则容易造成损坏。

（2）进行通信设置

程序编制完成后，单击“在线”菜单中的“传输设置”后，出现如图8所示的窗口，设置好PC/F和PLC/F的各项设置，其他项保持默认，单击“确定”按钮。

图8 通信设置画面

（3）程序写入、读出

若要将计算机中编制好的程序写入到PLC，单击“在线”菜单中的“写入PLC”，则出现如图9所示窗口，根据出现的对话窗进行操作。选中主程序，再单击“开始执行”即可。若要将PLC中的程序读出到计算机中，其操作与程序写入操作相似。

图9 程序写入画面

6. 编辑操作

（1）删除、插入

删除、插入操作可以是一个图形符号，也可以是一行，还可以是一列（END指令不能被删除），其操作有如下几种方法：

① 将当前编辑区定位到要删除、插入的图形处，右击鼠标，再在快捷菜单中选择需要的操作；

② 将当前编辑区定位到要删除、插入的图形处，在“编辑”菜单中执行相应的命令；

③ 将当前编辑区定位到要删除的图形处，然后按键盘上的“Del”键，即可；

④ 若要删除某一段程序时，可拖动鼠标中该段程序，然后按键盘上的“Del”键，或执行“编辑”菜单中的“删除行”，或“删除列”命令；

⑤ 按键盘上的“Ins”键，使屏幕右下角显示”插入“，然后将光标移到要插入的图形处，输入要插入的图形处，输入要插入的指令即可。

（2）修改

若发现梯形图有错误，可进行修改操作，如图4中的X1常闭改为常开。首先按键盘的“Ins”键，使屏幕右下角显示“写入”，然后将当前编辑区定位到要修改的图形处，输入正确的指令即可。若在X1常开后再改成X2的常闭，则可输入LDI X2或ANI X2，即将原来错误的程序覆盖。

（3）删除、绘制连线

若将图4中的X0右边的竖线去掉，在X1右边加一竖线，其操作如下：

① 将当前编辑区置于要删除的竖线右上侧，即选择删除连线。然后单击按钮，再按Enter键即删除竖线；

② 将当前编辑区定位到图4中X1触点右侧，然后单击按钮，再按Enter键即可在X1右侧添加一条竖线；

③ 将当前编辑区定位到图4中Y0触点的右侧，然后单击按钮，再按Enter键即添加一条横线。

（4）复制、粘贴

首先拖动鼠标选中需要复制的区域，右击鼠标执行复制命令（或“编辑”菜单中复制命令），再将当前编辑区定位到要粘贴的区域，执行复制命令即可。

（5）打印

如果要将编制好的程序打印出来，可按以下几步进行：

① 单击“工程”菜单中的“打印机设置”，根据对话框设置打印机；

② 执行“工程”菜单中的“打印”命令；

③ 在选项卡中选择梯形图或指令列表；

④ 设置要打印的内容，如主程序、注释、申明；

⑤ 设置好后，可以进行打印预览，如符合打印要求，则执行“打印”。

（6）保存、打开工程

当程序编制完毕后，必须先进行变换（即单击“变换”菜单中的“变换”），然后单击按钮或执行“工程”菜单中的“保存”或“另存为”命令。系统会提示（如果新建时未设置）保存的路径和工程名称，设置好路径和键入工程名称再单击“保存”即可。但需要打开保存在计算机中的程序时，单击按钮，在弹出的窗口中选择保存的驱动器和工程名称再单击“打开”即可。

（7）其他功能

如要执行单步执行功能，即单击“在线”—“调试”—“单步执行”，即可使PLC一步一步依程序向前执行，从而判断程序是否正确。又如在线修改功能，即单击“工具”—“选项”—“运行时写入”，然后根据对话框进行操作，可在线修改程序的任何部分。还有，如改变PLC的型号、梯形图逻辑测试等功能。

附录D  PLC顺控指令SFC的编程方法

顺序功能图（Sequeential Function Chart）是一种新颖的、按照工艺流程图进行编程的图形编程语言。这是一种IEC标准推荐的首选编程语言，近年来在PLC在编程中已经得到了普及和推广。

SFC编程的优点：

1．在程序中可以很直观地看到设备的动作顺序。比较容易读懂程序，因为程序按照设备的动作顺序进行编写，规律性较强。

2．在设备故障时能够很容易的查找出故障所处在的位置。

3．不需要复杂的互锁电路，更容易设计和维护系统。

SFC的结构：

步＋转换条件＋有向连接+机器工序的各个运行动作＝SFC。

SFC程序的运行从初始步开始，每次转换条件成立时执行下一步、在遇到END步时结束向下运行。

第一章 单流程结构的编程方法

本教程主要介绍在三菱PLC编程软件GX Developer中怎编制SFC顺序功能图。下面以例题1介绍SFC程序的编制法。

例题1：自动闪烁信号生成，PLC上电后Y0、Y1以一秒钟为周期交替闪烁。本例的梯形图和指令表（如图1.1）。

C

图1.1 闪烁信号（A梯形图   B指令表   C SFC程序）

下面我们开始对图1.1(c)所示的SFC程序进行一下总体认识一个完整的SFC程序包括初始状态、方向线、转移条件和转移方向组成（如图1.1（c））。在SFC程序中初始状态必须是有效的，所以要有启动初始状态的条件，本例中梯形图的第一行表示启动初始步，在SFC程序中启动初始步要用梯形图，现在开始具体的程序输入。

启动GX Develop编程软件，单击“工程”菜单，点击创建新工程菜单项或点击新建工程按钮（如图1.2）。

图1.2 GX Develop编程软件窗口

弹出创建新工程对话框（如图1.3）。我们主要是讲述三菱系列PLC，所以在PLC系列下拉列表框中选择FXCPU，PLC类型下拉列表框中选择FX2N（C），在程序类型项中选择SFC，在工程设置项中设置好工程名和保存路径之后点击确定按钮。

图1.3 新工程创建

弹出块列表窗口（图1.4）。

图1.4 块列表窗口

双击第零块或其它块，弹出块信息设置对话框（如图1.5）。

图1.5 块信息设置对话框

在块标题文本框中可以填入相应的块标题（也可以不填），在块类型中选择梯形图块，为什么选择梯形图块，我们不是在编辑SFC程序吗？原因是在SFC程序中初始状态必须是激活的，而我们激活的方法是利用一段梯形图程序，而且这一段梯形图程序必须是放在SFC程序的开头部分，在以后的SFC编程中，初始状态的激活都是利用一段梯形图程序，放在SFC程序的第一部分（也即第一块），点击执行按钮弹出梯形图编辑窗口（如图1.6），在右边梯形图编辑窗口中输入启动初始状态的梯形图，本例中我们利用PLC的一个辅助继电器M8002的上电脉冲使初始状态生效。在梯形图编辑窗口中单击第零行输入初始化梯形图如（图1.6）所示，输入完成单击“变换”菜单选择“变换”项或按F4快捷键，完成梯形图的变换。

A

B

图1.6 梯形图编辑窗口

图1.6 梯形图输入完毕窗口

注意：如果想使用其他方式启动初始状态，只需要改动上图中的启动脉冲M8002即可，如果有多种方式启动初始化进行触点的并联即可。需要说明的是在每一个SFC程序中至少有一个初始状态，且初始状态必须在SFC程序的最前面。在SFC程序的编制过程中每一个状态中的梯形图编制完成后必须进行变换，才能进行下一步工作，否则弹出出错信息。

以上完成了程序的第一块（梯形图块），双击工程数据列表窗口中的“程序”\“MAIN”返回块列表窗口（图1.4）。双击第一块，在弹出的块信息设置对话框中块类型选择SFC（如图1.7），在块标题中可以填入相应的标题或什么也不填，点击执行按钮，弹出SFC程序编辑窗口（如图1.8）。在SFC程序编辑窗口中光标变成空心矩形。

图1.7 块信息设置

图1.8 SFC程序编辑窗口

说明：在SFC程序中每一个状态或转移条件都是以SFC符号的形式出现在程序中，每一种SFC符号都对应有图标和图标号。下面我们输入使状态发生转移的条件，在SFC程序编辑窗口将光标移到第一个转移条件符号处（如上图标注）。在右侧梯形图编辑窗口输入使状态转移的梯形图。细心的读者从图中可以看出，T0触点驱动的不是线圈，而是TRAN符号，意思是表示转移（Transfer），在SFC程序中所有的转移用TRAN表示，不可以用SET ＋ S□ 语句表示， 这一点请注意。在这里梯形图的编辑不再赘述，编辑完一个条件后按F4快捷键转换，转换后梯形图由原来的灰色变成亮白色，再看SFC程序编辑窗口中1前面的问号（？）不见了。下面我们输入下一个工步，在左侧的SFC程序编辑窗口中把光标下移到方向线底端，按工具栏中的工具按钮或单击F5快捷键弹出步输入设置对话框（如图1.9）。

图1.9 SFC符号输入

输入图标号后点击确定，这时光标将自动向下移动，此时我们看到步图标号前面有一个问号（？），这表示对此步我们还没有进行梯形图编辑同样右边的梯形图编辑窗口是灰色的不可编辑状态（如图1.10）。

图1.10 没编辑的步

下面我们对工步进行梯形图编程，将光标移到步符号处（在步符号处单击），此时再看右边的窗口边场合可编辑状态，在右侧的梯形图编辑窗口中输入梯形图，此处的梯形图是指程序运行到此工步时要驱动哪些输出线圈，本例中我们要求工步20驱动输出线圈Y0以及T0线圈，程序（如图1.11）。用相同的方法把控制系统的一个周期编辑完后，最后要求系统能周期性的工作，所以在SFC程序中要有返回原点的符号。在SFC程序中用（JUMP）加目标号进行返回操作（如图1.11所示）。输入方法是把光标移到方向线的最下端按F8快捷键或者点击按钮，在弹出的对话框中填入跳转的目的步号单击确定按钮（如图1.11）。

图1.11 跳转符号输入

如果在程序中有选择分支也要用JUMP+“标号”来表示，此用法在后续的课程中有介绍，在此我们只是编写了单序列的SFC功能图（如图1.12）。

当输入完跳转符号后，在SFC编辑窗口中中我们可以看到有跳转返回的步符号的方框中多了一个小黑点儿，这说明此工步是跳转返回的目标步，这为我们阅读SFC程序也提供了方便。

所有的SFC程序编辑完后，我们点击变换按钮进行SFC程序的变换（编译）如果在变换时弹出块信息设置对话框不用理会点击执行按钮即可，变换后的程序我们就可以进行仿真实验或写入PLC进行调试了。如果想观看SFC程序对应的顺序控制梯形图我们可以这样做：点击工程\编辑数据\改变程序类型，进行数据改变（如图1.13）。

图1.12 完整的SFC程序

图1.13 数据变换

改变后我们可以看到由SFC程序变换成的梯形图程序（如图1.14）。

图1.14 转化后的梯形图

小结：以上介绍了单序列的SFC程序的编制方法，通过学习我们基本了解了SFC程序中状态符号的输入方法。在SFC程序中仍然需要进行梯形图的设计，SFC程序中所有的状态转移用TRAN表示。这一点一定要注意区别，当你明白了TRAN的用法后，你就会觉得SFC程序的设计是如此的简单。