[正版]电气工程师自学成才手册 精通篇 三菱PLC编程与仿真软件使用教程 步进电机与步进驱动器的使用 电子工业 变频器维

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目   录

第1章  PLC入门与实践操作 1

1.1  认识PLC 1

1.1.1  什么是PLC 1

1.1.2  PLC控制与继电器控制比较 1

1.2  PLC分类与特点 3

1.2.1  PLC的分类 3

1.2.2  PLC的特点 4

1.3  PLC组成与工作原理 5

1.3.1  PLC的组成方框图 5

1.3.2  PLC各组成部分说明 5

1.3.3  PLC的工作方式 8

1.3.4  用实例说明PLC程序的执行控制过程 9

1.4  用百元仿三菱FX2N型PLC学习实践操作 10

1.4.1  仿三菱FX2N型PLC硬件介绍 10

1.4.2  数据线驱动程序的安装 12

1.4.3  DC24V电源适配器及PLC的电源接线 13

1.4.4  用编程软件编写程序并将程序写入PLC 15

1.4.5  PLC控制双灯先后点亮系统的线路图及工作原理 18

1.4.6  PLC控制双灯先后点亮系统的实际接线 19

1.4.7  PLC控制双灯先后点亮系统的通电试验 20

第2章  三菱FX系列PLC硬件接线和软元件说明 22

2.1  概述 22

2.1.1  三菱FX系列各类型PLC的特点 22

2.1.2  三菱FX系列PLC型号的命名方法 23

2.1.3  三菱FX2N PLC基本单元面板说明 23

2.2  三菱FX PLC的硬件接线 25

2.2.1  电源端子的接线 25

2.2.2  三菱FX1S/FX1N/FX1NC/FX2N/FX2NC/FX3UC PLC的输入端子接线 26

2.2.3  三菱FX3U/FX3G PLC的输入端子接线 28

2.2.4  无触点接近开关与PLC输入端子的接线 29

2.2.5  三菱FX系列PLC的输出端子接线 31

2.3  三菱FX系列PLC的软元件说明 33

2.3.1  输入继电器（X）和输出继电器（Y） 33

2.3.2  辅助继电器（M） 34

2.3.3  状态继电器（S） 37

2.3.4  定时器（T） 37

2.3.5  计数器（C） 39

2.3.6  高速计数器 41

2.3.7  数据寄存器（D） 44

2.3.8  变址寄存器（V、Z） 45

2.3.9  常数（K、H） 45

2.4  三菱FX系列PLC规格概要 46

2.4.1  三菱FX1S/FX1N/FX1NC PLC规格概要 46

2.4.2  三菱FX2N/2NC PLC规格概要 48

2.4.3  三菱FX3U/3UC/3G PLC规格概要 50

第3章  三菱PLC编程与仿真软件的使用 53

3.1  编程基础 53

3.1.1  编程语言 53

3.1.2  梯形图的编程规则与技巧 54

3.2  三菱GX Developer编程软件的使用 55

3.2.1  软件的安装 56

3.2.2  软件的启动与窗口及工具说明 58

3.2.3  创建新工程 61

3.2.4  编写梯形图程序 62

3.2.5  梯形图的编辑 65

3.2.6  查找与替换功能的使用 68

3.2.7  注释、声明和注解的添加与显示 70

3.2.8  读取并转换FXGP/WIN格式文件 72

3.2.9  PLC与计算机的连接及程序的写入与读出 73

3.2.10  在线监视PLC程序的运行 76

3.3  三菱GX Simulator仿真软件的使用 77

3.3.1  安装GX Simulator仿真软件 78

3.3.2  仿真操作 79

3.3.3  软元件监视 80

3.3.4  时序图监视 81

3.4  三菱FXGP/WIN-C编程软件的使用 81

3.4.1  软件的安装和启动 82

3.4.2  程序的编写 82

3.4.3  程序的转换与写入PLC 84

第4章  基本梯形图元件与指令的使用及实例 86

4.1  基本梯形图元件与指令说明 86

4.1.1  常开触点、常闭触点与线圈 86

4.1.2  触点的串联和并联 87

4.1.3  触点串联后并联与触点并联后串联 87

4.1.4  边沿检测触点 88

4.1.5  主控指令和主控复位指令 89

4.1.6  取反指令 90

4.1.7  结果边沿检测指令 91

4.1.8  置位指令与复位指令 92

4.1.9  脉冲微分输出指令 92

4.1.10  程序结束指令 93

4.2  PLC基本控制线路与梯形图 94

4.2.1  启动、自锁和停止控制的PLC线路与梯形图 94

4.2.2  正反转连锁控制的PLC线路与梯形图 95

4.2.3  多地控制的PLC线路与梯形图 96

4.2.4  定时控制的PLC线路与梯形图 97

4.2.5  定时器与计数器组合延长定时控制的PLC线路与梯形图 99

4.2.6  多重输出控制的PLC线路与梯形图 100

4.2.7  过载报警控制的PLC线路与梯形图 101

4.2.8  闪烁控制的PLC线路与梯形图 102

4.3  喷泉的PLC控制系统开发实例 103

4.3.1  明确系统控制要求 103

4.3.2  确定输入/输出设备并为其分配合适的I/O端子 103

4.3.3  绘制喷泉的PLC控制线路图 103

4.3.4  编写PLC控制程序 104

4.3.5  详解硬件线路和梯形图的工作原理 105

4.4  交通信号灯的PLC控制系统开发实例 106

4.4.1  明确系统控制要求 106

4.4.2  确定输入/输出设备并为其分配合适的PLC I/O端子 106

4.4.3  绘制交通信号灯的PLC控制线路图 106

4.4.4  编写PLC控制程序 107

4.4.5  详解硬件线路和梯形图的工作原理 107

第5章  步进指令的使用及实例 109

5.1  状态转移图与步进指令 109

5.1.1  顺序控制与状态转移图 109

5.1.2  步进指令说明 110

5.1.3  步进指令在两种编程软件中的编写形式 111

5.1.4  状态转移图分支方式 112

5.1.5  用步进指令编程时的注意事项 113

5.2  液体混合装置的PLC控制系统开发实例 113

5.2.1  明确系统控制要求 113

5.2.2  确定输入/输出设备并分配合适的I/O端子 114

5.2.3  绘制PLC控制线路图 114

5.2.4  编写PLC控制程序 115

5.2.5  详解硬件线路和梯形图的工作原理 115

5.3  简易机械手的PLC控制系统开发实例 118

5.3.1  明确系统控制要求 118

5.3.2  确定输入/输出设备并分配合适的I/O端子 118

5.3.3  绘制PLC控制线路图 119

5.3.4  编写PLC控制程序 119

5.3.5  详解硬件线路和梯形图的工作原理 119

5.4  大小铁球分拣机的PLC控制系统开发实例 121

5.4.1  明确系统控制要求 121

5.4.2  确定输入/输出设备并分配合适的I/O端子 122

5.4.3  绘制PLC控制线路图 122

5.4.4  编写PLC控制程序 123

5.4.5  详解硬件线路和梯形图的工作原理 124

第6章  应用指令的使用举例 126

6.1  应用指令的格式与规则 126

6.1.1  应用指令的格式 126

6.1.2  应用指令的规则 127

6.2  应用指令的使用举例 129

6.2.1  程序流程指令 129

6.2.2  传送与比较指令 134

6.2.3  四则运算与逻辑运算指令 139

6.2.4  循环与移位指令 144

6.2.5  数据处理指令 151

6.2.6  高速处理指令 156

6.2.7  方便指令 164

6.2.8  外部I/O设备指令 173

6.2.9  外部串行设备（SER）指令 183

6.2.10  浮点数（实数）运算指令 193

6.2.11  高低位变换指令 195

6.2.12  时钟运算指令 195

6.2.13  格雷码变换指令 201

6.2.14  触点比较指令 202

第7章  模拟量模块的使用 205

7.1  模拟量输入模块FX2N-4AD 205

7.1.1  外形 205

7.1.2  接线 206

7.1.3  性能指标 207

7.1.4  输入/输出曲线 207

7.1.5  增益和偏移说明 207

7.1.6  缓冲存储器（BFM）功能说明 208

7.1.7  实例程序 211

7.2  模拟量输出模块FX2N-4DA 212

7.2.1  外形 213

7.2.2  接线 213

7.2.3  性能指标 213

7.2.4  输入/输出曲线 214

7.2.5  增益和偏移说明 214

7.2.6  缓冲存储器（BFM）功能说明 215

7.2.7  实例程序 217

7.3  温度模拟量输入模块FX2N-4AD-PT 218

7.3.1  外形 218

7.3.2  PT100型温度传感器与模块的接线 219

7.3.3  性能指标 220

7.3.4  输入/输出曲线 220

7.3.5  缓冲存储器（BFM）功能说明 220

7.3.6  实例程序 222

第8章  PLC通信 223

8.1  通信基础知识 223

8.1.1  通信方式 223

8.1.2  通信传输介质 225

8.2  通信接口设备 226

8.2.1  FX2N-232-BD通信板 227

8.2.2  FX2N-422-BD通信板 229

8.2.3  FX2N-485-BD通信板 230

8.3  PLC通信 231

8.3.1  PLC与打印机通信（无协议通信） 231

8.3.2  两台PLC通信（并联连接通信） 233

8.3.3  多台PLC通信（N:N网络通信） 237

第9章  变频器的使用 244

9.1  外形与结构 244

9.1.1  外形与型号含义 244

9.1.2  结构 244

9.1.3  面板的拆卸 245

9.2  端子功能与接线 245

9.2.1  总接线图及端子功能说明 245

9.2.2  主回路接线 249

9.2.3  控制回路接线 251

9.2.4  PU接口的连接 254

9.3  操作面板及其使用 255

9.3.1  操作面板介绍 256

9.3.2  操作面板的使用 257

9.4  操作运行 260

9.4.1  外部操作运行 260

9.4.2  PU操作运行 261

9.4.3  组合操作运行 262

9.5  常用控制功能与参数设置 263

9.5.1  操作模式选择功能与参数 263

9.5.2  频率相关功能与参数 263

9.5.3  启动、加减速控制功能与参数 265

9.5.4  点动控制功能与参数 267

9.5.5  转矩提升功能与参数 267

9.5.6  制动控制功能与参数 267

9.5.7  瞬时停电再启动功能与参数 268

9.5.8  控制方式功能与参数 269

9.5.9  电子过流保护功能与参数（Pr.9） 270

9.5.10  负载类型选择功能与参数 270

9.5.11  MRS端子输入选择功能与参数 270

9.5.12  禁止写入和逆转防止功能与参数 271

9.6  三菱FR-700系列变频器介绍 271

9.6.1  三菱FR-700系列变频器的特点说明 271

9.6.2  三菱A700、F700、E700和D700系列变频器比较 272

9.6.3  三菱FR-A700系列变频器的接线图及端子功能说明 274

9.6.4  三菱FR-500与FR-700系列变频器的比较 278

第10章  变频器的典型控制功能及应用电路 280

10.1  电动机正转控制功能及电路 280

10.1.1  开关控制式正转控制电路 280

10.1.2  继电器控制式正转控制电路 281

10.2  电动机正反转控制功能及电路 282

10.2.1  开关控制式正反转控制电路 282

10.2.2  继电器控制式正反转控制电路 283

10.3  工频与变频切换功能及电路 284

10.3.1  变频器跳闸保护电路 284

10.3.2  工频与变频的切换电路 285

10.4  多挡转速控制功能及电路 287

10.4.1  多挡转速控制端子 287

10.4.2  多挡转速控制参数的设置 288

10.4.3  多挡转速控制电路 288

10.5  程序控制功能及应用 290

10.5.1  程序控制参数设置 290

10.5.2  程序运行控制端子 291

10.5.3  程序控制应用举例 291

10.6  PID控制功能及应用 292

10.6.1  PID控制原理 292

10.6.2  PID控制参数设置 293

10.6.3  PID控制应用举例 294

第11章  变频器的选用、安装与维护 296

11.1  变频器的种类 296

11.2  变频器的选用与容量计算 297

11.2.1  额定值 297

11.2.2  选用 297

11.2.3  容量计算 298

11.3  变频器外围设备的选用 301

11.3.1  主电路外围设备的接线 301

11.3.2  熔断器的选用 302

11.3.3  断路器的选用 302

11.3.4  交流接触器的选用 302

11.3.5  交流电抗器的选用 303

11.3.6  直流电抗器的选用 303

11.3.7  制动电阻 304

11.3.8  热继电器的选用 305

11.3.9  噪声滤波器 305

11.4  变频器的安装、调试与维护 305

11.4.1  安装与接线 305

11.4.2  调试 308

11.4.3  维护 310

11.4.4  常见故障及其原因 310

第12章  PLC与变频器的综合应用 312

12.1  PLC以开关量方式控制变频器的硬件连接与实例 312

12.1.1  PLC以开关量方式控制变频器的硬件连接 312

12.1.2  PLC以开关量方式控制变频器实例一——电动机正反转控制 313

12.1.3  PLC以开关量方式控制变频器实例二——电动机多挡转速控制 315

12.2  PLC以模拟量方式控制变频器的硬件连接与实例 319

12.2.1  PLC以模拟量方式控制变频器的硬件连接 319

12.2.2  PLC以模拟量方式控制变频器的实例——中央空调冷却水流量控制 319

12.3  PLC以RS-485通信方式控制变频器的硬件连接与实例 325

12.3.1  变频器和PLC的RS-485通信口 325

12.3.2  变频器与PLC的RS-485通信连接 327

12.3.3  RS-485通信电缆的制作 327

12.3.4  PLC（计算机）与变频器的RS-485通信基础知识 328

12.3.5  PLC以RS-485通信方式控制变频器正转、反转、加速、减速和停止的实例 334

第13章  触摸屏与PLC的综合应用 340

13.1  触摸屏结构与类型 340

13.1.1  基本组成 340

13.1.2  触摸屏种类与工作原理 340

13.1.3  常用类型触摸屏的性能比较 343

13.2  三菱触摸屏型号参数及硬件连接 344

13.2.1  参数规格 344

13.2.2  型号含义 344

13.2.3  触摸屏与PLC、变频器等硬件设备的连接 345

13.3  三菱GT Designer触摸屏软件的使用 346

13.3.1  软件的安装与窗口介绍 346

13.3.2  软件的使用 351

13.3.3  画面数据的上传与下载 354

13.4  用触摸屏操作PLC实现电动机正反转控制的开发实例 356

13.4.1  根据控制要求确定需要为触摸屏制作的画面 356

13.4.2  用GT Designer软件制作各个画面并设置画面切换方式 356

13.4.3  连接计算机与触摸屏并下载画面数据 364

13.4.4  用PLC编程软件编写电动机正反转控制程序 364

13.4.5  触摸屏、PLC和电动机控制线路的硬件连接和触摸操作测试 365

第14章  交流伺服系统的组成与原理 366

14.1  交流伺服系统的组成方框图及说明 366

14.1.1  工作在位置控制模式时的系统组成及说明 366

14.1.2  工作在速度控制模式时的系统组成及说明 366

14.1.3  工作在转矩控制模式时的系统组成及说明 367

14.2  伺服电机与编码器 367

14.2.1  伺服电机 367

14.2.2  编码器 369

14.3  伺服驱动器的结构与原理 371

14.3.1  伺服驱动器的内部结构及说明 372

14.3.2  伺服驱动器的主电路 373

第15章  三菱通用伺服驱动器的硬件系统 379

15.1  面板、型号说明与规格 379

15.1.1  面板介绍 379

15.1.2  型号说明 380

15.1.3  规格 380

15.2  伺服驱动器与辅助设备的总接线 381

15.2.1  100A以下的伺服驱动器与辅助设备的总接线 381

15.2.2  100A以上的伺服驱动器与辅助设备的总接线 382

15.3  伺服驱动器的接头引脚功能及内部接口电路 382

15.3.1  接头引脚的排列规律 382

15.3.2  接头引脚的功能及内部接口电路 382

15.4  伺服驱动器的接线 384

15.4.1  数字量输入引脚的接线 384

15.4.2  数字量输出引脚的接线 385

15.4.3  脉冲输入引脚的接线 387

15.4.4  编码器脉冲输出引脚的接线 389

15.4.5  模拟量输入引脚的接线 390

15.4.6  模拟量输出引脚的接线 390

15.4.7  电源、再生制动电阻、伺服电机和启停保护电路的接线 391

15.4.8  接地线 392

第16章  三菱伺服驱动器的显示操作与参数设置 393

16.1  状态、诊断、报警和参数模式的显示与操作 393

16.1.1  各种模式的显示与切换 393

16.1.2  参数模式的显示与操作 393

16.1.3  状态模式的显示与操作 395

16.1.4  报警模式的显示与操作 397

16.1.5  诊断模式的显示与操作 397

16.1.6  外部I/O信号的显示 399

16.1.7  信号强制输出 400

16.2  参数设置 400

16.2.1  参数操作范围的设定 401

16.2.2  基本参数 401

16.2.3  电子齿轮的设置 407

16.2.4  扩展参数 409

第17章  伺服驱动器三种工作模式的应用举例与标准接线 412

17.1  速度控制模式的应用举例与标准接线 412

17.1.1  伺服电机多段速运行控制实例 412

17.1.2  工作台往返限位运行控制实例 417

17.1.3  速度控制模式的标准接线 421

17.2  转矩控制模式的应用举例与标准接线 422

17.2.1  卷纸机的收卷恒张力控制实例 422

17.2.2  转矩控制模式的标准接线 426

17.3  位置控制模式的应用举例与标准接线 428

17.3.1  工作台往返定位运行控制实例 428

17.3.2  位置控制模式的标准接线 431

第18章  步进电机与步进驱动器的使用及应用实例 433

18.1  步进电机 433

18.1.1  外形 433

18.1.2  结构与工作原理 433

18.2  步进驱动器 436

18.2.1  外形 436

18.2.2  内部组成与原理 436

18.2.3  步进驱动器的接线及说明 437

18.2.4  步进电机的接线及说明 438

18.2.5  细分设置 439

18.2.6  工作电流的设置 440

18.2.7  静态电流的设置 441

18.2.8  脉冲输入模式的设置 441

18.3  PLC控制步进驱动器驱动步进电机的应用实例 442

18.3.1  步进电机正反向定角循环运行的控制线路及编程 442

18.3.2  步进电机定长运行的控制线路及编程 446

第19章  三菱定位模块的使用 451

19.1  FX2N-1PG型定位模块的外形面板及端子说明 451

19.1.1  外形结构 451

19.1.2  面板指示灯说明 451

19.1.3  接线端子功能说明 452

19.1.4  性能规格 453

19.2  定位模块与外部设备的连接 453

19.2.1  输入/输出端子的内部接口电路 453

19.2.2  定位模块与步进驱动器的连接 454

19.2.3  定位模块与伺服驱动器的连接 454

19.3  定位模块的参数说明 455

19.3.1  BFM（缓冲寄存器）表 455

19.3.2  BFM读/写（FROM/TO）指令 455

19.3.3  BFM参数说明 457

19.4  定位模块的操作模式 464

19.4.1  JOG操作 464

19.4.2  原点返回操作 467

19.4.3  单速定位操作 470

19.4.4  中断单速定位操作 470

19.4.5  双速定位操作 470

19.4.6  外部命令定位操作 471

19.4.7  变频操作 471

19.5  定位模块的应用实例——单速定位往返运动控制 472

19.5.1  控制要求及说明 472

19.5.2  PLC和PGU的I/O端子分配 472

19.5.3  控制系统接线图 473

19.5.4  PGU的参数设置 473

19.5.5  设置和控制程序 474

    《电气工程师自学成才手册》分为基础篇、提高篇、精通篇三册。本书为精通篇，主要包括PLC入门与实践操作，三菱FX系列PLC硬件接线和软元件说明，三菱PLC编程与仿真软件的使用，基本梯形图元件与指令的使用及实例，步进指令的使用及实例，应用指令的使用举例，模拟量模块的使用，PLC通信，变频器的使用，变频器的典型控制功能及应用电路，变频器的选用、安装与维护，PLC与变频器的综合应用，触摸屏与PLC的综合应用，交流伺服系统的组成与原理，三菱通用伺服驱动器的硬件系统，三菱伺服驱动器的显示操作与参数设置，伺服驱动器三种工作模式的应用举例与标准接线，步进电机与步进驱动器的使用及应用实例，三菱定位模块的使用等内容。

    蔡杏山，电子电工类畅销书作者，常年工作于教学一线，已编著出版《电子元器件知识与实践课堂》、《轻松入门学彩色电视机技术》等多册图书，深受读者好评。