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目 录
第 1 章 常用低压电器...................................................................................................... 1
1.1 常用低压电器的分类.................................................................................................... 1
1.2 刀开关............................................................................................................................ 2
1.2.1 HD 型单投刀开关 .............................................................................................. 3
1.2.2 HS 型双投刀开关............................................................................................... 4
1.2.3 HR 型熔断器式刀开关 ...................................................................................... 4
1.2.4 组合开关............................................................................................................. 5
1.2.5 开启式负荷开关和封闭式负荷开关 ................................................................. 5
1.3 熔断器............................................................................................................................ 6
1.3.1 熔断器的结构原理及分类 ................................................................................. 7
1.3.2 熔断器的主要技术参数 ..................................................................................... 7
1.3.3 常用的熔断器..................................................................................................... 7
1.4 断路器............................................................................................................................ 8
1.4.1 断路器的结构和工作原 ................................................................................. 9
1.4.2 低压断路器的选择原则 ................................................................................... 10
1.5 控制器.......................................................................................................................... 10
1.6 接触器.......................................................................................................................... 11
1.7 起动器.......................................................................................................................... 13
1.8 控制继电器.................................................................................................................. 13
1.8.1 电磁式继电器................................................................................................... 13
1.8.2 中间继电器....................................................................................................... 14
1.8.3 电流继电器和电压继电器............................................................................... 15
1.8.4 时间继电器....................................................................................................... 16
1.8.5 热继电器........................................................................................................... 18
1.8.6 速度继电器 ....................................................................................................... 19
1.8.7 液位继电器....................................................................................................... 20
1.8.8 压力继电器....................................................................................................... 20
1.9 主令电器...................................................................................................................... 21
1.9.1 按钮................................................................................................................... 21
1.9.2 行程开关........................................................................................................... 23
1.9.3 转换开关........................................................................................................... 25
1.10 电阻器........................................................................................................................ 26
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电气可编程控制原理与应用（第 3 版）
1.11 变阻器 ........................................................................................................................ 27
1.12 电压调整器................................................................................................................ 27
1.13 电磁铁........................................................................................................................ 27
1.14 其他............................................................................................................................ 28
1.14.1 信号灯............................................................................................................. 28
1.14.2 报警器............................................................................................................. 29
1.14.3 液压控制元件................................................................................................. 30
1.15 电器的文字符号和图形符号.................................................................................... 30
1.15.1 电器的文字符号............................................................................................. 30
1.15.2 电器的图形符号............................................................................................. 31
习题....................................................................................................................................... 36
第 2 章 电气控制基本电路 ............................................................................................ 37
2.1 控制电路的基本逻辑概念 .......................................................................................... 37
2.1.1 控制电路的基本组成 ....................................................................................... 37
2.1.2 控制电器的状态和值 ....................................................................................... 38
2.1.3 控制电路的逻辑表达式 ................................................................................... 38
2.1.4 基本逻辑电路的类型 ....................................................................................... 39
2.2 三相交流异步电动机基本控制电路 .......................................................................... 43
2.2.1 鼠笼型电动机直接起动控制电路................................................................... 43
2.2.2 鼠笼型电动机降压起动控制电路................................................................... 48
2.2.3 绕线型异步电动机起动控制电路 ................................................................... 55
2.2.4 异步电动机的制动控制电路 ........................................................................... 59
2.2.5 异步电动机的调速控制电路 ........................................................................... 65
2.3 直流电动机的控制电路 .............................................................................................. 69
2.3.1 直流电动机的基本控制特点 ........................................................................... 70
2.3.2 直流电动机的控制电路 ................................................................................... 72
习题....................................................................................................................................... 76
第 3 章 PLC 的基本结构和工作原理 ............................................................................. 79
3.1 PLC 的组成 ................................................................................................................. 79
3.1.1 概述................................................................................................................... 79
3.1.2 初步认识可编程控制器（PLC ）.................................................................... 79
3.2 PLC 的基本工作原 .................................................................................................. 80
3.2.1 PLC 的等效电路............................................................................................... 80
3.2.2 PLC 的工作过程............................................................................................... 83
3.2.3 PLC 的接线图和梯形图的绘制方法............................................................... 85
3.2.4 串行工作方式对梯形图控制结果的影响....................................................... 86
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目 录
3.3 PLC 的输入/输出接口电路......................................................................................... 88
3.3.1 开关量输入接口模块....................................................................................... 88
3.3.2 开关量输出接口模块....................................................................................... 90
3.4 FX2N 型 PLC 的配制.................................................................................................... 91
3.4.1 FX2N 型 PLC 的主要种类及型号..................................................................... 92
3.4.2 FX2N 型 PLC 的产品规格................................................................................. 92
3.5 PLC 中的软元件.......................................................................................................... 95
3.5.1 输入/输出继电器（X、Y ）............................................................................ 95
3.5.2 辅助继电器（M ） ........................................................................................... 97
3.5.3 状态继电器（S）........................................................................................... 102
3.5.4 定时器（T） .................................................................................................. 102
3.5.5 计数器（C）.................................................................................................. 108
3.5.6 数据寄存器（D ）.......................................................................................... 117
3.5.7 指针（P、I） ................................................................................................. 120
习题..................................................................................................................................... 121
第 4 章 基本逻辑指令及应用....................................................................................... 125
4.1 单接点指令................................................................................................................ 126
4.1.1 普通单接点指令 ............................................................................................. 126
4.1.2 边沿单接点指令 ............................................................................................. 127
4.2 连接导线指令............................................................................................................ 130
4.2.1 接点组连接导线指令 ..................................................................................... 130
4.2.2 回路分支导线指令......................................................................................... 132
4.3 接点逻辑取反指令 .................................................................................................... 134
4.3.1 接点逻辑取反指令的基本用法 ..................................................................... 134
4.3.2 边沿常闭接点 ................................................................................................. 135
4.3.3 边沿接点 M2800～M3071 的特点................................................................ 136
4.4 逻辑线圈指令............................................................................................................ 138
4.4.1 普通线圈指令 ................................................................................................. 138
4.4.2 置位线圈指令和复位线圈指令 ..................................................................... 139
4.4.3 边沿线圈指令 ................................................................................................. 142
4.4.4 主控线圈指令和主控复位线圈指令 ............................................................. 143
4.5 空操作和结束指令.................................................................................................... 146
4.5.1 空操作指令..................................................................................................... 146
4.5.2 结束指令......................................................................................................... 147
4.6 编程注意事项............................................................................................................ 148
4.7 编程实例.................................................................................................................... 152
4.7.1 十字路口交通灯控制 ..................................................................................... 152
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电气可编程控制原理与应用（第 3 版）
4.7.2 按钮人行道..................................................................................................... 153
4.7.3 送料车自动循环控制 ..................................................................................... 155
4.7.4 三相异步电动机星形-三角形降压起动控制电路 ........................................ 156
习题..................................................................................................................................... 157
第 5 章 步进顺控指令.................................................................................................. 161
5.1 步进梯形图指令与状态转移图 ................................................................................ 161
5.1.1 步进梯形图指令............................................................................................. 161
5.1.2 状态转移图和步进梯形图 ............................................................................. 162
5.1.3 SFC 图和 STL 图编程注意事项.................................................................... 166
5.1.4 状态转移条件的有关处理方法 ..................................................................... 167
5.2 SFC 图的跳转与分支................................................................................................ 169
5.2.1 SFC 图的跳转................................................................................................. 169
5.2.2 SFC 图的分支................................................................................................. 171
习题..................................................................................................................................... 180
第 6 章 功能指令......................................................................................................... 185
6.1 功能指令的表达形式................................................................................................185
6.1.1 功能指令的图形符号和指令 .........................................................................185
6.1.2 功能指令的格式及说明 .................................................................................186
6.2 程序流程指令............................................................................................................191
6.2.1 条件跳转指令（CJ）.....................................................................................192
6.2.2 子程序调用（CALL）、子程序返回（SRET）和主程序
结束指令（FEND ）.......................................................................................195
6.2.3 中断指令（IRET、EI、DI）........................................................................197
6.2.4 监视定时器（WDT ）....................................................................................200
6.2.5 循环指令（FOR、NEXT ）...........................................................................201
6.3 传送比较指令............................................................................................................202
6.3.1 比较指令（CMP） ........................................................................................203
6.3.2 区间比较指令（ZCP ）..................................................................................204
6.3.3 传送指令（MOV ）........................................................................................205
6.3.4 移位传送指令（SMOV） .............................................................................207
6.3.5 取反传送指令（CML） ................................................................................208
6.3.6 成批传送指令（BMOV ）.............................................................................209
6.3.7 多点传送指令（FMOV ） .............................................................................210
6.3.8 交换指令（XCH ） ........................................................................................ 211
6.3.9 BCD 交换指令（BCD ）................................................................................212
6.3.10 BIN 交换指令（BIN ）................................................................................212
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目 录
6.3.11 应用举例 .......................................................................................................213
6.4 四则逻辑运算指令....................................................................................................214
6.4.1 BIN 加法指令（ADD ） ................................................................................215
6.4.2 BIN 减法指令（SUB） .................................................................................217
6.4.3 BIN 乘法指令（MUL ）................................................................................218
6.4.4 BIN 除法指令（DIV）..................................................................................219
6.4.5 BIN 加 1 指令（INC）..................................................................................219
6.4.6 BIN 减 1 指令（DEC ）.................................................................................220
6.4.7 逻辑字与指令（WAND）.............................................................................223
6.4.8 逻辑字或指令（WOR）................................................................................223
6.4.9 逻辑字异或指令（WXOR）.........................................................................224
6.4.10 求补码指令（NEG ）...................................................................................226
6.5 循环移位指令............................................................................................................227
6.5.1 循环右移指令（ROR ）.................................................................................228
6.5.2 循环左移指令（ROL ）.................................................................................229
6.5.3 循环带进位右移指令（RCR ）.....................................................................230
6.5.4 循环带进位左移指令（RCL ）.....................................................................231
6.5.5 位右移指令（SFTR） ...................................................................................231
6.5.6 位左移指令（SFTL）....................................................................................232
6.5.7 字右移指令（WSFR ）..................................................................................234
6.5.8 字左移指令（WSFL） ..................................................................................235
6.5.9 位移写入指令（SFWR）..............................................................................236
6.5.10 位移读出指令（SFRD）.............................................................................236
6.6 数据处理指令............................................................................................................237
6.6.1 全部复位指令（ZRST ）...............................................................................238
6.6.2 译码指令（DECO ）......................................................................................238
6.6.3 编码指令（ENCO）......................................................................................240
6.6.4 1 的个数指令（SUM） .................................................................................241
6.6.5 置 1 位判断指令（BON ）.............................................................................242
6.6.6 平均值指令（MEAN）.................................................................................243
6.6.7 报警器置位指令（ANS ）.............................................................................243
6.6.8 报警器复位指令（ANR ）.............................................................................244
6.6.9 BIN 数据开方指令（SQR） .........................................................................245
6.6.10 BIN 转为 BIN 浮点数指令（FLT ）............................................................245
6.7 高速处理指令............................................................................................................246
6.7.1 输入/输出刷新指令（REF ）.........................................................................246
6.7.2 滤波调整指令（REFF ） ...............................................................................247
6.7.3 矩阵输入指令（MTR ） ................................................................................248
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电气可编程控制原理与应用（第 3 版）
6.7.4 比较置位指令（高速计数器用）（DHSCS ）..............................................250
6.7.5 比较复位指令（高速计数器用）（DHSCR ）..............................................250
6.7.6 区间比较指令（高速计数器用）（DHSZ）.................................................251
6.7.7 脉冲密度指令（SPD）..................................................................................254
6.7.8 脉冲输出指令（PLSY ）...............................................................................255
6.7.9 脉宽调制指令（PWM ） ...............................................................................256
6.7.10 可调速脉冲输出指令（PLSR ）..................................................................257
6.8 方便指令....................................................................................................................258
6.8.1 状态初始化指令（IST）...............................................................................259
6.8.2 数据查找指令（SER）..................................................................................263
6.8.3 凸轮控制（绝对方式）指令（ABSD ） ......................................................265
6.8.4 凸轮控制（增量方式）指令（INCD） .......................................................267
6.8.5 示教定时器指令（TTMR）..........................................................................270
6.8.6 特殊定时器指令（STMR）..........................................................................271
6.8.7 交替输出指令（ALT ）..................................................................................272
6.8.8 斜波信号指令（RAMP ）..............................................................................273
6.8.9 旋转工作台指令（ROTC ） ..........................................................................275
6.8.10 数据排列指令（SORT）.............................................................................277
6.9 外部设备 I/O 指令.....................................................................................................278
6.9.1 十字键输入指令（TKY）.............................................................................279
6.9.2 十六键输入指令（HKY ） ............................................................................281
6.9.3 数字开关指令（DSW ）................................................................................282
6.9.4 七段码译码指令（SEGD）...........................................................................283
6.9.5 带锁存七段码译码指令（SEGL）...............................................................283
6.9.6 方向开关指令（ARWS ）..............................................................................286
6.9.7 ASC 码转换指令（ASC ） ............................................................................287
6.9.8 ASC 码打印指令（PR ） ...............................................................................288
6.9.9 BFM 读出指令（FROM ）............................................................................289
6.9.10 BFM 写入指令（TO）................................................................................290
6.10 外部设备 SER 指令.................................................................................................291
6.10.1 串行数据传送指令（RS ）..........................................................................292
6.10.2 八进制位传送指令（PRUN ） ....................................................................295
6.10.3 十六进制转为 ASCII 码指令（ASCI ）......................................................295
6.10.4 ASCII 码转为十六进制数指令（HEX ） ...................................................297
6.10.5 校验码指令（CCD）...................................................................................298
6.10.6 电位器值读出指令（VRRD ）....................................................................299
6.10.7 电位器值刻度指令（VRSC ）.....................................................................300
6.10.8 PID 运算指令（PID ）.................................................................................301
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目 录
6.11 二进制浮点数及字节变换指令 ..............................................................................310
6.11.1 二进制浮点数比较指令（ECMP） ............................................................310
6.11.2 二进制浮点数区域比较指令（EZCP）...................................................... 311
6.11.3 二转十进制浮点数指令（EBCD ）.............................................................312
6.11.4 十转二进制浮点数指令（EBIN）..............................................................313
6.11.5 二进制浮点数加法指令（EADD）............................................................314
6.11.6 二进制浮点数减法指令（ESUB）.............................................................314
6.11.7 二进制浮点数乘法指令（EMUL）............................................................315
6.11.8 二进制浮点数除法指令（EDIV）..............................................................315
6.11.9 二进制浮点数开方指令（ESQR）.............................................................316
6.11.10 二进制浮点数转整数指令（INT）...........................................................316
6.11.11 浮点数 SIN 运算指令（SIN） ..................................................................317
6.11.12 浮点数 COS 运算指令（COS）................................................................318
6.11.13 浮点数 TAN 运算指令（TAN） ...............................................................318
6.11.14 上下字节变换指令（SWAP）...................................................................319
6.12 时钟数据运算及格雷码变换指令 ..........................................................................320
6.12.1 时钟数据比较指令（TCMP）....................................................................320
6.12.2 时钟数据区间比较指令（TZCP） .............................................................321
6.12.3 时钟数据加法指令（TADD）....................................................................322
6.12.4 时钟数据减法指令（TSUB）.....................................................................322
6.12.5 时钟数据读出指令（TRD）.......................................................................323
6.12.6 时钟数据写入指令（TWR）......................................................................324
6.12.7 格雷码变换指令（GRY）...........................................................................326
6.12.8 格雷码逆变换指令（GBIN）.....................................................................326
6.13 比较型接点指令......................................................................................................327
6.13.1 比较型接点指令详述 ...................................................................................327
6.13.2 应用实例.......................................................................................................329
习题.....................................................................................................................................331
第 7 章 可编程控制器的扩展设备................................................................................ 335
7.1 概述............................................................................................................................ 335
7.1.1 基本单元与扩展设备的连接......................................................................... 335
7.1.2 特殊单元和特殊模块的模块号 ..................................................................... 336
7.1.3 扩展单元和扩展模块的输入/输出编号 ........................................................ 337
7.1.4 扩展点数及供给电源的容量 ......................................................................... 338
7.1.5 输入/输出点数的确定.................................................................................... 338
7.2 模拟量输入/输出模块............................................................................................... 338
7.2.1 FX-2AD 模拟量输入模块.............................................................................. 339
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电气可编程控制原理与应用（第 3 版）
7.2.2 FX-4AD 模拟量输入模块.............................................................................. 344
7.2.3 FX-2DA 模拟量输出模块.............................................................................. 349
7.2.4 其他模拟量输入/输出模块简介 .................................................................... 353
7.3 定位控制模块............................................................................................................ 354
7.3.1 FX-1HC 高速计数器模块 .............................................................................. 354
7.3.2 FX-1PG 和 FX-10PG 脉冲输出模块 ............................................................. 355
7.3.3 FX-10GM 和 FX-20GM 定位专用单元 ........................................................ 357
7.3.4 FX-1RM-E-SET 可编程凸轮开关 ................................................................. 358
7.4 FX 系列 PLC 的通信和数据链接简介..................................................................... 359
7.4.1 CC-Link 省配线网络...................................................................................... 360
7.4.2 AS-I 省配线网络............................................................................................ 361
7.4.3 数据链接......................................................................................................... 361
7.4.4 通用通信、外围设备通信 ............................................................................. 363
7.5 图形操作终端............................................................................................................ 364
习题..................................................................................................................................... 365
第 8 章 可编程控制器的设计及示例............................................................................ 366
8.1 PLC 控制系统设计概述............................................................................................366
8.1.1 PLC 控制设计的基本原则.............................................................................366
8.1.2 PLC 控制设计的基本步骤.............................................................................366
8.2 输入/输出接线图的设计...........................................................................................367
8.2.1 输入接线图的设计 .........................................................................................367
8.2.2 节省输入点的几种方法 .................................................................................370
8.2.3 输出接线图的设计 .........................................................................................372
8.2.4 节省输出点的几种方法 .................................................................................373
8.3 PLC 控制设计示例....................................................................................................375
8.3.1 十字路口交通灯控制 .....................................................................................375
8.3.2 电镀 自动生产线 PLC 设计............................................................................378
8.3.3 传送带机械手控制设计 .................................................................................388
习题.....................................................................................................................................392
第 9 章 FX3UPLC 简介 ................................................................................................ 397
9.1 FX3UPLC 输入接线 ...................................................................................................397
9.2 FX3UPLC 基本单元的型号 .......................................................................................398
9.3 FX3UPLC 基本指令更新 ...........................................................................................398
9.3.1 位元件变址.....................................................................................................398
9.3.2 字元件的位指定 .............................................................................................399
9.3.3 MEP、MEF 指令 ...........................................................................................399
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目 录
9.4 FX3UPLC 软元件更新 ...............................................................................................402
9.4.1 输入/输出继电器编号扩展 ............................................................................402
9.4.2 缓冲存储器的直接指定（U □\G □）..........................................................404
9.4.3 AB 相 4 倍计数器 ..........................................................................................405
9.5 FX3UPLC 功能指令更新 ...........................................................................................406
9.5.1 块数据的加法运算、减法运算指令 .............................................................406
9.5.2 块数据比较指令 .............................................................................................406
9.5.3 字符串处理指令 .............................................................................................406
9.5.4 浮点数运算指令 .............................................................................................408
9.5.5 定坐标指令.....................................................................................................410
9.5.6 变频器专用通信指令 ..................................................................................... 411
习题.....................................................................................................................................413
第 10 章 编程软件与实验 ............................................................................................ 415
10.1 GX Developer 编程软件 .........................................................................................415
10.1.1 编程软件的基本操作 ...................................................................................415
10.1.2 程序编辑操作 ...............................................................................................418
10.1.3 程序的传送 ...................................................................................................421
10.1.4 在线监视.......................................................................................................422
10.1.5 程序的仿真...................................................................................................422
10.2 电气控制线路实验 ..................................................................................................423
实验 1 三相异步电动机起动、点动、停止控制 ..................................................423
实验 2 三相电动机可逆控制 ..................................................................................424
实验 3 单按钮启动、停止控制 ..............................................................................426
10.3 PLC 实验 .................................................................................................................428
实验 4 十字路口交通灯控制 ..................................................................................428
实验 5 智力竞赛抢答..............................................................................................429
实验 6 6 台电动机顺序起动、逆序停止控制 .......................................................432
实验 7 小车定点呼叫..............................................................................................433
实验 8 简易电梯控制..............................................................................................435
10.4 电气及 PLC 控制综合实验.....................................................................................437
实验 9 三相异步电动机能耗制动控制 ..................................................................437
实验 10 三相异步电动机星形-三角形降压起动控制...........................................439
10.5 设计性实验..............................................................................................................441
实验 11 3 台电动机顺序延时起动电气控制实验 .................................................441
实验 12 电动机点动起动能耗制动电气控制实验 ................................................441
实验 13 两台电动机顺序延时起动、逆序停止电气控制实验 ............................441
实验 14 电动机点动起动能耗制动 PLC 实验.......................................................441
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电气可编程控制原理与应用（第 3 版）
实验 15 两台电动机不同时起动 PLC 实验...........................................................441
实验 16 3 人表决 PLC 实验....................................................................................441
实验 17 两台电动机顺序起动、逆序停止 PLC 实验...........................................442
实验 18 电动机正反转起动能耗制动控制 PLC 实验...........................................442
实验 19 电动机延时正反转停控制 PLC 实验.......................................................442
实验 20 8 个人表决 PLC 实验................................................................................442
实验 21 3 个按钮控制 3 盏灯 PLC 实验................................................................442
实验 22 电动机运行时间设定 PLC 实验...............................................................442
参考文献 ....................................................................................................................... 443
附录 A 《国产低压电器产品型号编制办法》（JB 2930—81.10）............................... 444
附录 B FX2N 可编程控制器性能规格 ........................................................................... 446
附录 C FX2N 型可编程控制器特殊软元件 .................................................................... 447
附录 D FX2N 型可编程控制器错码一览表 .................................................................... 456
附录 E FX 系列 PLC 功能指令表 ................................................................................ 460
附录 F ASCII 码表 ...................................................................................................... 466
·XII ·
