PLC理论教案.docx
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PLC理论教案
焦煤高级技校学期理论课教案首页
教材名称及版本：
可编程序控制器及其应用劳动版（第二版）
授课章节：
第一章至第五章
授课时间（上半期）：
2012年09月03日至2012年09月28日
授课时间（下半期）：
年月日至年月日
学期课时总数：
24周课时数：
6
授课班级：
11级机电一体化（高中班）
课程安排情况：
上半期
一
二
三
四
五
1、2
3、4
PLC
PLC
5、6
PLC
课程安排情况：
下半期
一
二
三
四
五
1、2
3、4
5、6
学期课程变化情况及
其它说明
章节及课题：
第一章1-1可编程控制器的硬件知识
备课时间：
授课时间：
课时数：
2
教学方法：
讲授
科长或教研组长审批意见
教具或多媒体：
PLC实物、多媒体课件
审批日期：
教学目的：
让学生熟悉PLC的硬件结构，掌握PLC的硬件知识
重点：
PLC的外部结构
难点：
PLC的内部结构
教案执行后摘记：
教学过程:
一、组织教学
考勤并做记录
二、复习旧课
在PLC诞生之前，很多控制系统采用继电器控制方式，当系统很复杂时，用的器件很多（有的成百上千个器件），接线也很复杂（成千上万根连线），密如蜘蛛网。
故障检查困难，维修困难。
为适应新的控制要求应运产生。
三、讲授新课
1.PLC的产生、特点及分类
（1）PLC的产生及定义
PLC在早期是一种开关逻辑控制装置，被称为可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC。
随着计算机技术和通信技术的发展，PLC采用微处理器作为其控制核心，它的功能已不再局限于逻辑控制的范畴。
因此，1980年美国电气制造协会（NEMA）将其命名为ProgrammableController（PC），但为避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称PC混淆，习惯上仍将其称为PLC。
（2）PLC的特点
PLC软件简单易学、使用和维护方便、运行稳定可靠、设计施工周期短。
（3）PLC的分类
①按I/O点数
小型PLC：
入出总点子数256
中型PLC：
入出总点子数256~204
大型PLC：
入出总点子数>2048
②按结构类型分
整体式（单元式）：
基本单元、扩展单元、特殊功能单元
模块式（积木式）：
CPU模块、I/O模块、电源模块、存储器模块等。
叠装式：
基本单元、扩展单元、特殊功能单元、扩展模块、特殊功能模块等。
③按功能分
低档机中档机高档机
④按生产厂家分
日本立石（OMRON）公司的SP\C系列可编程序控制器；
日本三菱（MITSUBISHI）公司的F、F1、F2、FX2N系列可编程序控制器；
日本松下（PANASONIC）电工公司的FP1系列可编程序控制器；
美国通用电气（GE）公司的GE系列可编程序控制器；
美国艾论—布拉德利（A--B）公司的PLC-5系列可编程序控制器；
德国西门子（SIEMENS）公司的S5、S7系列可编程序控制器
2.PLC的结构（FX2N—48MR）
（1）PLC系统组成：
（2）面板介绍
输入接线端、输出接线端、操作面板和状态指示栏等4部分。
（3）内部结构
PLC是一种专用于工业自动化控制的计算机，主要由CPU、存储器、I/O接口电路、外设接口、编程装置和电源等组成。
（4）PLC的工作原理
PLC的工作过程是一个不断循环扫描的过程。
每一次扫描过程有输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段。
3.PLC的应用
（1）开关量逻辑控制：
取代传统的继电器－接触器控制。
这是PLC最广泛的应用。
（2）过程控制：
对生产过程中连续变化的模拟量进行检测和控制。
（3）数据处理：
数据运算、数据传递、数据转换，排序查表、位操作等。
（4）通信联网与显示打印：
可组成多级、分布式控制系统。
实现控制与管理的结合。
应用举例如下图：
四、小结
PLC的内部结构主要由CPU、存储器、I/O接口电路、外设接口、编程装置和电源等组成。
五、作业
习题2
章节及课题：
第一章1-2可编程控制器的软件知识
备课时间：
授课时间：
课时数：
2
教学方法：
讲授法；图解法；演示法
科长或教研组长审批意见
教具或多媒体：
PLC编程软件、多媒体课件、PLC若干程序、
PLC
审批日期：
教学目的：
让学生熟悉PLC的编程语言，掌握编程软件的使用方法
重点：
PLC编程软件的使用方法
难点：
PLC编程软件的使用方法
教案执行后摘记：
教学过程:
一、组织教学
考勤并做记录
二、复习旧课
复习PLC的硬件知识。
三、讲授新课
1.PLC的编程语言
梯形图、指令语句表、状态功能图
2.编程软件的使用
三菱PLC编程软件SWOPC-FXGP/WIN-C及GXDeveloper编程软件，重点介绍GXDeveloper编程软件。
（1）软件的安装
该软件含有两个文件夹，如下图所示。
打开第一个文件夹GX-Simulator6-C（仿真），如图1-19所示，初次安装该软件，要先安装该文件夹内“EnvMEL”的文件夹，打开该“EnvMEL”，双击安装图标，即可装。
安装完这个文件后，再返回安装“GX-Simulator6-C”，双击安装图标，按照安装提示，即可安装完毕。
然后再安装第二个文件“GX-Developer（开发）”。
注意：
要求两个文件装在同一目录下。
（2）程序的输入和编辑
软件安装完毕以后，即可使用。
使用方法如下。
①打开程序
单击“开始”→“程序”→“MELSOFT应用程序”→“GX-Developer”即打开程序，如下图所示。
②创建新工程
单击“工程（F）”→“创建新工程（N）”或单击图标，即出现如下图所示的对话框，要求选择“PLC系列”和“PLC类型”以及选择“程序类型”。
对话框中默认为“梯形图逻辑”。
单击“设置工程名”，再“工程名”框中输入工程名。
选择工程保存路径，点击“确定”新工程建立完毕。
如下图所示进入编程界面。
本软件可用于三菱A系列、Q系列和FX系列等的PLC。
③输入梯形图
输入梯形图有两种方法：
一是利用工具条（见下图）中的快捷键输入;二是直接用键盘输入。
下面以一段简单的程序为例说明这两种输入方法。
【例】输入下面一段程序
【分析】
1）用工具条中的快捷键输入
触点输入：
点击F5,则出现一个如下图所示的对话框，再对话框中输入X0，点击“确定”则触点输入，用同样的方法，可以输入其他的常开、常闭触点、输出线圈等。
2）从键盘输入
如果键盘使用熟练，直接从键盘输入则更方便，效率更高。
不用点击工具栏中的按钮。
以例1程序为例，首先使光标处于第一行的首端。
在键盘上直接输入ldx0,同样出现一个对话框，如下图所示。
再单击回车键（Enter）,则程序输入；接着输入outy0，再单击回车键线圈输入；再输入ory0，再单击回车键。
用键盘输入时，可以不管程序中各触电的连接关系，常开触点用LD，常闭触点用LDI，线圈用OUT，功能指令直接输入助记符和操作数。
但要注意助记符和操作数之间用空格隔开。
对于出现分支、自锁等关系的可以直接用竖线补上。
通过一定的练习和搜索，就能熟练地掌握程序输入的方法。
3）梯形图编辑
在输入梯形图时，常需要对梯形进行编辑，如插入、删除等操作。
①触点的修改、添加和删除：
ⅰ、修改：
光标移在需要修改的触点上，直接输入新的触点，单击回车键即可，则新的触点覆盖原来的触点。
也可以把光标移到需要修改的触点上，双击，则出现一个对话框（见下图），在对话框输入新触点的标号，单击回车即可。
ⅱ、添加：
把光标移在需要添加触点上，直接输入新的触点，单击回车键。
ⅲ、删除：
把光标在需要删除的触点上，在按键盘的“Delete”键，即可删除，再点击直线，单击回车键，用直线覆盖原来的触点。
4）程序的转换
程序通过编辑以后，计算机界面的底色是灰色的，要通过转换变成白色才能传给PLC或进行仿真运行。
转换方法如下：
①直接单击功能键“F4”。
②点击菜单条中的“转换（C）”→弹出下拉菜单→下拉菜单中点击“变换（C）”。
5）程序传送（PC←→PLC）
①PLC写入:
把程序从PC←→PLC。
步骤如下：
ⅰ、点击快捷按钮。
ⅱ、点击菜单条中的“在线（O）”弹出下拉菜单，在下拉菜单中单击“PLC写入（W）”。
②PLC读取：
把程序从PLC→PC。
步骤如下：
ⅰ、点击快捷按钮。
ⅱ、点击菜单条中的“在线（O）”弹出下拉菜单，在下拉菜单中点击“PLC读取（R）”。
（3）程序的仿真运行
该软件能够在没有PLC的情况下仿真程序运行，从而可以调试、监控所编写的程序。
【例】仿真的操作方法
1）程序输入，再转换
输入的梯形图如下图所示。
2）梯形图逻辑测试启动
点击菜单条中的“工具（T）”，弹出下拉菜单，在下拉菜单中点击“梯形图逻辑测试启动（L）”，测试程序写入，如下图所示，待参数写入完成以后图消失，表示程序传入完成。
光标变成蓝块，程序已处于监控状态。
且在状态栏中出现，点击该状态栏，即可出现梯形图逻辑测试工具对话框。
在图1中“RUN”是黄色，表示程序已经正常运行。
如程序有错或出现未支持指令，则出现未支持指令对话框如图2所示。
双击绿色“未支持指令”，就可跳出未支持指令一览表。
图1梯形图逻辑测试对话框图2未支持指令对话框
3）强制位元件ON或OFF，监控程序的运行状态
点击工具栏“在线（O）”，弹出下拉菜单，点击“调试（B）”→“软元件测试（D）”或者直接点击软元件测试快捷键，则弹出位元件测试对话框如下图所示。
在该对话框“位软元件”栏中输入要强制的位元件，如X0，需要把该元件置ON的，就点击强制ON，如需要把该元件置OFF的，就点击强制OFF。
同时在“执行结果”栏中显示刚强制的状态。
此时程序已运行，运行结果如图3和4所示，接通触点和线圈都用蓝色表示，同时可以看到字元件的数据在变化。
图3X0处于OFF时的状态图4X0处于ON时的状态
4）监控各位元件的状态和时序图
点击状态栏的
按钮，弹出如下图所示的对话框，对于位元件，用鼠标双击，可以强置ON，再双击，可以强置OFF，对于数据寄存器D，可以直接置数。
对于T、C也可以修改当前值，因此调试程序非常方便。
5）时序图监控
在上图中点击“时序图（T）”→启动“（R）”，则出现时序图监控，如下图所示。
（4）PLC停止运行
点击状态栏的
按钮，弹出下图所示对话框，在图中选择“STOP”，PLC就停止运行，再选择“RUN”，PLC又运行。
（5）退出PLC仿真运行
在对程序仿真测试时，通常需要对程序进行修改，这时要退出PLC仿真运行，重新对程序进行编辑修改。
退出方法如下:
点击快捷键图标
，则出现退出梯形图逻辑测试窗口如下图所示，点击“确定”即可退出仿真运行，但此时的光标还是蓝块，程序处于监控状态，不能对程序进行编辑，所以需要点击快捷图标
，光标变成方框，即可对程序进行编辑。
3.FX-20P-E型手持式编程器的使用（介绍）
四、小结
编程软件的使用
五、作业
习题6
章节及课题：
第二章2-1基本指令及编程
备课时间：
授课时间：
课时数：
2
教学方法：
讲授法；演示法
科长或教研组长审批意见
教具或多媒体：
PLC编程软件、多媒体课件、PLC若干程序、
PLC
审批日期：
教学目的：
让学生熟悉PLC的基本编程方法，学习PLC基本逻辑控制指令
重点：
PLC基本逻辑控制指令
难点：
PLC基本逻辑控制指令
教案执行后摘记：
一、组织教学
考勤并做记录
二、复习旧课
复习PLC编程软件的使用。
三、讲授新课
1.PLC如何控制电动机工作
演示操作。
2.PLC基本指令
（1）接点串联指令AND、ANI
（2）接点并联指令OR、ORI
（3）置位指令SET、复位指令RST
（4）脉冲上升沿、下降沿“取”指令LDP、LDF
（5）电路块操作指令ANB、ORB
（6）交替输出指令ALT
（7）进栈、读栈、出栈指令MPS、MRD、MPP
（8）主控、主控复位指令MC、MCR
（9）脉冲微分指令PLS、PLF
（10）空操作与结束指令NOP、END
3.指令应用
控制要求:
某生产设备有1台电动机，除连续运行控制外，还需要用点动控制调整生产设备的状态。
3个操作按钮分别是启动按钮、停止按钮和点动按钮。
（1）根据控制要求写出PLC的I/O分配表。
表I/O分配表
输入
输出
输入继电器
输入元件
作用
输出继电器
输出元件
控制对象
X0
SB1
启动按钮
Y0
接触器KM
电动机M
X1
SB2
停止按钮
X2
SB3
点动按钮
X3
KH
过载保护
（2）PLC的硬件设计
根据控制要求和I/O分配表设计硬件电气原理图如下图所示。
图PLC硬件控制线路图
（3）PLC控制系统软件设计
梯形图如下图所示：
（4）程序编制与调试
利用PLC编程软件对程序进行编制﹑调试和仿真。
四、小结
通过本课题的学习掌握基本逻辑控制指令的应用。
五、作业
习题2、4
附：
板书设计
板书设计
第二章2-1基本指令及编程
课件演示区
一、PLC如何控制电动机工作
二、PLC基本指令
（1）AND、ANI
（2）OR、ORI
（3）SET、RST
（4）LDP、LDF
（5）ANB、ORB
（6）ALT
（7）MPS、MRD、MPP
（8）MC、MCR
（9）PLS、PLF
（10）NOP、END
三、控制要求
某生产设备有1台电动机，除连续运行控制外，还需要用点动控制调整生产设备的状态。
1、I/O分配表
输入：
输出：
2、PLC硬件设计
3、PLC软件设计
四、知识拓展
梯形图编程规则
多上并左，触点水平不垂直，顺序不同结果不同，触点可并可串无限制
五、课堂小结
通过本课题的学习掌握基本逻辑控制指令的应用
六、布置作业
习题2、4
复习PLC编程软件的使用
问题1：
如何输入程序？
问题2：
如何转换程序？
问题3：
如何远程操作程序？
问题4：
如何进行监控和仿真？
可擦区
章节及课题：
第二章2-2定时器
备课时间：
授课时间：
课时数：
2
教学方法：
讲授法；演示法；对比法
科长或教研组长审批意见
教具或多媒体：
PLC编程软件、多媒体课件、延时若干程序、
审批日期：
教学目的：
让学生掌握定时器的有关知识和应用，进一步掌握PLC程序设计的方法
重点：
定时器的应用
难点：
定时器的应用
教案执行后摘记：
一、组织教学
考勤并做记录
二、复习旧课
复习PLC编程软件的使用。
三、讲授新课
1.定时器T
定时器分类
定时器名称
编号范围
点数
计时范围
100ms定时器
T0～T199
200
0.1～3276.7s
10ms定时器
T200～T245
46
0.01～327.67s
1ms累计定时器
T246～T249
4
0.001～32.767s
100ms累计定时器
T250～T255
6
0.1～3276.7s
定时器T的使用说明：
（1）定时器是根据时钟脉冲累计计时的，时钟脉冲周期有1ms、10ms、100ms三种规格，定时器的工作过程实际上是对时钟脉冲计数。
（2）定时器有一个设定值寄存器，一个当前值寄存器。
这些寄存器都是16位（即数值范围是1～32767），计时时间为设定值乘以定时器的计时单位（时钟脉冲周期）。
（3）每个定时器都有一个常开和常闭接点，这些接点可以无限次引用。
（4）定时器满足计时条件时开始计时，定时时间到时其常开接点闭合，常闭接点断开。
2．普通定时器（T0～T245）
3.累计定时器（T246～T255）
与普通定时器不同的是，累计定时器在计时中途线圈或PLC断电时，当前值寄存器中的数据可以保持，当线圈重新通电时，当前值寄存器在原来数据的基础上继续计时，直到累计时间达到设定值，定时器动作。
累计定时器的当前值寄存器数据只能用复位指令清0。
四、小结
1．普通定时器与累计定时器的区别
2．定时器的应用的应用
五、作业
习题7
章节及课题：
第二章2-3计数器
备课时间：
授课时间：
课时数：
2
教学方法：
讲授法；演示法；对比法
科长或教研组长审批意见
教具或多媒体：
PLC编程软件、多媒体课件、程序、
审批日期：
教学目的：
让学生掌握计数器的有关知识和应用，进一步掌握PLC程序设计的方法
重点：
计数器的应用
难点：
计数器的应用
教案执行后摘记：
一、组织教学
考勤并做记录
二、复习旧课
复习PLC的定时器的基本知识。
三、讲授新课
1.普通计数器C
普通计数器C分类表
计数器名称
编号范围
点数
计数范围
16位增
计数器
普通用
C0～C99
100
0～32767
掉电保持用
C100～C199
100
0～32767
32位增减
计数器
普通用
C200～C219
20
−214748364～2147483647
掉电保持用
C220～C234
15
−214748364～2147483647
普通计数器C的使用说明：
（1）计数器的功能是对输入脉冲进行计数，计数发生在脉冲的上升沿，达到计数器设定值时，计数器接点动作。
每个计数器都有一个常开和常闭接点，可以无限次引用。
（2）计数器有一个设定值寄存器，一个当前值寄存器。
16位计数器的设定值范围是1～32767，32位增减计数器的设定值范围是−2147483648～2147483647。
（3）普通计数器在计数过程中发生断电，则前面所计的数值全部丢失，再次通电后从0开始计数。
（4）掉电保持计数器在计数过程中发生断电，则前面所计数值保存，再次通电后从原来数值的基础上继续计数。
（5）计数器除了计数端外，还需要一个复位端。
（6）32位增减计数器是循环计数方式。
16位增计数器（C0～C199）
16位增计数器C0的监控程序与动作时序图
例题：
程序如下图所示，当X0保持接通后延时多长时间Y0才能通电？
【解】当X0保持接通后，由定时器T1组成的振荡电路开始工作，T1的常开接点每隔10s接通一次，使计数器C0的当前值增加，当C0的当前值增加到10时，C0的常开接点闭合，使控制对象Y0接通。
因此，Y0的延时时间t为定时器的振荡周期值乘以计数器的设定值。
t=0.1×100×10=100s
定时器的计时时间都有一个最大值，如100ms的定时器最大计时时间为3276.7s，如果所需要的延时时间大于最大值，可以采用计数器与定时器配合获得较长延时时间。
在图3.71所示的梯形图程序中，当X0保持接通后，经过5小时（0.1s×18000×10=18000s）延时，Y0才接通。
由计数器C0和定时器T1构成的长延时控制程序
2、32位增减计数器（C200～C234）
增减计数器（又可称为双向计数器）有增计数和减计数两种工作方式，其计数
方式由特殊辅助继电器M8200～M8234的状态决定，M8□□□的状态ON是减计数，状态OFF或者程序中不出现M8□□□是增计数。
普通用32位增减计数器的工作过程如图3.72所示。
X0为计数方式控制端，X1为复位端，X2为计数信号输入端，控制C201计数器进行计数操作。
计数器的当前值−4加到−3（增大）时，其接点接通（置1），当计数器的当前值由−2减到−3时（减小）时，其接点断开（置0）。
应用增减计数器C201的程序与动作时序图：
四、小结
计数器的知识及常用基本逻辑指令的应用。
五、作业
习题8
章节及课题：
第二章2-42-5基本指令综合运用
（一）
（二）
备课时间：
授课时间：
课时数：
2
教学方法：
讲授法；演示法
科长或教研组长审批意见
教具或多媒体：
PLC编程软件、多媒体课件、程序、动画
审批日期：
教学目的：
通过设计较复杂的程序，掌握基本指令、计数器及定时器的综合运用方
法。
了解经验法设计梯形图的步骤和要领。
重点：
掌握经验法设计梯形图的规律
难点：
基本逻辑指令的应用
教案执行后摘记：
一、组织教学
考勤并做记录
二、复习旧课
复习PLC的基本指令、定时器及计数器的相关知识。
三、讲授新课
1、三相异步电动机正反转控制的继电器电路图，试将该继电器电路图转换为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图。
三相异步电动机正反转控制的继电器电路图
解：
（1）分析动作原理
（2）确定输入/输出信号
（3）画出PLC的外部接线图
（4）画对应的梯形图
（5）画优化梯形图
电动机正反转的外部接线图：
电动机正反转的继电器电路图所对应的梯形图：
电动机正反转的优化梯形图：
2、3台电动机顺序起动
（1）控制要求。
电动机M1起动5s后电动机M2起动,电动机M2起动5s后电动机M3起动；按下停止按钮时，电动机无条件全部停止运行。
（2）输入/输出分配。
X1：
起动按钮，X0:
停止按钮，Y1：
电动机M1，Y2：
电动机M2，Y3：
电动机M3。
（3）梯形图方案设计。
3台电动机顺序起动梯形图：
四、小结
1﹑编程能力的提高关键在于多编程和掌握好的方法，要求学生多练习。
2﹑牢记经典的小程序。
五、作业
习题11
章节及课题：
第二章2-6基本指令综合运用（三）
备课时间：
授课时间：
课时数：
2
教学方法：
讲授法；演示法
科长或教研组长审批意见
教具或多媒体：
PLC编程软件、多媒体课件、程序、动画
审批日期：
教学目的：
熟悉典型的基本控制程序，可以设计一些较复杂的系统控制程序
重点：
掌握控制要求的状态分析方法
难点：
控制程序的设计技巧
教案执行后摘记：
一、组织教学
考勤并做记录
二、复习旧课
复习PLC的基本指令、定时器及计数器的应用。
三、讲授新课
电动机综合控制要求如下：
启动：
采用串电阻降压启动.
转向：
双向运行。
制动：
串电阻反接制动。
1、I/O分配表
I/O分配表如下：
输入
输出
元件
代号
作用
输入继电器
元件
代号
作用
输出继电器
SB1
正
升级会员 