PLC教案P开始.docx

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PLC教案P开始

教案

2013——2014学年上学期

课程名称电器及PLC控制技术

专业班级12级美昌1、2班

教师姓名盛宪法

珙县职业高级中学

本学期教学进度安排表

周次

时间

教学内容

备注

第一周

9.2-9.6

第二周

9.9-9.13

第三周

9.16-9.20

第四周

9.23-9.27

可编程控制器简介

第五周

9.30-10.4

国庆节

第六周

10.7-10.11

可编程控制器的基本组成及工作原理

第七周

10.14-10.18

可编程序控制器的输入/输出单元

第八周

10.21-10.25

FX系列可编程控制器的内部系统配置

第九周

10.28-11.1

FX可编程控制器的基本指令及编程方法

第十周

11.4-11.8

半期考试

第十一周

11.11-11.15

FX可编程控制器的基本指令及编程方法

第十二周

11.18-11.22

FX可编程控制器的基本指令及编程方法

第十三周

11.25-11.29

FX可编程控制器的基本指令及编程方法

第十四周

12.2-12.6

FX可编程控制器的基本指令及编程方法

第十五周

12.9-12.13

可编程控制器控制系统的设计

第十六周

12.16-12.20

天塔之光的PLC控制

第十七周

12.23-12.27

交通指挥灯的PLC控制

第十八周

12.30-1.3

抢答器PLC控制

第十九周

1.6-1.10

“欢迎光临”字幕PLC控制

第二十周

1.13-17

复习

课程类型

基础文化课（）；专业基础课（）；专业实习课（）

授课

方式

课堂讲授（）；

实践课（）

考核方式

考试（）；考查（）

课程教学

总学时数

学时分配

课堂讲授学时；实践课学时

教材名称

电器及plc控制技术

出版社及作者

高等教育出版社

高勤

指定参考书

作者

出版社

出版时间

1电器及plc控制技术

2

3

高勤

高等教育出版社

2001.12

第4周第1-4次课2013年9月23日

章

节

名

称

第三章可编程序控制器的基本概况

第一节可编程控制器简介

授课

方式

理论课（　）；实践课（　）；

实习课（　）

教　学

时　数

4

教学目的

及

要求

1.了解PLC的定义、产生及发展。

2.了解PLC的功能特点及现在世界领域内的生产状况。

教学

重点

与

难点

1.PLC的定义

2.PLC的功能特点

教学

手段（仪器）

多媒体课堂教学；讲述、图示。

教学方法

教授法、演示法

教　学主要　内　容（可以续页）

时间

分配

可编程控制器的简介

PLC是一种专门用于工业控制的计算机。

早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。

它主要用于顺序控制，实现逻辑运算。

因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmablelogiccontroller，略写PLC）

随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。

被称为可编程控制器（Programmablecontroller，略写PC）。

为区别于PersonalComputer（PC），故沿用PLC这个名称。

1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。

（1）容易编程

（2）采用模块式结构

（3）成本可与继电器控制系统相竞争

（4）具有数据通讯功能

（5）输入输出电源使用市电

（6）能在恶劣环境下工作

（7）存储设备可扩充至4K个存储字节

（8）系统扩展时原系统只需很小的改动

（9）可靠性高于继电器控制系统

（10）设备体积小于继电器控制柜

1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。

70年代中后期，由于计算机技术的发展，PLC采用通用微处理器为核心，功能扩展到各种算术运算，PLC运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。

1980年美国电气制造协会（NEMA）正式将其命名为可编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。

PLC的定义

1987年美国电气制造协会给出的可编程序控制器的定义为：

可编程序控制器是以微处理器为基础，带有指令存储器和数字或模拟I/O接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。

PLC的发展

1969年美国研制出世界上第一台PLC以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的PLC。

70年代中期，PLC进入了实用化阶段。

70年代末和80年代初，PLC进入了成熟阶段。

教　学主要　内　容（可以续页）

时间

分配

PLC的发展趋势

（1）向高速度、大存储容量方向发展

（CPU处理速度nS级；内存2M字节）

（2）向多品种方向发展和提高可靠性

（超大型和超小型）

（3）产品更加规范化、标准化

（硬件、软件兼容的PLC）

（4）分散型、智能型、与现场总线兼容的I／0

（5）加强联网和通信的能力

（6）控制的开放和模块化的体系结构OMAC

（openModularArchitectureforControl）

PLC著名品牌

1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家：

•美国A－B公司（Allen－Bradley）

•德国西门子公司（Siemens）

•美国GE－Fanuc公司

•美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司

•日本欧姆龙公司（OMRON）

•日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）

•日本富士电机株式会社（FujiElectric）

•日本东芝公司（TOSHIBA）

•日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子（CKE）

•日本松下电工株式会社（MEW）：

MatsushitaElectricWorksLtd）

根据美国AutomationResearchCo．（ARC）的商情调查，在1994年PLC市场上，最大的5家PLC制造商是:

•SIEMENS，

•Allen－Bradly，（Rockwell）

•AEGSchneider，

•三菱电机,

OMRON

PLC的应用领域

PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、交通等行业。

经验表明，80％以上的工业控制可以使用PLC来完成。

PLC控制已成为工业控制的重要手段之一，与CAD/CAM，机器人技术一起成为实现现代自动化生产的三大支柱。

教　学主要　内　容（可以续页）

时间

分配

在日本，凡8个以上中间继电器组成的控制系统都已采用PLC来取代。

PLC的主要功能

1.逻辑控制2.定时控制3.计数控制

4.步进控制5.A/D、D/A转换6.数据处理

7.通信与联网8.监控控制系统

PLC的主要优点

•通用性强，使用方便

•功能强，适应面广

•可靠性高，抗干扰能力强

•编程方法简单，容易掌握

•PLC控制系统的设计、安装、调试和维修工作量少，极为方便。

控制程序变化方便，具有很好的柔性。

•体积小、重量轻、功耗低

PLC的缺点

•主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：

如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。

•编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的PLC互不兼容。

SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在Windows平台下，结合IEC1131－3国际标准的新一代开放体系结构的PLC。

复习思考题

1、什么叫做PLC？

2、列举PLC的主要功能？

小结

学生学习的非智力因素主要表现在学习的主动性不强，学生对概念掌握有待提高。

教师应该努力培养学生学习的主动性，积极性，充分利用现代教育手段，激发学生的学习兴趣，让学生在主动探索中获取知识。

重视学法指导，使学生从“学会”向“会学”转变，达到“教是为不教”的目的。

坚持多表扬少批评，及时发现他们的闪光点，帮助其树立信心。

第6周第5-8次课2013年10月7日

章

节

名

称

第三章可编程序控制器的基本概况

第二节可编程控制器的基本组成及工作原理

授课

方式

理论课（　）；实践课（　）；

实习课（　）

教　学

时　数

4

教学目的

及

要求

1.了解PLC的基本结构

2.了解PLC的工作原理

3.了解PLC的性能指标及分类

4.通过与其它控制系统的比较总结PLC控制系统的优点

教学

重点

与

难点

1.PLC的基本结构

2.PLC的基本工作原理

3.PLC的性能指标及分类

教学

手段（仪器）

多媒体课堂教学；讲述、分析、图示。

教　学主要　内　容（可以续页）

时间

分配

PLC的分类

1.按结构形式分类

（1）整体式

将电源、CPU、I／0部件都集中装在一个机箱内。

一般小型PLC采用这种结构。

（2）模块式

将PLC各部分分成若干个单独的模块，如CPU模块、I／0模块、电源模块和各种功能模块等。

这些模块插在机架底板上，组装在一个机架内。

一般大、中型PLC采用模块式结构。

（3）整体模块混合式

将CPU、电源模块、通信模块和一定数量的I/O单元集成到一个机壳内。

当使用I/O模块不够时，再进行扩展。

2.按I/O点数和存储容量分类

（1）小型

小型PLC的输入输出点数在256点以下（所谓输入输出点数就是输入开关和输出继电器的个数），用户程序存储器容量在2K字以下。

（2）中型

中型PLC的输入输出点数在256～2048之间，用户程序存储器容量一般为2～8K字。

（3）大型

大型PLC的输入输出点数在2048以上，用户程序存储器容量达8K字以上。

PLC的基本结构

1.CPU2.存储器3.I/O电路4.电源模块

5.通信接口6.特殊功能单元7.编程器

PLC结构示意图如图5－2所示

PLC各组成部分介绍

1.CPU芯片

1）CPU的作用：

（1）从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令

（2）将各种输入信号取入

（3）把运算结果送到输出端

（4）响应各种外部设备的请求

教　学主要　内　容（可以续页）

时间

分配

2）CPU的类型：

（1）通用处理器：

8086、80286、80386

（2）单片机芯片：

8031、8096

（3）位片式微处理器：

AMD-2900

小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU

中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU

大型PLC多采用高速位片式微处理器

2.存储器

（1）系统程序存储器主要用于存放系统正常工作所必须的程序，这些程序与用户无直接关系，由厂家直接固化进EPROM中。

系统程序是厂家赋予PLC功能的程序。

有了系统程序，单片机组成的系统就成了PLC。

（2）用户程序存储器

主要用于用户按控制要求所编制的程序，可通过编程器修改。

（3）数据

包括PLC运行中的各种数据。

例如：

I/O、定时、计数、保持、模拟量、各种标志等。

一般用户程序和数据放在后备电池支持的RAM中。

3.I/O电路

I/O电路是PLC与现场工业设备连接的电路。

现场的开关量（如：

行程开关、传感器等）信号通过I/O电路输入PLC

PLC输出的开关（如：

继电器、晶体管等）信号从PLC输出到工业设备（如：

电磁铁、电机等）

4.电源模块

PLC电源的输入电压有直流12V、24V、48V和交流110V、220V，根据需要选择。

电源模块的输出一般为直流5V和24V，它们向PLC的CPU、存储器等提供工作电源。

5.通信接口

一般PLC的CPU模块上至少有一个RS232或是RS485通信接口，PLC可以通过通信接口与上位计算机通信，还可以和PLC配套的编程器通信。

PLC上还有通信模块，通过这些模块，可以组成网络或上、下位的分散控制系统。

6.特殊功能单元

包括模糊单元、温度传感单元、温度控制单元、凸轮控制单元、位置控制单元、高速计数单元、语音单元等。

7.编程器

编程器是PLC必不可少的外部设备。

用户通过编程器编写控制程序，并通过通信单元（编程器接口）将程序装入PLC。

编程器还可以监控PLC的运行。

教　学主要　内　容（可以续页）

时间

分配

计算机配编程软件后，成为一个功能强大的编程器。

在计算机上可以对PLC进行设置、编程、调试、监控、显示、打印等工作。

PLC的性能指标

1.编程语言（梯形图、助记符）

2.指令种类数和总条数

3.I/O点数（开关量和模拟量）

4.PLC内部继电器种类和点数

5.用户程序存储量（有的PLC是用编程的步数来表示）

6.扫描速度（单位：

ms/K字或ms/1000步、us/步）

7.特殊功能单元8.可扩展性（I/O点数、存储容量、联网功能、模块）

9.工作环境

10.其它（I/O方式、硬件型号等）

PLC的基本工作原理

一、PLC的组成部分

输入部分：

收集被控设备的信息或操作指令。

（接线方式：

分隔式、汇点式）

输出部分：

驱动外部负载。

（接线方式：

分隔式、汇点式）

内部控制电路：

对输入部分得到的信息进行运算、处理，并判断哪些功能应输出。

（“软”接点、“软”接线，通过编程软件实现）

二、PLC的工作过程

PLC：

循环扫描。

CPU从第一条指令开始执行，遇到结束符又返回第一条，不断循环。

PLC的工作特点

输入信号集中批量处理、输出信号集中批量处理、程序集中执行

PLC与其它工业控制系统的比较

复习思考题

1、PLC的具体结构？

2、简要叙述PLC的工作原理。

3、PLC的主要性能指标有哪些？

小结

学生学习的非智力因素主要表现在学习的主动性不强，学生对概念掌握有待提高。

教师应该努力培养学生学习的主动性，积极性，充分利用现代教育手段，激发学生的学习兴趣，让学生在主动探索中获取知识。

重视学法指导，使学生从“学会”向“会学”转变，达到“教是为不教”的目的。

坚持多表扬少批评，及时发现他们的闪光点，帮助其树立信心。

第7周第9-12次课2013年10月14日

章

节

名

称

第三章可编程序控制器的基本概况

第三节可编程序控制器的输入/输出单元

授课

方式

理论课（　）；实践课（　）；

实习课（　）

教　学

时　数

4

教学目的

及

要求

1.掌握FX系列PLC的型号表示方法

2.了解PLC输入输出方式的分类方法

教学

重点

与

难点

1.FX系列PLC的型号

2.输入方式的分类

3.输出方式的分类

教学

手段（仪器）

多媒体课堂教学；讲述、分析、图示。

教学方法

教授法、演示法

教　学主要　内　容（可以续页）

时间

分配

日本三菱公司先后推出的小型机有F、F1、F2、FX1、FX2、FX2C、FX0、FX0N、FX2N等系列，中大型机有A1N、A2N、A3N、A2A、A2AS等系列。

FP1系列是松下公司生产的小型PLC产品，有C16～C72多种规格，已行程系列化。

欧姆龙公司的C系列。

（本教材中有关于C系列P型的介绍）

西门子公司的S7系列，有S7-200（小型）、S7-300（中型）和S7-400（大型）。

FX系列PLC的型号、单元和I/O方式

一、FX系列PLC的型号

举例：

F1－20MR－E

二、基本单元、扩展单元和特殊单元

基本单元（主机）

扩展单元（扩展机）：

特殊单元（高速计数器、计时器、模拟量单元、通信接口等）

FX2N系列I/O继电器元件号

三、输入输出方式

（一）输入方式

PLC输入电路作用是将PLC外部信号送至PLC内部电路。

按回路电流分：

干接点输入（直流）、直流输入和交流输入。

按输入模块与外部设备的接线形式分：

汇点式、分隔式。

（二）输出方式

PLC输出电路用来驱动被控负载（电磁铁、继电、接触器线圈等）。

按负载使用的电源（用户电源）分：

直流输出、交流输出和交直流输出。

按输出开关器件分：

晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出。

按输出模块与外部输出设备的接线形式分：

汇点式、分隔式。

复习思考题

1、输入方式分为哪几类？

2、输出方式分为哪几类？

小结

学生学习的非智力因素主要表现在学习的主动性不强，学生对概念掌握有待提高。

教师应该努力培养学生学习的主动性，积极性，充分利用现代教育手段，激发学生的学习兴趣，让学生在主动探索中获取知识。

重视学法指导，使学生从“学会”向“会学”转变，达到“教是为不教”的目的。

坚持多表扬少批评，及时发现他们的闪光点，帮助其树立信心。

第8周第13-16次课2013年10月21日

章

节

名

称

第四章FX系列PLC的指令系统及编程方法

第二节FX系列可编程控制器的内部系统配置

授课

方式

理论课（　）；实践课（　）；

实习课（　）

教　学

时　数

4

教学目的

及

要求

1.掌握各种内部继电器的功能及编号

教学

重点

与

难点

1.输入、输出继电器

2.辅助继电器

3.定时器

4.计数器

教学

手段（仪器）

多媒体课堂教学；讲述、分析、图示。

教学方法

教授法、演示法

教　学主要　内　容（可以续页）

时间

分配

FX系列PLC内部继电器编号及功能

一、输入继电器编号与功能

输入继电器X是PLC接收来自外部输入设备开关信号的接口。

1、输入继电器X的线圈与PLC输入端相连，每个继电器有一对常开和一对常闭接点，可反复使用。

2、输入继电器由外部信号驱动（外接开关控制）。

3、编号采用3位八进制数编写（表4-1）

型号编号

F1－60MRX000~X013，X400~X413，X500~X513

F1－60ERX014~X027，X414~X427，X514~527

二、输出继电器的编号与功能

输出继电器Y是PLC向外部负载传送信号的器件。

1、其输出接点连接到PLC的输出端子上。

2、继电器接点的通和断是由程序执行结果来决定的。

3、输出继电器有一对专用的外部输出常开接点，另外还有一对常开和一对常闭“软”接点可供在编程中反复使用。

4、输出继电器编号采用3位八进制数编写。

基本单元扩展单元

Y030~Y037Y040~Y047

Y430~Y437Y440~Y447

Y530~Y537Y540~Y547

三、辅助继电器与特殊辅助继电器的编号及功能

辅助继电器M供中间转换环节使用，有时也称中间继电器。

1、必须由PLC中其它器件的接点接通驱动M的线圈后，接点才能动作，和继电接触控制中的中间继电器相似。

2、各有一对常开和常闭接点，可反复使用。

3、不能直接驱动外部负载，必须通过输出继电器才行。

（一）辅助继电器

1、普通辅助继电器（无后备电源支持）M100~M177、M200~M277

2、保持辅助继电器（有后备电源支持）M300~M377

（二）特殊辅助继电器

1、M70运行监视继电器

（PLC运行时，M70自动接通；停止时，断开）

2、M71初始化脉冲继电器

（PLC运行时，M71接通；常用作计数器、移位寄存器和保持辅助继电器等的初始化信号，即开机复位或清零。

）

3、M72100ms时钟脉冲发生器

（驱动计数器或移位寄存器，执行监视定时器功能。

）

4、M7310ms时钟脉冲

教　学主要　内　容（可以续页）

时间

分配

5、M74和M75PLC开机后始终接通

6、M76电压下降到一定程度时接通

7、M77输出禁止（M77接通时，所有Y自动断开。

）

8、M470内部计数或外部高速计数方式选择

（C660和C661一对计数器，C660低3位，C661高3位；M470接通时，对外部计数；M470断开时，为内部计数方式。

）

9、M471加/减计数选择

（M471接通时，C660/C661加法计数；断开时，减法计数）

10、M472高速计数器计数起动信号

（只有M470接通，M472才有效。

）

11、M473标志

12、M570错误标志

13、M571进位标志；M572零位标志；M573借位标志

14、M574状态转移标志

15、M575状态转移起动

（三）移位寄存器

每16个辅助继电器为一组，构成一个移位寄存器，移位寄存器的编号就是构成移位寄存器的第一个辅助继电器的编号。

当辅助继电器作移位寄存器时，不能再作其它用途。

M100（M100~M117），M120（M120~M137）

M140（M140~M157），M160（M160~M177）

M200（M200~M217），M220（M220~M237）

M240（M240~M257），M260（M260~M277）

M300（M300~M317），M320（M320~M337）

M340（M340~M357），M360（M360~M377）

其中M300~M360这四个移位寄存器有断电保持功能。

四、定时器T

定时器T，用于延时控制。

F1系列PLC有24个0.1～999s的定时器和8个0.01～99.9s定时器

定时器编号定时范围带小数点不带小数点

T050~T0570.1~999sK0.1=0.1sK1=1s

T650~T6570.01~99.9sK0.1=0.1sK1=0.01s

使用方法如图6－15。

使用定时器时必须注意：

1）为减法计数时，即为倒计时，计时时间到，K值为0。

2）使用定时器时，必须设K值，不能漏。

3）同一定时器在同一程序中一般只能用一次，但其常开与常闭接点可反复使用。

4）当输入条件接通定时器线圈回路时，开始计时；当输入条件断开定时器线圈回路时，立即停止计时，且回到原来设定值，其常开接点断开，常闭接点闭合。

教　学主要　内　容（可以续页）

时间

分配

5）F1系列PLC中的32个定时器均为接通延时定时器。

6）如需获得断开延时型电路。

五、计数器C

计数器C，用于计数。

F1系列PLC共32个