2022年《可编程控制器应用基础》教案.pdf

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1、广西理工职业技术学校可编程控制器应用基础教案制作老盛林Lao sheng lin make 模块一可编程控制器常见应用系统课题 1：可编程控制器概况教学目的：介绍机电技术应用的特点及了解PLC的应用与发展。教学重点：机电技术应用的概念，PLC的功能特点。教学难点：传统继电控制与PLC控制的思维转换。教学课时： 2 学时授课方式：引导性教学一、机电技术应用的概念含义：在工业产品的设计和制造过程中，机械、电工、电子与智能计算机控制的协同集成。机电技术应用将机械技术、微电子技术、信息技术和控制技术等有机融合，相互渗透，使制造技术更加优化。发展历程：数控机床的问世，微电子技术为机电技术带来勃勃生机，可

2、编程控制器及电子电子技术为机电技术的发展提供坚实的基础。二、机电技术应用专业的学习方向1. 电气技术应用与维修2. 机电设备（数控设备）应用与维修三、可编程控制器概述可编程控制器（ Pprogrammable Logic Controller，简称 PLC ） 。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（ IEC）颁布了对 PLC的规定：可编程控制器是一种数字运精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - -

3、- - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。 可以预料：在工业控制领域中， PLC控制技术的应用必将形成世界潮流PLC程序既有生产厂家的

4、系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。四、PLC控制系统应用实例精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 教学后记：通过复习电力拖动控制线路和PLC 的控制方法，学生更形象的了解 PLC 的控制原理，对下一步学习理解PLC更大的帮助。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳

5、 - - - - - - - - - -第 3 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 课题 2：可编程控制器的基本组成教学目的：了解 PLC的基本结构及 PLC的编程语言教学重点： PLC的结构及编程语言教学难点： PLC的基本配置教学课时： 2 学时授课方式：多媒体引导性教学一、PLC的结构及基本配置一般讲， PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式 PLC ，有一块 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU 性能分成若干型号， 并按 I/O 点数又有若干规格。 对模块式 PLC ， 有 CPU模块、I/O 模块、内存、电源模块、底

6、板或机架。 无任哪种结构类型的PLC ，都属于总线式开放型结构，其I/O 能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC的基本结构框图如下：接受驱动现场信号受控元件 1 、CPU 的构成 PLC中的 CPU 是 PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个 CPU ，它按 PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，与通用计算机一样，主要由运

7、算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程输入接口部件中央处理单元CPU 板电 源 部 件接口部件输出精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 序及数据，是 PLC不可缺少的组成单元。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、 解释指令及执行指令。 但工作节奏由震荡信号控制。 CPU 的运算器用于进行数字或逻辑运

8、算，在控制器指挥下工作。 CPU 的寄存器参与运算， 并存储运算的中间结果， 它也是在控制器指挥下工作。CPU 虽然划分为以上几个部分， 但 PLC中的 CPU 芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在 PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU 模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲， CPU 模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接 I/O 模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，

9、 用于进行通讯。CPU 模块上还有许多设定开关，用以对 PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。2、I/O 模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O 接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量， I/O 模块可多可少， 但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O 模块集成了 PLC的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。3、电源模块：有些 PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为 PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V 的工作电源。电源以其输

10、入类型有：交流电源，加的为交流220VAC 或 110VAC ，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。4、底板或机架：大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 5、PLC 的外部设备外部设备是 PLC系统不可分割的一部分，它有四大类 程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系

11、统作一些设定、 监控 PLC及 PLC所控制的系统的工作状况。 编程器是 PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。 控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。 存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM 写入器等。 输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。6、PLC的通信联网 PLC具有通信联网的功能， 它使 PLC与 PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分

12、散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有 RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。当然， PLC之间的通讯网络是各厂家专用的， PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的 PLC之间、 PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。了解了 PLC的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。二、PLC的编程语言 PLC 的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇

13、编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言，OMRON 公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的PLC ，其编程语言都具有以下特点：1.图形式指令结构：程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件开发者已把工业控制中所需的独立运算功精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 能编制成象征性图形， 用户根据自己的需要把这些

14、图形进行组合，并填入适当的参数。 在逻辑运算部分， 几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图， 很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示， 它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算、 定时计数等，一般也参照梯形图或逻辑元件图给予表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎2.明确的变量常数： 图形符相当于操作码， 规定了运算功能， 操作数由用户填人，如：K400，T120等。PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确规定，由产品型号决定，可查阅产品目录手册。3.简化的程序结构： PLC的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能

15、，使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。4.简化应用软件生成过程： 使用汇编语言和高级语言编写程序，要完成编辑、编译和连接三个过程， 而使用编程语言， 只需要编辑一个过程， 其余由系统软件自动完成， 整个编辑过程都在人机对话下进行的，不要求用户有高深的软件设计能力。5.强化调试手段： 无论是汇编程序， 还是高级语言程序调试， 都是令编辑人员头疼的事， 而 PLC的程序调试提供了完备的条件，使用编程器， 利用 PLC和编程器上的按键、 显示和内部编辑、调试、 监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单。总之，PLC的编程语言是面向用户的，对使用者不要求具备高深的知识、不需

16、要长时间的专门训练。教学后记：通过多媒体学习及FX-Flash 动画体验学习，学生更形象的了解 PLC 的结构，对下一步学习理解PLC更大的吸引力。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 课题 3：可编程控制器的工作原理教学目的：了解 PLC的基本工作原理及扫描工作过程教学重点： PLC的工作原理教学难点： PLC的扫描工作过程教学课时： 2 学时授课方式：多媒体引导性教学一、PLC的工作原理1、先检测与按钮 SB1 、SB2和 FR相对

17、应的输入继电器的状态，然后对输入继电器的状态进行逻辑运算（PLC程序软件实现）后输出。2、PLC工作过程周期需要三个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。3、PLC是周期扫描、循环工作方式4、从输入到输出的整个执行时间称为扫描周期二、PLC的扫描工作过程输入采样阶段：程序执行前， 把 PLC的全部输入端子通断状态读入输入映象寄存器。程序执行阶段：输入映象寄存器的内容随着程序的执行读入程序，结果写入输出映象寄存器。输出刷新阶段：程序执行完一个周期，输出映象寄存器的内容会成批刷新输出锁存器，然后成批送至输出端子。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 三、课堂演示以三相异步电动机典型 “启动保持停止” 控制电路为例， 演示 PLC的输入输出配线及电动机主回路连接，编写程序并输入PLC，运行演示。教学后记：通过多媒体学习及FX 演示体验学习，学生更形象的了解PLC 的工作原理及扫描工作方法，更有利于下一步学习。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 9 页 - - - - - - - - - -