可编程序控制器原理与应用.doc
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1、 可编程序控制器原理与应用授课方案课程简介可编程序控制器简称PLC,它是一门实践性很强的综合控制技术,是工业控制技术的重要手段之一,随着企业自动化程度的不断提高,已经得到越来越广泛的应用。目前它已经成为自动控制等专业一门非常重要的课程。它包含PLC概论、系统组成结构、指令应用、程序设计和系统设计等五大部分组成。为了认真贯彻高职教学改革精神,即“强化实践,重在应用”这一指导思想,我院在PLC课程进行了大胆改革和有益的尝试,经过几年的实践,收到了极好的教学效果,得到学生与社会的普遍认可,受到国家教委自动控制专业专家评估组的一致好评。硬件条件学校投入大量资金,购进PLC设备,这是PLC教学改革的前提
2、条件。学校PLC实验室现有三十台松下FP0微型机、十台三菱FX2N微型机、十台欧姆龙CPM1A型高档小型机和四套西门子S7-300中型机,每一台PLC都配有计算机和实验箱,以与实际的控制对象,并且配有一专门的实训教室,并有投影设备。这些PLC设备长期对学生开放,并配有专门教师为学生指导、服务,使有限的设备得到充分利用,使PLC学习得到进一步提高。教学模式PLC教学模式的改革是提高PLC教学质量的一个有效途径。首先,我校把PLC教学课堂由原来在教室上课,现在改在实训教室上课,这就要训教室有必备教具,以方便教学。其次,PLC教学以课题形式讲课,而不是按照老式课次来上,教师把PLC分成几个大的课题来
3、讲授,每个课题容设计做成演示课件和组太模拟演示画面,详细、具体、灵活。具体做法是:第一步讲解基本知识,学生上机验证;第二步老师提出思考性问题,由学生通过上机来回答解决;第三步老师给了本课题综合性应用实例,通过组太模拟演示画面介绍给学生,由学生设计程序并上机调试,达到对本课题的综合理解。学生通过感性认识,理性思维,最终达到真正弄懂弄会,随时有问题都可以通过上机找到答案。考核形式加强PLC考核,特别是实践能力的考核,将有助于PLC的学习。常规的考核一期末考试一次定论,而实践只是作为一个平时成绩计算。现在我们把PLC成绩分成三个方面测试:一方面是笔试成绩,侧重于PLC的基本知识的考查,占总成绩40%
4、;第二方面是基本实验的考核,让学生从所做过的十几个实验中,随即抽取一个进行单独考核,侧重学生对PLC基本操作能力的考核,占总成绩的20%;第三方面实布置给学生一次综合大作业,让学生完成硬件配置,软件设计,到最后调试的全过程,一答辩形式给出成绩,侧重于PLC的综合应用能力考核,占总成绩的40%。最后三个方面的总和作为PLC课程的最后总成绩,是对学生一个全面的考核,达到使学生全面掌握PLC实现自动控制的一般方法和过程。课程特色1突出实践技能本课程从容的安排、上课的模式、良好的实训条件和考核形式都围绕着“强化实践,重在应用”这一指导思想,把培养学生的应用能力放在第一位。2实训教室授课学生长期接触PL
5、C、使用PLC,采用“动画”式教学模式,使枯燥的容变得更加感性化、更加生动形象。3注重师生“双向”交流学生在操作过程中与时发现问题,有助于教师与时解决问题。4引入组态软件,模拟生产现场讲解例题或实际控制系统时,做出模拟画面,模拟动作过程,激发学生兴趣,有助于问题的解决。5理论与实践一体化教学上课注重讲练结合,提高教学效果,使理论与实践真正达到1:1。6优化教学容打破章节的限制,以应用课题为核心优化组合教学容。7实物现场演示加强实物教学,增强学生的学习积极性,使学生与生产现场更近。课题一 PLC概论(2学时)教学目标1感性认识PLC。2熟悉PLC、继电器、单片机系统优缺点。3了解PLC特点、基本
6、类型。重点剖析1PLC、继电器、单片机系统。2PLC的抗干扰能力。教学容一、PLC概述1PLC定义:(结合实物介绍)工业环境下控制器微机控制系统(有存储器、CPU等微机主要部件,进行逻辑运算和算术运算)数字式和模拟式输入输出 2产生背景(1)美国通用汽车公司(GM)于1968年提出GM10条指标:编程简单维护方便可靠性高体积小 能通讯 成本适当 输入115V交流输出交流115V、2A方便扩展存储器4K(2)1969年,美国数据设备公司(DEC)研制成功。(3)19751976年,集成电路、计算机技术飞速发展,将CPU集成电路、存储器与控制器有机结合。3应用领域(1)开关量控制PLC首选目标,入
7、/出点数从十几点到几万点。(2)模拟量控制电流420Ma、电压05V或010V、温度、流量、压力、PID等特殊I/O单元,功能强且单一方向。(3)数字量控制机床部件位移、技术脉冲频率达几十KHZ,旋转编码器、步进电机(如NC单元、定位控制)。(4)数据采集数据区,至少1K字。(5)监控、通讯、联网一台计算机管理最多32台PLC,PLC与PLC、PLC与智能化执行装置间,点线面,设备级生产线级工厂管理层。4发展趋势硬件:高速度、高I/O容量、高联网能力。软件:高级语言、图形语言、汇编语言兼容。二、PLC、继电器、单片机系统比较(结合系统实物介绍)(附图片)继电器:由开关、继电器、接触器等组成,靠
8、硬接线实现逻辑运算,有触点,并行方式,易出现故障,排除难,不易系统更新换代。PLC:CPU、存储器等微机系统,程序控制方式,无触点,串行方式,成品组装,可靠性极强,安装、使用、维护、维修方便,易系统更新换代。单片机:硬件需人工设计、焊接,需较强的电子技术技能,抗干扰能力差,程序控制方式,无触点,维护、使用需较强的专业知识,程序设计较难,系统更新换代周期长。三、PLC特点1功能丰富(1)指令几十条、几百条,可实现逻辑运算、算术运算。(2)数据存储区(3)定时/计数器量大(4)PLC具有自检、通讯功能。2使用方便(1)配置方便:CPU、电源、模块、底板组装。(2)安装方便(3)编程方便(4)维修方
9、便(5)改用方便3工作可靠(1)硬件:光电隔离,屏蔽,滤波,结构设计,工艺制造,模块热备。(2)软件:集中采样,集中输出,系统自检,检测指令。4经济合算(1)PLC随首次投资较大,体积小,辅助设施少。(2)省电。(3)工作可靠,停工损失少。(4)维修费用少。(5)附加价值。四、PLC基本类型1按控制规模(1)微型机:几十点(2)小型机:500点以下(3)中型机:5001000点(4)大型机:1000点以上(5)超大型机:10000点2按结构(实物展示)(1)箱体式:如CPM1A、FP0、FX2N。(附图片)(2)模块式:S7-300(附图片)3按生产厂家(1)德国西门子(2)美国GE(3)美国
10、AB(4)日本OMRON(5)美国莫迪康(6)日本三菱(7)日本松下(8)中光课题小结1PLC、继电器、单片机系统比较。2PLC特点。课后思考1从应用角度出发,PLC、单片机系统主要区别在哪里?2PLC能用在现场的主要原因是什么?课题二 PLC硬件结构与FP0部资源(4学时)教学目标1直观认识PLC硬件组成。2熟悉PLC接线方法。3掌握PLC工作原理。4记忆FP0主要资源。重点剖析1PLC接线方法。2FP0常用资源。难点释疑 PLC工作原理分析。教学容一、PLC组成结构1PLC基本组成:(结合西门子S7-300各模块介绍)(附图片)中央处理器(CPU)输入信号存储器CPU部分电源输入部分输出部
11、分系统总线输出信号PLC硬件组成框图编程器存储器输入输出(I/O)接口电源编程器(1)中央处理器(CPU)接收并存储程序、数据诊断电源、部电路故障、语法错误通过I/O接口接收现场状态、数据执行程序,实现输出控制、制表打印、数据通信(2)存储器系统程序存放只读存储器中,厂家固化。用户程序存放RAM,但目前常采用E2PRAM。提供存储器扩展功能。(3)输入输出(I/O)接口内部接口24VKR1C11R2+5VR3C2光耦指示24V直流输入接口电路24V直流输入接口(边演示边讲解)K断开-输入0 K闭合-输入1光耦作用:抗干扰输入接线方法com com000000000100002000030000
12、40000500006000070000800009010000100101002010030100401005PLCJ1J2J3J4J5J6+12v- 24v +SB1SB2SB3SB4SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6指示灯作用继电器输出接口输出1-负载工作输出0-负载不工作光耦作用输出类型:继电器-交/直流负载,动作频率低晶体管-直流负载,电源固定,高频脉冲。内部接口负载电源24VR1RRR光耦R2RRRR3RRRR4RRR继电器继电器输出接口晶闸管-交流负载,大电流、大功率。输出接线(边演示边讲解)(4)编程器作用:输入、调试程序,在线监控种类:手持编程器、计算机辅助编程。(5)电源
13、工作电源-220V交流,24V直流输入接口电源-220V交流、110V交流、24V直流。上电初始化输入处理程序执行输出处理通信服务输出负载电源-取决于负载。二、PLC工作原理1工作方式(重点讲清扫描与中断的区别)循环扫描为主,中断为辅2工作过程三、FP0部资源(结合上机观察)1基本概念继电器(位):一个二进制存储位字(通道):16个二进制位表示方法位地址(16进制数)字地址(10进制数)如何书写位地址和字地址二者之间的关系 2FP0部资源(重点讲清各资源的使用)(1)输入继电器:X0X7(外接输入信号)(2)输出继电器:Y0Y5(外接输出信号)(3)部继电器:R0R62F(WR0WR62)(存
14、储中间结果)(4)定时/计数器:T0T99 C100C143(可调)(5)数据区:DT0DT1659(数据采集)(6)索引寄存器:IX,IY(间接寻址)(7)特殊功能继电器:R9009:进位标志R900A:标志R900B:=标志R900C:标志R9010:常闭R9011:常开R9012:交替开闭R9013:初始闭合R9014:初始断开R9018(0.01S)、R9019(0.02S)、R901A(0.1S)、R901B(0.2S)、R901C(1S)、R901D(2S)、R901E(1min)课题小结1PLC组成结构。2FP0部资源。课后练习1学生亲自动手组成s7-300系统。2如何选用PLC
15、输出类型。3简述PLC扫描工作过程。4分析PLC、单片与工作方式主要区别。课题三 NPST软件使用(2学时)教学目标1熟悉NPST-GR系统环境设置方法。2掌握程序输入、编辑、调试方法。课题重点程序输入、编辑、调试方法教学容一、NPST-GR系统设置师生“同步”操作,介绍正确设置与错误设置所引起的现象。1通讯错误2PLC类型错误3双重输出错误4各状态间错误二、程序输入、编辑三、程序调试第二、三部分以一个具体例子,以投影形式引导学生正确操作。例题:输入下梯形图,并调试出来。X0Y0X1Y0X0Y0X1Y0X2Y1X3Y1练习:学生自行练习输入下梯形图,并调试出来。课题小结1离线编辑(程序输入、存
16、储、调用、删除、插入、移动)2在线调试(监控、分析、错误排除、修改完善)课题四 PLC基本逻辑指令(4学时)教学目标1掌握PLC基本逻辑指令功能与使用方法。2熟悉梯形图分析方法。3掌握PLC基本逻辑指令典型环节。4熟悉程序设计基本方法。5学习程序调试方法。课题重点1程序分析与设计。2程序调试。难点释疑输出与输入间逻辑关系建立方法教学容一、PLC基本逻辑指令(教师主讲) ST(初始常开触点)、ST/(初始常闭触点)、OT(输出)、/(取非)、AN(串常开触点)、AN/(串常闭触点)、OR(并常开触点)、OR/(并常闭触点)、ANS(块串联)、ORS(块并联)、PSHS(入堆栈)、RDS(读堆栈)
17、、POPS(读并清堆栈)、ED(结束)二、PLC基本逻辑指令典型环节(教师重点讲,学生练习)1电机单向旋转控制(组太画面演示控制要求)启动X0输出Y0停止X1(1)启动信号(Y0上升沿对应X0),停止信号(Y0下降沿对应X1),自锁(X0已断开,Y0仍有输出),并且注意三个信号在梯形图的位置关系。(2)梯形图分析(3)梯形图设计 2电机正反转控制(组太画面演示控制要求,调试软件练习)正向启动信号反向启动信号停止信号正向输出信号反向输出信号要求:正反转启动信号X1、X2,停车信号X3,输出信号Y2、Y3。具有电气互锁和机械互锁功能。(1)启动信号(Y2、Y3上升沿对应X1、X2),停止信号(Y2
18、、Y3下降沿对应X3),自锁(X1、X2已断开,Y2、Y3仍有输出),互锁(Y2、Y3不能同时输出)并且注意四个信号在梯形图的位置关系。(2)梯形图分析(3)梯形图设计(4)机械互锁与电气互锁练习:完成下图控制要求(组太演示画面)要求:按下右向启动按钮,小车行至XK2停下;反之,小车行至XK1停下。XK1XK0XK2学生自行完成程序设计与调试。三、PLC基本指令综合训练1设计一工作台自动往复控制程序(组太模拟画面演示,学生上机练习)(1)要求:正反转启动信号SB0、SB1,停车信号SB2,左右限位开关XK1、XK2,左右极限保护开关XK3、XK4,输出信号Y0、Y1。具有电气互锁和机械互锁功能
19、。XK4 XK1XK2 XK3Y0Y1(2)程序在调试软件中进行(3)注意启动信号与自锁触点的位置关系注意自锁与互锁关系连续启动信号设计机械互锁、电气互锁、停止信号关系 2设计抢答器控制程序(组太模拟画面演示,讲练结合)(1)要求:有六路输入开关X1、X2、X3、X4、X5、X6,实现优先抢答控制。主持人操纵允许抢答和抢答结束按钮。(2)程序在调试软件中进行(3)特别注意互锁的重要性与必要性课题小结1如何建立输出与输入之间逻辑关系(对输出而言:起动信号停止信号自锁)2自锁存在的必要性与解决的问题。(维持继续工作)3互锁的真正含义。(二者只能其一)课后作业完善抢答器功能,要求增加犯规报警,并能显
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- 关 键 词:
- 程序 控制器 原理 应用
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