PLC电子教案.docx

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1、P L C 电子教案( 总 1 7 页)-本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可-内页可以依据需求调整适宜字体及大小-课 时 教 案单位：授课教师：10课程PLC 系统设计与调试课题模块一 初识 PLC任务一 从传统电气掌握到 PLC第周第课时年月日授课班级学问 1.了解 PLC 定义、产生、进展和应用目标 掌握系统和传统电气掌握的异同1.培育学生觉察事物、观看事物并学习事物的力量教学力量目标目标 2.明确课程内容和学习目标3.了解 PLC 在工业掌握中的地位和作用素养 1.树立安全生产，严谨求实的工程意识。目标 2.培育学生良好的职业道德行为习惯。重点PLC 定义、PLC 在工业掌握中的作

2、用做好第一次课的入门演示动画，培育同学们学习乐观性难点PLC 掌握和传统电气掌握的异同授课综合法演示、讲练穿插、巡回指导课型授课方法教具PLC 试验箱、计算机、投影等试验教学内容及过程【本课程在专业培育课程体系中的地位】【导入课】一、与 PLC 的初次会面工业掌握器PPT演示讲解PLC 是可编程规律掌握器Programmable Logic Controller的缩巡回指导写，是作为传统继电-接触器的替代产品消灭的。国际电工委员会IEC 练习在其公布的可编程掌握器标准草案中给 PLC 做了如下定义：“可编程掌握 稳固争论器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的应用而设计。它采 沟通用可

3、编程的存储器，用来在其内部存储执行规律运算、挨次掌握、定时、 讲练穿插计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。可编程掌握器及其有关设备，都应按易于与工业掌握系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。”PLC 将传统的继电器掌握技术和现代的计算机信息处理技术的优点有机结合起来，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的掌握设备之一，成为现代工业生产自动化三大支柱PLC、CAD/CAM、机器人之一。二、从传统电气掌握到PLC电气掌握，是一个内容格外广泛的概念，电路的通断、电动阀门的开关、电动机的启动与调速等，都属于电气掌握的范畴。传统的继电接触器掌握系统

4、具有构造简洁、价格低廉、简洁操作、技术难度较小等优点，被长期广泛地使用在工业掌握的各种领域中。下面分别用继电器掌握元件和 PLC 设计了一个卷扬机的正反转掌握电路。通过对掌握原理的分析，生疏什么是 PLC？图 1-3 为卷扬机正反转仿真图。仿真动作见课件。图 1-3卷扬机正反转运行掌握仿真图主电路图掌握电路图 图 1-4卷扬机正反转继电器掌握系统图这种传统的继电器接触器掌握方式掌握规律清楚，承受机电合一的组合方式便于一般机类或电类技术人员修理，但由于使用的电气元件体积大、触点多、故障率大，因此，运行的牢靠性较低。PLC内部程序主电路图PLC 掌握电路图图 1-5 卷扬机正反转 PLC 掌握系统

5、图图 1-5 是 PLC 掌握原理图。两种掌握原理图中的主电路是一样的，掌握电路不一样，PLC 掌握电路全部按钮和触点输入以及接触器线圈均接到了 PLC 上，从接线方面来看要简洁的多，其掌握功能是由 PLC 内部的程序打算，通过更换程序可以更改相应的掌握功能，从这一点上看要比继电器掌握电路便利的多。例如：要求电机停顿 30s 后自动反向运行。对于继电器构成的掌握回路则需要添加时间继电器，重设计原理图并接线；而PLC 掌握回路可以不变接线，只需要修改 PLC 内部程序即实现的掌握功能。电动机的传统掌握方法和 PLC 掌握方法的比较：(1) PLC 掌握系统构造紧凑(2) PLC 内部大局部承受“

6、软”规律(3) PLC 掌握功能转变极其便利(4) PLC 掌握系统制造周期短此外，由于 PLC 技术是计算机掌握的根底上进展而来，因此，它的软硬件设置上有着传统的继电器接触器掌握无法比较的优势，工作牢靠性极高。三、寻找PLC 的进展史20 世纪 60 年月末期，美国的汽车制造工业竞争特别剧烈。为了适应生产工艺不断更的需要，降低本钱，缩短产品的开发周期，美国通用汽车公司GM 公司在 1968 年提出了招标开发研制型挨次规律掌握装置的十条要求，它就是知名的十条招标指标。主要内容如下：（1） 编程简洁，可在现场修改和调试程序。（2） 维护便利，各部件最好是插件式的装置。（3） 牢靠性高于继电器掌握

7、柜。（4） 体积小于继电器掌握柜。（5） 可将数据直接送入治理计算机。（6） 在本钱上可与继电器掌握柜竞争。（7） 输入可以是沟通 115V注：美国电网电压为 110V。（8） 输出为沟通 115V、2A 以上，能直接驱动电磁阀。（9） 具有敏捷的扩展力量，在扩展时原系统只需做很少的变更。（10） 用户程序存储容量至少能扩展到 4KB依据当时的汽车装配过程的要求提出的。1969 年，美国数字设备公司DEC 公司依据十项招标的要求，研制出世界上第一台可编程掌握器，型号为 PDP-14。用它代替传统的继电器掌握系统，在美国通用汽车公司的自动装配线上试用，获得了成功。PLC 的消灭引起了世界各国的普

8、遍重视，日本和西欧国家通过引进技术也分别于 1971 年和 1973 年研制出自己的可编程掌握器。从今以后 PLC 装置普及世界各兴旺国家的工业现场。我国对此项技术的争论始于 1974 年，3 年后进入工业应用阶段。正是由于 PLC 具有多种功能，并集三电电控装置、电仪装置、电气传动掌握装置于一体，使得 PLC 在工厂中备受欢送，用量高居首位，成为现代工业自动化的三大支柱PLC、机器人、CAD/CAM之一。综述： 作为传统继电器的替代产品消灭的集计算机技术、自动掌握技术和通信技术为一体的产物型的通用的工业自动扮装置现代工业生产自动化三大支柱PLC、CAD/CAM、机器人之一。作业：1第一台 P

9、LC 产生的时间是。A. 1967 年B. 1968 年年D. 1970 年2PLC 掌握系统能取代继电-接触器掌握系统的局部。A. 整体B. 主电路C. 接触器D.掌握电路3可编程掌握器的定义是什么？4PLC 是如何分类的？课 时 教 案单位：授课教师：课程PLC 系统设计与调试第 周第课时年 月日课题模块一 初识 PLC任务二 了解 PLC 的主要特点及应用任务三 了解 PLC 的性能及选型授课班级学问了解 PLC 在工业掌握中的应用及优点，把握 PLC 的性能指标和选目标 型原则。教学目标力量目标通过对试验装置的生疏和了解，把握 PLC 的应用领域、选型原则。素养 培育学生安全实操的良好

10、行为习惯目标 培育学生良好的道德行为习惯，加强礼仪礼貌教育。重点PLC 性能指标、选型原则难点PLC 选型授课方法演示、讲解、实物课型授课教具试验PLC 试验箱、计算机、投影等【组织教学】【复习】教学内容及过程复习稳固1、PLC 的定义概念是什么？【导入课】一、PLC 的主要特点PLC 的设计是站在用户立场，以用户需要为动身点，以直接应用于各种工业环境为目标，同时又不断承受先进技术求进展。可编程掌握器演示讲解经过近四十年的进展，已日臻完善。其主要特点为：（1） 牢靠性高、抗干扰力量强（2） 编程简洁易学（3） 使用维护便利 a硬件配置便利。b安装便利。 c使用便利。 d维护便利。（4） 体积小

11、、重量轻、功耗低。（5） 设计施工周期短。巡回指导二、PLC 的应用领域PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、石化、电力、机械制造、汽车制造、环保及消遣等各行各业。其应用大致可分为以下几种类型：（1） 用于规律开关和挨次掌握这是 PLC 最根本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路， 实现规律掌握、挨次掌握，既可用于单台设备的掌握，也可用于多机群控及自动化流水线。如：机床电气、电机掌握等；亦可取代挨次掌握，如：高炉上料、电梯掌握等。（2） 机械位移掌握位移掌握是指 PLC 使用专用的位移掌握模块来掌握驱动步进电机或伺服电机，实现对机械构件的运动掌握。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都

12、有运动掌握功能，广泛用于各种机械手、数控机床、机器人、电梯等场合。（3） 数据处理现代 PLC 具有数学运算含矩阵运算、函数运算、规律运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采 集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成肯定的掌握操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型掌握系统，如无人掌握的柔性制造系统；也可用于过程掌握系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型掌握系统。（4） 用于模拟量的掌握PLC 具有 D/A、A/D 转换及算术运算功能，可实现模拟量掌握。现在大型的 PLC 都配有 PID比例、积分、微

13、分子程序或 PID 模块，可实现单回路、多回路的调整掌握。（5） 用于组成多级掌握系统，实现工厂自动化网络PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机掌握的进展，工厂自动化网络进展得很快，各 PLC 厂商都格外重视PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。近生产的 PLC 都具有通信接口，通信格外便利，可以实现对整个生产过程的信息掌握和治理。任务三 了解 PLC 的性能及选型我们在一个掌握系统里使用PLC，PLC 种类很多，功能不同，如何依据我们的掌握要求选用我们需要的PLC 呢？一、PLC 的性能指标虽然各 PLC 生产厂家产品的型号、规格和性能各不一样，

14、通常可以依据以下七种性能指标来进展综合描述。1I/O 点数输入/输出点数是指 PLC 输入信号和输出信号的数量，也就是输入、输出端子数总和。（2） 存储容量存储容量是指 PLC 中用户程序存储器的容量，也就是用户 RAM 的存储容量。留意： “内存容量”实际是指用户程序容量，它不包括系统程序存储器的容量。程序容量与最大 I/O 点数大体成正比。（3） 扫描速度扫描速度一般指执行一步指令的时间，单位为 us/步。有时也以执行 1000 步指令的时间计，其单位为 ms/千步。PLC 用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种 PLC 执行一样的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。（

15、4） 编程语言与指令系统PLC 的编程语言一般有梯形图、助记符、SFCSequential Function Chart以及高级语言等。（5） 内部存放器PLC 内部有很多关心存放器给用户供给特别功能，以简化整个系统边学设计。内存存放器的种类多少、容量大小和配置状况是衡量 PLC 硬件功边练能的一个主要指标。（6） 功能模块常用的功能模块主要有：A/D 和 D/A 转换模块、高速计数模块、位置掌握模块、速度掌握模块、轴定位模块、温度掌握模块、远程通信模块、高级语言编辑模块以及各种物理量转换模块等。（7） 可扩展力量PLC 的可扩展力量主要包括 I/O 点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展

16、和各种功能模块的扩展等。在选择 PLC 时，常常需要考虑到 PLC 的可扩展性。二、PLC 的分类可编程掌握器产品的种类很多，一般可以从它的构造形式、输入 输出点数及功能进展分类。（1） 按构造形式分类有整体式和模块式两种构造形式。整体式 PLC： 又称单元式或箱体式，特点是构造紧凑、体积小、重量轻、价格低。图 1-6 整体式 PLC 外观图模块式 PLC：将各局部以单独的模块分开，形成独立单元，使用时可将这些单元模块分别插入机架底板的插座上。特点是组装敏捷，便于扩展，修理便利，可依据要求配置不同模块以构成不同的掌握系统。一般大、中型 PLC 承受模块式构造，有的小型 PLC 也承受这种构造。

17、主基板模块式 PLC图 1-7模块式 PLC 外观图（2） 按输入输出点数和内存容量分类分为微型机、小型机、中型机、大型机、超大型机等类型。IO 点数小于 32 为微型 PLC；IO 点数在 32128 为微小型 PLC； IO 点数在 128256 为小型 PLC； IO 点数在 2561024 为中型 PLC； IO 点数大于 1024 为大型 PLC；IO 点数在 4000 以上为超大型 PLC。以上划分不包括模拟量 I0 点数，且划分界限不是固定不变的。不同的厂家也有自己的分类方法。三、PLC 的选型（1） PLC 的类型的选择从应用角度动身，通常可按掌握功能或输入输出点数选型。整体型

18、PLC 的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型掌握系统；模块型PLC 供给多种I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置掌握系统的I/O 点数，功能扩展便利敏捷，一般用于大中型掌握系统。（2） 输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载力量较差。输出模块还有直流输出、沟通输出和模拟量输出等，与应

19、用要求应全都。可依据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高掌握水平和降低应用本钱。考虑是否需要扩展机架或远程I/O 机架等。（3） 电源的选择一般 PLC 的供电电源应设计选用 220V AC 电源，与国内电网电压全都。重要的应用场合，应承受不连续电源或稳压电源供电。假设 PLC 本身带有可使用电源时，应核对供给的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可承受简洁的二极管或熔丝管隔离。（4） 存储器的选择按 256 个 I/O 点至少选 8K 存储器选择。需要简单掌握功能时，应选择容量更大，档次更高的存

20、储器。（5） 经济性的考虑选择 PLC 时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进展比较和兼顾，最终选出较满足的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加肯定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU 选用、存储器容量、掌握功能范围等选择都有影响。课 时 教 案单位：授课教师：课程PLC 系统设计与调试模块一 初识 PLC课题任务四 PLC 的内部构造及工作原理第 周第课时年 月日授课班级学问了解 PLC 内部构造重点输入输出的内部接线构造；把握 PLC目标 循环

21、扫描工作原理，了解 PLC 的性能指标。教通过对试验装置的生疏和了解，把握 PLC 的组成、使用、以及 PLC 接学 力量 口根本常识。目 目标标把握实训装置接线原则、方法素养 培育学生安全实操的良好行为习惯目标 培育学生良好的道德行为习惯，加强礼仪礼貌教育。重点PLC 外部端子接线、PLC 工作原理难点PLC 内部构造、工作原理授课演示、讲解、实物课型授课方法教具PLC 试验箱、计算机、投影等试验【组织教学】【复习】教学内容及过程复习稳固1、PLC 的定义概念是什么？【导入课】一、PLC 的内部构造PLC 承受了典型的计算机构造演示讲解地址总线掌握总线开关或传感器继电器触点行程开关 模拟量输

22、入编地址总线程掌握总线单元输入输中输存入央输处储出出接理数单器据接口元存口储数据总线照明巡回指导电磁装置电动机其它执行装置或接触器图 1-8PLC 的硬件系统构造1中心处理器 CPU(Central Processing Unit) CPU 是整个 PLC 的核心，是一个掌握指挥的中心。2存储器MemoryPLC 的存储器由系统存储器和用户存储器组成。系统存储器用来存放系统治理程序，用户不能修改。用户存储器包括用户程序存储器和数据存储器，用来存放用户编制的梯形图程序或用户数据，常用高效的锂电池作后备电池。PLC 产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户存储器。当 PLC 供给的用户程

23、序存储器容量不够用，可用扩大存储器卡盒。3输入/输出接口电路a直流输入的接口电路b继电器输出型接口电路c晶体管输出型接口电路 d晶闸管输出型接口电路图 1-9常用的 PLC 接口电路 输入接口电路承受光电耦合电路与现场输入信号相连是为了增加抗干扰力量，防止现场的强电干扰信号进入 PLC。光电耦合电路的关键器件是光耦合器，一般是由发光二极管和光电三极管组成。光耦合器的抗干扰性能：由于输入和输出端是靠光信号耦合的，在电气上是完全隔离的，因此输出端的信号不会反响到输入端，也不会产生地线干扰或其他串扰。 输出接口电路抗干扰：承受光电耦合电路。功率驱动：有继电器、晶体管和晶闸管可控硅三种输出方式。继电器

24、输出型为有触点输出方式，适用于低速、大功率交直流负载，负载电流大于 2A，这种方式存在继电器触点的电气寿命和机械寿命问题。晶体管输出型为无触点输出方式，适用于高速、小功率直流负载，负载电流约。晶闸管输出型为无触点输出方式，适用于高速、大功率沟通负载。负载电流约为 1A。4. 电源PLC 配有开关电源，供内部电路使用。与一般电源相比，PLC 电源的稳定性好、抗干扰力量强。对电网供给的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值15% 的范围内波动。很多 PLC 还向外供给直流24V 稳压电源，用于对外部传感器供电。5. 其它接口电路通信接口电路扩展接口电路。二、S7-200PLC 外部端子接线

25、边学1. 输入接线边练2. 输出接线三、PLC 工作原理1. PLC 的工作方式PLC 承受循环扫描工作方式，即依据“挨次扫描，不断循环”的方式进展工作。整个工作过程可分为自诊断、通信效劳、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段.自输出诊处理断 通信效劳输入行处理执程序图 1-10PLC 循环扫描示意图1自诊断每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容包括 I/O 局部、存储器、CPU 等，并且通过 CPU 设置定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，觉察特别停机，显示出错。假设自诊断正常，连续向下扫描。2通信效劳PLC 检查是否有与编程器、计算机等的通信要求， 假设有则进展相应处

26、理。（3） 输入处理又称输入刷 PLC 在输入刷阶段，首先按挨次从输入锁存器中读入全部输入端子的状态或数据，并将其存入内存中为其特地开拓的暂存区输入状态映像区中，这一过程称为输入采样或输入刷。随后关闭输入端口，进入程序执行阶段。在程序执行阶 段，即使输入端状态有变化，输入状态映像区中的内容也不会转变。变化了的输入信号的状态只能在下一个扫描周期的输入刷阶段被读入。（4） 程序执行PLC 在程序执行阶段，按用户程序挨次执行每条指令，从输入状态映像区中读取输入信号的状态，经过相应的运算处理 后，将结果写入输出状态映像区。程序执行时 CPU 并不直接处理外部输入输出接口中的信号。（5） 输出处理又称输

27、出刷 同输入状态映像区一样，PLC 内存中也有一块特地的区域称为输出状态映像区，当程序全部指令执行完毕，输出状态映像区中全部输出继电器的状态在 CPU 的掌握下被一次集中送至输出锁存器中，并通过肯定输出方式输出，推动外部相应执行元件工作，这就是 PLC 的输出刷阶段。可以看出，PLC 在一个扫描周期内，对输入状态的扫描只是在输入采样阶段进展，对输出赋的值也只有在输出刷阶段才能被送出，而在程序执行阶段输入输出被封锁。这种方式称作“集中采样、集中输出”。2. 扫描周期扫描周期即完成一次扫描所需时间。由 PLC 的工作过程可知，一个完整的循环扫描周期 T 应为：T=读入一点时间输入点数+运算速度程序

28、步数+输出一点时间输出点数+监视效劳时间扫描周期的长短主要取决于三个因素：一是 CPU 执行指令的速度； 二是每条指令占用的时间；三是执行指令条数的多少，即用户程序的长短。扫描周期越长，系统的响应速度越慢。优点：抗干扰 缺点：输出滞后总之，承受循环扫描的工作方式，是 PLC 区分于微机和其他掌握设备的最大特点，在学习时应充分留意。通过循环扫描工作方式，有效地实现输入信号的延时滤波作用，提高了 PLC 的抗干扰力量，同时要求输入信号的接通时间至少要保持一个扫描周期以上的时间。阅读吧如何下载 PLC 的资料与软件？目前，国际上生产可编程掌握器的厂家大多具有专业网站，可供给相关技术支持与争论，并可从

29、网站中下载一些免费资料或软件。西门子 PLC 的相关资料可在其下载中心网站下载；西门子工业业务领域的网站是。三菱电机公司的 PLC 资料可在其工控网站下载。三菱电机自动化上海的网址是： 。中国工业自动化网：、中国工控网等专题网站也可下载 PLC 相关资料，同时供给了同行沟通的平台。四、学问测评1在 PLC 中程序指令是按“步”存放的，假设程序为 8000 步，则需要存储单元K。A. 8B. 16C. 42一般状况下在对 PLC 进展分类时，IO 点数为点时，可以看做为大型 PLC。A. 128 点B. 256 点C. 512 点点3对以下四个掌握选项进展比较，选择 PLC 掌握会更经济更有优势的是。A. 4 台电动机上电动机B. 6 台电动机C. 10 台电动机D. 10 台以2. 简答 PLC 与继电-接触器掌握比较有哪些优点？