2014-2015下可编程控制器教案

教学内容注意点配时第一章可编程控制器概述§1—1PLC基础知识复习提问：继电器控制系统工作原理新课导入：PLC的产生20世纪60年代末，在可编程控制器出现以前，继电器控制在工业领域占主导地位，由此构成的控制系统都是按预先设定好的时间或条件顺序地工作，若要改变控制顺序就要改变控制系统的硬件接线，通用性和灵活性较差。当时，计算机技术也开始应用于工业控制领域，但由于价格高、编程难度大以及难于适用恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域获得推广。20世纪60年代末，美国汽车制造工业竞争十分激烈。为了适应生产工艺不断的更新，要求寻找一种比继电器控制更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器，尽可能减少控制系统的设计制造时间和成本，以满足市场竞争需求。1968年美国最大的汽车制造商――通用汽车公司（GM）从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即引起了开发热潮。主要内容是：（1）编程方便，可现场修改程序；（2）维修方便，采用插件式结构；（3）可靠性高于继电器控制系统；（4）体积小于继电器控制盘；（5）数据可直接送入计算机管理；（6）成本可与继电器控制盘竞争；（7）输入可为市电；（8）输出可为市电，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等；（9）扩展系统时，原系统变更少；（10）用户存储器大于4KB。这些条件实际上是将继电器控制的优点与计算机控制的优点结合起来，并将继电器控制的硬件接线逻辑转变为计算机的软件逻辑的设想。1969年，美国数字设备公司（DEC）成功研制出了世界上第一台可编程控制器PDP-14，用于通用汽车公司生产线，取得了满意的效果。一、PLC的发展PLC的出现引起了世界各国的普遍重视。日本日立公司从美国引进了PLC技术，于1971年试制成功了日本第一台PLC；1973年德国西门子公司独立研制成功了欧洲第一台PLC；我国从1974年开始研制PLC，1977年开始工业应用。从PLC产生到现在，经历了四次换代。其过程如下：第一代PLC（1969-1972）：采用1位机开发，用磁芯存储器存储，只具有单一逻辑控制功能，机种单一，没有形成系列化。第二代PLC（1973-1975）：采用8位微处理器及半导体存储器，增加了数字运算、传送、比较等功能，能实现模拟量的控制，开始具备自诊断功能，初步形成系列化。第三代PLC（1976-1983）：采用高性能8位微处理器及位片式微处理器，处理速度有所提高，向多功能及联网通信发展，增加了多种特殊功能，如浮点运算、三角函数运算、表处理、脉宽调制输出等，自诊断功能及容错技术发展PLC的产生PLC的发展51010教学内容注意点配时二、PLC的应用（1）开关量逻辑控制应用于注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线及电梯控制等。（2）闭环过程控制应用于塑料挤压成型机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。（3）运动控制应用于金属切削机床、金属成形机械、装配机械、电梯等场合。（4）数据处理数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（5）通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。三、PLC的分类（1）按控制规模分类PLC按控制规模（即I/O点数）可分为小型机、中型机和大型机3类。I/O点总数在256点以下的为小型机。适合用于单机控制或小型系统的控制。I/O点总数在256点-1024点之间的为中型PLC。适用于中型或大型控制系统的控制。I/O点总数在1024点以上的为大型PLC。不仅可以用于对设备进行直接控制，可以对多个下一级的PLC进行监控，还可以完成现代化工厂的全面管理和控制任务。(2)按结构分类PLC按结构分，可以分为整体式和模块式两大类。整体式结构的PLC把电源、CPU、存储器和I/O系统都集成在一个单元内，该单元叫做基本单元。一个基本单元就是一台完整的PLC。整体式结构的特点是结构紧凑、体积小、重量轻，容易装配在设备的内部，适合于设备的单机控制。其缺点是主机I/O点数固定，使用不够灵活，维修也不够方便。模块式结构的PLC是把PLC系统的各个组成部分按功能分成若干个模块特点是CPU、输入和输出均为独立的模块。模块尺寸统一、安装整齐、I/O点选型自由，并且安装调试、扩展和维修方便。模块式PLC的缺点是结构较复杂，价格较高。(3)按功能分类PLC按功能分，可以分为低档机、中档机和高档机3类。（4）按产地分类按产地分，可分为日系、欧美、韩台、大陆等。其中日系具有代表性的为三菱、欧姆龙、松下、光洋等；欧美系列具有代表性的为西门子、A-B、通用电气、德州仪表等；韩台系列具有代表性的为LG、台达等；大陆系列具有代表性的为合利时、浙江中控等；PLC的应用PLC的分类1520教学内容注意点配时四、PLC定义1985年，国际电工委员会（IEC）专门为可编程控制器下了严格的定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”本课小结：本次课讲解了可编程控制器的定义及产生过程，要求牢记可编程控制器的定义。布置作业：自编PLC定义255教学内容注意点配时§1—5PLC与其他工业控制系统比较复习提问：继电器控制系统的工作特点新课导入：一、PLC控制与继电器控制的比较（复习继电器控制系统、讲解下图，总结区别）FU1KMM3~FRQSL1L2L3KMFRSB1SB2KMFU2FU2I0.0I0.11M2ML+Q0.01LKM~220VSB1SB2()I0.0I0.1Q0.0Q0.0***强调***()常开触点常闭触点线圈（1）器件组成不同PLC继：器件多、体积大，故障率高；：器件少、体积小，结构紧凑PLC继：硬触点、硬线（硬件控制，动作慢，弧光放电严重）：软触点、软线（软件控制，动作快）（2）工作方式不同PLC继：并行：串行（3）实施控制的方式不同PLC继：由硬接线完成功能：通过程序完成功能PLC控制与继电器控制的比较53015教学内容注意点配时功能改变时PLC继：拆线、接线，更换元件，麻烦：修改程序，方便（4）系统开发周期（设计、施工与调试）PLC继：长：短（5）触点数量PLC继：有限梯形图：无限对（6）PLC自检与监控功能比继强（7）PLC适用范围广（8）PLC可靠性高二、PLC与微机系统的不同1）PLC抗干扰性能比微机高2）PLC编程比微机简单，易学易用3）PLC设计调试周期短4）PLC的输入/输出响应速度慢，有较大的滞后现象，而微机的响应速度快5）PLC易于操作，易于维修，人员培训时间短，而微机操作、维修较困难，人员培训时间长本课小结：本次课讲解了可编程控制器与微机比较的优缺点，可编程控制器与继电器控制系统比较的优缺点。布置作业：P11--4355教学内容注意点配时§1—1PLC基础知识复习提问：可编程控制器的定义新课导入：一、GM十条1968年，美国通用汽车公司(GM)以用户身份新一代工业控制器应具备十大条件后，再度掀起了开发热潮。这十大条件是：(1)编程简单，可在现场修改程序；(2)维护方便，最好是插件式；(3)可靠性高于继电器控制柜；(4)体积小于继电器控制柜：(5)可将数据直接送入管理计算机：(6)在成本上可与继电器控制器竞争；(7)输入可以是交流115V：(8)输出为交流115V/2A以上，能直接驱动电磁阀；(9)在扩展时，原有系统只要很小变更：(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。二、发展过程1969年美国数字设备公司（DEC公司）成功研制出世界上第一台可编程控制器PDP-14,在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。接着，美国MODICON公司也研制出084控制器，从此，这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。1971年日本从美国引进了这项新技术，很快研制出日本第一台可编程控制器DSC-18。1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。三、可编程控制器的发展趋势PLC目前的主要发展趋势是：首先是向体积更小、速度更快、功能（尤其是运算功能、数据处理功能、通信功能）更强、价格更低的微型化PI．C发展，以适用于单机、数控机床和工业机器人的控制要求；其次是向控制、管理一体化发展，使之成为具备更完善的通信网络功能的高档大型PLC，与计算机组成美国通用汽车公司GM十条发展过程发展趋势5302030教学内容注意点配时单元控制系统。1．发展迅速，产品更新换代快2．开发各种智能化模块，不断增强过程控制功能3．PLC与个人计算机的结合4．通信联网功能不断增强5．发展新的编程语言，增强容错功能本课小结：本次课介绍可编程控制器的发展趋势以及发展趋势的特点。布置作业：自编5教学内容注意点配时§1—2PLC的组成及硬件配置复习提问：可编程控制器的发展趋势新课导入：一、PLC的组成及硬件配置目前PLC制造厂家很多，市场上有品种、规格繁多的PLC，且各厂家均独具特色，但一般来说，PLC的基本组成主要由中央处理单元（CPU模块）、输入模块（或部件）、输出模块（或部件）、电源模块（或部件）和编程器等五大部分组成。1、中央处理单元又称CPU模块或中央控制器，它由微处理器和存储器组成，是可编程控制器的核心，其作用类似于人类的大脑。CPU模块的工作电压一般是5V。2．输入／输出模块（I/O模块）输入模块一般由输入接口、光电耦合器、PLC内部电路输入接口和驱动电源4部分组成。输入模块可以用来接收和采集两种类型的输入信号，一种是由按钮、开关等提供的开关量输入信号；另一种是由电位器、热电偶等提供的连续变化的模拟量输入信号。输出模块（O模块）一般由PLC内部电路输出接口、光电耦合器、输出接口和驱动电源等四大部分组成。输出模块可以控制接触器、电磁阀、电磁铁和调节阀调节装置等执行对象，并反映外部负载工作状态，如指示灯、数字显示器与报警装置等。五大部分组成中央处理单元输入模块的组成及作用输出模块的组成及作用510151520教学内容注意点配时3．编程器编程器用于用户程序的编制、调试检查和监视，还可通过键盘调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。4．电源电源为PLC内部电路提供能源。为了防止因外部电源发生故障，造成PLC内部重要数据丢失，PLC备有后备电源。本课小结：本次课讲解了可编程控制器基本的组成及硬件配置布置作业：P11--2205教学内容注意点配时§1—3PLC的工作原理复习提问：可编程控制器的组成及硬件配置新课导入：一、PLC的工作原理1、工作方式继电器控制系统：并行。若这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点无论在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。PLC控制系统：串行。顺序逻辑扫描用户程序的方式。2、扫描过程PLC投入运行后，工作过程一般分为输入采样、执行程序、处理通讯请求、CPU自诊断和输出刷新五个阶段。完成上述五个阶段称为一个扫描周期。典型值1-100ms。1）输入采用阶段以扫描方式依次读入状态和数据存入输入映像寄存器。采样后，转入下几个阶段，在下几个阶段将不读取输入，即使输入有变化，输入映像寄存器内容也不变，因此，要求输入信号宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下该输入均能被读入。2）执行用户程序阶段PLC用户程序由若干条指令组成。该阶段，PLC总是从第一条指令开始，逐条顺序的执行用户程序。3）处理通讯请求阶段处理从通讯口和智能模块接收到的信息。4）CPU自诊断阶段自诊断测试包括定期检查CPU模块的操作和扩展模块状态是否正常，将监控定时器复位等。5）输出刷新阶段CPU按输出映像寄存器刷新输出锁存器，再经输出电路驱动相应外设。I/O响应时间