《电器与PLC控制》教案2

第页湖北水利水电职业技术学院教师授课教案课程名称：电器与PLC控制2006年至2007年第2学期第12次课班级：05电气1－4班编制日期：2007年4月5日教学单元（章节）：第四章概述目的要求：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。知识要点：1.PLC的定义2.PLC的功能特点技能要点：根据结构辨别不同类型的PLC教学步骤：1.介绍PLC的定义、产生及发展2.介绍PLC的功能特点、性能指标及分类。教具及教学手段：多媒体课堂教学；讲述、分析、图示。作业布置情况：课后分析与小结：授课教师：陈剑授课日期：20年月日第页教学内容板书或旁注第四章4.1可编程控制器的产生与发展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。第页教学内容板书或旁注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。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第页教学内容板书或旁注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。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。第页湖北水利水电职业技术学院教师授课教案课程名称：电器与PLC控制2006年至2007年第2学期第13次课班级：05电气1－4班编制日期：2007年4月5日教学单元（章节）：第五章可编程控制器的基本结构与工作原理目的要求：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控制系统的优点知识要点：1.PLC的基本结构2.PLC的基本工作原理3.PLC的性能指标及分类技能要点：根据不同的形式能够给PLC分类教学步骤：1.介绍PLC的性能指标及分类2.根据PLC的基本结构介绍其工作原理教具及教学手段：多媒体课堂教学；讲述、分析、图示作业布置情况：课后分析与小结：授课教师：陈剑授课日期：20年月日第页教学内容板书或旁注5.1PLC的分类与基本结构5.1.1PLC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。5.1.2PLC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第页教学内容板书或旁注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PLCPLC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。第页教学内容板书或旁注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。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。5.2PLC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）5.3PLC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5.4PLC与其它工业控制系统的比较第页湖北水利水电职业技术学院教师授课教案课程名称：电器与PLC控制2006年至2007年第2学期第14次课班级：05电气1－4班编制日期：2007年4月5日教学单元（章节）：第六章F1系列可编程控制器的内部继电器第一节F1系列PLC的型号、单元和输入输出方式目的要求：1.掌握F1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知识要点：1.F1系列PLC的型号2.输入方式的分类3.输出方式的分类技能要点：能辨别F1系列PLC的型号教学步骤：1.介绍F1系列PLC的型号表示方法2.介绍PLC的各种输入和输出方式教具及教学手段：多媒体课堂教学；讲述、分析、图示、举例。作业布置情况：课后分析与小结：授课教师：陈剑授课日期：20年月日第页教学内容板书或旁注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）。6.1F