《电气控制与PLC》教案

1烟台机械工程学校教案课程名称：电气控制与PLC教师姓名：尹旭涛系别：机电一体化2课程概况课程名称:电气控制与PLC总学时：52周学时：4教学起始周：第1周——第13周授课班级及时间：班级：高二机电1班时间：教材概况（主编、出版社、版次等）：主编：吴丽出版社：高等教育出版社版次：2009年9月第2版教辅概况：1课时授课计划一、授课具体时间：第1周二、授课课题：第3章PLC概述三、教学目的要求：（1）了解PLC的产生、PLC的特点、PLC的分类（2）掌握PLC的编程语言、PLC的应用领域及发展趋势四、教学重点难点：（1）（重点）PLC的产生（2）（重点）PLC的特点（3）（重点）PLC的分类（4）（难点）PLC的编程语言五、教学方法、用具：教学方法：多媒体教课教学用具：三角板六、教学过程（包括教学内容、辅助手段、板书设计、课堂练习、教学进程时2间分配、课外作业等）：第3章可编程控制器概述3.1可编程控制器的产生3.1.1PLC的由来可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicalController）简称PLC。3.1.2PLC的定义国际电工委员会（IEC）在1987年2月颁布了PLC的标准草案（第三稿），草案对PLC作了如下定义。3.2可编程控制器的特点1．可靠性高，抗干扰强2．功能强大，性价比高3．编程简易，现场可修改4．配套齐全，使用方便5．寿命长，体积小，能耗低6．系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维修方便3.3可编程控制器的分类3.3.1按输入/输出点数分根据PLC的输入/输出（I/O）点数的多少，一般可将PLC分为以下3类。1．小型机小型PLCI/O总点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4KB左右。32．中型机中型PLC的I/O总点数在256～2048点之间，用户程序存储器容量达到8KB左右。3．大型机大型PLC的I/O总点数在2048点以上，用户程序存储器容量达到16KB以上。3.3.2按结构形式分根据PLC结构形式的不同，可分为整体式和模块式两类。1．整体式2．模块式3.3.3按生产厂家分它们是美国Rockwell自动化公司所属的A-B（Allen＆Bradly）公司GE-Fanuc公司，德国的西门子（SIEMENS）公司法国的施耐德（SCHNEIDER）自动化公司日本的欧姆龙（OMRON）和三菱公司等3.4可编程控制器的编程语言3.4.1PLC编程语言的国际标准PLC编程语言标准（IEC61131-3）中有5种编程语言，即顺序功能图（Sequentialfunctionchart），梯形图（Ladderdiagram），功能块图（Functionblockdiagram），指令表（Instructionlist），结构文本（Structuredtext）。4其中的顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能块图（FBD）是图形编程语言，指令表（IL）、结构文本（ST）是文字语言。1．顺序功能图（SFC）2．梯形图（LD）3．功能块图（FBD）4．指令表（IL）5．结构文本（ST）3.4.2梯形图的主要特点（1）PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称（2）根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出图中各线圈对应的软元件的ON/OFF状态，称为梯形图的逻辑运算。（3）梯形图中各软元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次地使用。（4）输入继电器的状态唯一地取决于对应的外部输入电路的通断状态，因此在梯形图中不能出现输入继电器的线圈。（5）辅助继电器相当于继电控制系统中的中间继电器，用来保存运算的中间结果，不对外驱动负载，负载只能由输出继电器来驱动。3.5可编程控制器的技术性能指标PLC的技术性能指标有一般指标和技术指标两种。一般性能规格是指使用PLC时应注意的问题，主要包括电源电压、允许电压波动范围、耗电情况、直流输出电压、绝缘电阻、耐压情况、抗噪声性能、耐机械振动及冲击情况、5使用环境温度和湿度、接地要求、外形尺寸、质量等。具体性能规格是指PLC所具有的技术能力，如果只是一般地了解PLC的性能，了解如下的基本技术性能指标即可。1．I/O点数如FX系列的I/O点数最多为256。2．扫描速度小型PLC的扫描时间可能大于40ms。3．内存容量一般小型机的存储容量为1KB到几千字节，大型机则为几十千字节，甚至1MB～2MB，通常以PLC所能存放用户程序的多少来衡量。4．指令系统5．内部寄存器6．特殊功能模块3.6可编程控制器的应用领域及发展趋势3.6.1PLC的应用领域1．开关量逻辑控制2．运动控制3．过程控制4．数据处理5．通信连网3.6.2PLC的发展趋势6（1）从技术上看，PLC会向运算速度更快、存储容量更大、功能更广、性能更稳定、性价比更高的方向发展。（2）从规模上看，PLC会进一步向超小型和超大型两个方向发展。（3）从配套性上看，PLC产品会向品种更丰富、规格更齐备的方向发展。（4）从标准上看，PLC的通用信息、设备特性、编程语言等向IEC1131标准的方向发展。（5）从网络通信的角度看，PLC将向网络化和通信的简便化方向发展。教学后记：通过学习，了解PLC的基本情况。7课时授课计划一、授课具体时间：第2周二、授课课题：第4章FX系列PLC及其编程工具三、教学目的要求：（1）了解FX系列PLC概述FX系列PLC（2）掌握PLC的基本组成，FX系列PLC的软元件四、教学重点难点：（1）（重点）FX系列PLC的种类（2）（重点）PLC的基本组成由那些构成（3）（重点）（4）（难点）FX系列PLC的软元件与传统相比较后的转换五、教学方法、用具：教学方法：多媒体教课教学用具：三角板六、教学过程（包括教学内容、辅助手段、板书设计、课堂练习、教学进程时间分配、课外作业等）：8第4章FX系列可编程控制器4.1FX系列可编程控制器概述4.1.1三菱小型PLC的发展历史4.1.2FX系列型号的含义FX系列PLC型号名称的含义如下：（1）系列序号：如1S，1N，2N等；（2）I/O总点数：10～256；（3）单元类型：M为基本单元，E为I/O混合扩展单元与扩展模块，EX为输入专用扩展模块，EY为输出专用扩展模块；（4）输出形式：R为继电器输出，T为晶体管输出，S为双向晶闸管输出；（5）电源的形式：4.1.3FX系列PLC的一般技术指标FX系列PLC的一般技术指标包括基本性能指标、输入技术指标及输出技术指标，其具体规定如表4-1、表4-2及表4-3所示。4.2FX系列可编程控制器的子系列4.2.1FX1S系列PLC4.2.2FX1N系列PLC4.2.3FX2N系列PLC94.2.4FX2NC系列PLC4.2.5FX系列扩展单元、扩展模块4.3FX系列可编程控制器的基本组成4.3.1硬件PLC硬件主要由中央处理单元、存储器、输入单元、输出单元、电源单元、编程器、扩展接口、编程器接口和存储器接口组成，其结构框图如图4-1所示。4.3.2软件PLC是一种工业计算机，不光要有硬件，软件也必不可少。4.4FX系列可编程控制器的软元件4.4.1PLC的软元件概述PLC内部有许多具有不同功能的元件，实际上这些元件是由电子电路和存储器组成的。4.4.2FX2N的软元件101．输入继电器（X）2．输出继电器（Y）3．辅助继电器（M）4．状态继电器S5．定时器T6．计数器C7．数据寄存器（D）8．变址寄存器9．指针（P/I）指针（P/I）包括分支和子程序用的指针（P）以及中断用的指针（I）。10．常数常数K用来表示十进制常数，常数H用来表示十六进制常数。4.5FX系列可编程控制器的工作原理4.5.1扫描工作方式PLC有运行（RUN）与停止（STOP）两种基本的工作模式。1．内部处理阶段2．通信服务阶段3．输入处理阶段4．程序处理阶段5．输出处理阶段图4-13PLC的扫描工作过程外部负载断电，停止工作。11PLC的输入处理、程序处理和输出处理的工作方式如图4-13所示。循环扫描的工作方式是PLC的一大特点，也可以说PLC是“串行”工作的，这和传统的继电器控制系统“并行”工作有质的区别，PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。4.5.2扫描周期4.5.3输入/输出滞后时间输入/输出滞后时间又称系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时12刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间这三部分组成。教学后记：通过学习，了解PLC的软元件。13课时授课计划一、授课具体时间：第3、4周二、授课课题：第5章基本逻辑指令及其应用三、教学目的要求：（1）了解基本逻辑指令、PLC的工作原理（2）掌握常用基本电路的程序设计PLC程序设计方法及技巧四、教学重点难点：（1）（重点）基本逻辑指令（2）（重点）PLC的工作原理（3）（重点）常用基本电路的程序设计（4）（难点）PLC程序设计方法及技巧五、教学方法、用具：教学方法：多媒体教课教学用具：三角板六、教学过程（包括教学内容、辅助手段、板书设计、课堂练习、教学进程时14间分配、课外作业等）：第5章基本逻辑指令及其应用5.1基本逻辑指令5.1.1逻辑取及驱动线圈指令LD/LDI/OUT逻辑取及驱动线圈指令如表5-1所示。1．用法示例2．使用注意事项3．双线圈输出5.1.2触点串、并联指令AND/ANI/OR/ORI触点串、并联指令如表5-2所示。152．使用注意事项3．连续输出如图5-4（a）所示，OUTM1指令之后通过X1的触点去驱动Y4，称为连续输出165.1.3电路块连接指令ORB/ANB1．用法示例电路块连接指令的应用如图5-5和图5-6所示。175.1.4多重输出电路指令MPS/MPD/MPP多重输出电路指令如表5-4所示。1．用法示例多重输出电路指令的应用如图5-7和图5-8所示。182．使用注意事项5.1.5置位与复位指令SET/RST置位与复位指令如表5-5所示。191．指令用法示例指令用法示例如图5-9所示。2．使用注意事项5.1.6脉冲输出指令PLS/PLF脉冲输出指令如表5-6所示。1．用法示例2．使用注意事项205.1.7脉冲式触点指令LDP/LDF/ANP/ANF/ORP/ORF脉冲式触点指令如表5-7所示。1．用法示例2．使用注意事项5.1.8主控触点指令MC/MCR主控触点指令如表5-8所示。1．用法示例2．使用注意事项5.1.9逻辑运算结果取反指令INV逻辑运算结果取反指令如表5-9所示。215.1.10空操作和程序结束指令NOP/END空操作和程序结束指令如表5-10所示。1．空操作指令NOP2．程序结束指令ENDPLC按照循环扫描的工作方式，首先进行输入处理，然后进行程序处理，当处理到END指令时，即进行输出处理。5.2梯形图的基本规则1．线圈右边无触点2．触点可串可并无限制3．线圈不能重复使用224．触点水平不垂直5．触点多上并左6．顺序不同结果不同5.3基本电路的编程电动机的起保停电路（1）控制要求按下起动按钮SB1，电动机起动运行，按下停止按钮SB2，电动机停止运行。（2）输入/输出（I/O）分配X0：SB1，X1：SB2（常开），Y0：电动机（接触器）。（3）梯形图方案设计若要改为起动优先，则梯形图如图5-21所示。232．单台电动机的两地控制（1）控制要求按下地点1的起动按钮SB1或地点2的起动按钮SB2均可起动电动机；按下地点1的停止按钮SB3或地点2的停止按钮SB4均可停止电动机运行。（2）输入/输出分配X0：SB1，X1：SB2，X2：SB3（常开），X3：SB4（常开），Y0：电动机（接触器）。（3）梯形图方案设计243．两台电动机的顺序联动控制（1）控制要求电动机M1先起动（SB1），电动机M2才能起动（SB2）。（2）输入/输出分配X0：电动机M1起动（SB1），X1：电动机M2起动（SB2），X2：电动机M1停止（SB3），X3：电动机M2停止（SB4）；Y0：电动机M1（接触器1），Y1：电动机M2（接触器2）。