《电气控制与PLC》教案本.docx

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《电气控制与PLC》教案本

GUANGDONGINNOVATIVETECHNOLOGYCOLLEGE

教案

课程名称：

电气控制与PLC

教师姓名：

李世勇

系别：

机电工程系

二○一四年至二○一五年第一学期

课程概况

课程名称:

电气控制与PLC

总学时：

56

周学时：

4

教学起始周：

第1周——第8周

授课班级及时间：

班级：

12计辅2班

时间：

教材概况（主编、出版社、版次等）：

主编：

阮友德

出版社：

人民邮电出版社

版次：

2012年8月第2版

教辅概况：

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

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。

2．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

3.4.1　PLC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）。

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、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

3.6.1　PLC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

3.6.2　PLC的发展趋势

（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。

课时授课计划

一、授课具体时间：

第1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）：

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PLC

4.2.2FX1N系列PLC

4.2.3FX2N系列PLC

4.2.4FX2NC系列PLC

4.2.5FX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

4.4.1　PLC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。

4.4.2　FX2N的软元件

1．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S

5．定时器T

6．计数器C

7．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。

PLC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。

课时授课计划

一、授课具体时间：

第2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

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。

2．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

5.1.3　电路块连接指令ORB/ANB

1．用法示例

电路块连接指令的应用如图5-5和图5-6所示。

5.1.4　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。

2．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。

1．指令用法示例

指令用法示例如图5-