可编程控制器终极教案Word文档格式.docx

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2学时

七、教学过程:

（一）、复习旧知

（二）、引入新课

微机技术已经并继续在改变世界，在常见的以微处理器为控制中心的控制系统中，什么样的微处理系统可以适应工厂强电磁干扰、及工厂自动控制的面貌？

（三）、新课讲解

《一》1.1可编程控制器的历史与定义

1.1.1可编程控制器的产生历史

在可编程控制器出现以前，继电器控制在工业控制领域占主导地位，其控制系统都是按照预先设定好的时间或条件顺序地工作，通用性和灵活性很差。

1968年，美国通用汽车公司首先提出PLC的概念。

当时，根据汽车制造生产线的需要，希望用电子化的新型控制器替代继电器控制柜，要求比继电器控制系统更可靠、功能更齐全、响应速度更快，而且能够做到当汽车改型时，尽可能的减少重新设计和更换继电器控制系统及接线。

以便降低成本，缩短周期。

通用汽车公司对新型控制器提出10点具体要求：

①编程简单，可在现场修改程序；

②维护方便，采用插件式结构；

③可靠性高于继电器控制柜；

④体积小于继电器控制柜；

⑤成本可与继电器控制柜竞争；

⑥可将数据直接送入计算机；

⑦可直接用115V交流输入；

⑧输出采用交流115V，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；

⑨通用性强，扩展时很方便；

⑩程序要能存储，存储器容量可扩展到4K字节。

1969年，通用公司提出上述要求一年之后，美国数字设备公司（DEC）率先研制了全球第一台可编程序控制器，并试用于通用汽车公司的自动装配线上面并取得成功，从而开创了PLC应用于工业控制的新纪元。

1.1.2可编程控制器的定义

可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机电设备或生产过程。

可编程序控制器及其有关外围设备，都按易于同工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

PLC区别于一般微机控制系统的重要特征：

1、具有丰富的输入、输出接口及较强的输出驱动能力。

2、可直接应用于工业环境，具有很强的抗干扰能力，以及广泛的适应能力和应用范围。

《二》1.2可编程控制器的特点

1.可靠性高，抗干扰能力强

2.编程简单，易于掌握

3.组合灵活，使用方便

4.功能强大，通用性好

5.开发周期短，成功率高

6.体积小、重量轻、功耗低

7.安装简单，维修方便

《三》1.3可编程控制器的分类

1.3.1按结构形式分类

（1）整体式PLC

将电源、CPU、存储器及I/O等各个功能部件都集成在一个机壳内，称为PLC主机或基本单元。

如三菱的FX系列PLC。

一个完整的PLC控制系

统包括PLC主机以及相关扩展单元和各种特殊功能模块。

（2）模块式PLC

它是将PLC的各个部分按功能做成独立模块，如电源模块、CPU模块、I/O模块以及其它各种功能模块等，然后安装在同一底板或框架上。

其特点是配置灵活、安装维护方便，一般的大、中型PLC采用这种结构形式。

1.3.2按控制规模分类

（1）小型PLCI/O点数256点以下，存储容量2-8K步，用于逻辑控制、定时、计数、顺序控制等场合。

（2）中型PLCI/O点数256点以上，2048点以下，存储容量8-32K步。

具有逻辑运算、算术运算、数据传送、数据通信、模拟量处理等功能，可用于开关量、数字量与模拟量混合控制的较为复杂的控制系统。

（3）大型PLCI/O点数2048点以上（I/O点数超过8192点的为超大型PLC），存储容量32K步以上。

具有数据运算、联网通信、监视记录打印等功能，可进行中断、智能控制、远程控制。

可用于大规模过程控制、分布式控制以及自动化网络控制。

1.3.3按功能划分

（1）低档机具备微型、小型PLC功能，主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。

（2）中档机除具备低档机功能外，还具有模拟量处理、数值运算、数据处理、远程I/O及联网通信等功能。

（3）高档机除具有中档机功能外，还可进行带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑以及其他特殊功能运算等，具有很强的联网通信能力，可构成大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化生产和控制。

1.3.4PLC的应用范围

（1）用于开关量逻辑控制。

开关量是电气控制中最基本的被控量，对电气控制领域中各类开关量逻辑控制是PLC最基本、最常用的功能。

（2）顺序控制：

顺序控制是逻辑控制的灵活应用，也是可编程控制器最广泛应用的领域，取代了传统的继电器顺序控制，广泛应用于电梯控制、印刷机械、港口码头货物存取、组合机床、生产线等。

（3）用于定时、计数控制。

PLC最常用、最基本的功能之一。

PLC通常能够提供几百上千个精度和范围很宽的计时器和计数器，广泛应用于生产线等对时序和数量要求较高的场合。

（4）用于过程控制。

在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位、速度、电流和电压等，称为模拟量。

可编程控制器有A／D和D／A转换模块，这样，可编程控制器可以作模拟量控制用于过程控制。

（5）用于数据处理、数字控制。

现代PLC具有很强的数据处理能力，可以进行较复杂的函数运算和浮点运算。

（6）用于数据通信和联网控制。

现代PLC都具备很强的数据通信功能，通过专用的通信模块实现PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间的联网，从而可以实现远程I/O控制，构成以计算机为中心的集中管理和分散控制的分布式网络控制系统。

1.3.5PLC的发展方向

1.PLC在功能和技术指标方面的发展方向

（1）向高速、大容量方向发展

（2）加强联网和通信能力

（3）致力于开发新型智能I/O功能模块

（4）增强外部故障的检测与处理能力

（5）编程语言的多样化与标准化

（6）软件PLC的出现

2.在经济指标与产品制造方面发展方向

（1）研制大型PLC

（2）大力发展简易、经济的超小型、微型PLC

（3）采用先进的制造工艺和安装技术

（4）致力提高性价比

九、布置作业

十、教学后记

（1）讲清可编程控制器的产生历史和定义，是讲清其与一般微机系统的区别的关键。

（2）讲清可编程控制器的分类，是讲清其应用范围和领域的关键。

第二章可编程控制器工作原理及结构特点

（第二次课）

2.1工作原理

可编程控制器的工作过程、扫描方式

1、掌握PLC的硬件构成

2、掌握PLC的工作原理、扫描过程

PLC的硬件构成

PLC的工作原理、扫描过程六、教学时数:

可编程控制器的产生历史、定义、分类

一个完整的PLC控制系统有哪些部分组成？

PLC是怎样进行工作的？

《一》2.1可编程控制器的硬件构成

1．中央处理器（CPU）

CPU是可编程控制器的核心，它按系统程序赋予的功能指挥可编程控制器有条不紊地进行工作。

2.存储器

可编程控制器的存储器可以分为系统程序存储器、用户程序存储器及工作数据存储器等三种。

3.输入/输出接口

输入/输出接口是PLC与外界连接的接口。

输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关

1．输入映像存储器及其刷新——对应于输入端子状态的数据区

PLC中的CPU是不能直接从与外部接线端子打交道的。

在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，经过输入调理电路（光电隔离、电平转换、滤波处理等）后进入输入缓冲器等待采样。

没有CPU的采样“允许”，外界的输入信号是不能进入内存的。

当CPU采样时，输入信号便进入输入映像存储器——刷新。

接着进入程序的执行阶段，直至信号的输出。

在此期间，输入映像存储器将现场与CPU隔离，无论输入信号如何变化，输入映像存储器中的内容保持到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新采样新的信号，即：

输入映像存储器每周期刷新一次。

这样，是否会影响对现场信息的反应速度？

由于，PLC扫描周期一般仅几十，两次采样之间的间隔时间很短，对一般的开关量而言，可以认为采样是连续的。

2．输出映像存储器及其刷新——CPU数据处理的中间结果和最终结果的存放区域。

同理，CPU不能直接驱动负载，处理的结果存放在输出映像存储器中，直至所有程序执行完毕，才将输出映像区的内容经输出锁存器（称为输出状态刷新）送到输出端子上驱动外部负载。

即：

输出映像存储器——随时刷新。

输出锁存器——每周期刷新一次（刷新后的输出状态一直保持到下一次刷新）同样，两次刷新的间隔仅几十mS，即使考虑电路的电气惯性（延迟）时间，仍可认为输出是及时的。

3．输入/输出状态表——状态RAM表

I/O映像存储器的内容，在CPU中构成I/O状态表，其内容是CPU处理用户程序及数据的依据。

八、课堂小结

1、PLC的硬件构成与其他微控制器系统类似，包括CPU、存储器、电源、I/O接口等部分。

2、PLC的工作过程可分为输入处理、程序处理、输出处理等三个阶段。

（1）讲清PLC的硬件构成，是讲清其工作原理的关键。

第三章可编程控制器工作原理及结构特点

（第三次课）

2.2PLC的软件构成2.3可编程控制器的结构特点

PLC的软件环境、编程软器件

1、掌握PLC的软件构成

2、掌握PLC的各种编程软器件的特点和功能

3、掌握Excel2003工作表的页面设置和打印方法

PLC的各种编程软器件的特点和功能

定时器、计数器的特点和功能

PLC的硬件构成、PLC的工作过程可分为输入处理、程序处理、输出处理等三个阶段。

可编程控制器是工业控制计算机设备，其具有计算机的属性，除了完备的硬件外，还必须有对应的软件支持其工作。

其软件有那些？

作用是什么？

《一》2.2PLC的软件构成

2.2.1监控程序

1．系统管理程序

系统管理程序用于整个PLC的运行管理，管理程序又分为三部分：

运行管理、存贮空间的管理、系统自检程序

2.用户指令解释程序

可编程控制器中采用梯形图编程，将人们易懂的梯形图程序变为机器能懂的机器语言程序，即将梯形图程序逐条翻译成相应的一串机器码，这就是解释程序的任务。

3.标准程序模块和系统的调用

系统监控程序的第三部分就是标准程序模块和系统调用，这部分是由许多独立的程序块组成的，各自能完成不同的功能，有些完成输入、输出，有些完成特殊运算等。

可编程控制器的各种具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少，就决定了可编程控制器性能的强弱。

2.2.2用户程序

用户程序是用户根据控制要求，用PLC编程的软元件和编程语言（如梯形图、指令表、高级语言、汇编语言等）编制的应用程序，其助记符