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plc技术

宽甸满族自治县职教中心

Plc技术教案

教师姓名

总课时：

50

课时

2

编写时间

2011.9

章节名称

第一章电气控制基础

1.1常用电器元件及符号

教学目的与要求：

本章是为后面现代PLC控制打基础；讲述应结合机械和机床的实例，要突出与PLC控制相关的部分。

教学重点和难点：

教学重点：

常用低压电器工作原理、继电器控制设计时使用的图形与文字符号。

教学难点：

常用低压电器工作原理。

教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

一、教学内容及板书设计

1.1常用电器元件及符号

1.1.1电器的基本知识

1.电器的分类：

1）按工作原理分类：

电磁式电器和非电量控制电器

2）按工作电压等级分类：

高压电器和低压电器

3）按动作原理分类：

手动电器和自动电器

4）按用途分类：

控制电器、主令电器、保护电器、执行电器和配电电器

2.低压电器的作用：

控制作用、保护作用、测量作用、调节作用、指示作用、转换作用等

1.1.2接触器

1.定义：

接触器是一种用来自动接通或断开大电流电路的电器。

它可以频繁地接通或分断交直流电路，并可实现远距离控制。

2.分类：

按照所控制电路的种类、接触器可分为交流接触器和直流接触器两大类。

1）交流接触器

①交流接触器的结构与工作原理

a.交流接触器由以下四部分组成：

电磁机构、触点系统、灭弧装置、其他部件

b.电磁式接触器的工作原理如下：

线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力。

此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作，常闭触点打开，常开触点闭合，互锁或接通线路。

线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点机构复位，断开线路或解除互锁。

②交流接触器的分类

按主触点极数分：

单极、双极、三极、四极和五极接触器。

按灭弧介质分：

空气式接触器、真空式接触器等。

按有无触点分：

有触点接触器和无触点接触器。

③交流接触器的基本参数

2）直流接触器

3）接触器的符号与型号说明

①接触器的符号

接触器的图形符号如图l-2所示，文字符号为KM。

②接触器的型号说明

1.1.3继电器

继电器是根据某种输入信号的变化，接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力装置的自动电器。

1）电磁式继电器

①电磁式继电器的结构与工作原理

②电磁式继电器的特性

继电器的主要特性是输入-输出特性，又称继电特性

2）时间继电器

时间继电器是一种利用电磁原理或机械动作原理实现触点延时接通或断开的自动控制电器，其种类很多，常用的有电磁式、空气阻尼式、电动式和晶体管式等。

3）其他非电磁类继电器

4）刀开关与低压断路器

5）主令电器

6）熔断器

二、教学方法和手段、师生互动

1、任务引领：

通过举例和提问，使学生对该学科产生兴趣，引领学生进一步学习。

2、“教、学、实践”一体化：

通过上课讲授，使学生学习基本的理论知识和分析解决问题的方法，通过实验加深学生对所学知识点的掌握。

3、鼓励学生提问题，并随时解答学生的问题。

4、让学生成立学习小组，通过互帮使大部分同学能够掌握课堂教学的重要知识。

5、通过作业使学生巩固所学知识。

作业及课外训练：

1－1、1－2、1－3、1－5、1－6

课后自我总结分析：

通过开篇介绍，并具实际的例子，使学生对本课程产生学习兴趣，上课能够突出重点、及时补充最新的研究成果，基本达到预期效果。

课时

2课时

编写时间

2011.9

章节名称

第一章电气控制基础

1.2电器控制的基本线路

教学目的与要求：

本章是为后面现代PLC控制打基础；讲述应结合机械和机床的实例，要突出与PLC控制相关的部分。

教学重点和难点：

教学重点：

常用低压电器工作原理、继电器控制设计时使用的图形与文字符号。

教学难点：

常用低压电器工作原理。

教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

一、教学内容及板书设计

1.2电器控制的基本线路

1.2.1三相笼型电动机直接起动控制

1）点动控制

主电路由刀开关Q、熔断器FU、交流接触器KM的主触点和笼型电动机M组成；控制电路由起动按钮SB和交流接触器线圈KM组成。

2）连续运行控制

工作过程如下：

起动：

合上刀Q→按下起动按钮SB1→接触器KM线圈通电→KM主触点闭合和常开辅助触点闭合→电动机M接通电源运转；（松开SB1），利用接通的KM常开辅助触点自锁、电动机M连续运转。

停机：

按下停止按钮SB2→KM线圈断电→KM主触点和辅助常开触点断开→电动机M断电停转。

3）点动和长动结合的控制

1.2.2顺序连锁控制线路

1）多台电动机先后顺序工作的控制

电动机顺序控制的接线规律是：

①要求接触器KM1动作后接触器KM2才能动作，故将接触器KM1的常开触点串接于接触器KM2的线圈电路中。

②要求接触器KM1动作后接触器KM2不能动作，故将接触器KM1的常闭辅助触点串接于接触器KM2的线圈电路中。

2）利用时间继电器顺序起动控制线路

1.2.3互锁控制线路

电动机正、反转控制线路如图1-35所示，接触器KM1为正向接触器，控制电动机M正转；接触器KM2为反向接触器，控制电动机M反转。

1.2.4位置原则的控制线路

1.2.5时间原则的控制线路

1.2.6速度原则的控制线路

二、教学方法和手段、师生互动

1、任务引领：

通过举例和提问，使学生对该学科产生兴趣，引领学生进一步学习。

2、“教、学、实践”一体化：

通过上课讲授，使学生学习基本的理论知识和分析解决问题的方法，通过实验加深学生对所学知识点的掌握。

3、鼓励学生提问题，并随时解答学生的问题。

4、让学生成立学习小组，通过互帮使大部分同学能够掌握课堂教学的重要知识。

5、通过作业使学生巩固所学知识。

作业及课外训练：

1－8、1－9、1－10、1－11

课后自我总结分析：

通过本堂课的学习，学生掌握了常用低压电器工作原理，了解了电器控制的基本线路，基本达到预期效果。

课时

2

编写时间

2011.9

章节名称

第一章电气控制基础

1.3典型电器控制系统

教学目的与要求：

本章是为后面现代PLC控制打基础；讲述应结合机械和机床的实例，要突出与PLC控制相关的部分。

教学重点和难点：

教学重点：

常用低压电器工作原理、继电器控制设计时使用的图形与文字符号。

教学难点：

常用低压电器工作原理。

教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

一、教学内容及板书设计

1.3典型电器控制系统

1.3.1铣床主要结构及运动情况

1）主要结构

铣床主要由底座、床身、悬梁、刀杆支架、升降台、工作台和溜板等部分组成，如图1-40所示。

2）运动情况

①主运动：

主轴带动铣刀的旋转。

主运动分顺铣和逆铣两种形式

②进给运动：

是工件在工作台上实现三个相互垂直方向的进给，即工作台沿溜板上部回转台的导轨在垂直于主轴轴线方向的纵向进给，溜板沿升降台上的水平导轨在平行于主轴轴线方向的横向进给，以及升降台沿床身的垂直导轨作上下垂直进给。

③辅助运动：

可转动部分对溜板可绕垂直轴线转动一个角度（一般为45o），因此工作台除能实现平行或垂直于主轴方向的横向或纵向进给外，还能在倾斜方向上进给，从而可进行螺纹的加工。

铣床一般还配有圆工作台，以扩大其加工范围。

辅助运动有工作台在纵向、横向、垂直方向上的快速移动。

1.3.2铣床对电力拖动与控制的要求

1.3.3X62W卧式升降台铣床控制线路分析

1）主轴的控制

①主轴电动机起动与停止

②主轴变速冲动

2）工作台的控制

①进给运动的控制

②工作台快速移动的控制

③圆工作台的控制

④进给变速冲动

3）冷却泵的控制及照明电路

4）电路的联锁与保护

二、教学方法和手段、师生互动

1、任务引领：

通过举例和提问，使学生对该学科产生兴趣，引领学生进一步学习。

2、“教、学、实践”一体化：

通过上课讲授，使学生学习基本的理论知识和分析解决问题的方法，通过实验加深学生对所学知识点的掌握。

3、鼓励学生提问题，并随时解答学生的问题。

4、让学生成立学习小组，通过互帮使大部分同学能够掌握课堂教学的重要知识。

5、通过作业使学生巩固所学知识。

作业及课外训练：

1－13、1－14、1－15、1－16、1－17

课后自我总结分析：

通过本堂课的学习，学生掌握了典型电气控制系统的控制线路设计，为电气控制线路的设计、安装、调试和维护打下了基础，基本达到预期效果。

课时

2

编写时间

2011.9

章节名称

第二章可编程序控制器基础知识

2.1概述

2.2PLC系统与继电器系统比较

教学目的与要求：

在讲述PLC控制与电器控制系统比较，PLC的基本组成，PLC的工作原理，PLC的性能指标等内容时，要指出不同PLC型号可能存在的区别。

教学重点和难点：

教学重点：

PLC基本组成和PLC工作原理。

教学难点：

PLC扫描过程中，各映像寄存器变化特点和对程序运行的影响。

教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

一、教学内容及板书设计

2.1概述

2.1.1什么是PLC？

可编程序控制器（ProgrammbleController）简称PC或PLC

PLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置

2.1.2PLC的产生与发展

1）世界上第一台PLC

1969年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）的要求研制成功。

2）背景：

3）设计思想：

吸取继电器和计算机两者的优点

2.1.3PLC的特点与应用领域

1）PLC的特点

①可靠性高，抗干扰能力强

②编程简单、使用方便

③功能完善、通用性强

④设计安装简单、维护方便

⑤体积小、重量轻、能耗低

2）Plc的应用领域

开关量逻辑控制、运动控制、过程控制（PID闭环控制）、数据处理、通信联网

2.1.4PLC的分类

1）按结构形式分类：

整体式和模块式

2）按功能分类：

低档PLC、中档PLC和高档PLC

3）按I/O点数分类：

小型PLC、中型PLC和大型PLC

2.2PLC控制系统与电器控制系统的比较

2.2.1电器控制系统与PLC控制系统

1）电器控制系统组成：

输入部分、输出部分和控制部分（继电器、触点和硬接线）

2）plc控制系统组成：

输入部分、输出部分和控制部分（PLC）

2.2.2PLC等效电路

2.2.3PLC控制系统与电器控制系统的区别

①控制方法上：

硬：

软

②工作方式上：

并行工作方式：

串行工作方式

③控制速度上：

速度慢：

快

④定时和计数控制上：

精度低：

高

⑤可靠性和可维护性上：

可靠性低：

高

二、教学方法和手段、师生互动

1、任务引领：

通过举例和提问，使学生对该学科产生兴趣，引领学生进一步学习。

2、“教、学、实践”一体化：

通过上课讲授，使学生学习基本的理论知识和分析解决问题的方法，通过实验加深学生对所学知识点的掌握。

3、鼓励学生提问题，并随时解答学生的问题。

4、让学生成立学习小组，通过互帮使大部分同学能够掌握课堂教学的重要知识。

5、通过作业使学生巩固所学知识。

作业及课外训练：

2－1、2－2

课后自我总结分析：

通过本堂课的学习，学生掌握了什么是PLC,PLC控制系统与电器控制系统的区别，基本达到预期效果。

课时

4

编写时间

2011.9

章节名称

第二章可编程序控制器基础知识

2.3PLC的基本组成

教学目的与要求：

在讲述PLC控制与电器控制系统比较，PLC的基本组成，PLC的工作原理，PLC的性能指标等内容时，要指出不同PLC型号可能存在的区别。

教学重点和难点：

教学重点：

PLC基本组成和PLC工作原理。

教学难点：

PLC扫描过程中，各映像寄存器变化特点和对程序运行的影响。

教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

一、教学内容及板书设计

2.3PLC的基本组成

2.3.1PLC的硬件组成

中央处理器（CPU）、存储器、输入接口、输出接口、通信接口、电源等

1）CPU是plc的核心

2）存储器：

用于存放系统程序、用户程序和工作数据

2.3.2PLC的软件组成

1）系统程序：

plc制造厂商设计的，用户不能直接编写与修改。

2）用户程序：

用户利用plc的编程语言，根据控制要求变得的程序。

用户可对它读出、检查和修改。

3）plc常见编程语言

①梯形图语言

②语句表语言

③逻辑图语言

④功能表图语言

⑤高级语言

二、教学方法和手段、师生互动

1、任务引领：

通过举例和提问，使学生对该学科产生兴趣，引领学生进一步学习。

2、“教、学、实践”一体化：

通过上课讲授，使学生学习基本的理论知识和分析解决问题的方法，通过实验加深学生对所学知识点的掌握。

3、鼓励学生提问题，并随时解答学生的问题。

4、让学生成立学习小组，通过互帮使大部分同学能够掌握课堂教学的重要知识。

5、通过作业使学生巩固所学知识。

作业及课外训练：

2－3、2－4、2－5、2－6

课后自我总结分析：

通过本堂课的学习，学生熟悉了PLC的硬件组成以及软件组成，了解了plc的几种常见的编程语言，基本达到预期效果。

课时

4

编写时间

2011.9

章节名称

第二章可编程序控制器基础知识

2.4PLC的工作原理

2.5plc的性能指标与发展趋势

2.6国内外plc产品简介

教学目的与要求：

在讲述PLC控制与电器控制系统比较，PLC的基本组成，PLC的工作原理，PLC的性能指标等内容时，要指出不同PLC型号可能存在的区别。

教学重点和难点：

教学重点：

PLC基本组成和PLC工作原理。

教学难点：

PLC扫描过程中，各映像寄存器变化特点和对程序运行的影响。

教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

一、教学内容及板书设计

2.4PLC的工作原理

2.4.1扫描工作原理

采用的是扫描工作方式

2.4.2PLC的扫描工作过程

1）整个过程包括内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段

2）扫描周期：

整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期

2.4.3PLC执行程序的过程及特点

1）plc执行程序的过程分为三个阶段：

输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。

2）特点：

集中采样、集中输出

优点：

提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性

缺点：

降低了系统的响应速度

2.5plc的性能指标与发展趋势

2.5.1plc的性能指标

1）存储容量

2）I/O点数

3）扫描速度

4）指令的功能与数量

5）内部元件的种类与数量

6）特殊功能单元

7）可扩展能力

2.5.2plc的发展趋势

1）向高速度、大容量方向发展

2）向超大型、超小型两个方向发展

3）大力开发智能模块，加强联网与通信能力

4）增强外部故障的检测与处理能力

5）编程语言多样化

2.6国内外plc产品简介

2.6.1美国的plc产品

2.6.2欧洲的plc产品

德国西门子：

s5、s7系列

2.6.3日本的plc产品

三菱公司的FX系列

欧姆龙公司CPM1系列

2.6.4我国的plc产品

二、教学方法和手段、师生互动

1、任务引领：

通过举例和提问，使学生对该学科产生兴趣，引领学生进一步学习。

2、“教、学、实践”一体化：

通过上课讲授，使学生学习基本的理论知识和分析解决问题的方法，通过实验加深学生对所学知识点的掌握。

3、鼓励学生提问题，并随时解答学生的问题。

4、让学生成立学习小组，通过互帮使大部分同学能够掌握课堂教学的重要知识。

5、通过作业使学生巩固所学知识。

作业及课外训练：

2－7、2－8、2－9、2－11、2－12、2－13

课后自我总结分析：

通过本堂课的学习，学生掌握了PLC的工作原理――扫描工作方式，了解了PLC的性能指标、发展趋势以及国内外的plc产品。

课时

4

编写时间

2011.9

章节名称

第三章FX系列可编程序控制器及指令系统

3.1FX系列PLC硬件配置及性能指标

3.2FX系列PLC编程元件

教学目的与要求：

强调PLC与继电器等效关系，要求对FX系列PLC基本指令，部分FX系列PLC功能指令详细讲解，包括指令格式、梯形图表示和使用方法。

不常用的功能指令做一般介绍。

教学重点和难点：

教学重点：

FX系列PLC编程元件；FX系列PLC基本指令的使用方法。

教学难点：

基本指令中的堆栈指令和步进指令；功能指令中的子程序调用、中断处理、数据比较及高速处理类指令的用法。

教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

一、教学内容及板书设计

3.1FX系列PLC硬件配置及性能指标

3.1.1FX系列PLC型号说明

3.1.2FX系列PLC硬件配置

1）FX系列PLC基本单元

CPU、存储器、I/O模块、通信接口和扩展接口等

2）FX系列PLC的I/O扩展单元和扩展模块

3）FX系列的特殊功能模块

①模拟量输入输出模块

②PID过程控制模块

③定位控制模块

④数据通信模块

⑤高速计数模块

4）FX系列PLC的编程器及其他外部设备

5）FX系列PLC各单元模块的连接

3.1.2FX系列PLC的性能指标

1）FX系列PLC性能比较

2）FX系列PLC的环境指标

3）FX系列PLC输入技术指标

4）FX系列PLC的输出技术指标

3.2FX系列PLC编程元件

不同厂家、不同系列的PLC，其内部软继电器的功能和编号也不相同，因此用户在编制程序时，必须熟悉所选用PLC的软继电器功能和编号。

FX系列PLC软继电器编号由字母和数字组成

其中:

输入继电器和输出继电器用八进制数字编号，其它均采用十进制数字编号

3.2.1输入继电器（X）

1）输入继电器是PLC用来接收用户输入设备发来的输入信号。

2）输入继电器线圈由外部输入信号所驱动，只有当外部信号接通时，对应的输入继电器才得电，不能用指令来驱动。

3）每个输入继电器的常开与常闭触点均可无数次使用

3.2.2输出继电器（Y）

1）输出继电器是用来将PLC内部信号输出传送给外部负载。

2）输出继电器线圈是由PLC内部程序驱动，其线圈状态传送给输出单元，再由输出单元对应的硬触点来驱动外部负载

3）每个输出继电器在输出单元中都对应有一个常开硬触点，但在程序中供编程的输出继电器，不管是常开还是常闭触点，都可以无数次使用。

3.2.3辅助继电器（M）

1）辅助继电器是PLC中数量最多的一种继电器，其作用相当于继电器控制系统中的中间继电器。

2）和输出继电器一样，其线圈由程序指令驱动，每个辅助继电器都有无限多对常开常闭触点，供编程使用。

但是，其触点不能直接驱动外部负载，要通过输出继电器才能实现对外部负载的驱动。

3）分类：

通用辅助继电器、断电保持辅助继电器和特殊辅助继电器

3.2.4状态器（S）

状态器对在步进顺控类的控制程序中起着重要的作用，它与后述的步进指令STL组合使用。

不使用步进指令时，状态器也可当作辅助继电器使用。

分类：

①初始用状态器

②返回原点用状态器（FX2N）

③普通状态器

④保持状态器

⑤报警用状态器（FX2N）

3.2.5定时器（T）

1）分类

①通用定时器：

通用定时器不具备断电的保持功能，即当输入电路断开或停电时定时器复位。

通用定时器有100ms和10ms两种。

②积算定时器

积算定时器具有计数累积的功能。

在定时过程中如果断电或定时器线圈OFF，积算定时器将保持当前的计数值（当前值），通电或定时器线圈ON后继续累积，即其当前值具有保持功能，只有将积算定时器复位，当前值才变为0。

2）PLC定时器工作原理

定时器是根据时钟脉冲累积计数而达到定时的目的，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms，当所计数达到设定值时，其触点动作。

设定值可用常数K或数据寄存器D的内容来设置。

3.2.6计数器（C）

1）内部计数器

内部计数器是在执行扫描操作时对内部信号（如X、Y、M、S、T等）进行计数。

2）高速计数器

采用中断方式进行计数，与PLC的扫描周期无关。

与内部计数器相比除允许输入频率高之外，应用也更为灵活，高速计数器均有断电保持功能，通过参数设定也可变成非断电保持。

3.2.7数据寄存器（D）

PLC在进行输入输出处理、模拟量控制、位置控制时，需要许多数据寄存器以存储数据和参数

数据寄存器有：

1）通用数据寄存器

2）保持数据寄存器

3）特殊数据寄存器

4.文件寄存器

3.2.10指针（P/I）

1）嵌套用指针（N0-N7）

2）分支指令用指针（P0-P63/P127）

3）中断用指针（I）

它作为一种标号，用来指定跳转指令或子程序调用指令等分支指令的跳转目标。

二、教学方法和手段、师生互动

1、任务引领：

通过举例和提问，使学生对该学科产生兴趣，引领学生进一步学习。

2、“教、学、实践”一体化：

通过上课讲授，使学生学习基本的理论知识和分析解决问题的方法，通过实验加深学生对所学知识点的掌握。

3、鼓励学生提问题，并随时解答学生的问题。

4、让学生成立学习小组，通过互帮使大部分同学能够掌握课堂教学的重要知识。

5、通过作业使学生巩固所学知识。

作业及课外训练：

3－1、3－2、3－3、3－4、3－5、3－6、3－7

参考资料（含参考书、文献等）：

齐从谦王士兰编《PLC技术及应用》机械工业出版社2003

胡学林主编《可编程序控制器教程》电子工业出版社2005

许谬王淑英主编《电器控制与PLC控制技术》机械工业出版社2005

课后自我总结分析：

通过本堂课的学习，学生掌握了FX系列PLC硬件配置及性能指标以及FX系列PLC编程元件，达到了预期的效果。

课时

2

编写时间

2011.9

章节名称

第三章FX系列可编程序控制器及指令系统

3.3FX系列PLC基本逻辑指令

教学目的与要求：

强调PLC与继电器等效关系，要求对FX系列PLC基本指令，部分FX系列PLC功能指令详细讲解，包括指令格式、梯形图表示和使用方法。

不常用的功能指令做一般介绍。

教学重点和难点：

教学重点：

FX系列PLC编程元件；FX系列PLC基本指令的使用方法。

教学难点：

基本指令中的堆栈指令和步进指令；功能指令中的子程序调用、中断处理、数据比较及高速处理类指令的用法。

教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

一、教学内容及板书设计

3.3FX系列PLC基本逻辑指令

3.3.1FX系列PLC的基本逻辑指令

1）取指令与输出指令

⏹LD（取指令）：

一个常开触点与左母线连接的指令，每一个以常开触点开始的逻辑行都用此指令。

⏹LDI（取反指令）：

一个常闭触点与左母线连接指