《可编程控制器及其运用》教案详解.docx

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《可编程控制器及其运用》教案详解

仪征技师学院

教案

2012~2013学年第二学期

教学系部

电气工程系

教研室（实验室）

电气教研室

课程名称

可编程控制器及其运用

专业班级

12中电电气班

授课教师

唐春耘

职称

教材名称

可编程控制器原理与应用

仪征技师学院

2013年4月28日

可编程控制器及其运用

课程编号

总计

学时：

讲课

学时：

实验

学时：

学分

类别

必修课（√）选修课（）理论课（√）实验课（）

任课

教师

职称

授课

对象

基本

教材

和主

要参

考资

料

序号

教材名称

作者

出版社

出版时间

1

可编程控制器及其运用

2009年

教学

目的

要求

通过本课程的学习，使学生了解常用控制电器的用途、基本结构、基本原理和型号选择方法，达到正确使用和选用的目的。

熟练掌握电气控制电路的基本环节，具备阅读和分析电气控制电路的能力，能设计简单的电气控制电路。

；了解PLC在工业自动化领域的动态和发展趋势；熟悉PLC的工作原理，熟练掌握PLC的基本指令系统和典型电路的编程，掌握PLC的程序设计方法，能够根据生产过程要求进行系统设计，编制应用程序。

了解PLC的网络和通信原理。

教学

重点

难点

本课程的教学重点：

常用控制电器的用途、基本结构、基本原理和型号选择方法，阅读和分析电气控制电路，简单的电气控制电路设计；PLC的基本逻辑指令和部分功能指令的功能及应用；PLC梯形图基本电路的结构和原理；PLC梯形图程序的顺序控制设计法；PLC系统的起保停电路的编程方式、STL指令的编程方式和以转换条件为中心的编程方式；PLC的选型与硬件配置的确定。

本课程的教学难点：

简单的电气控制电路设计，PLC梯形图程序的顺序控制设计法。

电气控制与PLC应用课程教案

授课时间

第11周第5567节

课次

授课方式

（请打√）

理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□

课时

安排

4

授课题目（教学章、节或主题）：

第五章可编程序控制器及其工作原理

§1-1可编程序控制器概述；§1-2PLC控制与继电器控制的比较

教学目的、要求：

1.掌握电器控制系统的概念、了解电器控制系统的历史、现状及其局限性；2.掌握PLC的概念，了解PLC的特点、历史、现状、发展趋势及其在自动化领域中的地位；熟悉本课程的性质和任务，掌握本课程的学习方法

教学重点及难点：

电器控制系统的概念，PLC的概念，PLC的现状及其在自动化领域中的地位；本课程的学习方法。

教学基本内容

方法及手段

§1-1可编程序控制器概述

一、可编程序控制器生与发展

二、可编程序控制器的用途与特点

抗干扰能力强，可靠性高；控制系统结构简单、通用性强、应用灵活；

编程方便，易于使用；功能完善，扩展能力强；PLC控制系统设计、安装、调试方便维修方便，维修工作量小PLC具有完善的自诊断，履历情报存储及监视功能；体积小、重量轻，易于实现机电一体化。

三、可编程序控制器的主要性能指标

四、可编程序控制器的分类

（一）按I∕O点数容量分类：

小型机、中型机、大型机

（二）按结构形式分：

整体式结构、组合式结构

§1-2PLC控制与继电器控制的比较

一、系统框图的比较;二、PLC的等效电路图

多媒体

作业和思考题：

1-1、1-2、1-3

教学后记：

在本堂课结束时，应概括性地总结一下：

目前，电器控制系统主要用于程序较为简单，所需继电器较少，程序基本固定，可靠性要求不高的场合，PLC控制系统主要用于程序较为复杂，所需继电器较多，程序经常变更，可靠性要求较高的场合。

以加深对这两种控制系统的应象。

填表说明：

1.每项页面大小可自行添减；

2.课次为授课次序，填1、2、3……等；

3.授课方式填理论课、实验课、讨论课、习题课等；

电气控制与PLC应用课程教案

授课时间

第11周周第5、6节

课次

1

授课方式

（请打√）

理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□

课时

安排

2

授课题目（教学章、节或主题）：

§1-3可编程序控制器的硬件组成

教学目的、要求：

熟悉PLC的基本组成部分及各部分的作用；了解PLC的物理结构；了解PLC的CPU模块中几种常用存储器的特点和用途；了解PLC开关量I/O模块的几种外部接线方式的特点及其适用场合；了解PLC开关量I/O模块中几种常用I/O电路的工作原理、特点及其适用场合；了解PLC的本地I/O和远程I/O的概念、特点及其适用场合。

教学重点及难点：

PLC开关量I/O模块中几种常用I/O电路的工作原理、特点及其适用场合。

教学基本内容

方法及手段

一、中央处理器（CPU）

二、存储器

三、输入、输出接口

（一）开关量输入接口电路：

1．直流输入接口电路；2．交流输入接口电路；3、交、直流输入接口电路

（二）开关量输出接口电路

晶体管输出、晶闸管输出、继电器输出接口电路

四、电源

五、扩展接口；六、通信接口；七、智能I／O接口

八、编程工具；九、智能单元；十、其他部件

多媒体

作业和思考题：

PLC由哪几个基本部分组成？

它们各起何作用？

教学后记：

这一节教学插图较多，且复杂，应采用多媒体手段讲授，以节省绘图时间，提高课堂效率。

填表说明：

1.每项页面大小可自行添减；

2.课次为授课次序，填1、2、3……等；

3.授课方式填理论课、实验课、讨论课、习题课等；

电气控制与PLC应用课程教案

授课时间

第12周周第节

课次

授课方式

（请打√）

理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□

课时

安排

4

授课题目（教学章、节或主题）：

§1-4可编程序控制器的软件组成；§1-5可编程序控制器的工作原理

教学目的、要求：

掌握可编程序控制器的软件及其工作原理；可编程序控制器的工作原理及工作过程；

教学重点及难点：

编程序控制器的软件及其工作原理；可编程序控制器的工作原理及工作过程；

教学基本内容

方法及手段

§1-4可编程序控制器的软件组成

一、系统程序：

1、系统管理程序；2、用户指令解释程序；3、标准程序模块及系统调用程序

二、用户程序：

1、梯形图（LAD）编程；2、指令表（STL）编程；3、状态流程图（功能图）编程

三、可编程序控制器的程序结构

1、用户程序；2、数据块；3、参数块

§5-5可编程序控制器的工作原理

一、可编程序控制器的工作方式与运行框图

PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式，每一次扫描所用的时间称为扫描周期。

CPU从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。

PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描工作的。

二、可编程序控制器的工作过程

输入采样、程序执行、输出刷新阶段

三、可编程序控制器对输入/输出的处理原则

多媒体

作业和思考题：

1-5、1-6、1-7

教学后记：

这一节教学插图较多，且复杂，应采用多媒体手段讲授，以节省绘图时间，提高课堂效率。

填表说明：

1.每项页面大小可自行添减；

2.课次为授课次序，填1、2、3……等；

3.授课方式填理论课、实验课、讨论课、习题课等；

电气控制与PLC应用课程教案

授课时间

第13周第节

课次

授课方式

（请打√）

理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□

课时

安排

4

授课题目（教学章、节或主题）：

第二章FX2系列可编程序控制器及指令系统

§2-1FX2系列可编程序控制器及其性能

教学目的、要求：

1.了解FX系列PLC的特点；熟悉FX系列PLC型号名称的含义；了解FX系列PLC的一般技术指标和输入/输出技术指标。

2.掌握FX系列PLC内部继电器的功能及编号

教学重点及难点：

FX系列PLC内部继电器的功能及编号

教学基本内容

方法及手段

一、FX2系列PLC

1．型号命名方式；2．FX2系列PLC及其性能

二、FX2系列PLC内部继电器的功能及编号

1．输入继电器X（X0~X177）

输入继电器是PLC用来接收用户设备发来的输入信号。

输入继电器与PLC的输入端相连。

输入继电器的地址编号采用八进制。

2．输出继电器Y（Y0~Y177）：

输出继电器是PLC用来将输出信号传给负载的元件。

输出继电器的外部输出触点接到PLC的输出端子上。

输出继电器的地址编号采用八进制。

3．辅助继电器M：

通用型、断电保持型和特殊辅助继电器三种，辅助继电器按十进制编号。

（1）通用辅助继电器

（2）断电保持辅助继电器（3）特殊辅助继电器

4．状态继电器S：

状态继电器S是编制步进控制顺序中使用的重要元件，它与步进指令STL配合使用

5．定时器T：

定时器在PLC中的作用相当于一个时间继电器，它有一个设定值寄存器，一个当前值寄存器以及无限个触点。

6．计数器C；7．数据寄存器D；8．变址寄存器（V/Z）

多媒体

作业和思考题：

教学后记：

填表说明：

1.每项页面大小可自行添减；

2.课次为授课次序，填1、2、3……等；

3.授课方式填理论课、实验课、讨论课、习题课等；

电气控制与PLC课程教案

授课时间

第14周周第节

课次

授课方式

（请打√）

理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□

课时

安排

4

授课题目（教学章、节或主题）：

§2-2FX2系列PLC的基本指令

教学目的、要求：

掌握FX系列PLC的基本逻辑指令的功能和使用方法。

教学重点及难点：

FX系列PLC的基本逻辑指令的功能和使用方法。

教学基本内容

方法及手段

一、逻辑取和输出线圈指令LD、LDI、OUT

二、触点串联指令AND、ANI

三、触点并联指令OR、ORI

四、串联电路块的并联指令ORB

五、并联电路块的串联指令ANB

六、栈指令MPS、MRD、MPP

七、LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF指令

八、主控及主控复位指令MC、MCR

九、置位与复位指令SET、RST

十、脉冲输出指令PLS、PLF

十一、空操作指令NOP

十二、程序结束指令END

十三、.编程注意事项。

多媒体

作业和思考题：

题2-1、题2-2、。

教学后记：

在讲授指令的同时，应当让学生适当地做些练习，以消化、巩固所学的知识。

填表说明：

1.每项页面大小可自行添减；

2.课次为授课次序，填1、2、3……等；

3.授课方式填理论课、实验课、讨论课、习题课等；

电气控制与PLC课程教案

授课时间

第15周周第节

课次

授课方式

（请打√）

理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□

课时

安排

4

授课题目（教学章、节或主题）：

§3-1FX2系列PLC的基本指令运用

教学目的、要求：

掌握FX系列PLC的基本逻辑指令的功能和使用方法。

教学重点及难点：

FX系列PLC的基本逻辑指令的功能和使用方法。

教学基本内容

方法及手段

试题1、设计PLC可编程序控制程序

题目名称：

设计一个自动往返控制线路的控制程序

控制要求：

设小车在停在A、B两点间，按下启动按钮后，小车能在A、B两点间循环往复运行。

按下停止按钮或碰撞极限开关，小车立即停止运行。

有必要的联锁和保护措施。

（1）本题分值：

100分

（2）考核时间：

30min

（3）考核要求：

根据加工工艺过程，在规定的时间内完成控制电路的基本指令设计，将编制的程序输入PLC，按照被控制设备的动作要求进行调试，达到考题规定的要求。

1、编程方法由考评员指定：

⑴用FX2N系列PLC简易编程器编程

⑵用计算机软件编程

2、工作方式由考评员设定：

3、写出地址分配表

4、画出PLC接线图

5、写出梯形图程序及语句程序

6、用FX2N系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入

7、用电脑编程软件进行模拟调试  

（4）评分原则：

　　按照完成的工作是否达到了全部或部分要求，由考评员按评分标准进行评分。

在规定的时间内考核不得延时。

（5）否定项：

违反安全文明操作，该项不得分。

（6）附图：

自动往返控制线路原理图

试题2、设计PLC可编程序控制程序

题目名称：

设计三级皮带运输机控制程序

控制要求：

有一台三级带式运输机，分别由M1、M2、M3三台三相异步电动机拖动。

启动时，要求按M1、M2、M3的顺序启动；停止时，要求按M3、M2、M1的顺序停止。

按下急停按钮或故障时，M1、M2、M3三台三相异步电动机立即停止。

有必要的联锁和保护措施。

（1）本题分值：

100分

（2）考核时间：

30min

（3）考核要求：

根据加工工艺过程，在规定的时间内完成控制电路的基本指令设计，将编制的程序输入PLC，按照被控制设备的动作要求进行调试，达到考题规定的要求。

1、编程方法由考评员指定：

⑴用FX2N系列PLC简易编程器编程

⑵用计算机软件编程

2、工作方式由考评员设定：

3、写出地址分配表

4、画出PLC接线图

5、写出梯形图程序及语句程序

6、用FX2N系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入

7、用电脑编程软件进行模拟调试  

（4）评分原则：

　　按照完成的工作是否达到了全部或部分要求，由考评员按评分标准进行评分。

在规定的时间内考核不得延时。

（5）否定项：

违反安全文明操作，该项不得分。

（6）附图：

三级皮带运输机控制原理图

教学后记：

在讲授指令的同时，应当让学生适当地做些练习，以消化、巩固所学的知识。

电气控制与PLC课程教案

授课时间

第16周周第节

课次

授课方式

（请打√）

理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□

课时

安排

4

授课题目（教学章、节或主题）：

§3-2FX2系列PLC的基本指令运用

教学目的、要求：

掌握FX系列PLC的基本逻辑指令的功能和使用方法。

教学重点及难点：

FX系列PLC的基本逻辑指令的功能和使用方法。

教学基本内容

方法及手段

试题3、设计PLC可编程序控制程序

题目名称：

设计按钮和时间继电器控制双速电动机的控制程序

控制要求：

有一台双速电动机，启动时，要求按启动按钮；双速电动机以低速启动运转；经过一段时间后，双速电动机的定子绕组由三角形变双星形，电动机以高速运行；停止时，要求按下停止按钮，双速电动机立即停止。

有必要的联锁和保护措施。

（1）本题分值：

100分

（2）考核时间：

30min

（3）考核要求：

根据加工工艺过程，在规定的时间内完成控制电路的基本指令设计，将编制的程序输入PLC，按照被控制设备的动作要求进行调试，达到考题规定的要求。

1、编程方法由考评员指定：

⑴用FX2N系列PLC简易编程器编程

⑵用计算机软件编程

2、工作方式由考评员设定：

3、写出地址分配表

4、画出PLC接线图

5、写出梯形图程序及语句程序

6、用FX2N系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入

7、用电脑编程软件进行模拟调试  

（4）评分原则：

　　按照完成的工作是否达到了全部或部分要求，由考评员按评分标准进行评分。

在规定的时间内考核不得延时。

（5）否定项：

违反安全文明操作，该项不得分。

（6）附图：

按钮和时间继电器控制双速电动机原理图

试题4、设计PLC可编程序控制程序

题目名称：

设计一个带有点动的自动往返的控制程序

控制要求：

设小车在停在A、B两点间，按下启动按钮后，小车能在A、B两点间循环往复运行。

按下停止按钮，小车立即停止运行。

且小车在A、B间能实现点动正反转控制。

有必要的联锁和保护措施。

（1）本题分值：

100分

（2）考核时间：

30min

（3）考核要求：

根据加工工艺过程，在规定的时间内完成控制电路的基本指令设计，将编制的程序输入PLC，按照被控制设备的动作要求进行调试，达到考题规定的要求。

1、编程方法由考评员指定：

⑴用FX2N系列PLC简易编程器编程

⑵用计算机软件编程

2、工作方式由考评员设定：

3、写出地址分配表

4、画出PLC接线图

5、写出梯形图程序及语句程序

6、用FX2N系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入

7、用电脑编程软件进行模拟调试  

（4）评分原则：

　　按照完成的工作是否达到了全部或部分要求，由考评员按评分标准进行评分。

在规定的时间内考核不得延时。

（5）否定项：

违反安全文明操作，该项不得分。

（6）附图：

带有点动的自动往返控制原理图

作业和思考题：

题3-3、题3-4。

教学后记：

在讲授指令的同时，应当让学生适当地做些练习，以消化、巩固所学的知识。

电气控制与PLC课程教案

授课时间

第17周周第节

课次

授课方式

（请打√）

理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□

课时

安排

6

授课题目（教学章、节或主题）：

§2-3FX2系列PLC的步进指令及编程方法

教学目的、要求：

掌握FX2系列PLC的步进指令及编程方法。

教学重点及难点：

FX2系列PLC的步进指令及编程方法。

教学基本内容

方法及手段

一、功能图：

状态继电器是构成功能图的重要元件。

步、初始步、活动步、非活动步、子步、动作或命令及其类型、有向连线、转换、转换条件、转换信号

功能图的结构：

单序列、选择序列、并行序列、跳步、重复和循环序列

二、步进指令

步进指令STL、使STL复位指令RET指令。

步进指令STL只有与状态继电器S配合时才具有步进功能。

使用STL指令的状态继电器常开触点，称为STL触点，没有常闭的STL触点。

用状态继电器代表功能图的各步，每一步都具有三种功能：

负载的驱动处理、指定转换条件和指定转换目标。

1、STL触点是与左母线相连的常开触点，类似于主控触点，并且同一状态继电器的STL触点只能使用一次（并行序列的合并除外）。

2、与STL触点相连的触点应使用LD或LDI指令，使用过STL指令后，应用RET指令使LD点返回左母线。

3、梯形图中同一元件的线圈可以被不同的STL触点驱动，即使用STL指令时，允许双线圈输出。

STL触点之后不能使用MC/MCR指令。

三、STL功能图与梯形图的转换（举例说明）

1．选择序列分支与合并的步进编程；2．并行序列分支与合并的步进编程

多媒体

作业和思考题：

教学后记：

在讲授指令的同时，应当让学生适当地做些练习，以消化、巩固所学的知识。

填表说明：

1.每项页面大小可自行添减；

2.课次为授课次序，填1、2、3……等；

3.授课方式填理论课、实验课、讨论课、习题课等；

电气控制与PLC课程教案

授课时间

第9周周第节

课次

授课方式

（请打√）

理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□

课时

安排

3

授课题目（教学章、节或主题）：

§2-4FX2系列PLC的功能指令及编程方法

教学目的、要求：

掌握FX2系列PLC的功能指令及编程方法。

教学重点及难点：

FX2系列PLC的功能指令及编程方法。

教学基本内容

方法及手段

一、功能指令的基本格式

1．功能指令的表示形式；

2．数据长度和指令类型；3．指令类型

4．指令的操作数；5．变址寄存器V、Z

二、功能指令

1．条件跳转指令：

CJ和CJ（P）；2．中断指令（EI/DI）；

3．主程序结束指令（FEND）；4．比较（CMP）和传送指令（MOV）

5．警戒时钟指令（WDT）；6．循环指令FOR、NEXT

7．数制变换指令

8．四则运算指令（ADD、SUB、MUL、DIV）

9．初始状态指令IST

多媒体

作业和思考题：

教学后记：

在讲授指令的同时，应当让学生适当地做些练习，以消化、巩固所学的知识。

填表说明：

1.每项页面大小可自行添减；

2.课次为授课次序，填1、2、3……等；

3.授课方式填理论课、实验课、讨论课、习题课等；

电气控制与PLC课程教案

授课时间

第10周周第节

课次

授课方式

（请打√）

理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□

课时

安排

3

授课题目（教学章、节或主题）：

第三章S7-200系列可编程序控制器

§3-1S7－200系列PLC的构成;§3-2S7-200系列PLC内部元器件

教学目的、要求：

掌握FX2系列PLC的功能指令及编程方法。

教学重点及难点：

FX2系列PLC的功能指令及编程方法。

教学基本内容

方法及手段

§3-1S7－200系列PLC的构成

一、CPU224型PLC的结构:

小型PLC系统由（主机箱）、I/O扩展单元、文本、图形显示器、编程器等组成

1．基本单元I/O；2．基本单元I/O及扩展；3．高速反应性

4.存储系统；5.存储卡

二、CPU22X主要技术指标

§7-2S7-200系列PLC内部元器件

一、数据存储类型及寻址方式

寻址方式：

直接寻址方式、间接寻址方式

二、S7-200系列PLC数据存储区及元件功能

1．输入/输出映像寄存器；2．变量存储器V；3．位存储器（M）

4．特殊标志位（SM）存储器；5．顺序控制继电器（S）

6．局部存储器（L）；7．定时器（T）；8．计数器

9．模拟量输入/输出映像寄存器（AI/AQ）

10．累加器（AC）；11．高速计数器（HC）

三、S7－200系列PLC有效编程范围

多媒体

作业和思考题：

教学后记：

在讲授指令的同时，应当让学生适当地做些练习，以消化、巩固所学的知识。

填表说明：

1.每项页面大小可自行添减；

2.课次为授课次序，填1、2、3……等；

3.授课方式填理论课、实验课、讨论课、习题课等；

电气控制与PLC课程教案

授课时间

第11周周第节

课次

授课方式

（请打√）

理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□

课时

安排

3

授课题目（教学章、节或主题）：

§3-3S7-200系列PLC基本指令

教学目的、要求：

掌握S7-200系列PLC基本指令

教学重点及难点：

S7-200系列PLC基本指令。

教学基本内容

方法及手段

基本指令包括基本逻辑指令，算术、逻辑运算指令，数据处理指令，程序控制指令等。

一、基本位操作指令

1、指令格式

常用指令助记符：

1）LD（Load）：

装载指令；2）LDN（LoadNot）：

装载指令；3）A（And）：

与操作指令；4）AN（AndNot）：

与操作指令

5）O（Or）：

或操作指令；6）ON（OrNot）：

或操作指令

7）=（Out）：

置位指令

2、STL指令对较复杂梯形图的描述方法

1）块“与”操作指令ALD；2）块“或”操作指令OLD

3）栈操作指令LPS、LRD、LPP

二、取反和空操作指令

1．取反指令（NOT）；2．空操作指令（NOP）

三、置位/复位指令；四、边沿触发指令

五、定时