基于PLC控制系统的安装与维护教师手册.docx
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基于PLC控制系统的安装与维护教师手册
《PLC控制系统的安装与维护》
教师手册
学习子领域8.2：
顺序控制系统的设计与安装
项目8.2.1十字路口交通灯控制系统
一、教学素材
本单元教学中要用到的教学资源
1、交通灯控制系统的现场实物图片：
随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的。
在现代化的大城市中,十字交叉路口越来越多,在每个交叉路口都需要使用红绿灯进行交通指挥和管理,红、黄、绿灯的转换要有一个准确的时间间隔和转换顺序,这就需要有一个安全、自动的系统对红、黄、绿灯的转换进行管理,本系统就是基于此目的而开发的。
2、交通灯的教学模型：
3、交通灯的实验实训设备。
4、多媒体教学条件、交通灯的教学课件
二、单元概述
1、教学要点
（1）接受PLC交通灯控制系统的控制任务，阅读学习资料，步进指令编程知识点和技巧；电工安全操作规范
（2）交通信号灯控制系统的PLC步进指令的方案设计
（3）学会PLC步进指令单序列、并行序列程序设计的方法
（4）输入及模拟调试、程序仿真
（5）.熟悉PLC步进指令程序编写
（6）学习PLC控制系统电气图的识图与绘制
（7）学习交通信号灯控制系统的PLC控制系统的安装与整体调试
（8）学习PLC控制系统的故障分析与排除技能
（9）.进行成本核算
2、教学目标
（1）强化利用PLC进行控制系统的总体构建的技能
（2）掌握步进令的作用、符号及格式
（3）掌握步进指令三个基本功能
（4.）分析步进指令程序并掌握利用步进指令设计程序的技能
（5）掌握利用不同方法对交通信号灯控制系统的综合程序设计的技能
（6）学会使用编程器、编程软件输入程序并进行模拟调试、仿真调试的能力
（7）.强化PLC电气系统图的识图及绘制
（8）强化熟悉PLC系统的电源技术指标
（9）.强化PLC交通灯控制系统的整体调试能力
（10）强化安全意识、成本预算
（11）工作能力、组织管理能力、创新能力
三、教学纲要
1.课题重点：
在FX2N系列PLC中只有两条步进指令：
STL（步进开始指令）和RET（步进结束指令）。
STL和RET指令必须和状态继电器S配合使用才具有步进功能。
STL也称为步进触点指令（占1步），STL的梯形图符号用表示，称为STL触点，它没有动断触点。
STLS20和STLS21都是STL触点。
在梯形图中，STL触点与母线相连，使用STL指令后，母线移至触点右侧，其后需用LD、LDI、OUT等指令，直至出现下一条STL指令或出现RET指令。
STL指令使新状态继电器置位，而前一状态继电器自动复位，其触点断开。
步进结束指令RET也称为步进返回指令，梯形图符号用表示。
在一系列STL指令之后必须使用RET指令，以表示步进指令功能结束，母线恢复至原位。
2．课题难点：
本课题的难点是指令的理解、技巧的掌握，下面举个例子说明它们的应用。
案例：
设计小车自动往返装卸货系统的程序，要求如下：
按下起动按钮，小车从原位向前，行至料斗处（前限位开关处）自动停止，料斗底门打开7S，小车装货，7S后小车向后运行，行至原位时小车停止，小车侧门打开5S进行卸货，如此往返，直至按下停止按钮。
以上每个动作都有手动操纵
3.教学方法
（1）引导文法:
在本学习领域中，我们将教学内容按教学情境组织，每个教学情境以来自现场的真实工作项目为载体。
在项目教学法中，由4～7个学员组成一个项目工作小组，分工明确，每个小组必须根据老师下发的项目任务书完成一项特定的工作，并达到预期的结果。
每个项目按资讯→计划→决策→实施→检查→评估完整的“行动”过程进行。
如在霓虹灯光控制控制的系统设计与安装中选取了霓虹灯光控制系统项目载体，严格按六步法实施。
（2）项目教学法：
项目教学法是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，学习和现场典型任务结合起来，充分挖掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力，并训练学生与人沟通合作的能力。
以交通灯的控制要求一个完整的工作过程，学生在完成项目的过程中即扮演了现场工作者的角色，积累了工作经验。
课程教学中始终贯彻“学生主体、教师主导”的原则，学习过程采用了从封闭型→开放型→开放创新型的教学类型，使学生的职业能力、创新能力及综合素质不断得到提高。
（3）讲练结合
以学生为主体，教师加以适当的引导，提高学生分析问题、解决问题的能力，提高学生的实践技能。
教师给出一个训练的任务，介绍在课程环节中已经学过的相关的理论知识和实践知识，接着以任务为载体，由学生完成任务的方案制定，并立即进行训练。
在方案实施过程中，学生还可以利用编程软件和仿真软件进行程序的仿真和检验。
（4）现代化多媒体技术
根据本课题内容的特点，课程组教师对每个项目都制作了直观的教学CAI课件，该课件具有示范功能及让学生自行编程和完成接线的测验功能。
教师多媒体课件的授课课时比例达到90％以上。
（5）头脑风暴法
头脑风暴法是采用工作小组法后，鼓励在小组中进行创造性思维的最常用方法。
采用头脑风暴法的目的是充分调动学生积极性、主动性，挖掘每一位学生的潜能和创新能力，激发更多的观点和更好的建议，充分运用所有学员的创造力。
（6）理论实践一体化教学
在实训现场安排教学，理论和实践交融渐进，先通过现场霓虹灯控制案例引出交通灯的相关知识点，接着采用讲练结合的方式讲述功能循环指令等等理论知识，理论知识讲述完了让学生根据项目要求进行实训操作，同时加强所学理论和实践知识，提高学生解决实际问题的能力。
提高学生的动手能力。
（7）学生为主教学：
发扬百花齐放、百家争呜的方针，在课题的资讯环节让学生对所发项目进行充分讨论，由学生讨论出课题设计方案和实施方法。
充分发挥以学生为中心的学习氛围。
四、教学笔记
知识点通俗解释
（一）、概述
顺序控制就是按照生产工艺预先规定的顺序,在各个输入信号的作用下,根据内部状态和时间的顺序,在生产过程中各个执行机构自动地有序地进行工作。
使用顺序控制设计法时首先根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。
顺序控制设计法是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，程序的调试、修改和阅读也很容易，并且大大缩短了设计周期，提高了设计效率。
（二）、顺序控制设计法的设计步骤
1．步的划分
1.步的划分
分析被控对象的工作过程及控制要求，将系统的工作过程划分成若干个阶段，这些阶段称为“步”。
步是根据PLC输出量的状态划分的，只要系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步进入新的步。
在每一步内PLC各输出量状态均保持不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的。
2.转换条件的确定
转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。
常见的转换条件有按钮、行程开关、定时器和计数器的触点的动作（通/断）等。
3.顺序功能图的绘制
根据以上分析画出描述系统工作过程的顺序功能图。
这是顺序功能设计法中最关键的一个步骤。
绘制顺序功能图的具体方法将在下节介绍。
4.梯形图的绘制
根据顺序功能图，采用某种编程方式设计出梯形图。
常用的设计方法有三种：
起－保－停电路设计法、以转换为中心设计法、步进顺控指令设计法。
案例：
液压进给装置运动控制（使用起保停电路的编程方法）
左行示意：
右行示意：
控制开关（转换条件）：
动作要求：
1）起保停电路设计法
2}以转换为中心设计法
3}步进顺控指令设计法
五、实践内容
实训课题一交通灯控制器
内容：
1、十字路口双向交通灯自动控制系统动作要求如时序图所示。
2、信号分配
3、硬件设计
4、功能图的绘制
5、梯形图程序
6、指令程序
实训课题二自动门控制系统
1.自动门控制装置的硬件组成：
自动门控制装置由开门减速开关K1、门外光电探测开关K2、开门到位限位开关K3、关门减速开关K4、关门到限位开关K5、高速开门执行机构KM1（使直流电动机正转）、高速关门执行机构KM2（使直流电动机反转）低速开门执行机构KM3（、低速关门执行机构KM4等部件组成。
光电探测开关为检测到人或物体ON，否则为OFF。
2．控制要求：
自动门控制系统的动作如下：
人靠近自动门时，感应器K2为ON，KM1驱动电动机高速开门，碰到开门减速开关K1时，变为低速开门。
碰到开门极限开关K3时电动机停转，开始延时。
若在0.5s内感应器检测到无人，KM2起动电动机高速关门。
碰到关门减速开关K4时，改为低速关门，碰到关门极限开关K5时电动机停转。
在关门期间若感应器检测到有人，停止关门，T1延时0.5s后自动转换为高速开门。
3.I/O编址
输入
输出
器件
器件号
功能说明
器件
器件号
功能说明
K1
X1
开门减速开关
KM1
Y0
高速开门
K2
X0
门外光电探测开关
KM2
Y2
高速关门
K3
X2
开门到位限位开关
KM3
Y1
低速开门
K4
X4
关门减速开关
KM4
Y3
低速关门
K5
X5
关门到限位开关
4.编程并调试
5.I/O端子接线图
参考程序：
软件设计
1）起保停电路设计法
2}以转换为中心设计法
3}步进顺控指令设计法
学习子领域8.3：
复杂功能控制系统的设计与安装
项目8.3.1霓虹灯光广告牌控制系统
一、教学素材
1．霓虹灯的现场实物图片：
各企业为宣传自己的企业形象和产品，均采用广告手法之一——霓虹灯广告屏。
广告屏的灯管的亮灭、闪烁时间及流动方向等均可通过PLC来达到控制要求。
上海双艺广告有限公司霓虹灯图片：
上海双艺广告有限公司是一家从事室内外广告设计制作的专业公司，公司主要产品有各类灯箱招牌、霓虹灯、LED发光字、高炮、楼顶大字、广告棚、高档遮阳棚，车库停车棚、大型钢结构、另承接各种产品来料加工。
广告公司图片耀海霓虹灯图片：
上海耀海霓虹灯有限公司创建于1998年，是上海霓虹灯专业生产厂家、中国霓虹灯协会会员。
有全套霓虹灯设计、制作和安装人才和设备。
采用先进的生产工艺和原材料，主要生产制作霓虹工艺灯、霓虹吊牌灯箱，户外广告工程，巨型楼顶霓虹灯广告牌等。
2．霓虹灯的教学模型：
3．霓虹灯的实验实训设备。
4．多媒体教学条件、霓虹灯的教学课件。
二、单元概述
1．教学要点
（1）接受PLC霓虹灯广告牌的控制任务，阅读学习资料，步进指令控制彩灯循环的控制实例；电工安全操作规范。
（2）霓虹灯广告牌的PLC功能指令的方案设计。
（3）PLC功能指令程序设计的方法。
（4）输入及模拟调试、程序仿真。
（5）PLC功能程序编写。
（6）PLC控制系统电气图的识图与绘制。
（7）霓虹灯广告牌的PLC控制系统的安装与整体调试。
（8）PLC控制系统的故障分析与排除技能。
（9）进行成本核算。
2．教学目标
（1）强化利用PLC进行控制系统的总体构建的技能。
（2）掌握PLC功能指令作用、格式、分类的方法。
（3）掌握利用移位控制类指令进行广告牌灯光控制的综合程序设计的技能。
（4）化使用编程器、编程软件输入程序并进行模拟调试、仿真调试的能力。
（5）强化PLC电气系统图的识图及绘制。
（6）强化熟悉PLC系统的电源技术指标。
（7）强化PLC广告灯光控制系统的整体调试能力。
（8）强化安全意识、成本预算。
（9）加强学生工作能力、组织管理能力、创新能力的培养。
三、教学纲要
1.课题重点：
位左移、位右移指令的格式、要素、程序分析及应用
循环指令有ROR右循环指令、ROL左循环指令、RCR带进位右循环指令，RCL带进位左循环指令、SFTR位右移、SFTL位左移、WSFR字右移位、WSFL字左移位指令、SFWR先入先出写入指令和先入先出读出指令SFRD。
位左移SFTL、位右移SFTR指令及应用是重点内容。
（1）位右移位指令SFTR
该指令的名称、助记符、指令代码、操作数和操作步如表下表。
位右移指令格式
指令名称
助记符
指令代码
操作数
程序步
S
D
n1
n2
位右移指令
SFTR
FNC34
X、Y、M、S
Y、M、S
K、H
移位量
SFTR（P）9步
位右移指令SFTR的使用说明如图8.3.1所示。
（1）M3〜M0→溢出
（2）M7〜M4→M3〜M0（3）M11〜M8→M7〜M4
（4）M15〜M12→M11〜M8（5）X3〜X0→M15〜M12
图8.3.1右移指令SFTR的使用说明
当X10由OFF-ON时，位右移指令SFTR执行，使位元件中的状态值右移，n1指定位元件的长度，n2指定移位位数，n1和n2的关系及范围因机型不同而有差异，一般为n2≤n1≤1024。
（2）位左移位指令SFTL
位左移位指令的助记符、指令代码、操作数、程序步如下所示。
助记符
指令代码及位数
操作数范围
程序步
[S.]
[D]
n1
n2
SFTL
FNC35
X、Y、M、S
Y、M、S
K、H
9步
位左移指令是对n1位[D.]所指定的位元件进行n2位[S]所指定的位元件的位左移。
指令使用说明如图8.3.2所示。
图中当M100常开和C0常闭接点相与后的状态从OFFON时，[D.]内（Y7~Y0）各位数据连同[S.]内（X0）的数据向左移动1位，X0的数据从[D.]的低端移入，Y7从[D.]的高端移出（溢出）。
当驱动信号再次OFFON时，重复上述移位过程。
图8.3.2位左移位指令使用说明
图中指令后面加了P，表示为脉冲执行型，即执行移位指令是在驱动信号从OFFON时，而用连续执行指令时，移位操作是每个扫描周期执行一次，使用时必须根据控制要求判断采用哪种方式，为防止损坏输出继电器干接点，移位指令一般采用脉冲执行方式。
2．课题难点：
位左移、位右移指令的应用
本课题的难点是位右移位和左移位指令的应用，下面举2个例子说明它们的应用。
案例1：
霓虹灯Y0-Y1一直到Y7共8盏灯进行追灯，每盏灯间隔5s点亮，只有一盏灯发亮，在Y7灯亮了再过5s接着Y1又亮，循环进行。
根据要求，设计的梯形图如下8.3.3：
图8.3.3追灯梯形图
X10闭合后，T10是自复位定时器，5s导通1次，M10的输出是5s导通，5s断开，Y0的输出是，利用位左移SFTL指令，控制霓虹灯Y0-Y1一直到Y7共8盏灯进行隔5s追灯。
案例2：
流水灯光控制8个灯先以正序每隔1s轮流点亮，当Y7亮后，停2s,然后以反序每隔1s轮流点亮，当Y0亮后，停2s，重复以上过程。
根据要求，设计的梯形图如下图8.3.4：
图8.3.4流水灯光控制梯形图
3.教学方法
（1）引导文法
在本学习领域中，我们将教学内容按教学情境组织，每个教学情境以来自现场的真实工作项目为载体。
在项目教学法中，由4～7个学员组成一个项目工作小组，分工明确，每个小组必须根据老师下发的项目任务书完成一项特定的工作，并达到预期的结果。
每个项目按资讯→计划→决策→实施→检查→评估完整的“行动”过程进行。
如在霓虹灯光控制控制的系统设计与安装中选取了霓虹灯光控制系统项目载体，严格按六步法实施。
（2）项目教学法
项目教学法是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，学习和现场典型任务结合起来，充分挖掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力，并训练学生与人沟通合作的能力。
以某霓虹灯广告牌的控制要求一个完整的工作过程，学生在完成项目的过程中即扮演了现场工作者的角色，积累了工作经验。
课程教学中始终贯彻“学生主体、教师主导”的原则，学习过程采用了从封闭型→开放型→开放创新型的教学类型，使学生的职业能力、创新能力及综合素质不断得到提高。
（3）讲练结合
以学生为主体，教师加以适当的引导，提高学生分析问题、解决问题的能力，提高学生的实践技能。
教师给出一个训练的任务，介绍在课程环节中已经学过的相关的理论知识和实践知识，接着以任务为载体，由学生完成任务的方案制定，并立即进行训练。
在方案实施过程中，学生还可以利用编程软件和仿真软件进行程序的仿真和检验。
（4）现代化多媒体技术
根据本课题内容的特点，课程组教师对每个项目都制作了直观的教学CAI课件，该课件具有示范功能及让学生自行编程和完成接线的测验功能。
教师多媒体课件的授课课时比例达到90％以上。
（5）头脑风暴法
头脑风暴法是采用工作小组法后，鼓励在小组中进行创造性思维的最常用方法。
采用头脑风暴法的目的是充分调动学生积极性、主动性，挖掘每一位学生的潜能和创新能力，激发更多的观点和更好的建议，充分运用所有学员的创造力。
（6）理论实践一体化教学
在实训现场安排教学，理论和实践交融渐进，先通过现场霓虹灯控制案例引出霓虹灯的相关知识点，接着采用讲练结合的方式讲述功能循环指令等等理论知识，理论知识讲述完了让学生根据项目要求进行实训操作，同时加强所学理论和实践知识，提高学生解决实际问题的能力。
提高学生的动手能力。
（7）学生为主教学
发扬百花齐放、百家争呜的方针，在课题的资讯环节让学生对所发项目进行充分讨论，由学生讨论出课题设计方案和实施方法。
充分发挥以学生为中心的学习氛围。
四、教学笔记
1.知识点通俗解释
（1）右循环指令：
循环右移位指令可以使16位数据、32位数据向右循环移位。
格式：
RORFNC30Dn
（2）左循环指令：
循环左移位指令可以使16位数据、32位数据向左循环移位。
格式：
ROLFNC31Dn
（3）带进位右循环移位：
带进位右循环移位指令RCR使16位、32位数据连同进位一起向右循环移位。
格式RCRFNC32Dn
（4）带进位左循环移位：
带进位左循环移位指令RCL使16位、32位数据连同进位一起向左循环移位。
格式RCLFNC33Dn
（5）位右移指令SFTR：
是使位元件中的状态值右移，
格式为：
SFTRFNC34SDn1n2
（6）位左移指令SFTL：
是使位元件中的状态值左移，
格式为：
SFTLFNC35SDn1n2
（7）字移右指令WSFR：
使字元件的状态值右移。
格式为：
WSFRFNC36SDn1n2
（8）字左位指令WSFL：
使字元件的状态值左移。
格式为：
WSFLFNC37SDn1n2
2.编程案例
案例1：
步进电动机控制
以移位指令实现步进电机正反转和调速控制。
以三相三拍电机为例，脉冲由Y10-Y12送出，作为步进电机驱动电源功放电路的输入。
参考梯形图8.3.5所示。
图8.3.5步进电动机控制参考梯形图
五、实践内容
实训课题1：
广告牌边框饰灯PLC控制
内容：
广告屏共有8根灯管，24只流水灯，每4只为一组，如下图所示。
中间8根灯管的控制要求为：
第1根亮－第2根亮－第3根亮－----－第8根亮，每隔1s顺序依次点亮，全亮后，显示10s，再反过来8－7－6－5－4－3－2－1反序熄灭，时间间隔仍为1s。
全灭后，停2s，再从第8根灯管开始亮，8－7－6―5―----－1，时间间隔1s，全亮后，显示20s。
再从1－2－---－8顺序熄灭。
全熄灭后，停2s，完成一个周期，然后从头开始重复。
1．熟悉循环指令的应用情况。
掌握利用循环指令设计广告牌边框饰方法。
2．画出PLC控制的I/O分配图。
3．能设计出梯形图，并写出程序。
4．画出PLC控制的安装接线图。
5．进行PLC系统程序仿真
6．下载程序到PLC。
7．调试程序
8．系统试车。
参考梯形图8.3.6：
图8.3.6广告牌边框饰灯PLC控制梯形图
实训课题2：
步进电动机的PLC控制
内容：
1.设计利用PLC功能循环指令控制的步进电动机的输入输出分配图。
2.设计步进电动机PLC控制系统的梯形图。
3.编写系统的指令表。
4.进行系统的硬件连接。
5.进行PLC系统程序仿真。
6.下载程序到PLC。
7.调试程序。
8.系统试车。
9．强化安全意识、成本预算
程序设计即操作步骤：
见实验实训指导书
学习子领域8.3：
复杂功能控制系统的设计与安装
项目8.3.2多种工作方式的送料小车自动往返控制系统
一、教学素材
1．送料小车现场实物图片：
电动搬运车
2．多种工作方式送料小车的教学模型：
3．多种工作方式送料小车的实验实训设备。
4．多媒体教学条件、霓虹灯的教学课件。
二、单元概述
1．教学要点
（1）接受多种工作方式的小车自动往返控制系统PLC控制任务，阅读学习资料，功能指令编制多种工作方式控制实例；电工安全操作规范。
（2）多种工作方式的小车自动往返控制系统PLC功能指令的方案设计。
（3）学会PLC功能指令程序设计的方法。
（4）PLC程序输入及模拟调试、程序仿真。
（5）PLC功能程序编写。
（6）PLC控制系统电气图的识图与绘制。
（7）多种工作方式的小车自动往返控制系统PLC控制系统的安装与整体调试。
（8）学习PLC控制系统的故障分析与排除技能。
2．教学目标
（1）强化利用PLC进行控制系统的总体构建的技能。
（2）掌握PLC功能指令作用、格式、分类的方法。
（3）掌握利用功能跳转指令来进行程序设计的方法和技能。
（4）掌握利用PLC功能指令设计小车多种工作方式的方法和技能。
（5）强化使用编程器、编程软件输入程序并进行模拟调试、仿真调试的能力。
（6）强化PLC电气系统图的识图及绘制。
（7）强化熟悉PLC系统的电源技术指标。
（8）强化小车多种工作方式控制系统的整体调试能力。
（9）强化学生工作能力、组织管理能力、创新能力。
三、教学纲要
1.课题重点:
条件跳转指令CJ和循环指令FOR/NEXT指令的格式、要素、程序分析及应用
（1）条件跳转指令要素及使用
条件跳转指令的助记符、指令代码、操作数、程序步如下：
指令名称
助记符
指令代码
操作数D
程序步
条件跳转
CJ
FNC00
P0－P63
CJ和CJ（P）3步
标号P1步
CJ和CJ（P）指令用于跳过顺序程序某一部分的场合，以减少扫描时间。
条件跳转指令CJ的应用说明如图8.3.7所示：
当X20为ON时，程序跳到P10处。
如果X20为OFF，跳转指令不执行，程序按原顺序执行。
一个标号只能出现一次，若出现多于一次则会出错。
在跳转指令前的执行条件若用M8000时，则这时就称为无条件跳转，因为PLC运行时M8000总为ON。
图8.3.7条件跳转指令使用说明。
（2）循环指令
该指令的助记符、指令代码、操作数和程序步如下：
指令名称
助记符
指令代码
操作数S
程序步
循环开始指令
FOR
FNC08
K、H、KnX、KnY、nM、KnS、T、C、D、V、Z
3步（嵌套5层）
循环结束指令
NEXT
FNC09
无
1步
升级会员 