可编程控制器PLC教学教案 精品.docx
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教师备课笔记
上课日期______月______日星期______
课题
可编程序控制器概论
教
学
目
标
1.了解可编程序控制器的英文缩写及发展过程。
2.了解可编程序控制器的分类。
重
点
和
难
点
可编程序控制器的定义及其特点
教
学
过
程
一、可编程序控制器的产生及发展
1、可编程序控制器的产生
美国数字设备公司（DEC）根据GM公司招标的技术要求，于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车自动装配线上试用，获得成功。
其后，日本、德国等相继引入这项新技术，可编程序控制器由此而迅速发展起来。
2、可编程序控制器的发展
20世纪80年代以来，随着大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器为核心的可编程序控制器得到迅速发展。
这时的PLC具有了高速计数、中断技术、PID调节和数据通信等功能，从而使PLC的应用范围和应用领域不断扩大，成为现代工业控制的三大支柱（PLC、工业机器人和CAD/CAM）之一。
3、可编程序控制器按应用形式归纳为以下几种类型：
（1）开关量逻辑控制
（2）模拟量控制
（3）过程控制
（4）定时和计数控制
（5）顺序控制
（6）数据处理
（7）通信和联网
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程
二、可编程序控制器的定义及特点
1、可编程序控制器的定义
可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在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，控制各种类型机械的生产过程。
可编程序控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。
2、可编程序控制器的特点
1）．可靠性高，抗干扰能力强
2）．通用性强，使用方便
3）．采用模块化结构，使系统组合灵活方便
4）．编程语言简单、易学，便于掌握
5）．系统设计周期短
6）．对生产工艺改变适应性强
7）．安装简单、调试方便、维护工作量小
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上课日期______月______日星期______
课题
可编程序控制器的硬件及软件
教
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目
标
可编程序控制器的硬件及分类、软件及其工作原理
重
点
和
难
点
可编程序控制器的硬件及分类、软件及其工作原理
教
学
过
程
一、导入
PLC实质上是一种工业控制计算机，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应8于控制要求的编程语言，故PLC与计算机的组成十分相似。
二、新课
可编程序控制器的硬件及其分类
1、PLC的硬件电路主要包括以下几个部分：
（如下图示）
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（1）中央处理器（CPU）
在PLC中CPU按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方面：
1） 接收从编程器输入的用户程序和数据。
2） 诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。
3） 通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映象寄有器或数据寄存器中。
4） 从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。
5） 根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，通过输出单元实现输出控制。
有些PLC还具有制表打印或数据通信等功能。
（2）存储器
存储器主要有两种：
一种是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。
在PLC中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。
（3）输入输出接口
输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。
PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。
I/O接口的主要类型有：
数字量（开关量）输入、数字量（开关量）输出、模拟量输入、模拟量输出等。
（4）电源
一般允许电源电压在其额定值±15%的范围内波动。
许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。
（5）外部设备
除了以上所述的部件和设备外，PLC还有许多外部设备，如EPROM写入器、外存储器、人/机接口装置等。
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可编程序控制器的软件及其工作原理
1、PLC的软件
PLC的软件包含系统软件及应用软件两大部分。
2、PLC的工作原理
PLC的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的，可以简单地表述为在系统程序2、PLC的分类
（1）按应用规模和功能分类：
小型机、中型机、大型机
（2）按硬件结构类型分类：
整体式结构、模块式结构、叠装式结构
的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。
用户程序的完成可分为以下三个阶段：
（1）．输入处理阶段
（2）．程序执行阶段
（3）．输出处理阶段
3、PLC控制与继电器控制的区别
（1）组成器件不同
（2）触点数量不同
（3）实施控制的方法不同
（4）工作方式不同
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课题
可编程序控制器工作原理
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掌握可编程序控制器工作原理
重
点
和
难
点
可编程序控制器的工作原理及工作过程
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一、导入
可编程控制器，英文称ProgrammableLogicController，简称PLC。
PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。
它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。
二、新课
1、PLC的基本控制原理
PLC可以分为输入部分、控制部分和输出部分组成
输入部分：
它收集并保存被控对象实际运行的数据和信息。
例如，它收集来自被控制对象上的各种开关信息或操作台上的操作命令等。
控制部分：
处理输入部分所取得的信息，并按照被控对象实际的动作要求作出反映。
输出部分：
提供正在被控制的许多装置中，哪几个设备需要实时操作处理。
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从图中可以看出，PLC控制系统的控制部分是采用“可编程”的PLC，而不是实际的继电器线路。
因此，PLC控制系统可以方便地通过改变用户程序，以实现各种控制功能，从根本上解决了电器控制系统控制电路难以改变的问题。
同时，PLC控制系统不仅能实现逻辑运算，还具有数值运算及过程控制等复杂的控制功能。
2、PLC的主要控制部件
（1）继电器逻辑
（2）定时器逻辑
（3）计数器逻辑
（4）触发器逻辑
（5）数据寄存器
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课题
PLC的编程语言
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目
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了解几种PLC的编程语言
重
点
和
难
点
电器控制线路图与PLC梯形图的不同
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程
一、导入：
PLC的软件由系统程序和用户程序组成。
系统程序由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。
系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。
用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。
在PLC的应用中，最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。
PLC编程语言是多种多样的，对于不同生产厂家、不同系列的PLC产品采用的编程语言的表达方式也不相同，但基本上可归纳两种类型：
一是采用字符表达方式的编程语言，如语句表等；二是采用图形符号表达方式编程语言，如梯形图等。
二、新课
几种常见的PLC编程语言。
1.梯形图语言
梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。
它与电器控制线路图相似，继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。
因此，这种编
教
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过
程
程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编程语言。
如图1所示是传统的电器控制线路图和PLC梯形图。
图1电器控制线路图与梯形图
a） 电器控制线路图 b）PLC梯形图
从图中可看出，两种图基本表示思想是一致的，具体表达方式有一定区别。
PLC的梯形图使用的是内部继电器，定时／计数器等，都是由软件来实现的，使用方便，修改灵活，是原电器控制线路硬接线无法比拟的。
2.语句表语言
这种编程语言是一种与汇编语言类似的助记符编程表达方式。
在PLC应用中，经常采用简易编程器，而这种编程器中没有CRT屏幕显示，或没有较大的液晶屏幕显示。
因此，就用一系列PLC操作命令组成的语句表将梯形图描述出来，再通过简易编程器输入到PLC中。
虽然各个PLC生产厂家的语句表形式不尽相同，但基本功能相差无几。
以下是与图1中梯形图对应的（FX系列PLC）语句表程序。
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步序号 指令 数据
0 LD X1
1 OR Y0
2 ANI X2
3 OUT Y0
4 LD X3
5 OUT Y1
可以看出，语句是语句表程序的基本单元，每个语句和微机一样也由地址（步序号）、操作码（指令）和操作数（数据）三部分组成。
_3.逻辑图语言
逻辑图是一种类似于数字逻辑电路结构的编程语言，由与门、或门、非门、定时器、计数器、触发器等逻辑符号组成。
有数字电路基础的电气技术人员较容易掌握，如图2所示。
图2 逻辑图语言编程
教
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4.功能表图语言
功能表图语言（SFC语言）是一种较新的编程方法，又称状态转移图语言。
它将一个完整的控制过程分为若干阶段，各阶段具有不同的动作，阶段间有一定的转换条件，转换条件满足就实现阶段转移，上一阶段动作结束，下一阶段动作开始。
是用功能表图的方式来表达一个控制过程，对于顺序控制系统特别适用。
5.高级语言
随着PLC技术的发展，为了增强PLC的运算、数据处理及通信等功能，以上编程语言无法很好地满足要求。
近年来推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高级语言，如BASIC语言、C语言、PASCAL语言等进行编程。
采用高级语言后，用户可以像使用普通微型计算机一样操作PLC，使PLC的各种功能得到更好的发挥。
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课题
PLC的等效电路
教
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目
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掌握等效变换
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点
和
难
点
如何将电器控制电路转换为PLC的等效电路
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一、导入：
从PLC控制系统可知，PLC的用户程序（软件）代替了继电器控制电路（硬件）。
因此，对于使用者来说，可以将PLC等效成是许许多多各种各样的“软继电器”和“软接线”的集合，而用户程序就是用“软接线”将“软继电器”及其“触点”按一定要求连接起来的“控制电路”。
为了更好的理解这种等效关系，下面通过一个例子来说明。
二、新课
如图1所示为三相异步电动机单向起动运行的电器控制系统。
其中，由输入设备SB1、SB2、FR的触点构成系统的输入部分，由输出设备KM构成系统的输出部分。
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图1三相异步电动机单向运行电器控制系统
a）主电路 b）控制电路
如果用PLC来控制这台三相异步电动机，组成一个PLC控制系统，根据上述分析可知，系统主电路不变，只要将输入设备SB1、SB2、FR的触点与PLC的输入端连接，输出设备KM线圈与PLC的输出端连接，就构成PLC控制系统的输入、输出硬件线路。
而控制部分的功能则由PLC的用户程序来实现，其等效电路如图2所示。
图2 PLC的等效电路
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图中，输入设备SB1、SB2、FR与PLC内部的“软继电器”X0、X1、X2的“线圈”对应，由输入设备控制相对应的“软继电器”的状态，即通过这些“软继电器”将外部输入设备状态变成PLC内部的状态，这类“软继电器”称为输入继电器；同理，输出设备KM与PLC内部的“软继电器”Y0对应，由“软继电器”Y0状态控制对应的输出设备KM的状态，即通过这些“软继电器”将PLC内部状态输出，以控制外部输出设备，这类“软继电器”称为输出继电器。
因此，PLC用户程序要实现的是：
如何用输入继电器X0、X1、X2来控制输出继电器Y0。
当控制要求复杂时，程序中还要采用PLC内部的其它类型的“软继电器”，如辅助继电器、定时器、计数器等，以达到控制要求。
要注意的是，PLC等效电路中的继电器并不是实际的物理继电器，它实质上是存储器单元的状态。
单元状态为“１”，相当于继电器接通；单元状态为“０”，则相当于继电器断开。
因此，我们称这些继电器为“软继电器”。
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课题
三菱FX系列PLC简介
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掌握三菱FX2N系列可编程序控制器的基本组成
重
点
和
难
点
三菱FX2N系列可编程序控制器的基本组成
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一、导入
FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC产品。
其中FX2是1991年推出的产品，FX0是在FX2之后推出的超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。
它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。
一、FX2N系列可编程序控制器的基本组成
二、新课
FX系列PLC型号的说明
FX系列PLC型号的含义如下：
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其中系列名称：
如0、2、0S、1S、ON、1N、2N、2NC等
单元类型：
M──基本单元
E──输入输出混合扩展单元
Ex──扩展输入模块
EY──扩展输出模块
输出方式：
R──继电器输出
S──晶闸管输出
T──晶体管输出
特殊品种：
D──DC电源，DC输出
A1──AC电源，AC（AC100~120V）输入或AC输出模块
H──大电流输出扩展模块
V──立式端子排的扩展模块
C──接插口输入输出方式
F──输入滤波时间常数为1ms的扩展模块
如果特殊品种一项无符号，为AC电源、DC输入、横式端子排、标准输出。
例如FX2N－32MT－D表示FX2N系列，32个I/O点基本单位，晶体管输出，使用直流电源，24V直流输出型。
FX2N系列PLC的主机称为基本单元，包括CPU、存储器、输入输出口及电源，是PLC的主要部分。
FX2N系列可编程序控制器的基本组成
FX2N系列PLC的主机称为基本单元，包括CPU、存储器、输入输出口及电源，是PLC的主要部分。
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二、FX2N系列可编程序控制器型号名称体系及其种类
（1）基本单元型号名称组成及种类
（2）扩展单元型号名称组成及种类
（3）扩展模块型号名称组成及种类
（4）FX2N系列可编程序控制器特殊功能扩展模块
三、FX2N系列可编程序控制器技术指标
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课题
FX2N系列可编程序控制器主要编程元件
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掌握三菱FX2N系列可编程序控制器的编程元件。
重
点
和
难
点
三菱FX2N系列可编程序控制器的主要编程元件
教
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程
一、FX2N系列PLC编程元件的分类及编号
FX2N系列PLC编程元件的编号分为两个部分：
第一部分是代表功能的字母。
如输入继电器用“X”表示、输出继电器用“Y”表示。
第二部分为数字，数字为该类器件的序号。
FX2N系列PLC中输入继电器及输出继电器的序号为八进制，其余器件的序号为十进制。
二、编程元件的基本特征
一般地可认为编程元件和继电接触器的元件类似、具有线圈和常开常闭触点。
而且触点的状态随着线圈的状态而变化，即当线圈披选中（通电）时，常开触点闭合，常闭触点断开，当线圈失去选中条件时，常闭接通，常开断开。
从实质上来说，某个元件被选中，只是代表这个元件的存储单元置1，失去选中条件只是这个存储单元置0，由于元件只不过是存储单元，可以无限次地访问。
三、编程元件的功能和作用
（一）数值的处理
FX2N系列PLC根据不同的用途和目的，使用5种类型的数值，分别为：
1．十进制数（K）2．十六进制数（H）
3．二进制数（B）4．八进制数（O）
5．BCD码6．其他数值（浮点数）
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（二）输入输出继电器（八进制）
（1）输入继电器：
X000～X027
（2）输出继电器：
Y000-Y027
输入端子是PLC从外部开关接受信号的窗口。
在PLC内部，与PLC输入端子相连的输入继电器是一种光电隔离的电子继电器，有无数的电子常开触点和常闭触点，可在PLC内随意使用。
这种输入继电器不能用程序驱动。
输出端子是PLC向外部负载发送信号的窗口。
输出继电器的外部输出用触点（继电器触点，晶闸管、晶体管等输出元件）在PLC内与该输出端子相连，有无数的电子常开触点和常闭触点，可在PLC内随意使用。
PLC外部输出用触点，按照输出用软元件的响应滞后时间动作
（三）辅助继电器
辅助继电器：
M0～M499（通用型）
M500～1023（失电保持型，由锂电池支持）
PLC内有许多辅助继电器，这类辅助继电器的线圈与输出继电器一样，由PLC内的各种软元件的触点驱动。
（四）状态器
S0～S499500点（普通）；S500～S899400点（保持）
状态器是对工序步进控制简易编程的重要软元件，经常与步进梯形指令结合使用。
（五）定时器
a.0.1～999s定时器：
T0～T199
46点
4点
b.0.01～99.9s定时器：
T200～T245
6点
c.1ms累计定时器：
T246～T249
d.100ms累计定时器：
T250～T255
定时器相当于继电器系统中的时间继电器，可在程序中用于延时控制。
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（六）计数器
C0～C99（16位普通）；C100～C199（16位保持）
C200～219（32位普通）；C220～C234（32位保持）
计数器在程序中用作计数控制。
计数器分为内部信号计数器和外部信号计数器两类。
（七）数据寄存器
D0～D199200点（普通）；D200～D511312点（保持）
数据寄存器是存储数值数据的软元件，可以处理各种数值数据，利用它还可以进行各种控制。
（八）指针
FX2N系列PLC的指针包括分支用指针（P）和中断用指针（I）。
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课题
三菱FX系列PLC取指令与输出指令（LD/LDI/OUT）
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掌握且能应用取指令与输出指令（LD/LDI/OUT）
重
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如何运用取指令与输出指令
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导入：
FX系列PLC有基本逻辑指令20或27条、步进指令2条、功能指令100多条（不同系列有所不同）。
本节以FX2N为例，介绍其基本逻辑指令和步进指令及其应用。
FX2N的共有27条基本逻辑指令，其中包含了有些子系列PLC的20条基本逻辑指令。
新课
取指令与输出指令（LD/LDI/OUT）
（1）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。
（2）LDI（取反指令）一个常闭触点与左母线连接指令，每一个以常闭触点开始的逻辑行都用此指令。
（3）LDP（取上升沿指令） 与左母线连接的常开触点的上升沿检测指令，仅在
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指定位元件的上升沿（由OFF→ON）时接通一个扫描周期。
（4）LDF（取下降沿指令） 与左母线连接的常闭触点的下降沿检测指令。
（5）OUT（输出指令）对线圈进行驱动的指令，也称为输出指令。
取指令与输出指令的使用如图1所示。
图1取指令与输出指令的使用
取指令与输出指令的使用说明：
1）LD、LDI指令既可用于输入左母线相连的触点，也可与ANB、ORB指令配合实现块逻辑运算；
2）LDP、LDF指令仅在对应元件有效时维持一个扫描周期的接通。
图3-15中，当M1有一个下降沿时，则Y3只有一个扫描周期为ON。
3）LD、LDI、LDP、LDF指令的目标元件为X、Y、M、T、C、S；
4）OUT指令可以连续使用若干次（相当于线圈并联），对于定时器和计数器，在OUT指令之后应设置常数K或数据寄存器。
5）OUT指令目标元件为Y、M、T、C和S，但不能用于X。
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触点串联指令（AND/ANI/ANDP/ANDF）和触点并联指令（OR/ORI/ORP/ORF）
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掌握并能运用触点串联指令（AND/ANI/ANDP/ANDF）和触点并联指令（OR/ORI/ORP/ORF）
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和
难
点
如何正确运用触点串联指令和触点并联指令
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触点串联指令（AND/ANI/ANDP/ANDF）
（1）AND（与指令） 一个常开触点串联连接指令，
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