PLC理论教案.docx
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PLC理论教案
焦煤高级技校学期理论课教案首页
教材名称及版本:
可编程序控制器及其应用劳动版(第二版)
授课章节:
第一章至第五章
授课时间(上半期):
2012年09月03日至2012年09月28日
授课时间(下半期):
年月日至年月日
学期课时总数:
24周课时数:
6
授课班级:
11级机电一体化(高中班)
课程安排情况:
上半期
一
二
三
四
五
1、2
3、4
PLC
PLC
5、6
PLC
课程安排情况:
下半期
一
二
三
四
五
1、2
3、4
5、6
学期课程变化情况及
其它说明
章节及课题:
第一章1-1可编程控制器的硬件知识
备课时间:
授课时间:
课时数:
2
教学方法:
讲授
科长或教研组长审批意见
教具或多媒体:
PLC实物、多媒体课件
审批日期:
教学目的:
让学生熟悉PLC的硬件结构,掌握PLC的硬件知识
重点:
PLC的外部结构
难点:
PLC的内部结构
教案执行后摘记:
教学过程:
一、组织教学
考勤并做记录
二、复习旧课
在PLC诞生之前,很多控制系统采用继电器控制方式,当系统很复杂时,用的器件很多(有的成百上千个器件),接线也很复杂(成千上万根连线),密如蜘蛛网。
故障检查困难,维修困难。
为适应新的控制要求应运产生。
三、讲授新课
1.PLC的产生、特点及分类
(1)PLC的产生及定义
PLC在早期是一种开关逻辑控制装置,被称为可编程序逻辑控制器(ProgrammableLogicController),简称PLC。
随着计算机技术和通信技术的发展,PLC采用微处理器作为其控制核心,它的功能已不再局限于逻辑控制的范畴。
因此,1980年美国电气制造协会(NEMA)将其命名为ProgrammableController(PC),但为避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称PC混淆,习惯上仍将其称为PLC。
(2)PLC的特点
PLC软件简单易学、使用和维护方便、运行稳定可靠、设计施工周期短。
(3)PLC的分类
①按I/O点数
小型PLC:
入出总点子数256
中型PLC:
入出总点子数256~204
大型PLC:
入出总点子数>2048
②按结构类型分
整体式(单元式):
基本单元、扩展单元、特殊功能单元
模块式(积木式):
CPU模块、I/O模块、电源模块、存储器模块等。
叠装式:
基本单元、扩展单元、特殊功能单元、扩展模块、特殊功能模块等。
③按功能分
低档机中档机高档机
④按生产厂家分
日本立石(OMRON)公司的SP\C系列可编程序控制器;
日本三菱(MITSUBISHI)公司的F、F1、F2、FX2N系列可编程序控制器;
日本松下(PANASONIC)电工公司的FP1系列可编程序控制器;
美国通用电气(GE)公司的GE系列可编程序控制器;
美国艾论—布拉德利(A--B)公司的PLC-5系列可编程序控制器;
德国西门子(SIEMENS)公司的S5、S7系列可编程序控制器
2.PLC的结构(FX2N—48MR)
(1)PLC系统组成:
(2)面板介绍
输入接线端、输出接线端、操作面板和状态指示栏等4部分。
(3)内部结构
PLC是一种专用于工业自动化控制的计算机,主要由CPU、存储器、I/O接口电路、外设接口、编程装置和电源等组成。
(4)PLC的工作原理
PLC的工作过程是一个不断循环扫描的过程。
每一次扫描过程有输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段。
3.PLC的应用
(1)开关量逻辑控制:
取代传统的继电器-接触器控制。
这是PLC最广泛的应用。
(2)过程控制:
对生产过程中连续变化的模拟量进行检测和控制。
(3)数据处理:
数据运算、数据传递、数据转换,排序查表、位操作等。
(4)通信联网与显示打印:
可组成多级、分布式控制系统。
实现控制与管理的结合。
应用举例如下图:
四、小结
PLC的内部结构主要由CPU、存储器、I/O接口电路、外设接口、编程装置和电源等组成。
五、作业
习题2
章节及课题:
第一章1-2可编程控制器的软件知识
备课时间:
授课时间:
课时数:
2
教学方法:
讲授法;图解法;演示法
科长或教研组长审批意见
教具或多媒体:
PLC编程软件、多媒体课件、PLC若干程序、
PLC
审批日期:
教学目的:
让学生熟悉PLC的编程语言,掌握编程软件的使用方法
重点:
PLC编程软件的使用方法
难点:
PLC编程软件的使用方法
教案执行后摘记:
教学过程:
一、组织教学
考勤并做记录
二、复习旧课
复习PLC的硬件知识。
三、讲授新课
1.PLC的编程语言
梯形图、指令语句表、状态功能图
2.编程软件的使用
三菱PLC编程软件SWOPC-FXGP/WIN-C及GXDeveloper编程软件,重点介绍GXDeveloper编程软件。
(1)软件的安装
该软件含有两个文件夹,如下图所示。
打开第一个文件夹GX-Simulator6-C(仿真),如图1-19所示,初次安装该软件,要先安装该文件夹内“EnvMEL”的文件夹,打开该“EnvMEL”,双击安装图标,即可装。
安装完这个文件后,再返回安装“GX-Simulator6-C”,双击安装图标,按照安装提示,即可安装完毕。
然后再安装第二个文件“GX-Developer(开发)”。
注意:
要求两个文件装在同一目录下。
(2)程序的输入和编辑
软件安装完毕以后,即可使用。
使用方法如下。
①打开程序
单击“开始”→“程序”→“MELSOFT应用程序”→“GX-Developer”即打开程序,如下图所示。
②创建新工程
单击“工程(F)”→“创建新工程(N)”或单击图标,即出现如下图所示的对话框,要求选择“PLC系列”和“PLC类型”以及选择“程序类型”。
对话框中默认为“梯形图逻辑”。
单击“设置工程名”,再“工程名”框中输入工程名。
选择工程保存路径,点击“确定”新工程建立完毕。
如下图所示进入编程界面。
本软件可用于三菱A系列、Q系列和FX系列等的PLC。
③输入梯形图
输入梯形图有两种方法:
一是利用工具条(见下图)中的快捷键输入;二是直接用键盘输入。
下面以一段简单的程序为例说明这两种输入方法。
【例】输入下面一段程序
【分析】
1)用工具条中的快捷键输入
触点输入:
点击F5,则出现一个如下图所示的对话框,再对话框中输入X0,点击“确定”则触点输入,用同样的方法,可以输入其他的常开、常闭触点、输出线圈等。
2)从键盘输入
如果键盘使用熟练,直接从键盘输入则更方便,效率更高。
不用点击工具栏中的按钮。
以例1程序为例,首先使光标处于第一行的首端。
在键盘上直接输入ldx0,同样出现一个对话框,如下图所示。
再单击回车键(Enter),则程序输入;接着输入outy0,再单击回车键线圈输入;再输入ory0,再单击回车键。
用键盘输入时,可以不管程序中各触电的连接关系,常开触点用LD,常闭触点用LDI,线圈用OUT,功能指令直接输入助记符和操作数。
但要注意助记符和操作数之间用空格隔开。
对于出现分支、自锁等关系的可以直接用竖线补上。
通过一定的练习和搜索,就能熟练地掌握程序输入的方法。
3)梯形图编辑
在输入梯形图时,常需要对梯形进行编辑,如插入、删除等操作。
①触点的修改、添加和删除:
ⅰ、修改:
光标移在需要修改的触点上,直接输入新的触点,单击回车键即可,则新的触点覆盖原来的触点。
也可以把光标移到需要修改的触点上,双击,则出现一个对话框(见下图),在对话框输入新触点的标号,单击回车即可。
ⅱ、添加:
把光标移在需要添加触点上,直接输入新的触点,单击回车键。
ⅲ、删除:
把光标在需要删除的触点上,在按键盘的“Delete”键,即可删除,再点击直线,单击回车键,用直线覆盖原来的触点。
4)程序的转换
程序通过编辑以后,计算机界面的底色是灰色的,要通过转换变成白色才能传给PLC或进行仿真运行。
转换方法如下:
①直接单击功能键“F4”。
②点击菜单条中的“转换(C)”→弹出下拉菜单→下拉菜单中点击“变换(C)”。
5)程序传送(PC←→PLC)
①PLC写入:
把程序从PC←→PLC。
步骤如下:
ⅰ、点击快捷按钮。
ⅱ、点击菜单条中的“在线(O)”弹出下拉菜单,在下拉菜单中单击“PLC写入(W)”。
②PLC读取:
把程序从PLC→PC。
步骤如下:
ⅰ、点击快捷按钮。
ⅱ、点击菜单条中的“在线(O)”弹出下拉菜单,在下拉菜单中点击“PLC读取(R)”。
(3)程序的仿真运行
该软件能够在没有PLC的情况下仿真程序运行,从而可以调试、监控所编写的程序。
【例】仿真的操作方法
1)程序输入,再转换
输入的梯形图如下图所示。
2)梯形图逻辑测试启动
点击菜单条中的“工具(T)”,弹出下拉菜单,在下拉菜单中点击“梯形图逻辑测试启动(L)”,测试程序写入,如下图所示,待参数写入完成以后图消失,表示程序传入完成。
光标变成蓝块,程序已处于监控状态。
且在状态栏中出现,点击该状态栏,即可出现梯形图逻辑测试工具对话框。
在图1中“RUN”是黄色,表示程序已经正常运行。
如程序有错或出现未支持指令,则出现未支持指令对话框如图2所示。
双击绿色“未支持指令”,就可跳出未支持指令一览表。
图1梯形图逻辑测试对话框图2未支持指令对话框
3)强制位元件ON或OFF,监控程序的运行状态
点击工具栏“在线(O)”,弹出下拉菜单,点击“调试(B)”→“软元件测试(D)”或者直接点击软元件测试快捷键,则弹出位元件测试对话框如下图所示。
在该对话框“位软元件”栏中输入要强制的位元件,如X0,需要把该元件置ON的,就点击强制ON,如需要把该元件置OFF的,就点击强制OFF。
同时在“执行结果”栏中显示刚强制的状态。
此时程序已运行,运行结果如图3和4所示,接通触点和线圈都用蓝色表示,同时可以看到字元件的数据在变化。
图3X0处于OFF时的状态图4X0处于ON时的状态
4)监控各位元件的状态和时序图
点击状态栏的
按钮,弹出如下图所示的对话框,对于位元件,用鼠标双击,可以强置ON,再双击,可以强置OFF,对于数据寄存器D,可以直接置数。
对于T、C也可以修改当前值,因此调试程序非常方便。
5)时序图监控
在上图中点击“时序图(T)”→启动“(R)”,则出现时序图监控,如下图所示。
(4)PLC停止运行
点击状态栏的
按钮,弹出下图所示对话框,在图中选择“STOP”,PLC就停止运行,再选择“RUN”,PLC又运行。
(5)退出PLC仿真运行
在对程序仿真测试时,通常需要对程序进行修改,这时要退出PLC仿真运行,重新对程序进行编辑修改。
退出方法如下:
点击快捷键图标
,则出现退出梯形图逻辑测试窗口如下图所示,点击“确定”即可退出仿真运行,但此时的光标还是蓝块,程序处于监控状态,不能对程序进行编辑,所以需要点击快捷图标
,光标变成方框,即可对程序进行编辑。
3.FX-20P-E型手持式编程器的使用(介绍)
四、小结
编程软件的使用
五、作业
习题6
章节及课题:
第二章2-1基本指令及编程
备课时间:
授课时间:
课时数:
2
教学方法:
讲授法;演示法
科长或教研组长审批意见
教具或多媒体:
PLC编程软件、多媒体课件、PLC若干程序、
PLC
审批日期:
教学目的:
让学生熟悉PLC的基本编程方法,学习PLC基本逻辑控制指令
重点:
PLC基本逻辑控制指令
难点:
PLC基本逻辑控制指令
教案执行后摘记:
一、组织教学
考勤并做记录
二、复习旧课
复习PLC编程软件的使用。
三、讲授新课
1.PLC如何控制电动机工作
演示操作。
2.PLC基本指令
(1)接点串联指令AND、ANI
(2)接点并联指令OR、ORI
(3)置位指令SET、复位指令RST
(4)脉冲上升沿、下降沿“取”指令LDP、LDF
(5)电路块操作指令ANB、ORB
(6)交替输出指令ALT
(7)进栈、读栈、出栈指令MPS、MRD、MPP
(8)主控、主控复位指令MC、MCR
(9)脉冲微分指令PLS、PLF
(10)空操作与结束指令NOP、END
3.指令应用
控制要求:
某生产设备有1台电动机,除连续运行控制外,还需要用点动控制调整生产设备的状态。
3个操作按钮分别是启动按钮、停止按钮和点动按钮。
(1)根据控制要求写出PLC的I/O分配表。
表I/O分配表
输入
输出
输入继电器
输入元件
作用
输出继电器
输出元件
控制对象
X0
SB1
启动按钮
Y0
接触器KM
电动机M
X1
SB2
停止按钮
X2
SB3
点动按钮
X3
KH
过载保护
(2)PLC的硬件设计
根据控制要求和I/O分配表设计硬件电气原理图如下图所示。
图PLC硬件控制线路图
(3)PLC控制系统软件设计
梯形图如下图所示:
(4)程序编制与调试
利用PLC编程软件对程序进行编制﹑调试和仿真。
四、小结
通过本课题的学习掌握基本逻辑控制指令的应用。
五、作业
习题2、4
附:
板书设计
板书设计
第二章2-1基本指令及编程
课件演示区
一、PLC如何控制电动机工作
二、PLC基本指令
(1)AND、ANI
(2)OR、ORI
(3)SET、RST
(4)LDP、LDF
(5)ANB、ORB
(6)ALT
(7)MPS、MRD、MPP
(8)MC、MCR
(9)PLS、PLF
(10)NOP、END
三、控制要求
某生产设备有1台电动机,除连续运行控制外,还需要用点动控制调整生产设备的状态。
1、I/O分配表
输入:
输出:
2、PLC硬件设计
3、PLC软件设计
四、知识拓展
梯形图编程规则
多上并左,触点水平不垂直,顺序不同结果不同,触点可并可串无限制
五、课堂小结
通过本课题的学习掌握基本逻辑控制指令的应用
六、布置作业
习题2、4
复习PLC编程软件的使用
问题1:
如何输入程序?
问题2:
如何转换程序?
问题3:
如何远程操作程序?
问题4:
如何进行监控和仿真?
可擦区
章节及课题:
第二章2-2定时器
备课时间:
授课时间:
课时数:
2
教学方法:
讲授法;演示法;对比法
科长或教研组长审批意见
教具或多媒体:
PLC编程软件、多媒体课件、延时若干程序、
审批日期:
教学目的:
让学生掌握定时器的有关知识和应用,进一步掌握PLC程序设计的方法
重点:
定时器的应用
难点:
定时器的应用
教案执行后摘记:
一、组织教学
考勤并做记录
二、复习旧课
复习PLC编程软件的使用。
三、讲授新课
1.定时器T
定时器分类
定时器名称
编号范围
点数
计时范围
100ms定时器
T0~T199
200
0.1~3276.7s
10ms定时器
T200~T245
46
0.01~327.67s
1ms累计定时器
T246~T249
4
0.001~32.767s
100ms累计定时器
T250~T255
6
0.1~3276.7s
定时器T的使用说明:
(1)定时器是根据时钟脉冲累计计时的,时钟脉冲周期有1ms、10ms、100ms三种规格,定时器的工作过程实际上是对时钟脉冲计数。
(2)定时器有一个设定值寄存器,一个当前值寄存器。
这些寄存器都是16位(即数值范围是1~32767),计时时间为设定值乘以定时器的计时单位(时钟脉冲周期)。
(3)每个定时器都有一个常开和常闭接点,这些接点可以无限次引用。
(4)定时器满足计时条件时开始计时,定时时间到时其常开接点闭合,常闭接点断开。
2.普通定时器(T0~T245)
3.累计定时器(T246~T255)
与普通定时器不同的是,累计定时器在计时中途线圈或PLC断电时,当前值寄存器中的数据可以保持,当线圈重新通电时,当前值寄存器在原来数据的基础上继续计时,直到累计时间达到设定值,定时器动作。
累计定时器的当前值寄存器数据只能用复位指令清0。
四、小结
1.普通定时器与累计定时器的区别
2.定时器的应用的应用
五、作业
习题7
章节及课题:
第二章2-3计数器
备课时间:
授课时间:
课时数:
2
教学方法:
讲授法;演示法;对比法
科长或教研组长审批意见
教具或多媒体:
PLC编程软件、多媒体课件、程序、
审批日期:
教学目的:
让学生掌握计数器的有关知识和应用,进一步掌握PLC程序设计的方法
重点:
计数器的应用
难点:
计数器的应用
教案执行后摘记:
一、组织教学
考勤并做记录
二、复习旧课
复习PLC的定时器的基本知识。
三、讲授新课
1.普通计数器C
普通计数器C分类表
计数器名称
编号范围
点数
计数范围
16位增
计数器
普通用
C0~C99
100
0~32767
掉电保持用
C100~C199
100
0~32767
32位增减
计数器
普通用
C200~C219
20
−214748364~2147483647
掉电保持用
C220~C234
15
−214748364~2147483647
普通计数器C的使用说明:
(1)计数器的功能是对输入脉冲进行计数,计数发生在脉冲的上升沿,达到计数器设定值时,计数器接点动作。
每个计数器都有一个常开和常闭接点,可以无限次引用。
(2)计数器有一个设定值寄存器,一个当前值寄存器。
16位计数器的设定值范围是1~32767,32位增减计数器的设定值范围是−2147483648~2147483647。
(3)普通计数器在计数过程中发生断电,则前面所计的数值全部丢失,再次通电后从0开始计数。
(4)掉电保持计数器在计数过程中发生断电,则前面所计数值保存,再次通电后从原来数值的基础上继续计数。
(5)计数器除了计数端外,还需要一个复位端。
(6)32位增减计数器是循环计数方式。
16位增计数器(C0~C199)
16位增计数器C0的监控程序与动作时序图
例题:
程序如下图所示,当X0保持接通后延时多长时间Y0才能通电?
【解】当X0保持接通后,由定时器T1组成的振荡电路开始工作,T1的常开接点每隔10s接通一次,使计数器C0的当前值增加,当C0的当前值增加到10时,C0的常开接点闭合,使控制对象Y0接通。
因此,Y0的延时时间t为定时器的振荡周期值乘以计数器的设定值。
t=0.1×100×10=100s
定时器的计时时间都有一个最大值,如100ms的定时器最大计时时间为3276.7s,如果所需要的延时时间大于最大值,可以采用计数器与定时器配合获得较长延时时间。
在图3.71所示的梯形图程序中,当X0保持接通后,经过5小时(0.1s×18000×10=18000s)延时,Y0才接通。
由计数器C0和定时器T1构成的长延时控制程序
2、32位增减计数器(C200~C234)
增减计数器(又可称为双向计数器)有增计数和减计数两种工作方式,其计数
方式由特殊辅助继电器M8200~M8234的状态决定,M8□□□的状态ON是减计数,状态OFF或者程序中不出现M8□□□是增计数。
普通用32位增减计数器的工作过程如图3.72所示。
X0为计数方式控制端,X1为复位端,X2为计数信号输入端,控制C201计数器进行计数操作。
计数器的当前值−4加到−3(增大)时,其接点接通(置1),当计数器的当前值由−2减到−3时(减小)时,其接点断开(置0)。
应用增减计数器C201的程序与动作时序图:
四、小结
计数器的知识及常用基本逻辑指令的应用。
五、作业
习题8
章节及课题:
第二章2-42-5基本指令综合运用
(一)
(二)
备课时间:
授课时间:
课时数:
2
教学方法:
讲授法;演示法
科长或教研组长审批意见
教具或多媒体:
PLC编程软件、多媒体课件、程序、动画
审批日期:
教学目的:
通过设计较复杂的程序,掌握基本指令、计数器及定时器的综合运用方
法。
了解经验法设计梯形图的步骤和要领。
重点:
掌握经验法设计梯形图的规律
难点:
基本逻辑指令的应用
教案执行后摘记:
一、组织教学
考勤并做记录
二、复习旧课
复习PLC的基本指令、定时器及计数器的相关知识。
三、讲授新课
1、三相异步电动机正反转控制的继电器电路图,试将该继电器电路图转换为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图。
三相异步电动机正反转控制的继电器电路图
解:
(1)分析动作原理
(2)确定输入/输出信号
(3)画出PLC的外部接线图
(4)画对应的梯形图
(5)画优化梯形图
电动机正反转的外部接线图:
电动机正反转的继电器电路图所对应的梯形图:
电动机正反转的优化梯形图:
2、3台电动机顺序起动
(1)控制要求。
电动机M1起动5s后电动机M2起动,电动机M2起动5s后电动机M3起动;按下停止按钮时,电动机无条件全部停止运行。
(2)输入/输出分配。
X1:
起动按钮,X0:
停止按钮,Y1:
电动机M1,Y2:
电动机M2,Y3:
电动机M3。
(3)梯形图方案设计。
3台电动机顺序起动梯形图:
四、小结
1﹑编程能力的提高关键在于多编程和掌握好的方法,要求学生多练习。
2﹑牢记经典的小程序。
五、作业
习题11
章节及课题:
第二章2-6基本指令综合运用(三)
备课时间:
授课时间:
课时数:
2
教学方法:
讲授法;演示法
科长或教研组长审批意见
教具或多媒体:
PLC编程软件、多媒体课件、程序、动画
审批日期:
教学目的:
熟悉典型的基本控制程序,可以设计一些较复杂的系统控制程序
重点:
掌握控制要求的状态分析方法
难点:
控制程序的设计技巧
教案执行后摘记:
一、组织教学
考勤并做记录
二、复习旧课
复习PLC的基本指令、定时器及计数器的应用。
三、讲授新课
电动机综合控制要求如下:
启动:
采用串电阻降压启动.
转向:
双向运行。
制动:
串电阻反接制动。
1、I/O分配表
I/O分配表如下:
输入
输出
元件
代号
作用
输入继电器
元件
代号
作用
输出继电器
SB1
正
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