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可编程控制器-终极教案.doc
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可编程控制器-终极教案
第一章 概 述
(第一次课)
一、教学课题: 1 概述
二、教学内容: 1、可编程控制器的产生和历史
2、可编程控制器的定义和特点
3、可编程控制器的发展趋势
三、教学目标:
1、了解可编程控制器的产生和历史
2、掌握可编程控制器的定义和特点
四、教学重点: 可编程控制器的定义和特点
五、教学难点: 可编程控制器的定义和特点
六、教学时数:2 学时
七、教学过程:
(一)、复习旧知
(二)、引入新课
微机技术已经并继续在改变世界,在常见的以微处理器为控制中心的控制系统中,什么样的
微处理系统可以适应工厂强电磁干扰、及工厂自动控制的面貌?
(三)、新课讲解
《一》1。1 可编程控制器的历史与定义
1。1.1 可编程控制器的产生历史
在可编程控制器出现以前,继电器控制在工业控制领域占主导地位,其控制系统都是按
照预先设定好的时间或条件顺序地工作,通用性和灵活性很差。
1968 年,美国通用汽车公司首先提出 PLC 的概念。当时,根据汽车制造生产线的需要,
希望用电子化的新型控制器替代继电器控制柜,要求比继电器控制系统更可靠、功能更齐全、
响应速度更快,而且能够做到当汽车改型时,尽可能的减少重新设计和更换继电器控制系统
及接线.以便降低成本,缩短周期。
通用汽车公司对新型控制器提出 10 点具体要求:
①编程简单,可在现场修改程序;
②维护方便,采用插件式结构;
③可靠性高于继电器控制柜;
④体积小于继电器控制柜;
⑤成本可与继电器控制柜竞争;
⑥可将数据直接送入计算机;
⑦可直接用 115V 交流输入;
⑧输出采用交流 115V,能直接驱动电磁阀、交流接触器等;
⑨通用性强,扩展时很方便;
⑩程序要能存储,存储器容量可扩展到 4K 字节。
1969 年,通用公司提出上述要求一年之后,美国数字设备公司(DEC)率先研制了全球第一
台可编程序控制器,并试用于通用汽车公司的自动装配线上面并取得成功,从而开创了 PLC
应用于工业控制的新纪元.
可编程控制器-终极教案
1。1.2 可编程控制器的定义
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,控制各种类型的机电设备或
生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备,都按易于同工业系统联成一个整体,易于
扩充其功能的原则设计。
PLC 区别于一般微机控制系统的重要特征:
1、具有丰富的输入、输出接口及较强的输出驱动能力。
2、可直接应用于工业环境,具有很强的抗干扰能力,以及广泛的适应能力和应
用范围。
《二》1.2 可编程控制器的特点
1。 可靠性高,抗干扰能力强
2。 编程简单,易于掌握
3. 组合灵活,使用方便
4. 功能强大,通用性好
5。 开发周期短,成功率高
6。 体积小、重量轻、功耗低
7。 安装简单,维修方便
《三》1.3 可编程控制器的分类
1。3.1 按结构形式分类
(1)整体式 PLC
将电源、CPU、存储器及 I/O 等各个功能部件都集成在一个机壳内,称为 PLC
主机或基本单元.如三菱的 FX 系列 PLC。一个完整的 PLC 控制系
统包括 PLC 主机以及相关扩展单元和各种特殊功能模块。
(2) 模块式 PLC
它是将 PLC 的各个部分按功能做成独立模块,如电源模块、CPU 模块、I/O
模块以及其它各种功能模块等,然后安装在同一底板或框架上。其特点是配置灵 活、
安装维护方便,一般的大、中型 PLC 采用这种结构形式。
1.3。2 按控制规模分类
(1)小型 PLC I/O 点数 256 点以下,存储容量 2—8K 步,用于逻辑控制、定
时、计数、顺序控制等场合。
(2)中型 PLC I/O 点数 256 点以上,2048 点以下,存储容量 8-32K 步.具有
逻辑运算、算术运算、数据传送、数据通信、模拟量处理等功能,可用
于开关量、数字量与模拟量混合控制的较为复杂的控制系统。
(3)大型 PLC I/O 点数 2048 点以上(I/O 点数超过 8192 点的为超大型
PLC),存储容量 32K 步以上。具有数据运算、联网通信、监视记录打印
等功能,可进行中断、智能控制、远程控制。可用于大规模过程控制、
分布式控制以及自动化网络控制。
1。3。3 按功能划分
(1)低档机 具备微型、小型 PLC 功能,主要用于逻辑控制、顺序控制或少量
模拟量控制的单机控制系统。
(2)中档机 除具备低档机功能外,还具有模拟量处理、数值运算、数据处
可编程控制器-终极教案
理、远程 I/O 及联网通信等功能。
(3) 高档机 除具有中档机功能外,还可进行带符号算术运算、矩阵运算、
位逻辑以及其他特殊功能运算等,具有很强的联网通信能力,可构成大
规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化生产和控制.
1。3。4 PLC 的应用范围
(1)用于开关量逻辑控制。开关量是电气控制中最基本的被控量,对电气控制
领域中各类开关量逻辑控制是 PLC 最基本、最常用的功能。
(2)顺序控制:顺序控制是逻辑控制的灵活应用,也是可编程控制器最广泛应
用的领域,取代了传统的继电器顺序控制,广泛应用于电梯控制、印刷
机械、港口码头货物存取、组合机床、生产线等。
(3)用于定时、计数控制。PLC 最常用、最基本的功能之一。PLC 通常能够
提供几百上千个精度和范围很宽的计时器和计数器,广泛应用于生产线
等对时序和数量要求较高的场合。
(4)用于过程控制.在工业生产过程中,有许多连续变化的量,如温度、压力、
流量、液位、速度、电流和电压等,称为模拟量。可编程控制器有 A/D
和 D/A 转换模块,这样,可编程控制器可以作模拟量控制用于过程控制.
(5)用于数据处理、数字控制. 现代 PLC 具有很强的数据处理能力,可以
进行较复杂的函数运算和浮点运算。
(6)用于数据通信和联网控制.现代 PLC 都具备很强的数据通信功能,通过专
用的通信模块实现 PLC 与 PLC 之间、PLC 与上位计算机之间的联网,从
而可以实现远程 I/O 控制,构成以计算机为中心的集中管理和分散控制
的分布式网络控制系统。
1.3.5 PLC 的发展方向
1。 PLC 在功能和技术指标方面的发展方向
(1)向高速、大容量方向发展
(2)加强联网和通信能力
(3)致力于开发新型智能 I/O 功能模块
(4)增强外部故障的检测与处理能力
(5) 编程语言的多样化与标准化
(6) 软件 PLC 的出现
2。 在经济指标与产品制造方面发展方向
(1)研制大型 PLC
(2)大力发展简易、经济的超小型、微型 PLC
(3) 采用先进的制造工艺和安装技术
(4)致力提高性价比
九、布置作业
十、教学后记
(1) 讲清可编程控制器的产生历史和定义,是讲清其与一般微机系统的区别的关键。
(2) 讲清可编程控制器的分类,是讲清其应用范围和领域的关键.
可编程控制器-终极教案
第二章 可编程控制器工作原理及结构特点
(第二次课)
一、教学课题: 2。1 工作原理
二、教学内容: 可编程控制器的工作过程、扫描方式
三、教学目标:
1、掌握 PLC 的硬件构成
2、掌握 PLC 的工作原理、扫描过程
四、教学重点: PLC 的硬件构成
五、教学难点: PLC 的工作原理、扫描过程六、教学时数:2 学时
七、教学过程:
(一)、复习旧知
可编程控制器的产生历史、定义、分类
(二)、引入新课
一个完整的 PLC 控制系统有哪些部分组成?PLC 是怎样进行工作的?
(三)、新课讲解
《一》2。1 可编程控制器的硬件构成
1.中央处理器 (CPU)
CPU 是可编程控制器的核心,它按系统程序赋予的功能指挥可编程控制器有条不紊地
进行工作。
2. 存储器
可编程控制器的存储器可以分为系统程序存储器、用户程序存储器及工作数据存储器
等三种。
3。 输入 / 输出接口
输入/ 输出接口是 PLC 与外界连接的接口.
输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号,一类是由按钮、选择开关、行程
开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等的开关量输入信号。另一
类是由电位器、测速发电机和各种变送器等来的模拟量输入信号。
输出接口用来连接被控对象中各种执行元件,如接触器、电磁阀、指示灯、调节
阀(模拟量)、调速装置(模拟量)等。
4. 电源
5. 扩展接口
6. 通信接口
7. 智能 I/O 接口
8. 编程器
可编程控制器-终极教案
9。 其他部件
《二》2.2 可编程控制器的工作原理
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
为扫描周期或工作周期。 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
复上述循环扫描的。
可编程控制器整个工作过程可分三部分:
第一部分是上电处理。可编程控制器上电后对 PLC 系统进行一次初始化工作,
包括硬件初始化, I/O 模块配置运行方式检查,停电保持范围设定及其他初始化处理
等。
第二部分是扫描过程。可编程控制器上电处理完成以后进入扫描工作过程。先完
成输入处理,其次完成与其他外设的通信处理,再次进行时钟、特殊寄存器更新.当 CPU
处于 STOP 方式时,转入执行自诊断检查.当 CPU 处于 RUN 方式时,还要完成用户
程序的执行和输出处理,再转入执行自诊断检查。
第三部分是出错处理. PLC 每扫描一次,执行一次自诊断检查,确定 PLC 自身的
动作是否正常,如 CPU 、电池电压、程序存储器、 I/O 、通信等是否异常或出错,
如检查出异常时, CPU 面板上的 LED 及异常继电器会接通,在特殊寄存器中会存入
出错代码.当出现致命错误时, CPU 被强制为 STOP 方式,所有的扫描停止。
PLC 的工作过程如下图所示。
1.输入映像存储器及其刷新-—对应于输入端子状态的数据区
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