1、1烟 台 机 械 工 程 学 校教 案课程名称： 电气控制与 PLC 教师姓名： 尹旭涛 系 别： 机电一体化 2课程概况课程名称: 电气控制与 PLC总学时：52周学时：4教学起始周： 第 1 周 第 13 周授课班级及时间：班级：高二机电 1 班时间：教材概况（主编、出版社、版次等）：主编：吴丽出版社：高等教育出版社版次：2009 年 9 月第 2 版 教辅概况：0课 时 授 课 计 划一、授课具体时间： 第 1 周 二、授课课题：第 3 章 PLC 概述三、教学目的要求：（1）了解 PLC 的产生、 PLC 的特点、PLC 的分类（2）掌握 PLC 的编程语言、PLC 的应用领域及发展趋
2、势四、教学重点难点：（1） （重点）PLC 的产生（2） （重点） PLC 的特点（3） （重点）PLC 的分类（4） （难点）PLC 的编程语言五、教学方法、用具：教学方法：多媒体教课教学用具：三角板六、教学过程（包括教学内容、辅助手段、板书设计、课堂练习、教学进程时1间分配、课外作业等）：第 3 章 可编程控制器概述3.1 可编程控制器的产生3.1.1 PLC 的由来可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller）简称 PLC。3.1.2 PLC 的定义国际电工委员会（IEC）在 1987 年 2 月颁布了 PLC的标准草案（第三稿） ，草案对 PLC 作
3、了如下定义。3.2 可编程控制器的特点1可靠性高，抗干扰强2功能强大，性价比高3编程简易，现场可修改4配套齐全，使用方便5寿命长，体积小，能耗低6系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维修方便3.3 可编程控制器的分类3.3.1 按输入/输出点数分根据 PLC 的输入/输出（I/O）点数的多少，一般可将PLC 分为以下 3 类。1小型机小型 PLC I/O 总点数一般在 256 点以下，用户程序存储器容量在 4KB 左右。22中型机中型 PLC 的 I/O 总点数在 2562048 点之间，用户程序存储器容量达到 8KB 左右。3大型机大型 PLC 的 I/O 总点数在 2048 点以上，用户
4、程序存储器容量达到 16KB 以上。3.3.2 按结构形式分根据 PLC 结构形式的不同，可分为整体式和模块式两类。1整体式2模块式3.3.3 按生产厂家分它们是美国 Rockwell 自动化公司所属的 A-B（ AllenBradly ）公司GE-Fanuc 公司，德国的西门子（SIEMENS）公司法国的施耐德（SCHNEIDER ）自动化公司日本的欧姆龙（OMRON）和三菱公司等3.4 可编程控制器的编程语言3.4.1 PLC 编程语言的国际标准PLC 编程语言标准（IEC 61131-3）中有 5 种编程语言，即顺序功能图（Sequential function chart） ，梯形图（
5、Ladder diagram） ，功能块图（Function block diagram） ，指令表（Instruction list） ，结构文本（Structured text） 。3其中的顺序功能图（SFC） 、梯形图（LD） 、功能块图（ FBD）是图形编程语言，指令表（IL） 、结构文本（ST）是文字语言。1顺序功能图（SFC）2梯形图（LD）3功能块图（FBD）4指令表（IL）5结构文本（ST）3.4.2 梯形图的主要特点（1）PLC 梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称（2）根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出图中各线圈对应的软元件的 ON/OFF 状态，称为梯形图的逻
6、辑运算。（3）梯形图中各软元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次地使用。（4）输入继电器的状态唯一地取决于对应的外部输入电路的通断状态，因此在梯形图中不能出现输入继电器的线圈。（5）辅助继电器相当于继电控制系统中的中间继电器，用来保存运算的中间结果，不对外驱动负载，负载只能由输出继电器来驱动。3.5 可编程控制器的技术性能指标PLC 的技术性能指标有一般指标和技术指标两种。一般性能规格是指使用 PLC 时应注意的问题，主要包括电源电压、允许电压波动范围、耗电情况、直流输出电压、4绝缘电阻、耐压情况、抗噪声性能、耐机械振动及冲击情况、使用环境温度和湿度、接地要求、外形尺寸、质量等。具体性能规格是
7、指 PLC 所具有的技术能力，如果只是一般地了解 PLC 的性能，了解如下的基本技术性能指标即可。1I/O 点数如 FX 系列的 I/O 点数最多为 256。2扫描速度小型 PLC 的扫描时间可能大于 40ms。3内存容量一般小型机的存储容量为 1KB 到几千字节，大型机则为几十千字节，甚至 1MB2MB ，通常以 PLC 所能存放用户程序的多少来衡量。4指令系统5内部寄存器6特殊功能模块3.6 可编程控制器的应用领域及发展趋势3.6.1 PLC 的应用领域1开关量逻辑控制2运动控制3过程控制4数据处理5通信连网53.6.2 PLC 的发展趋势（1）从技术上看， PLC 会向运算速度更快、存储
8、容量更大、功能更广、性能更稳定、性价比更高的方向发展。（2）从规模上看， PLC 会进一步向超小型和超大型两个方向发展。（3）从配套性上看， PLC 产品会向品种更丰富、规格更齐备的方向发展。（4）从标准上看，PLC 的通用信息、设备特性、编程语言等向 IEC1131 标准的方向发展。（5）从网络通信的角度看，PLC 将向网络化和通信的简便化方向发展。教学后记：通过学习，了解 PLC 的基本情况。6课 时 授 课 计 划一、授课具体时间： 第 2 周 二、授课课题：第 4 章FX 系列 PLC 及其编程工具三、教学目的要求：（1）了解 FX 系列 PLC 概述FX 系列 PLC（2）掌握 PL
9、C 的基本组成 ，FX 系列 PLC 的软元件四、教学重点难点：（1） （重点）FX 系列 PLC 的种类（2） （重点）PLC 的基本组成由那些构成（3） （重点）（4） （难点）FX 系列 PLC 的软元件与传统相比较后的转换五、教学方法、用具：教学方法：多媒体教课教学用具：三角板六、教学过程（包括教学内容、辅助手段、板书设计、课堂练习、教学进程时7间分配、课外作业等）：第 4 章 FX 系列可编程控制器4.1 FX 系列可编程控制器概述4.1.1 三菱小型 PLC 的发展历史4.1.2 FX 系列型号的含义FX 系列 PLC 型号名称的含义如下：（1）系列序号：如 1S，1N，2N 等；
10、（2）I/O 总点数：10256；（3）单元类型：M 为基本单元，E 为 I/O 混合扩展单元与扩展模块，EX 为输入专用扩展模块，EY 为输出专用扩展模块；（4）输出形式：R 为继电器输出，T 为晶体管输出，S 为双向晶闸管输出；（5）电源的形式：4.1.3 FX 系列 PLC 的一般技术指标FX 系列 PLC 的一般技术指标包括基本性能指标、输入技术指标及输出技术指标，其具体规定如表 4-1、表 4-2 及表 4-3 所示。4.2 FX 系列可编程控制器的子系列84.2.1 FX1S 系列 PLC4.2.2 FX1N 系列 PLC4.2.3 FX2N 系列 PLC4.2.4 FX2NC 系
11、列 PLC 4.2.5 FX 系列扩展单元、扩展模块4.3 FX 系列可编程控制器的基本组成4.3.1 硬件PLC 硬件主要由中央处理单元、存储器、输入单元、输出单元、电源单元、编程器、扩展接口、编程器接口和存储器接口组成，其结构框图如图 4-1 所示。4.3.2 软件PLC 是一种工业计算机，不光要有硬件，软件也必不可少。 4.4 FX 系列可编程控制器的软元件4.4.1 PLC 的软元件概述9PLC 内部有许多具有不同功能的元件，实际上这些元件是由电子电路和存储器组成的。4.4.2 FX2N 的软元件1输入继电器（X）2输出继电器（Y）3辅助继电器（M）4状态继电器 S5定时器 T6计数器
12、 C7数据寄存器（D）8变址寄存器9指针（P/I）指针（P/I ）包括分支和子程序用的指针（P）以及中断用的指针（I） 。10常数常数 K 用来表示十进制常数，常数 H 用来表示十六进制常数。4.5 FX 系列可编程控制器的工作原理4.5.1 扫描工作方式PLC 有运行（RUN）与停止（STOP）两种基本的工作模式。1内部处理阶段2通信服务阶段3输入处理阶段104程序处理阶段5输出处理阶段图 4-13 PLC 的扫描工作过程外部负载断电，停止工作。PLC 的输入处理、程序处理和输出处理的工作方式如图 4-13所示。循环扫描的工作方式是 PLC 的一大特点，也可以说 PLC 是“串行”工作的，这
13、和传统的继电器控制系统“并行”工作有质的区别，PLC 的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。114.5.2 扫描周期4.5.3 输入/输出滞后时间输入/输出滞后时间又称系统响应时间，是指 PLC 的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间这三部分组成。教学后记：通过学习，了解 PLC 的软元件。12课 时 授 课 计 划一、授课具体时间： 第 3、4 周 二、授课课题：第 5 章基本逻辑指令及其应用三、教学目的要求：（1）了解基本逻辑指令、 PLC 的工作原理
14、（2）掌握常用基本电路的程序设计PLC 程序设计方法及技巧四、教学重点难点：（1） （重点）基本逻辑指令（2） （重点）PLC 的工作原理（3） （重点）常用基本电路的程序设计（4） （难点）PLC 程序设计方法及技巧五、教学方法、用具：教学方法：多媒体教课13教学用具：三角板六、教学过程（包括教学内容、辅助手段、板书设计、课堂练习、教学进程时间分配、课外作业等）：第 5 章 基本逻辑指令及其应用5.1 基本逻辑指令5.1.1 逻辑取及驱动线圈指令 LD/LDI/OUT逻辑取及驱动线圈指令如表 5-1 所示。1用法示例2使用注意事项3双线圈输出5.1.2 触点串、并联指令 AND/ANI/OR
15、/ORI触点串、并联指令如表 5-2 所示。142使用注意事项3连续输出如图 5-4（a）所示，OUT M1 指令之后通过 X1 的触点去驱动 Y4，称为连续输出 155.1.3 电路块连接指令 ORB/ANB1用法示例电路块连接指令的应用如图 5-5 和图 5-6 所示。165.1.4 多重输出电路指令 MPS/MPD/MPP 多重输出电路指令如表 5-4 所示。1用法示例多重输出电路指令的应用如图 5-7 和图 5-8 所示。172使用注意事项5.1.5 置位与复位指令 SET/RST置位与复位指令如表 5-5 所示。181指令用法示例指令用法示例如图 5-9 所示。2使用注意事项5.1.
16、6 脉冲输出指令 PLS/PLF脉冲输出指令如表 5-6 所示。1用法示例2使用注意事项195.1.7 脉冲式触点指令 LDP/LDF/ANP/ANF/ORP/ORF脉冲式触点指令如表 5-7 所示。1用法示例2使用注意事项5.1.8 主控触点指令 MC/MCR主控触点指令如表 5-8 所示。1用法示例2使用注意事项5.1.9 逻辑运算结果取反指令 INV逻辑运算结果取反指令如表 5-9 所示。205.1.10 空操作和程序结束指令NOP/END空操作和程序结束指令如表 5-10 所示。1空操作指令 NOP2程序结束指令 END PLC 按照循环扫描的工作方式，首先进行输入处理，然后进行程序处
17、理，当处理到 END 指令时，即进行输出处理。5.2 梯形图的基本规则1线圈右边无触点212触点可串可并无限制3线圈不能重复使用4触点水平不垂直5触点多上并左6顺序不同结果不同5.3 基本电路的编程电动机的起保停电路（1）控制要求按下起动按钮 SB1，电动机起动运行，按下停止按钮SB2，电动机停止运行。（2）输入/输出（I/O）分配X0：SB1，X1：SB2 （常开） ，Y0：电动机（接触器） 。（3）梯形图方案设计若要改为起动优先，则梯形图如图 5-21 所示。222单台电动机的两地控制（1）控制要求按下地点 1 的起动按钮 SB1 或地点 2 的起动按钮SB2 均可起动电动机；按下地点 1
18、 的停止按钮 SB3 或地点 2的停止按钮 SB4 均可停止电动机运行。（2）输入/输出分配X0：SB1，X1：SB2，X2：SB3（常开） ，X3：SB4（常开） ，Y0：电动机（接触器） 。（3）梯形图方案设计233两台电动机的顺序联动控制（1）控制要求电动机 M1 先起动（SB1 ） ，电动机 M2 才能起动（SB2） 。（2）输入/输出分配X0：电动机 M1 起动（SB1） ，X1：电动机 M2 起动（SB2 ） ，X2：电动机 M1 停止（SB3） ，X3：电动机 M2 停止（SB4 ） ；Y0：电动机 M1（接触器 1） ，Y1：电动机 M2（接触器 2） 。（3）梯形图方案设计
19、244定时器的应用（1）得电延时合（如图 5-24 所示）（2）失电延时断（如图 5-25 所示）3）3 台电动机顺序起动 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25件全部停止运行。 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。 梯形图方案设计。5计数器 C 的应用（如图 5-27 所示）6振荡电路振荡电路可以产生特定的通断时序脉冲，它应用在脉冲信号源或闪光报警电路中。26（1）定时器组成的振荡电路一（如图 5-28 所示）7振荡电路的应用8定时器的延时扩展9两计数器接力计数10单触点的起动/停止控制教学后记：通过学习，了解 PLC 的基本逻辑指令。要求同学们课后认真复习，抄写逻辑指令格式。27课 时 授 课 计 划一、授课具体时间： 第 5、6 周 第 5 章二、授课课题：基本逻辑指令及其应用三、教学目的要求：（1）了解 PLC 程序设计方法及技巧状态转移图（2）掌握 步进顺控指令及其编程方法四、教学重点难点：
