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课 次 章 节 教学目的 第二次 课 型 课堂教学 第一章 可编程控制器概述 第一节 PLC的产生和定义 1.了解可编程程序控制器的由来及发展趋势； 2.掌握可编程程序控制器的定义、分类及特点； 3.掌握可编程程序控制器的功能和应用。 教学 PLC的定义、功能、分类及特点 重 点 教学 难 点 PLC的定义、功能、分类及特点 教学 方 法 教 具 挂 图 讲授 多媒体 授 课 数设3081/2 班 级 授 课 2010.3.5 日 期 西门子S7—200PLC应用教程 翟红程、余宁主编 机械工业出版社 相 关 西门子PLC编程技术及工程应用 柴瑞娟 陈海霞主编 机械工业出版社 素 材 PLC编程及应用 廖常初主编 机械工业出版社 教 学 后 记

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? 引言 PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。可编程控制器具有能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单等优点，是当代工业生产自动化的主要手段和重要的自动化控制设备。因而在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一。 ? 教学内容正文 教 学 过 程 第一章 可编程序控制器概 述 第一节 PLC产生及定义 一、可编程序控制器的产生 美国通用汽车公司(GM公司) 1968年提出了研制新型控制装置的十项指标，其主要内容如下： (1) 在使用者的工厂里，能以最短的中断服务时间，迅速方便地对其控制的硬件和设备进行编程，并重新进行程序设计。 (2) 所有系统单元必须能在工厂内无特殊支持的设备、硬件及环境条件下运行。 (3) 系统的维修必须简单易行。在系统中应设计有状态指示器和插入式模块，以便在最短的停车时间内使维修和故障诊断变得简单易行。 (4) 装置的体积应小于原有继电器控制柜的体积，它的能耗也应比较少。 (5) 必须能与中央数据收集处理系统进行通信，以便监视系统的运行状态和运行情况。 (6) 输入开关量可以是已有的标准控制系统的按钮和限位开关的交流115 V电压信号。 (7) 输出的驱动信号必须能驱动以交流运行的电动机启动器和电磁阀线圈，每个输出量将设计为可开停和连续操纵具有115 V、2 A以下容量的电磁阀等负载设备。 (8) 具有灵活的扩展能力。在扩展时必须能以系统最小的变动及最短的更换和停机时间，使原有装置从系统的最小配置扩展到系统的最大配置。 安徽机电职业技术学院教案 续页

(9) 在购买和安装费用上，应有与原有继电器控制和固态逻辑控制系统的竞争力，即具有较高的性能价格比。 (10) 用户存储器容量至少在4KB以上(根据当时的汽车装配过程的要求提出)。 1969年，美国数字设备公司（DEG）根据上述要求研制出第一台可编程序控制器，型号为PDP-14，并在GM公司的汽车生产线上适用成功，于是第一台可编程序控制器诞生了。 二、可编程序控制器的定义 定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的进行数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体和易于扩展其功能的原则而设计。 三、PLC的特点 1、编程方法简单易学 2、功能强，性能价格比高 3、硬件配套齐全，适应性强 4、可靠性高，抗干扰能力强 5、体积小，能耗低 6、系统的设计、安装、调试工作量小 7、维修工作量小，维修方便 四、PLC的分类 1、按硬件结构形式分类 ⑴ 整体式结构 把CPU、RAM、ROM、I/O接口及与编程器或EPROM写入器相连的接口、输入/输出端子、电源、指示灯等都装配在一起的整体装置。 ① 特点：结构紧凑，体积小，成本低，安装方便。 ② 缺点：输入/输出点数是固定的，不一定能适合具体的控制现场的需要。 ⑵ 模块式结构 模块式结构又叫积木式。这种结构形式的特点是把PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通 教 学 过 程 安徽机电职业技术学院教案 续页

信模块等。常见产品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西门子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。 ① 特点：系统构成非常灵活，安装、扩展、维修都很方便。 ② 缺点：体积比较大。 2、按I/O点数分类 一般将一路信号叫做一个点，将输入点数和输出点数的总和称为机器的点数，简称I/O点数。 (1) 超小型PLC：I/O点数小于64点，内存容量为256 B～1 KB。 (2) 小型PLC：I/O点数为65～128点，内存容量为1～3.6 KB。 小型及超小型PLC在结构上一般是一体化整体式的，主要用于中等容量的开关量控制，具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制、通信等功能。 (3) 中型PLC：I/O点数范围为129～512点，内存容量为3.6～13 KB。 中型PLC除具有小型、超小型PLC的功能外，还增加了数据处理能力，适用于小规模的综合控制系统。 (4) 大型PLC：I/O点数范围为513～896点，内存容量为13 KB以上。 (5) 超大型PLC：I/O点数为896点以上，内存容量为13 KB以上。 3、按功能分 ① 低档机 ② 中档机 ③ 高档机 五、PLC的应用范围 1、开关量的逻辑控制 2、运动控制 3、闭环过程控制 4、数据处理 5、联网通讯 六、可编程控制器的发展趋势 1、国外PLC发展概况 PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美国、德国、日本等工业发达国家已成为重要的产业之一。 2、技术发展动向 PLC在技术方面总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面： ⑴ 产品规模向大、小两个方向发展 所谓大，即大容量、高速度。所谓小，即由PLC的整体结构向小型 教 学 过 程 安徽机电职业技术学院教案 续页

模块化结构发展。 ⑵ PLC编程语言的标准化 国际电工协会（IEC）制订了可编程逻辑控制器标准（IEC1131），其中第3部分（IEC1131-3）是PLC的语言标准。标准中共有五种编程语言；它们是顺序功能图（SFC）、梯形图和、功能块图、指令表和结构文本。 ⑶ 能型I/O模块的发展 智能型I/O模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们本身就是一个小的微型计算机系统，有很强的信息处理能力和控制功能，有的模块甚至可以自成系统，单独工作。 教 学 过 程 ⑷ 组态软件与PLC的软件化 利用组态软件可以方便地进行工业控制流程的实时和动态监控，完成各种复杂的控制功能，并且同时提高系统可靠性，节约控制系统的设计时间。 ⑸ PLC与现场总线相结合 现场总线是指安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。它与PLC可以组成廉价的DCS系统（分布式控制系统）。 ⑹ 基于个人计算机的编程软件取代编程器 随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机的编程软件进行编程。编程软件可以对PLC控制系统的硬件结构和参数进行设置 。此外，编程软件在屏幕上可直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图等，并可以实现不同编程语言的相互转换。 ? 总结与巩固（小结、考核知识点、作业等） 小结：通过这次课的学习，同学们要达到如下要求： ? 了解可编程程序控制器的由来及发展趋势； ? 掌握可编程程序控制器的定义、分类及特点； ? 掌握可编程程序控制器的功能和应用。 考核知识点： 可编程程序控制器的定义、分类及特点；可编程程序控制器的功能和应用。 作业：P12 1、2

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课 次 章 节 教学目的 第三次 课 型 课堂教学 第一章 可编程控制器概述 第二节 PLC与继电器控制 1.掌握PLC控制与继电器控制、工业计算机控制的异同； 2.掌握PLC的编程语言与主要性能指标； 3.掌握梯形图语言编程方法。 1.PLC控制与继电器控制、工业计算机控制的异同； 教学 2.PLC的编程语言与主要性能指标； 重 点 3.梯形图语言编程方法。 教学 1.掌握PLC控制与继电器控制、工业计算机控制的异同； 难 点 2.掌握梯形图语言编程方法与主要性能指标。 教学 方 法 教 具 挂 图 讲授 多媒体 授 课 数设3081/2 班 级 授 课 2010.3.9 日 期 西门子S7—200PLC应用教程 翟红程、余宁主编 机械工业出版社 相 关 西门子PLC编程技术及工程应用 柴瑞娟、陈海霞主编 机械工业出版社 素 材 PLC编程及应用 廖常初主编 机械工业出版社 教 学 后 记

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? 引言 复习回顾上节课所讲的内容，并进行提问，检查学生掌握情况。 1、PLC定义？ 2、PLC的特点及分类？ ? 教学内容正文 第一章 可编程序控制器概 述 第二节 PLC与继电器控制 一、继电器控制系统的组成 由输入部分、输出部分和控制部分组成。 教 学 过 程 二、PLC控制系统的组成 由PLC构成的控制系统也是由输入、输出和控制三部分组成。 三、PLC控制系统与继电器控制系统的区别 1、组成器件不同 继电器控制系统由许多真正的硬件继电器组成，而PLC的控制系统由许多所谓的“软继电器”组成。 2、触点数量不同 硬件继电器的触点数量有限，而PLC中每只“软继电器”供编程使用的触点数有无数对。 3、实施控制的方法不同 在继电器控制线路中，要实现某种控制是通过各种继电器之间的硬接线解决的，它的功能专一，不够灵活。而PLC控制是通过梯形图（软件功能）解决的，所以其灵活多变。 4、工作方式不同 继电器控制系统采用硬逻辑的并行工作方式，而PLC采用扫描工作方式。 四、可编程控制器的编程语言和程序结构 1、可编程控制器的编程语言 PLC为用户提供了完善的编程语言来满足编制用户程序的需求。它提供的编程语言通常有以下几种：梯形图（LAD）、语句表（STL）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）和结构文本（ST）等几种。 ⑴ 梯形图（LAD） 梯形图是用的最多的PLC图形编程语言。梯形图与继电器控制系统 安徽机电职业技术学院教案 续页

的电路图很相似。 图2a 继电器控制图 图2b 梯形图 图1 继电器与PLC触点 网络 1I0.0I0.1Q0.0LDA=LDANM0.0M0.1Q0.1A=（ ） I0.0I0.1Q0.I0.2教 学 过 程 网络 2M0.Q0.0 I0.2M0.Q1.1) 电气符号 ① 物理继电器与“软”继电器 ②“硬接线”与“软接线” ③“概念”电流 2) 线圈 ① 继电器接触器线路图中的线圈 ② PLC梯形图中的继电器线圈是广义的。 3) 触点 物理继电器的触点格数是有限的，会接触不良。 PLC的每一个继电器都对应着内部的一个寄存器位，可以反复使用，没有使用寿命限制。 4)工作方式 ① 继电器是并行各自方式。 ② PLC梯形图是串行工作方式。 5) 梯形图语言编程的基本要求 程序的编写应按自上而下、从左到右方式编写。编程的顺序应体现“上沉下轻、左沉右轻。 6) 避免画出无法编程的梯形图 7) 梯形图的逻辑关系简单、清楚 8)继电器输出指令不能重复使用 2、语句表（STL） 安徽机电职业技术学院教案 续页

语句表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程控制器的某中操作功能。每个语句由地址（步序号）、操作码（指令）和操作数（数据）三部分组成。 LD I0.0 O Q0.0 AI I0.1 = Q0.0 1)语句表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程控制器的某种操作功能。 2)语句表编程语言不如梯形图形象、直观，但是在使用简易编程器输入用户程序时，必须采用。 3)助记符语言与梯形图语言相互对应、相互转换。 4、功能块图（FBD） 功能块图是一种类似于数字逻辑电路结构的编程语言，它由与门、或门、非门、定时器、计数器、触发器等逻辑符号组成。 5、结构文本（ST） 结构文本是为IEC1131-3标准创建的一种专用的高级编程语言。与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简捷和紧凑。 五、编程语言的相互转换和选用 梯形图程序中的输入与输出信号的逻辑关系很明了，便于学习掌握，并且与继电器电路的表达方式极为相似，设计开关量控制程序时选用梯形图。 语句表中的逻辑关系很难一眼看出，程序比较难阅读，所以在设计由复杂的开关量控制的程序时，一般使用梯形图，语句表可在处理某些不能用梯形图处理的问题时使用。 六、可编程控制器的程序结构 1、用户程序 用户程序在储存空间中也称为组织块，它处于最高层，可以管理其他块，它是用各种语言编写的用户程序。 2、数据块 主要存放控制程序运行所需的数据，在数据块中允许的数据类型。 3、参数块 参数快存放的是CPU组态数据。 七、可编程控制器的性能指标 教 学 过 程 安徽机电职业技术学院教案 续页

1、处理器性能指标 主要反映出CPU的类型、用户程序存储器容量、可连接的I/O总点数、指令长度、指令条数、扫描速度等。 2、存储容量 存储容量是指用户程序存储器的容量。 3、I/O点数及I/O模板技术指标 输入/输出（I/O）点数是PLC所支持的输入信号和输出信号的总和 4、扫描速度 扫描速度是指PLC执行用户程序的速度。 指令功能的强弱、数量的多少也是衡量PLC性能的重要指标。 6、内部元件的种类与数量 在编制PLC程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。 6、特殊功能单元 特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。 8、可扩展能力 PLC的可扩展性是指PLC的主机配置扩展模块的能力。 教 学 过 程 5、指令的功能与数量 ? 总结与巩固（小结、考核知识点、作业等） 小结：通过这次课的学习，同学们要达到如下要求： ? 掌握PLC控制与继电器控制、工业计算机控制的异同； ? 掌握PLC的编程语言与主要性能指标； ? 掌握梯形图语言编程方法。 考核知识点： PLC控制与继电器控制、工业计算机控制的异同；PLC的编程语言与主要性能指标；梯形图语言编程方法。 作业：P13 3、4、5

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