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课时教案单位：授课教师：课程PLC系统设计与调试第周第课时年月日课题模块一初识PLC任务一从传统电气控制到PLC授课班级教学目标知识目标1.了解PLC定义、产生、发展和应用2.PLC控制系统和传统电气控制的异同能力目标1.培养学生发现新事物、观察新事物并学习新事物的能力2.明确课程内容和学习目标3.了解PLC在工业控制中的地位和作用素质目标1.树立安全生产，严谨求实的工程意识。2.培养学生良好的职业道德行为习惯。重点PLC定义、PLC在工业控制中的作用（做好第一次课的入门演示动画，培养同学们学习积极性）难点PLC控制和传统电气控制的异同授课方法综合法（演示、讲练穿插、巡回指导）课型新授课教具实验PLC实验箱、计算机、投影等教学内容及过程【本课程在专业培养课程体系中的地位】【导入新课】一、与PLC的初次会面PLC是可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）的缩写，是作为传统继电-接触器的替代产品出现的。国际电工委员会（IEC）在其颁布的可编程控制器标准草案中给PLC做了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的应用而设计。它采用可编程的存储器，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命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。”PLC将传统的继电器控制技术和现代的计算机信息处理技术的优点有机结合起来，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制设备之一，成为现代工业生产自动化三大支柱（PLC、CAD/CAM、PPT演示讲解巡回指导练习巩固讨论交流讲练穿插工业控制器机器人）之一。二、从传统电气控制到PLC电气控制，是一个内容十分广泛的概念，电路的通断、电动阀门的开关、电动机的启动与调速等，都属于电气控制的范畴。传统的继电接触器控制系统具有结构简单、价格低廉、容易操作、技术难度较小等优点，被长期广泛地使用在工业控制的各种领域中。下面分别用继电器控制元件和PLC设计了一个卷扬机的正反转控制电路。通过对控制原理的分析，认识什么是PLC？图1-3为卷扬机正反转仿真图。仿真动作见课件。图1-3卷扬机正反转运行控制仿真图主电路图控制电路图图1-4卷扬机正反转继电器控制系统图这种传统的继电器接触器控制方式控制逻辑清晰，采用机电合一的组合方式便于普通机类或电类技术人员维修，但由于使用的电气元件体积大、触点多、故障率大，因此，运行的可靠性较低。主电路图PLC控制电路图图1-5卷扬机正反转PLC控制系统图图1-5是PLC控制原理图。两种控制原理图中的主电路是一样的，控制电路不相同，PLC控制电路所有按钮和触点输入以及接触器线圈均接到了PLC上，从接线方面来看要简单的多，其控制功能是由PLC内部的程序决定，通过更换程序可以更改相应的控制功能，从这一点上看要比继电器控制电路方便的多。例如：要求电机停止30s后自动反向运行。对于继电器构成的控制回路则需要添加时间继电器，重新设计原理图并接线；而PLC控制回路可以不变接线，只需要修改PLC内部程序即实现新的控制功能。电动机的传统控制方法和PLC控制方法的比较：(1)PLC控制系统结构紧凑(2)PLC内部大部分采用“软”逻辑(3)PLC控制功能改变极其方便(4)PLC控制系统制造周期短此外，由于PLC技术是计算机控制的基础上发展而来，因此，它的软硬件设置上有着传统的继电器接触器控制无法比拟的优势，工作可靠性极高。三、追寻PLC的发展史20世纪60年代末期，美国的汽车制造工业竞争异常激烈。为了适应生产工艺不断更新的需要，降低成本，缩短新产品的开发周期，美国通用汽车公司（GM公司）在1968年提出了招标开发研制新型顺序逻辑控制装置的十条要求，它就是有名的十PLC内部程序条招标指标。主要内容如下：（1）编程简单，可在现场修改和调试程序。（2）维护方便，各部件最好是插件式的装置。（3）可靠性高于继电器控制柜。（4）体积小于继电器控制柜。（5）可将数据直接送入管理计算机。（6）在成本上可与继电器控制柜竞争。（7）输入可以是交流115V（注：美国电网电压为110V）。（8）输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀。（9）具有灵活的扩展能力，在扩展时原系统只需做很少的变更。（10）用户程序存储容量至少能扩展到4KB（根据当时的汽车装配过程的要求提出的）。1969年，美国数字设备公司（DEC公司）根据十项招标的要求，研制出世界上第一台可编程控制器，型号为PDP-14。用它代替传统的继电器控制系统，在美国通用汽车公司的自动装配线上试用，获得了成功。PLC的出现引起了世界各国的普遍重视，日本和西欧国家通过引进技术也分别于1971年和1973年研制出自己的可编程控制器。从此以后PLC装置遍及世界各发达国家的工业现场。我国对此项技术的研究始于1974年，3年后进入工业应用阶段。正是由于PLC具有多种功能，并集三电（电控装置、电仪装置、电气传动控制装置）于一体，使得PLC在工厂中备受欢迎，用量高居首位，成为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。综述：作为传统继电器的替代产品出现的集计算机技术、自动控制技术和通信技术为一体的产物新型的通用的工业自动化装置现代工业生产自动化三大支柱（PLC、CAD/CAM、机器人）之一。作业：（1）第一台PLC产生的时间是（）。A.1967年B.1968年C.1969年D.1970年（2）PLC控制系统能取代继电-接触器控制系统的（）部分。A.整体B.主电路C.接触器D.控制电路（3）可编程控制器的定义是什么？（4）PLC是如何分类的？课时教案单位：授课教师：课程PLC系统设计与调试第周第课时年月日课题模块一初识PLC任务二了解PLC的主要特点及应用任务三了解PLC的性能及选型授课班级教学目标知识目标了解PLC在工业控制中的应用及优点，掌握PLC的性能指标和选型原则。能力目标通过对实验装置的认识和了解，掌握PLC的应用领域、选型原则。素质目标培养学生安全实操的良好行为习惯培养学生良好的道德行为习惯，加强礼仪礼貌教育。重点PLC性能指标、选型原则难点PLC选型授课方法演示、讲解、实物课型新授课教具实验PLC实验箱、计算机、投影等教学内容及过程【组织教学】【复习】1、PLC的定义概念是什么？【导入新课】一、PLC的主要特点PLC的设计是站在用户立场，以用户需要为出发点，以直接应用于各种工业环境为目标，同时又不断采用先进技术求发展。可编程控制器经过近四十年的发展，已日臻完善。其主要特点为：（1）可靠性高、抗干扰能力强（2）编程简单易学（3）使用维护方便a．硬件配置方便。b．安装方便。c．使用方便。d．维护方便。（4）体积小、重量轻、功耗低。（5）设计施工周期短。二、PLC的应用领域PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、石化、电力、机械制造、汽车制造、环保及娱乐等各行各业。其应用大致可分为以下几种类型：（1）用于逻辑开关和顺序控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如：机床电气、电机控制等；亦可取代顺序控制，如：高炉上料、电梯控制等。（2）机械位移控制位移控制是指PLC使用专用的位移控制模块来控制驱动步进电机或伺服电机，实现对机械构件的运动控制。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械手、数控机床、机器人、电梯等场合。（3）数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数复习巩固演示讲解巡回指导据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（4）用于模拟量的控制PLC具有D/A、A/D转换及算术运算功能，可实现模拟量控制。现在大型的PLC都配有PID（比例、积分、微分）子程序或PID模块，可实现单回路、多回路的调节控制。（5）用于组成多级控制系统，实现工厂自动化网络PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便，可以实现对整个生产过程的信息控制和管理。任务三了解PLC的性能及选型我们在一个控制系统里使用PLC，PLC种类很多，功能不同，如何根据我们的控制要求选用我们需要的PLC呢？一、PLC的性能指标虽然各PLC生产厂家产品的型号、规格和性能各不相同，通常可以按照以下七种性能指标来进行综合描述。（1）I/O点数输入/输出点数是指PLC输入信号和输出信号的数量，也就是输入、输出端子数总和。（2）存储容量存储容量是指PLC中用户程序存储器的容量，也就是用户RAM的存储容量。注意：“内存容量”实际是指用户程序容量，它不包括系统程序存储器的容量。程序容量与最大I/O点数大体成正比。（3）扫描速度扫描速度一般指执行一步指令的时间，单位为us/步。有时也以执行1000步指令的时间计，其单位为ms/千步。PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。（4）编程语言与指令系统PLC的编程语言一般有梯形图、助记符、SFC（SequentialFunctionChart）以及高级语言等。（5）内部寄存器PLC内部有许多辅助寄存器给用户提供特殊功能，以简化整个系统设计。内存寄存器的种类多少、容量大小和配置情况是衡量PLC硬件功能的一个主要指标。（6）功能模块常用的功能模块主要有：A/D和D/A转换模块、高速计数模块、位置控制模块、速度控制模块、轴定位模块、温度控制模块、远程通信模块、高级语言编辑模块以及各种物理量转换模块等。（7）可扩展能力PLC的可扩展能力主要包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展和各种功能模块的扩展等。在选择PLC时，经常需要考虑到PLC的可扩展性。二、PLC的分类可编程控制器产品的种类很多，一般可以从它的结构形式、输入／输出点数及功能进行分类。（1）按结构形式分类有整体式和模块式两种结构形式。整体式PLC：又称单元式或箱体式，特点是结构紧凑、体积小、重量轻、价格低。图1-6整体式PLC外观图模块式PLC：将各部分以单独的模块分开，形成独立单元，使用时可将这些单元模块分别插入机架底板的插座上。特点是组装灵活，便于扩展，维修方便，可根边学边练据要求配置不同模块以构成不同的控制系统。一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。主基板模块式PLC图1-7模块式PLC外观图（2）按输入输出点数和内存容量分类分为微型机、小型机、中型机、大型机、超大型机等类型。I／O点数小于32为微型PLC；I／O点数在32～128为微小型PLC；I／O点数在128～256为小型PLC；I／O点数在256～1024为中型PLC；I／O点数大于1024为大型PLC；I／O点数在4000以上为超大型PLC。以上划分不包括模拟量I／0点数，且划分界限不是固定不变的。不同的厂家也有自己的分类方法。三、PLC的选型（1）PLC的类型的选择从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。（2）输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输