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第一、二讲课改方案简介，PLC概述（一）课改方案简介（二）PLC概述（一）PLC课改方案简介一、“项目教学法”简介“项目教学法”是“指师生以团队的形式共同实施一个完整的项目而进行的教学活动”，“其中，项目以工作任务的形式出现。通过工作任务的完成，能得到一个具体的、具有实际应用价值的产品。它是行动导向教学组织形式之一。一、“项目教学法”简介其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。学生通过各项任务的完成，掌握各个环节的基本知识和所需的必备能力。在完成项目过程中有针对性地来培养学生的独立工作能力、想象力、创新能力以及与人合作、沟通的能力。二、采用“项目教学法”的意义随着PLC技术的迅猛发展和广泛应用，许多高职院校电气工程类、机电一体化类、自动化类及应用电子类专业都将PLC课程纳入专业课的教学计划之中，采用项目教学法“打破传统的学科课程体系，坚持以任务为引领，以学生的行为为导向，采取项目化教学形式对PLC的知识与技能进行重新建构，突出技能的培养和职业习惯的养成，力求做到学做合一，理实一体。三、项目的选择本课程共56学时，教学时间从1-14教学周，根据学时的多少及课程标准的要求，本课程以电动机的plc控制系统设计、安装、调试；灯光系统的PLC控制系统设计、安装与调试为载体设置了2项学习情景、8项工作任务。三、项目的选择通过完成由简单到复杂的8项工作任务，使学生具备PLC综合工作任务电气控制系统的设计、安装能力，具备控制程序的设计、编制能力，整体控制系统的运行、调试能力。同时使学生具备较强的工作方法和社会能力。情境名称学习单元参考学时1电动机的plc控制系统设计、安装、调试项目1电动机单向启动、停止的PLC控制630项目2电动机正反转的PLC控制6项目3电动机Y/△降压启动的PLC控制6项目4电动机带动传送带的PLC控制6项目5运料小车的PLC控制62、灯光系统的PLC控制系统设计、安装与调试项目6彩灯的PLC控制826项目7交通信号灯的控制12项目8抢答器的PLC控制6由于一个项目的实施涉及到梯形图设计、接线图绘制、接线和调试等方面，单个学生既没有时间也没有精力把一个项目所有内容全部做完。因此，可考虑分组实施。在项目的实施过程中，还应考虑到对学生进行优化组合，让不同专长的学生组合到一起，可以做到优势互补，取长补短。既有利于培养学生的团队合作精神，也有利于取得好成绩。4人一组，首先教师下达任务书，并引导学生学习相关知识，组员共同完成任务，最后教师和学生共同评价任务完成情况。四、项目的实施（二）PLC概述一、PLC简介1.PLC的产生1968年美国通用汽车公司（GeneralMotorsCorporation，GM）公开招标，要求用新的控制装置取代生产线上的继电器—接触器控制系统，其具体要求如下。PLC的产生①编程简单，可在现场修改和调试程序。②维护方便，采用插入式模块结构。③可靠性高于继电器—接触器控制系统。④与继电器—接触器控制系统相比体积小，能耗低。⑤能与管理中心计算机系统进行通信。⑥购买、安装成本可与继电器控制柜相竞争。⑦采用市电输入（美国标准系列电压值AC115V），可接受现场的开关信号。⑧采用市电输出（美国标准系列电压值AC115V），具有驱动接触器线圈、电磁阀和小功率电动机的能力。⑨系统扩展时，原系统只需做很小的改动。⑩用户程序存储器容量至少4KB。PLC的产生PLC的产生1969年美国数字设备公司根据上述要求，首先研制出了世界上第1台可编程序控制器PDP-14，并在通用汽车公司的自动生产线上试用获得成功。从此以后，这项研究技术迅速发展，从美国、日本、欧洲普及到全世界。一、PLC简介2.PLC的定义可编程控制器（ProgrammableController）简称PLC，是以微处理器为基础，融合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置。它是一种工业用计算机。上一页下一页返回PLC外形图电动机的起停控制（说明PLC与继电器的区别）3.PLC的主要特点3.PLC的主要特点（1）高可靠性、抗干扰能力强（2）硬件配套齐全，使用方便，适应性强（3）编程直观、易学易会（4）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便（5）体积小，能耗低一、PLC简介4.PLC的分类（1）按I/O点数分类PLC所能接受的输入信号个数和输出信号个数分别称为PLC的输入点数和输出点数。其输入、输出点数的数目之和称为PLC的输入/输出点数，简称I/O点数。I/O点数是选择PLC的重要依据之一。上一页下一页返回PLC分类按PLC输入、输出点数的多少可将PLC分为以下三类。①小型PLC的输入、输出总点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4K字左右。小型PLC的功能一般以开关量控制为主，适合单机控制和小型控制系统。上一页下一页返回PLC分类②中型PLC的输入、输出总点数在256～2048点之间，用户程序存储器容量达到8K字左右。中型机适用于组成多机系统和大型控制系统。③大型PLC的输入、输出总点数在2048点以上，用户程序存储器容量达到16K字以上。大型机适用于组成分布式控制系统和整个工厂的集散控制网络。PLC分类（2）按结构形式分类按照PLC的结构特点可分为整体式、模块式两大类。①整体式结构。把PLC的CPU、存储器、输入/输出单元、电源等集成在一个基本单元中，其结构紧凑、体积小、成本低、安装方便。上一页下一页返回PLC分类②模块式结构的PLC由一些模块单元构成，这些标准模块包括CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块和各种特殊功能模块等，使用时将这些模块插在标准机架内即可。PLC应用5.PLC的应用领域PLC的应用大致可归纳为以下几类。（1）开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域。PLC的逻辑控制取代了传统的继电系统控制电路，实现了逻辑控制和顺序控制，既可用于单机控制，也可用于多机群控及自动化生产线的控制等。上一页下一页返回PLC应用（2）运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。目前，大多数的PLC制造商都提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块，这一功能可广泛用于各种机械，如金属切削机床、金属成型机床、机器人、电梯等。PLC应用（3）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。（4）数据处理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。上一页下一页返回PLC应用（5）通信及联网PLC通信包括PLC相互之间、PLC与上位机、PLC与其他智能设备间的通信。而PLC与其他智能控制设备一起，可以构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足了工厂自动化系统发展的需要。PLC的组成6.PLC的硬件系统PLC的硬件系统一般主要由中央处理单元、输入/输出接口、I/O扩展接口、编程器接口、编程器和电源等几个部分组成，如图1-26所示。上一页下一页返回（1）中央处理器（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。（2）存储器PLC系统中的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作状态数据。PLC存储器包括系统存储器和用户存储器。PLC的组成（3）输入/输出接口输入/输出接口是PLC与现场I/O设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC通过输入接口把外部设备（如开关、按钮、传感器）的状态或信息读入CPU，并通过用户程序的运算与操作，把结果通过输出接口传递给执行机构（如电磁阀、继电器、接触器等）。上一页下一页返回PLC的组成（4）电源部分PLC内部配有一个专用开关型稳压电源，它将交流/直流供电电源变换成系统内部各单元所需的电源，即为PLC各模块的集成电路提供工作电源。PLC一般使用220V的交流供电电源。其内部的开关电源对电网提供的电源要求不高，与普通电源相比，PLC电源稳定性好、抗干扰能力强。许多PLC都向外提供直流24V的稳压电源，用于对外部负载供电。上一页下一页返回二、S7-200PLC分类S7系列PLC分为S7-200小型机、S7-300中型机、S7-400大型机。S7-200系列PLC是西门子公司在20世纪90年代推出的整体式小型机，其结构紧凑、功能强，具有很高的性能价格比，在中小规模控制系统中应用广泛，其产品如图1-35所示。上一页下一页返回三、S7-200PLC的结构及技术性能1.S7-200PLC结构S7-200PLC把CPU、存储器、电源、输入／输出接口、通信接口和扩展接口等组成部分集成在一个紧凑、独立的设备中。它具有功能强大的指令集和丰富强大的通信功能，其结构如图1-36所示。2.S7-200CPU的类型从CPU模块的功能来看，SIMATICS7-200系列小型PLC发展至今，大致经历了两代。第一代：其CPU模块为CPU21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同配置的CPU单元：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216，不再介绍该产品。上一页下一页返回三、S7-200PLC的结构及技术性能第二代：其CPU模块为CPU22X，主机可进行扩展，它具有五种不同配置的CPU单元：CPU221，CPU222，CPU224和CPU226和CPU226XM，除CPU221之外，其他都可加扩展模块，是目前小型PLC的主流产品。上一页下一页返回3.S7-200CPU22X的I/O及电源对于每个型号，西门子厂家都提供24VDC和120V/240VAC两种电源供电的CPU类型，可在主机模块外壳的侧面看到电源规格。输入接口电路也为连接外信号源直流和交流两种类型。输出接口电路主要有两种类型，即交流继电器输出型和直流晶体管输出型。CPU22X系列PLC可提供五个不同型号的10种基本单元CPU供用户选用，其类型及参数如表1-7所列。三、S7-200PLC的结构及技术性能-扫描过程CPU22X电源供电接线如图1-37所示。4.PLC的扫描工作原理当PLC的方式开关置于“RUN”位置时，即进入程序运行状态。在程序运行模式下，PLC用户程序的执行采用独特的周期性循环扫描工作方式。每一个扫描周期分为执行CPU自诊断、通信处理、输入处理、程序执行、和输出刷新5个阶段，如图1-38所示。上一页下一页返回扫描过程1．自诊断：包括检查CPU模块和扩展模块的状态是否正常，将监控定时器复位等，如异常，则显示出错，如正常则继续往下扫描。2．通信处理：CPU处理从通信接口和智能模块接收到的信息。扫描过程3．读取输入（输入处理）：PLC把外部输入信号的状态读入输入映像寄存器。4．执行程序：按顺序逐条的执行用户程序。5．改写输出（输出处理）：将输出映像寄存器的状态传送到输出模块并锁存起来，进而改变负载的状态。PLC经过这5个阶段的工作过程，称为1个扫描周期。扫描过程PLC扫描周期与PLC的类型、程序指令语句的长短和CPU执行指令的速度有关，通常一个扫描周期为几毫秒至几十毫秒，超过设定时间时程序将报警。由于PLC的扫描周期很短，所以从操作上感觉不到LC的延迟。三、S7-200PLC的结构及技术性能5.S7-200CPU22X的输入/输出接口（1）输入接口电路各种PLC的输入接口电路结构大都相同，按其接口接受的外信号电源可分为两种类型：直流输入接口电路和交流输入接口电路。其作用是把现场的开关量信号变成PLC内部处理的标准信号。PLC的输入接口电路如图1-40所示。上一页下一页返回输入接口电路在输入接口电路中，每一个输入端子可接收一个来自用户设备的离散信号，即外部输入器件可以是无源触点，如按钮、开关、行程开关等，也