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课题一PLC概论(2学时)
教学目标
1.感性认识PLC。
2.熟悉PLC、继电器、单片机系统优缺点。
3.了解PLC特点、基本类型。
重点剖析
1.PLC、继电器、单片机系统。
2.PLC的抗干扰能力。
教学内容
一、PLC概述
1.PLC定义:
(结合实物介绍)
·
工业环境下控制器
微机控制系统(有存储器、CPU等微机主要部件,进行逻辑运算和算术运算)
数字式和模拟式输入输出
2.产生背景
(1)美国通用汽车公司(GM)于1968年提出GM10条指标:
①编程简单②维护方便③可靠性高④体积小⑤能通讯⑥成本适当⑦输入115V交流
⑧输出交流115V、2A⑨方便扩展⑩存储器4K
(2)1969年,美国数据设备公司(DEC)研制成功。
(3)1975~1976年,集成电路、计算机技术飞速发展,将CPU集成电路、存储器与控制器有机结合。
3.应用领域
(1)开关量控制
PLC首选目标,入/出点数从十几点到几万点。
(2)模拟量控制
电流4~20Ma、电压0~5V或0~10V、温度、流量、压力、PID等特殊I/O单元,功能强且单一方向。
(3)数字量控制
机床部件位移、技术脉冲频率达几十KHZ,旋转编码器、步进电机(如NC单元、定位控制)。
(4)数据采集
数据区,至少1K字。
(5)监控、通讯、联网
一台计算机管理最多32台PLC,PLC与PLC、PLC与智能化执行装置间,点~线~面,设备级~生产线级~工厂管理层。
4.发展趋势
硬件:
高速度、高I/O容量、高联网能力。
软件:
高级语言、图形语言、汇编语言兼容。
二、PLC、继电器、单片机系统比较(结合系统实物介绍)(附图片)
继电器:
由开关、继电器、接触器等组成,靠硬接线实现逻辑运算,有触点,并行方式,易出现故障,排除难,不易系统更新换代。
PLC:
CPU、存储器等微机系统,程序控制方式,无触点,串行方式,成品组装,可靠性极强,安装、使用、维护、维修方便,易系统更新换代。
单片机:
硬件需人工设计、焊接,需较强的电子技术技能,抗干扰能力差,程序控制方式,无触点,维护、使用需较强的专业知识,程序设计较难,系统更新换代周期长。
三、PLC特点
1.功能丰富
(1)指令几十条、几百条,可实现逻辑运算、算术运算。
(2)数据存储区
(3)定时/计数器量大
(4)PLC具有自检、通讯功能。
2.使用方便
(1)配置方便:
CPU、电源、模块、底板组装。
(2)安装方便
(3)编程方便
(4)维修方便
(5)改用方便
3.工作可靠
(1)硬件:
光电隔离,屏蔽,滤波,结构设计,工艺制造,模块热备。
(2)软件:
集中采样,集中输出,系统自检,检测指令。
4.经济合算
(1)PLC随首次投资较大,体积小,辅助设施少。
(2)省电。
(3)工作可靠,停工损失少。
(4)维修费用少。
(5)附加价值。
四、PLC基本类型
1.按控制规模
(1)微型机:
几十点
(2)小型机:
500点以下
(3)中型机:
500~1000点
(4)大型机:
1000点以上
(5)超大型机:
10000点
2.按结构(实物展示)
(1)箱体式:
如CPM1A、FP0、FX2N。
(附图片)
(2)模块式:
S7-300(附图片)
3.按生产厂家
(1)德国西门子
(2)美国GE
(3)美国AB
(4)日本OMRON
(5)美国莫迪康
(6)日本三菱
(7)日本松下
(8)中国无锡华光
课题小结
1.PLC、继电器、单片机系统比较。
2.PLC特点。
课后思考
1.从应用角度出发,PLC、单片机系统主要区别在哪里?
2.PLC能用在现场的主要原因是什么?
课题二PLC硬件结构及FP0内部资源(4学时)
1.直观认识PLC硬件组成。
2.熟悉PLC接线方法。
3.掌握PLC工作原理。
4.记忆FP0主要资源。
1.PLC接线方法。
2.FP0常用资源。
难点释疑
PLC工作原理分析。
一、PLC组成结构
1.PLC基本组成:
(结合西门子S7-300各模块介绍)(附图片)
中央处理器(CPU)
存储器
输入输出(I/O)接口
电源
编程器
(1)中央处理器(CPU)
①接收并存储程序、数据②诊断电源、内部电路故障、语法错误
③通过I/O接口接收现场状态、数据④执行程序,实现输出控制、制表打印、数据通信
(2)存储器
系统程序存放只读存储器中,厂家固化。
用户程序存放RAM,但目前常采用E2PRAM。
提供存储器扩展功能。
(3)输入输出(I/O)接口
①24V直流输入接口(边演示边讲解)
K断开------输入0K闭合----------------输入1
光耦作用:
抗干扰
输入接线方法
指示灯作用
②继电器输出接口
输出1-------负载工作输出0---------负载不工作
光耦作用
输出类型:
继电器----------交/直流负载,动作频率低
晶体管-----------直流负载,电源固定,高频脉冲。
晶闸管-----------交流负载,大电流、大功率。
输出接线(边演示边讲解)
(4)编程器
作用:
输入、调试程序,在线监控
种类:
手持编程器、计算机辅助编程。
(5)电源
工作电源---------220V交流,24V直流
输入接口电源---220V交流、110V交流、24V直流。
输出负载电源---取决于负载。
二、PLC工作原理
1.工作方式(重点讲清扫描与中断的区别)
循环扫描为主,中断为辅
2.工作过程
三、FP0内部资源(结合上机观察)
1.基本概念
①继电器(位):
一个二进制存储位
②字(通道):
16个二进制位
表示方法
如何书写位地址和字地址
二者之间的关系
2.FP0内部资源(重点讲清各资源的使用)
(1)输入继电器:
X0~X7(外接输入信号)
(2)输出继电器:
Y0~Y5(外接输出信号)
(3)内部继电器:
R0~R62F(WR0~WR62)(存储中间结果)
(4)定时/计数器:
T0~T99C100~C143(可调)
(5)数据区:
DT0~DT1659(数据采集)
(6)索引寄存器:
IX,IY(间接寻址)
(7)特殊功能继电器:
①R9009:
进位标志②R900A:
>
标志③R900B:
=标志④R900C:
<
标志⑤R9010:
常闭⑥R9011:
常开⑦R9012:
交替开闭⑧R9013:
初始闭合⑨R9014:
初始断开⑩R9018(0.01S)、R9019(0.02S)、R901A(0.1S)、R901B(0.2S)、R901C(1S)、R901D(2S)、R901E(1min)
1.PLC组成结构。
2.FP0内部资源。
课后练习
1.学生亲自动手组成s7-300系统。
2.如何选用PLC输出类型。
3.简述PLC扫描工作过程。
4.分析PLC、单片及工作方式主要区别。
课题三NPST软件使用(2学时)
1.熟悉NPST-GR系统环境设置方法。
2.掌握程序输入、编辑、调试方法。
课题重点
程序输入、编辑、调试方法
一、NPST-GR系统设置
师生“同步”操作,介绍正确设置及错误设置所引起的现象。
1.通讯错误
2.PLC类型错误
3.双重输出错误
4.各状态间错误
二、程序输入、编辑
三、程序调试
第二、三部分以一个具体例子,以投影形式引导学生正确操作。
例题:
输入下梯形图,并调试出来。
练习:
学生自行练习输入下梯形图,并调试出来。
1.离线编辑(程序输入、存储、调用、删除、插入、移动)
2.在线调试(监控、分析、错误排除、修改完善)
课题四PLC基本逻辑指令(4学时)
1.掌握PLC基本逻辑指令功能及使用方法。
2.熟悉梯形图分析方法。
3.掌握PLC基本逻辑指令典型环节。
4.熟悉程序设计基本方法。
5.学习程序调试方法。
1.程序分析与设计。
2.程序调试。
输出与输入间逻辑关系建立方法
一、PLC基本逻辑指令(教师主讲)
ST(初始常开触点)、ST/(初始常闭触点)、OT(输出)、/(取非)、AN(串常开触点)、AN/(串常闭触点)、OR(并常开触点)、OR/(并常闭触点)、ANS(块串联)、ORS(块并联)、PSHS(入堆栈)、RDS(读堆栈)、POPS(读并清堆栈)、ED(结束)
二、PLC基本逻辑指令典型环节(教师重点讲,学生练习)
1.电机单向旋转控制(组太画面演示控制要求)
※
(1)启动信号(Y0上升沿对应X0),停止信号(Y0下降沿对应X1),自锁(X0已断开,Y0仍有输出),并且注意三个信号在梯形图的位置关系。
(2)梯形图分析
(3)梯形图设计
2.电机正反转控制(组太画面演示控制要求,调试软件练习)
要求:
正反转启动信号X1、X2,停车信号X3,输出信号Y2、Y3。
具有电气互锁和机械互锁功能。
(1)启动信号(Y2、Y3上升沿对应X1、X2),停止信号(Y2、Y3下降沿对应X3),自锁(X1、X2已断开,Y2、Y3仍有输出),互锁(Y2、Y3不能同时输出)并且注意四个信号在梯形图的位置关系。
※(4)机械互锁与电气互锁
练习:
完成下图控制要求(组太演示画面)
要求:
按下右向启动按钮,小车行至XK2停下;
反之,小车行至XK1停下。
学生自行完成程序设计与调试。
三、PLC基本指令综合训练
1.设计一工作台自动往复控制程序(组太模拟画面演示,学生上机练习)
(1)要求:
正反转启动信号SB0、SB1,停车信号SB2,左右限位开关XK1、XK2,左右极限保护开关XK3、XK4,输出信号Y0、Y1。
(2)程序在调试软件中进行
(3)注意
①启动信号与自锁触点的位置关系
②注意自锁与互锁关系
③连续启动信号设计
④机械互锁、电气互锁、停止信号关系
2.设计抢答器控制程序(组太模拟画面演示,讲练结合)
有六路输入开关X1、X2、X3、X4、X5、X6,实现优先抢答控制。
主持人操纵允许抢答和抢答结束按钮。
(3)特别注意互锁的重要性及必要性
1.如何建立输出与输入之间逻辑关系(对输出而言:
①起动信号②停止信号③自锁)
2.自锁存在的必要性与解决的问题。
(维持继续工作)
3.互锁的真正含义。
(二者只能其一)
课后作业
完善抢答器功能,要求增加犯规报警,并能显示出来。
要求以课题大作业形式完成程序设计、程序调试并有书面报告。
课题五PLC定时/计数指令(6学时)
1.掌握PLC定时/计数指令功能及使用方法。
2.熟悉定时/计数指令梯形图分析方法。
3.掌握PLC定时/计数指令典型环节。
4.熟悉定时/计数指令程序设计基本方法。
5.学习定时/计数指令程序调试方法。
1.定时计数指令编程技巧
2.定时/计数程序设计方法
如何利用波形图设计梯形图
一、PLC定时/计数器指令(投影介绍,边讲边练)
1.定时器指令
(1)指令功能介绍
TMR-----------0.01S
TMX-----------0.1S
TMY-----------1S
F137(STMR)--0.01S
(2)上机练习每一条指令,并分析执行过程。
(3)说明:
①初始值范围K0~K32767
②定时器初始值区SVn的编号预定时器编号相同,且都为十进制数。
③TM指令是一减计数型指令。
④定时时间:
单位×
初始值
⑤定时器运行过程(上机观察)
⑥每个SV,EV为一个字,即16位存储器区,对每个定时器号,对应由一组SV,EV。
⑦初始值区SV可利用F0(MV)改变。
2.计数器指令
CT-------减预置计数器
F118(UDC)----加/减计数器
(2)学生上机练习指令,并观察执行过程。
②计数器初始值区SVn的编号预计数器编号相同,且都为十进制数。
③CT指令是一减计数型指令,F118为加/减计数型指令。
④计数器运行过程(上机观察)
⑤每个SV,EV为一个字,即16位存储器区,对每个计数器号,对应由一组SV,EV。
⑥初始值区SV可利用F0(MV)改变。
⑦上升沿计数
二、PLC定时/计数器典型环节(讲练结合)
例1.设计通电和断电延时电路。
(教师结合机器讲解)
练习1.设计通电和断电延时电路。
(X0、X1为脉冲信号)(学生机上练习)
例2.设计振荡电路。
练习2.把上题中X0编程脉冲,情况如何?
(学生机上练习)
例3.按钮计数控制,三次亮,再两次灭。
输入信号X0,输出信号Y0。
练习3.电机控制(一个按钮控制)(学生机上练习)
三、PLC定时/计数器综合训练(讲练结合)
注:
以程序设计训练为主
例1.圆盘旋转计数、计时控制。
(按下启动信号X0,圆盘开始旋转,输出Y0,转动一周(8个脉冲,信号X2),停一秒,再旋转,如此重复,按下停止信号X1,圆盘立即停止)
(1)组太模拟画面演示控制要求
(2)以输出为核心,介绍定时器、计数器、输出继电器设计方法
(3)上机调试
练习1.物料传送系统控制
有一原料运输自动化系统,该自动化系统启动顺序为:
盛料斗D中无料,先启动带机C,5秒后,再启动带机B,经过7秒后再打开电磁阀YV,该自动化系统停机的顺序恰好与启动顺序相反。
试完成梯形图设计。
(2)学生程序设计
例2.十字路口交通灯控制系统(检验本课题的掌握程度)
按下启动按钮,按照下列要求实现控制:
东西方向红灯亮,同时,南北方向绿灯亮7秒,随后南北方向绿灯闪烁3秒,之后南北方向黄灯亮2秒;
紧接着南北方向红灯亮,东西方向绿灯亮7秒,随后东西方向绿灯闪烁3秒,之后东西方向黄灯亮2秒,实现一个循环。
如此循环,实现交通灯的控制。
按下停止按钮,交通灯立即停止工作。
(1)程序设计中以输出继电器为目标,找出其启动信号,停止信号。
(2)注意定时器的逻辑关系。
(3)开始采用六个定时器,换成三个定时器又如何?
1.如何设计定时/计数器
①设置初始值(由时间决定)②定时条件(右定时起始时刻决定)③复位信号
④输出触点(常开、常闭)⑤经过值
2.梯形图设计方法
①对定时器,由时间起点决定定时条件;
对计数器,外脉冲接计数输入端。
②对输出而言,确定其启动信号、停止信号、自锁。
③确定定时/计数器复位信号。
课后作业(上机作业)
圆盘旋转计数、计时控制(组太模拟画面演示)
按下启动信号X0,圆盘开始正向旋转,输出Y0,转动一周(8个脉冲,信号X2可用R901C替代),停4秒,再反向旋转,输出Y1,停4秒,再正向旋转,如此重复。
按下停止信号X1,圆盘立即停止
(2)学生上机调试
(3)教师检查结果
课题六PLC基本功能指令(6学时)
1.掌握PLC基本功能指令功能及使用方法。
2.熟悉基本功能指令梯形图分析方法。
3.掌握PLC基本功能指令典型环节。
4.熟悉基本功能指令程序设计基本方法。
5.学习基本功能指令程序调试方法。
1.KP、DF、DF/指令编程技巧
2.SRWR、F119(LRSR)指令编程
1.SRWR、F119(LRSR)程序设计方法。
2.DF、DF/指令理解(循环周期)。
一、PLC基本功能指令介绍(边讲边练)
1.微分指令
DF:
上升沿触发,接通一个扫描周期
DF/:
下降沿触发,接通一个扫描周期
(1)深刻理解扫描周期含义及分析方法。
(2)特别要提醒学生长输入信号的意义
及其对程序设计与分析的影响。
2.置位、复位、保持指令
SET:
保持接点接通
RST:
保持接点断开
※KP:
使输出接通并保持
注意:
SET+RST=KP
(1)注意其执行顺序。
(3)简单设计方法
3.移位寄存器指令
SR:
16位(bit)WR区数据左移1位。
F119(LRSR):
数据区向左或向右移1位。
(1)X1上升沿发生移位
(2)X0决定移进的是1或0
(3)在SRWR中,X2=1,WR0中全为0;
在F119中,X3=1,WY0中全为0。
(4)在SRWR中,寄存器只能是WR,且16位;
在F119中,都可以可多个通道。
(5)在F119中,X0=1,左移;
X0=0,右移。
(6)学生上机验证
(7)梯形图分析与简单设计。
二、PLC基本功能指令典型环节(讲练结合)
例1.按钮操作叫响提示控制。
每按一次按钮,无论时间长短,均要求叫响十秒。
(2)体会微分指令的作用。
(3)上机调试。
例2.单按钮单路输出控制
一个按钮控制一盏灯,实现奇数次亮,偶数次灭。
(2)用KP、DF指令实现。
(3)注意DF的位置,Y0常开、常闭触点的用意。
练习1.二分频电路
用R901C实现输出Y0为2秒的脉冲。
(2)学生自行程序设计并上机调试。
例3.单按钮双路单通控制。
:
使用一个按钮控制两盏灯,第一次按下时第一盏灯亮,第二盏灯灭;
第二次按下时第一盏灯灭,第二盏灯亮;
第三次按下时两盏灯都灭。
按钮信号X1,第一盏灯信号Y1,第二盏灯信号Y2。
(1)Y1、Y2相互影响及置位、复位信号查找方法。
(2)程序存放顺序对逻辑
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