学习情境一任务一 教案

学习情境一：初识西门子S7-200 授课班级 授课教师 夏咏梅 授课日期 电气10-302 课次：1.2.3.4 学时：8 任务一 PLC的结构与接线 1． 什么是PLC 2． PLC的产生与发展，应用领域 3． PLC的结构与工作原理 4． PLC的编程语言与软继电器 知识目标 5． PLC的基本主要技术指标与选用 6． PLC四个控制线路的连接、通讯连接等 专业能力：学会PLC的线路连接与选用原则 能力目标 方法能力：掌握PLC的总体选用原则 社会能力：培养学生工艺整齐的习惯，培养学生用电安全意识。 德育渗透：培养学生的社会责任感，PLC技术的发展速度之快要追赶 教学媒体 教学课件、参考教材、PLC综合实训台等 教学地点 PLC实训基地 教学方法 实训操作教学法，对比教学法，任务趋动法 1． PLC的概念，产生与发展及时应用领域 2． PLC的结构与工作原理 思考及练习： 1．PLC的运行过程是怎样的？ 2．PLC的性能指标有哪些？ 3．PLC的选用主要是要考虑哪些因素？ 主要授课内容 3． PLC的编程语言与电气控制线路的比较教学 4． PLC的软继电器含义及应用特点 5． PLC的基本主要技术指标与选用 6． PLC输入输出控制线路的连接、通讯连接操作 教学 过程 考核与 教师活动 讲授工作原理，PLC概念，结构，性能指标等，操作内容由教师先示范， 学生活动 能按要求进行控制线路的连接，遵守操作规程 接线操作结果考核 评价方式 小组评价 课后分析

布置任务——我们要学什么？教师引导问题

一、什么是PLC

可编程控制器（Programmble Controller）简称PC或PLC。它是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的。

定义如下：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，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指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。

定义强调了PLC应直接应用于工业环境，必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和广阔的应用范围，这是区别于一般微机控制系统的重要特征。

二 、PLC的产生与发展

1968年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。

1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，

三、PLC的特点与应用领域 （一）PLC的特点

1．可靠性高、抗干扰能力强

PLC的平均无故障时间可达几十万个小时 ，之所以有这么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施

（1）硬件方面 I/O通道采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。

（2）软件方面 PLC采用扫描工作方式，减少了由于外界环境干扰引起故障；在PLC系统程序中设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由外界干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。

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2．目前，大多数PLC采用的编程语言是梯形图语言，它是一种编程简单、使用方便面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。 3．功能完善、通用性强

?? 现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网以等许多功能。

4．设计安装简单、维护方便

由于PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具有很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。 5．体积小、重量轻、能耗低

由于PLC采用了集成电路，其结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备。

（二）PLC的应用领域

从开关量、模拟量、数字量进行三方面的讲解 1.开关量逻辑控制

利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等，这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。 2.运动控制

大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块 3.过程控制

大、中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能，有的小型PLC也具有模拟量输入输出。所以PLC可实现模拟量控制，而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。 4.数据处理

现代的PLC都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，可进行数据的采集、分析和处理，同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置 5.通信联网

PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与上位计算机、PLC与其它智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。

五、PLC的分类 了解内容，简要介绍 1．按结构形式分类

1）整体式PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。

2）模块式PLC 模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。 2．按功能分类

（1）低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。

（2）中档PLC 除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。 （3）高档PLC

除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑

运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。 3．按I/O点数分类

根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。

一般PLC功能的强弱与其I/O点数的多少是相互关联的，即PLC的功能越强，其可配置的I/O点数越多。因此，通常我们所说的小型、中型、大型PLC，除指其I/O点数不同外，同时也表示其对应功能为低档、中档、高档。

布置任务——ＰＬＣ的应用目的知道了，ＰＬＣ的结构组成是什么样的？教师引导问题 复习：PLC的特点

运行稳定可靠，抗干扰性能强。

PLC将电控（逻辑控制）电仪（过程控制）电结（运动控制）三电集于一身，可以方便灵活的实现合成各种不同规模和要求的控制系统。 编程简单，使用方便，采用梯形图语言，易学易掌握。

PLC体积小，重量轻，能耗低，且设计施工调试周期短，特别适合于开发使用。 PLC的主要功能

开关量的逻辑控制功能： 定时计数的控制功能

步进控制功能：用于多道加工工序的控制中 数据处理功能：进行数据的比较与传送

A/D，D/A的转换功能：能进行数字与模拟的转换工作。 运动控制功能：进行单轴和多轴控制

过程控制功能：实现对温度、压力、速度等量的过程控制 扩展功能，远程I/O功能等。 一、PLC的应用

1．用于开关逻辑和顺序控制。

这是PLC最基本的应用范围，它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序控制。可用PLC取代传统继电接触器控制，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。总之，PLC可用于单机、多机及生产线的自动化控制。

2．用于机械加工的数字控制。

PLC和计算机控制装置组合成一体，可实现数值控制，组成数控机床。有人曾预言：今后的计算机数控系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。

3．用于机器人或机械手控制。

随着工业自动化的发展，机器人和机械手的使用将越来越普遍。可用一台PLC实现3~6轴的机器人控制。

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。

高功能的PLC具有较强的通讯联网功能，把PLC作为下位机，与上位机或同级的PLC进行通信，完成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理。