【正文】 《可編程序控制器原理與應(yīng)用》授課方案課程簡介可編程序控制器簡稱PLC，它是一門實踐性很強的綜合控制技術(shù)，是工業(yè)控制技術(shù)的重要手段之一，隨著企業(yè)自動化程度的不斷提高，已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前它已經(jīng)成為自動控制等專業(yè)一門非常重要的課程。它包含PLC概論、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)、指令應(yīng)用、程序設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計等五大部分組成。為了認(rèn)真貫徹高職教學(xué)改革精神，即“強化實踐，重在應(yīng)用”這一指導(dǎo)思想，我院在PLC課程進(jìn)行了大膽改革和有益的嘗試，經(jīng)過幾年的實踐，收到了極好的教學(xué)效果，得到學(xué)生及社會的普遍認(rèn)可，受到國家教委自動控制專業(yè)專家評估組的一致好評。硬件條件學(xué)校投入大量資金，購進(jìn)PLC設(shè)備，這是PLC教學(xué)改革的前提條件。學(xué)校PLC實驗室現(xiàn)有三十臺松下FP0微型機、十臺三菱FX2N微型機、十臺歐姆龍CPM1A型高檔小型機和四套西門子S7300中型機，每一臺PLC都配有計算機和實驗箱，以及實際的控制對象，并且配有一專門的實訓(xùn)教室，并有投影設(shè)備。這些PLC設(shè)備長期對學(xué)生開放，并配有專門教師為學(xué)生指導(dǎo)、服務(wù)，使有限的設(shè)備得到充分利用，使PLC學(xué)習(xí)得到進(jìn)一步提高。教學(xué)模式PLC教學(xué)模式的改革是提高PLC教學(xué)質(zhì)量的一個有效途徑。首先，我校把PLC教學(xué)課堂由原來在教室上課，現(xiàn)在改在實訓(xùn)教室上課，這就要求實訓(xùn)教室有必備教具，以方便教學(xué)。其次，PLC教學(xué)以課題形式講課，而不是按照老式課次來上，教師把PLC分成幾個大的課題來講授，每個課題內(nèi)容設(shè)計做成演示課件和組太模擬演示畫面，詳細(xì)、具體、靈活。具體做法是：第一步講解基本知識，學(xué)生上機驗證；第二步老師提出思考性問題，由學(xué)生通過上機來回答解決；第三步老師給了本課題綜合性應(yīng)用實例，通過組太模擬演示畫面介紹給學(xué)生，由學(xué)生設(shè)計程序并上機調(diào)試，達(dá)到對本課題的綜合理解。學(xué)生通過感性認(rèn)識，理性思維，最終達(dá)到真正弄懂弄會，隨時有問題都可以通過上機找到答案?？己诵问郊訌奝LC考核，特別是實踐能力的考核，將有助于PLC的學(xué)習(xí)。常規(guī)的考核一期末考試一次定論，而實踐只是作為一個平時成績計算?，F(xiàn)在我們把PLC成績分成三個方面測試：一方面是筆試成績，側(cè)重于PLC的基本知識的考查，占總成績40%；第二方面是基本實驗的考核，讓學(xué)生從所做過的十幾個實驗中，隨即抽取一個進(jìn)行單獨考核，側(cè)重學(xué)生對PLC基本操作能力的考核，占總成績的20%；第三方面實布置給學(xué)生一次綜合大作業(yè)，讓學(xué)生完成硬件配置，軟件設(shè)計，到最后調(diào)試的全過程，一答辯形式給出成績，側(cè)重于PLC的綜合應(yīng)用能力考核，占總成績的40%。最后三個方面的總和作為PLC課程的最后總成績，是對學(xué)生一個全面的考核，達(dá)到使學(xué)生全面掌握PLC實現(xiàn)自動控制的一般方法和過程。課程特色1．突出實踐技能本課程從內(nèi)容的安排、上課的模式、良好的實訓(xùn)條件和考核形式都圍繞著“強化實踐，重在應(yīng)用”這一指導(dǎo)思想，把培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力放在第一位。2．實訓(xùn)教室授課學(xué)生長期接觸PLC、使用PLC，采用“動畫”式教學(xué)模式，使枯燥的內(nèi)容變得更加感性化、更加生動形象。3．注重師生“雙向” 交流學(xué)生在操作過程中及時發(fā)現(xiàn)問題，有助于教師及時解決問題。4．引入組態(tài)軟件，模擬生產(chǎn)現(xiàn)場講解例題或?qū)嶋H控制系統(tǒng)時，做出模擬畫面，模擬動作過程，激發(fā)學(xué)生興趣，有助于問題的解決。5．理論與實踐一體化教學(xué)上課注重講練結(jié)合，提高教學(xué)效果，使理論與實踐真正達(dá)到1：1。6．優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容打破章節(jié)的限制，以應(yīng)用課題為核心優(yōu)化組合教學(xué)內(nèi)容。7．實物現(xiàn)場演示加強實物教學(xué)，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生與生產(chǎn)現(xiàn)場更近。課題一 PLC概論（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)1．感性認(rèn)識PLC。2．熟悉PLC、繼電器、單片機系統(tǒng)優(yōu)缺點。3．了解PLC特點、基本類型。重點剖析1．PLC、繼電器、單片機系統(tǒng)。2．PLC的抗干擾能力。教學(xué)內(nèi)容一、PLC概述1．PLC定義：（結(jié)合實物介紹） 工業(yè)環(huán)境下控制器 微機控制系統(tǒng)（有存儲器、CPU等微機主要部件，進(jìn)行邏輯運算和算術(shù)運算） 數(shù)字式和模擬式輸入輸出 2．產(chǎn)生背景 （1）美國通用汽車公司（GM）于1968年提出GM10條指標(biāo)：①編程簡單 ②維護(hù)方便 ③可靠性高 ④體積小 ⑤能通訊 ⑥成本適當(dāng) ⑦輸入115V交流⑧輸出交流115V、2A ⑨方便擴展 ⑩存儲器4K（2）1969年，美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制成功。（3）1975~1976年，集成電路、計算機技術(shù)飛速發(fā)展，將CPU集成電路、存儲器與控制器有機結(jié)合。3．應(yīng)用領(lǐng)域（1）開關(guān)量控制PLC首選目標(biāo)，入/出點數(shù)從十幾點到幾萬點。（2）模擬量控制電流4~20Ma、電壓0~5V或0~10V、溫度、流量、壓力、PID等特殊I/O單元,功能強且單一方向。（3）數(shù)字量控制機床部件位移、技術(shù)脈沖頻率達(dá)幾十KHZ，旋轉(zhuǎn)編碼器、步進(jìn)電機（如NC單元、定位控制）。（4）數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)區(qū)，至少1K字。（5）監(jiān)控、通訊、聯(lián)網(wǎng)一臺計算機管理最多32臺PLC，PLC與PLC、PLC與智能化執(zhí)行裝置間，點~線~面，設(shè)備級~生產(chǎn)線級~工廠管理層。4．發(fā)展趨勢硬件：高速度、高I/O容量、高聯(lián)網(wǎng)能力。軟件：高級語言、圖形語言、匯編語言兼容。二、PLC、繼電器、單片機系統(tǒng)比較（結(jié)合系統(tǒng)實物介紹）（附圖片）繼電器：由開關(guān)、繼電器、接觸器等組成，靠硬接線實現(xiàn)邏輯運算，有觸點，并行方式，易出現(xiàn)故障，排除難，不易系統(tǒng)更新?lián)Q代。PLC：CPU、存儲器等微機系統(tǒng)，程序控制方式，無觸點，串行方式，成品組裝，可靠性極強，安裝、使用、維護(hù)、維修方便，易系統(tǒng)更新?lián)Q代。單片機：硬件需人工設(shè)計、焊接，需較強的電子技術(shù)技能，抗干擾能力差，程序控制方式，無觸點，維護(hù)、使用需較強的專業(yè)知識，程序設(shè)計較難，系統(tǒng)更新?lián)Q代周期長。三、PLC特點1．功能豐富（1）指令幾十條、幾百條，可實現(xiàn)邏輯運算、算術(shù)運算。(2)數(shù)據(jù)存儲區(qū)（3）定時/計數(shù)器量大（4）PLC具有自檢、通訊功能。2．使用方便（1）配置方便：CPU、電源、模塊、底板組裝。（2）安裝方便（3）編程方便（4）維修方便（5）改用方便3．工作可靠（1）硬件：光電隔離，屏蔽，濾波，結(jié)構(gòu)設(shè)計，工藝制造，模塊熱備。（2）軟件：集中采樣，集中輸出，系統(tǒng)自檢，檢測指令。4．經(jīng)濟(jì)合算（1）PLC隨首次投資較大，體積小，輔助設(shè)施少。（2）省電。（3）工作可靠，停工損失少。（4）維修費用少。（5）附加價值。四、PLC基本類型1．按控制規(guī)模（1）微型機：幾十點（2）小型機：500點以下（3）中型機：500~1000點（4）大型機：1000點以上（5）超大型機：10000點2．按結(jié)構(gòu)（實物展示）（1）箱體式：如CPM1A、FP0、FX2N。（附圖片）（2）模塊式：S7300（附圖片）3．按生產(chǎn)廠家（1）德國西門子（2）美國GE（3）美國AB（4）日本OMRON（5）美國莫迪康（6）日本三菱（7）日本松下（8）中國無錫華光課題小結(jié)1．PLC、繼電器、單片機系統(tǒng)比較。2．PLC特點。課后思考1．從應(yīng)用角度出發(fā)，PLC、單片機系統(tǒng)主要區(qū)別在哪里？2．PLC能用在現(xiàn)場的主要原因是什么？課題二 PLC硬件結(jié)構(gòu)及FP0內(nèi)部資源（4學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)1．直觀認(rèn)識PLC硬件組成。2．熟悉PLC接線方法。3．掌握PLC工作原理。4．記憶FP0主要資源。重點剖析1．PLC接線方法。2．FP0常用資源。難點釋疑 PLC工作原理分析。教學(xué)內(nèi)容一、PLC組成結(jié)構(gòu)1．PLC基本組成：（結(jié)合西門子S7300各模塊介紹）（附圖片） 中央處理器（CPU）輸入信號存儲器CPU部分電源輸入部分輸出部分系統(tǒng)總線輸出信號PLC硬件組成框圖編程器 存儲器 輸入輸出(I/O)接口 電源 編程器（1）中央處理器（CPU）①接收并存儲程序、數(shù)據(jù) ②診斷電源、內(nèi)部電路故障、語法錯誤③通過I/O接口接收現(xiàn)場狀態(tài)、數(shù)據(jù) ④執(zhí)行程序，實現(xiàn)輸出控制、制表打印、數(shù)據(jù)通信 （2）存儲器 系統(tǒng)程序存放只讀存儲器中，廠家固化。用戶程序存放RAM，但目前常采用E2PRAM。提供存儲器擴展功能。 （3）輸入輸出(I/O)接口內(nèi)部接口24VKR1C11R2+5VR3C2光耦指示24V直流輸入接口電路①24V直流輸入接口（邊演示邊講解） K斷開輸入0 K閉合輸入1 光耦作用：抗干擾 輸入接線方法 00000000010000200003000040000500006000070000800009010000100101002010030100401005PLCJ1J2J3J4J5J6+12v 24v +SB1SB2SB3SB4SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6 指示燈作用 ②繼電器輸出接口 輸出1負(fù)載工作 輸出0負(fù)載不工作 光耦作用 輸出類型：繼電器交/直流負(fù)載，動作頻率低晶體管直流負(fù)載，電源固定，高頻脈沖。內(nèi)部接口負(fù)載電源24VR1RRR光耦R2RRRR3RRRR4RRR繼電器繼電器輸出接口晶閘管交流負(fù)載，大電流、大功率。 輸出接線（邊演示邊講解） （4）編程器 作用：輸入、調(diào)試程序，在線監(jiān)控 種類：手持編程器、計算機輔助編程。 （5）電源 工作電源220V交流，24V直流 輸入接口電源220V交流、110V交流、24V直流。上電初始化輸入處理程序執(zhí)行輸出處理通信服務(wù) 輸出負(fù)載電源取決于負(fù)載。 二、PLC工作原理1．工作方式（重點講清掃描與中斷的區(qū)別）循環(huán)掃描為主，中斷為輔2．工作過程 三、FP0內(nèi)部資源（結(jié)合上機觀察）1．基本概念①繼電器（位）：一個二進(jìn)制存儲位②字（通道）：16個二進(jìn)制位 表示方法位地址（16進(jìn)制數(shù)）字地址（10進(jìn)制數(shù)） 如何書寫位地址和字地址 二者之間的關(guān)系 2．FP0內(nèi)部資源（重點講清各資源的使用）（1）輸入繼電器：X0~X7（外接輸入信號）（2）輸出繼電器：Y0~Y5（外接輸出信號）（3）內(nèi)部繼電器：R0~R62F(WR0~WR62)（存儲中間結(jié)果）（4）定時/計數(shù)器：T0~T99 C100~C143(可調(diào))（5）數(shù)據(jù)區(qū)：DT0~DT1659（數(shù)據(jù)采集）（6）索引寄存器：IX，IY（間接尋址）（7）特殊功能繼電器：①R9009：進(jìn)位標(biāo)志 ②R900A：標(biāo)志 ③R900B：=標(biāo)志 ④R900C：標(biāo)志 ⑤R9010：常閉 ⑥R9011：常開 ⑦R9012：交替開閉 ⑧R9013：初始閉合 ⑨R9014：初始斷開 ⑩R9018（）、R9019()、R901A()、R901B()、R901C(1S)、R901D(2S)、R901E(1min)課題小結(jié)1．PLC組成結(jié)構(gòu)。2．FP0內(nèi)部資源。課后練習(xí)1．學(xué)生親自動手組成s7300系統(tǒng)。2．如何選用PLC輸出類型。3．簡述PLC掃描工作過程。4．分析PLC、單片及工作方式主要區(qū)別。課題三 NPST軟件使用（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)1．熟悉NPSTGR系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置方法。2．掌握程序輸入、編輯、調(diào)試方法。課題重點程序輸入、編輯、調(diào)試方法教學(xué)內(nèi)容一、NPSTGR系統(tǒng)設(shè)置 師生“同步”操作，介紹正確設(shè)置及錯誤設(shè)置所引起的現(xiàn)象。1．通訊錯誤2．PLC類型錯誤3．雙重輸出錯誤4．各狀態(tài)間錯誤二、程序輸入、編輯三、程序調(diào)試第二、三部分以一個具體例子，以投影形式引導(dǎo)學(xué)生正確操作。 例題：輸入下梯形圖，并調(diào)試出來。X0Y0X1Y0 X0Y0X1Y0X2Y1X3Y1 練習(xí)：學(xué)生自行練習(xí)輸入下梯形圖，并調(diào)試出來。課題小結(jié)1．離線編輯（程序輸入、存儲、調(diào)用、刪除、插入、移動）2．在線調(diào)試（監(jiān)控、分析、錯誤排除