1、山东工业职业学院教案授课时间2013年2月 26日2013年 2月 27 日第 1周第 1周授课节次1、27、8授课班级P12机电一P12机电二课 时 2 2本次课题： 第1章 可编程控制器概述 1.1 PLC的产生 1.2 PLC的定义 1.3 PLC的控制功能及主要特点 1.4 PLC 的分类及发展 目的要求：介绍可编程序控制器的定义、特点、分类、发展趋势 重点难点：可编程序控制器的定义、主要特点、发展趋势 参考资料：可编程控制器原理及应用 高等教育出版社 课型： 新授课 教学方法：讲授法、练习法 教具： 作业： 教学步骤： 课程：可编程控制器原理及应用 序号： 1一新课要求:上课认真听课
2、，课前要进行预习，最少要四节课的内容，认真作笔记，不懂要及时反映，多提问，作业及时上交，实验报告要认真独立完成。成绩考核：1、平时成绩占20-30%（作业，实验报告，考勤） 2、考试成绩占70-80%二. 引入新课1.1可编程控制器简介一、可编程控制器的产生和定义1969年，美国数字设备公司（GEC）首先研制成功第一台可编程序控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功，从而开创了工业控制的新局面。早期的可编程序控制器是为取代继电器控制线路、存储程序指令、完成顺序控制而设计的。主要用于：1. 逻辑运算 2. 计时，计数等顺序控制，均属开关量控制。所以，通常称为可编程序逻辑控制器（PLCPro
3、grammable Logic Controller）。进入70年代，随着微电子技术的发展，PLC采用了通用微处理器，这种控制器就不再局限于当初的逻辑运算了，功能不断增强。因此，实际上应称之为PC可编程序控制器。至80年代，随大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PC得到了惊人的发展。使PC在概念、设计、性能、价格以及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支
4、柱。定义：可编程控制器是一种数字运算电子系统，专为在工业环境应用而设计。它采用可编程序的存储器，用于存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输人输出，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控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的设计。可编程序控制器是工业专用微机控制装置，具有典型的计算机结构，用其构成的控制系统也是典型的工业控制系统。二、可编程控制器的功能及特点n 可靠性高，抗干扰能力强 在硬件和软件方面采取了多种措施，使PC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PC具有了很强的抗
5、干扰能力。四、可编程序控制器的分类1.可编程序控制器的分类(1)根据I/O点数、存贮器容量分：小型、中型和大型三类。(2)按照结构形状分类：整体式和模块式。(3)按PLC功能的强弱分：低档机、中档机、高档机。2. 可编程序控制器的主要性能指标小结：，可编程序控制器是在继电器顺序控制基础上发展起来的，以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通讯技术的通用自动控制装置。因其简单易懂，操作方便，可靠性高等优点，获得了广泛的应用，与机器人、计算机辅助设计/制造成为现代控制三大之柱。山东工业职业学院教案授课时间2013年2月 28日2013年 2月 29日第 1 周第 1 周授课节次7、83、
6、4授课班级P12机电二P12机电一课 时 2 2本次课题： 第2章 可编程控制器构成原理 2.1可编程控制器的基本组成 2.2可编程控制器的工作原理 目的要求：掌握PLC的组成、各部分的功能、工作原理 重点难点： PLC的组成及功能、工作原理 参考资料：可编程控制器原理及应用 高等教育出版社 课型： 新授课 教学方法：讲授法、练习法 教具： 作业： 教学步骤： 课程：可编程控制器原理及应用 序号： 2a. 复习（5分钟）b. 引入新课2.1可编程控制器的基本组成一、PLC的基本组成可编程控制器实质上是一种工业控制计算机，主要由四部分组成 ：中央处理单元（CPU板）、存储器、输入输出（I/O）单
7、元和电源和编程器等组成。图33可编程控制器的组成 (1)CPU：与通用微机CPU一样，它是PLC的核心。1）CPU的作用： (1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令 (2)将各种输入信号取入 (3) 把运算结果送到输出端 (4) 响应各种外部设备的请求 2)CPU的类型： （1）通用处理器：8086、80286、80386 （2）单片机芯片：8031、8096 （3）位片式微处理器：AMD-2900 小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU 中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU 大型PLC多采用高速位片式微处理器 (2)PLC有系统存储器和用户存储器，前者用作存储监控程
8、序、模块化应用子程序和各种系统参数等。后者用作存放用户程序。系统存储器的内容，用户通常不能直接存取，因此，存储器的容量是指用户存储器的容量。 存储器在硬件上，动态装载部分一般采用RAM，程序存储和备份部分则采用UVEP-ROM(紫外光擦除)、CMOSRAM(后备电池)等。(3)输入、输出接口采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。1) 输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。PLC内部输入电路作用是将PLC外部信号送至PLC内部电路。输入接点分为干接点式，直流输入式和交流输入式三大类。2)输出接口作用：将主机向外输出的信号转
9、换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。PLC输出电路结构形式分为继电器式，双极型和晶闸管式等三种。继电器 - 低速大功率可控硅 - 高速大功率晶体管 - 高速小功率 (4)电源单元1. 把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。2. 有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。3. 可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。(5) 各种接口、高功能模块：小型机：有接口可扩展。 2.2可编程控制器的工作原理一、工作过程可编程控
10、制器通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序，实现控制任务。PLC采用循环顺序扫描方式工作，CPU在每个扫描周期的开始扫描输入模块的信号状态，并将其状态送入到输入映像寄存器区域；然后根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号，并将处理结果送到输出映像寄存器区域，在每个扫描周期结束时，送入输出模块。PLC的工作原理建立I/O映像区I/O映象区的大小与系统控制的规模有关 输入点总有输入映象区的某一位与之相对应 PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映象区对应的位上；将运算的结果存放到输出映象区对应的位上。PLC在执行用户程序时所需“输入继电器”、“输出继电器”的数据取用于I/O映象区，而不直
11、接与外部设备发生关系 。 二、技术性能指标1、I/O点数2、存储容量3、扫描速度4、指令系统5、可扩展性6、通信功能小结：可编程控制器是以计算机为控制核心的控制装置。先从PLC的硬件电路分析入手，介绍了PLC的结构及I/O电路形式和电路原理，分析了PLC的工作原理和技术指标。山东工业职业学院教案授课时间2013年3月 4日2013年 3月 5 日第 2周第 2周授课节次1、27、8授课班级P12机电一P12机电二课 时 2 2本次课题： 第3章 S7-200系列可编程控制器 3.1 S7-200系列PLC的构成 目的要求：了解输入/输出电路结构 掌握PLC扫描周期的5个阶段 重点难点：可编程序
12、控制器扫描周期的五个阶段 参考资料：可编程控制器原理及应用 高等教育出版社 课型： 新授课 教学方法：讲授法、练习法 教具： 作业： 教学步骤： 课程：可编程控制器原理及应用 序号： 3a. 复习（5分钟）b. 引入新课3.1 S7-200系列PLC的构成S7系列PLC分为S7-400、S7-300和S7-200等大、中、小（微）三个子系列。一.S7-200PLC的系统配置1.基本单元CPU 224主机的结构外形 组成: CPU模块的顶部端子盖内 ：电源及输出端子 底部端子盖内 ：输入端子及传感器电源 中部右侧前盖内 ：CPU工作方式开关（RUN/STOP）、模拟调节电位器和扩展I/O接口 左
13、侧 ：状态指示灯LED、存储卡、及通讯口 状态指示灯 显示CPU的工作方式、本机I/O的状态、系统错误状态。存储卡（EEPOM卡）可以存储CPU程序。RS-485的串行通讯端口 PLC主机实现人一机对话、机机对话的通道。实现PLC与上位计算机的连接，实现PLC与PLC、编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备的连接。 扩展接口 PLC主机与输入、输出扩展模块的接口，作扩展系统之用。主机与扩展模块之间由导轨固定，并用扩展电缆连接。2. 个人计算机（PC）或编程器3STEP7-Micro/WIN32编程软件STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是创建、编辑、调试用户程序、组态系统等4
14、通讯电缆通讯电缆是PLC用来与个人计算机（PC）实现通讯的。可以用PC/PPI电缆（RS232RS485），也可用一个通讯处理器（CP）和多点接口（MPI）电缆，或者用一块MPI卡及随MPI卡提供的一根通讯电缆。5人机界面人机界面主要指专用操作员界面，例如操作员面板、触摸屏、文本显示器等，这些设备可以使用户通过友好的操作界面轻松地完成各种调整和控制的任务。二、S7-200CPU224PLC主机简介S7-200 CPU22X系列产品： CPU221模块、CPU222模块、CPU224模块、CPU226模块、CUP226XM模块。 CPU224模块I/O总点数为24点（14/ 10 点），可带7个
15、扩展模块； 用户程序存储器容量为4K字； 内置高速计数器，具有PID控制的功能； 有2个高速脉冲输出端和1个RS-485通讯口； 具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由口协议的通讯能力。 CPU 224外部电路接线电路图 输入电路采用了双向光电耦合器，24V DC极性可任意选择， 1M、2M为输入端子的公共端。1L、2L为输出公共端。 CPU224另有24V、280mA电源供PLC输入点使用。14个数字量输入点(图3.2)分成二组 ：1. 第一组由输入端子I0.0I0.7共8个输入点组成 ，每个外部输入的开关信号均由各输入端子接出，经一个直流电源终至公共端1M。2. 第二组由输入端子I1.0
16、I1.5共6个输入点组成，各输入端子的接线与第一组类似，公共端为2M。由于是直流输入模块，所以采用直流电源作为检测各输入接点状态的电源（用户提供）。M、L+两个端子提供24VDC/400mA传感器电源，可以为传感器提供电源，也可以作为输入端的检测电源使用。10个数字量输出点 分成三组 ：1. 第一组由输出端子Q0.0Q0.4共5个输出点与公共端1L组成,每个负载的一端与输出点相连，另一端经电源与公共端相连。2. 第二组由输出端子Q0.5Q0.7 ,Q1.0Q1.1共5个输出点与公共端2L组成 对于继电器输出方式，既可带直流负载，也可带交流负载。负载的激励源由负载性质确定。输出端子排的右端N、L
17、1端子是供电电源120/240VAC输入端。该电源电压允许范围为85264VAC。S7-200 CPU存储器系统 S7-200 CPU存储器系统由RAM和EEPROM两种存储器构成。小结：通过本节学习，掌握可编程序控制器的基本结构山东工业职业学院教案授课时间2013年3月 6日2013年 3月 7日第 2 周第 2 周授课节次7、83、4授课班级P12机电二P12机电一课 时 2 2本次课题： 第3章 S7-200系列可编程控制器 3.2 S7-200系列PLC内部器件 目的要求：S7-200系列PLC编程元件的了解 掌握S7-200系列元件地址分配和操作数范围 重点难点：S7-200系列PL
18、C系统配置的理解 掌握内部元件地址分配和操作数范围 参考资料：可编程控制器原理及应用 高等教育出版社 课型： 新授课 教学方法：讲授法、练习法 教具： 作业： 教学步骤： 课程：可编程控制器原理及应用 序号： 4a. 复习（5分钟）b. 引入新课3.2 S7-200系列PLC内部器件可编程控制器在系统软件的管理下，将用户程序存储器划分为若干个区，并将这些区域赋予不同的功能，由此组成了各种内部器件，PLC内部器件的种类和数量因不同厂家、不同系列、不同规格而异，内部器件的种类及数量越多，其功能就越强。这些内部器件沿用了传统继电器控制线路中继电器的名称，并根据其功能，分别称为输入继电器、输出继电器、
19、内部继电器、保持继电器、定时器、计数器等等。存储器3.2.1数据存储类型及寻址方式S7-200数据寻址方式有立即数寻址、直接寻址和间接寻址三大类。 立即数寻址：#100 直接寻址：位寻址如上图。 字节、字、双字寻址 （直接寻址） 例：VB100、VW100、VD100 间接寻址： 例：MOVW AC1，AC0 时表示该操作数为地址指针。 指令功能：将AC1作为内存地址指针，把以AC1中内容为起始地址的内存单元的16位数据送到累加器AC0中。3.2.2 S7-200数据存储区及元件(内部资源)的功能1. 输入输出映像寄存器：S7-200 PLC编址范围（I0.0I15.7） 输入映像寄存器（该区
20、域可以按位操作又称输入继电器） 输入继电器线圈由外部信号驱动，常开触点和常闭触点供用户编程使用。输出映像寄存器：S7-200 PLC编址范围（Q0.0Q15.7） 输出映像寄存器（又称输出继电器）是用来将PLC的输出信号传递给负载，线圈用程序指令驱动。PLC的每一个I/O点都是一个确定的物理点。 CPU 224主机有I0.0I0.7，I1.0I1.5共14个数字量输入端点，Q0.0Q0.7、Q1.0、Q1.1共10个数字量输出端点。在编程时，通过使用输入继电器的触点，无限制地使用输入继电器的状态。输出继电器同输入继电器。输出继电器与其它内部器件的一个显著不同在于它有一个且仅有一个实实在在的物理
21、动合触点，用来接通负载。这个动合触点可以是有触点的（继电器输出型），或者是无触点的（晶体管输出型或双向晶闸管输出型）。2. 变量存储器V：用以存储运算的中间结果和其它数据。 CPU 224有VB0.0VB5119.7的5K存储字节。可按位、字节、字或双字使用。3. 内部标志位（M）存储区 M作为控制继电器（又称中间继电器），用来存储中间操作数或其它控制信息。S7-200 PLC编址范围M0.0M31.7，可以按位、字节、字或双字来存取存储区的数据。4. 顺序控制继电器（S）存储区S又称状态元件，以实现顺序控制和步进控制。S7-200 PLC编址范围S0.0S31.7，可以按位、字节、字或双字来
22、存取数据。5. 特殊标志位（SM）存储器CPU 224编址范围SM0.0 SM179.7，共180个字节。其中SM0.0SM29.7的30个字节为只读型区域。 SMB0为状态位字节，在每次扫描循环结尾由S7-200 CPU更新，定义如下： SM0.0 RUN状态监控，PLC在运行RUN状态，该位始终为1。 SM0.1 首次扫描时为1，PLC由STOP转为RUN状态时，ON（1态）一个扫描周期，用于程序的初始化。 SM0.2 当RAM中数据丢失时，ON一个扫描周期，用于出错处理。 SM0.3 PLC上电进入RUN方式，ON一个扫描周期。 SM0.4分脉冲，该位输出一个占空比为50的分时钟脉冲。用作时间基准或简易延时。 SM0.5秒脉冲，该位输出一个占空比为50的秒时钟脉冲。可用作时间基准。 SM0.6 扫描时钟，一个扫描周期为ON（高电平），另一为OFF（低电平）循环交替。 SM0.7 工作方式开关位置指示，0为TERM位置，1为RUN位置。为1时，使自由端口 通讯方式有效。 SMB1为指令状态位字节，常用于表及数学操作，部分位定义如下： SM1.0 零标志，运算结果为0时，该位置1。 SM1.1 溢出标志，运算结果溢出或查出非法数值时，该位置1 。 SM1.2 负数标志，数学运算结果为负时，该位为1。6. 局部存储器（L）S7-200有64个字
