第一章 PLC教案文档格式.docx
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行!
不说完全不要工人,但减少人力是完全可行的,解决方案还是从机械设备上着手,提高工厂自动化、生产自动化。
另外,在21世纪的今天让一个人力周而复始的做一个机械式的动作,绝大多数的人是不愿意的。
所以普通生产力,人力成本也愈发的高涨。
提高工厂自动化、生产自动化己是大势所趋不可逆也。
提高工厂自动化、生产自动化,作为自动化行业的核心控制器——可编程控制器(PLC)已是独领风骚,及其周边的产品:
人机界面作为可编程控制器的终端,有着人与机械实现轻松对话的功能将作为可编程控制器(PLC)的一个对外窗口展示在工厂自动化、生产自动化面前,做为执行机构的步进电机、伺服电机已远远超出依靠人才能实现精确的定位式姿态,做为三相异步电动机的驱动器——变频器的普及已是无可争议等等这些自动化产品的出现,诞生了一个正在茧壮成长的自动化时代。
二、课程的性质、目的与任务
性质:
本课程是机电专业的专业课程。
目的:
通过本课程各个教学环节的教学,逐步培养学生掌握可编程控制器(PLC)的基本概念、基本原理、基本指令,并具有一定的PLC应用能力。
三、教学基本要求
《可编程控制器原理与应用》是一门实践性较强的技术课程。
通过理论教学的方式,让学生了解可编程控制器的基本原理和相关的编程软件的使用;
理解可编程控制器的编程方法以及控制程序的调试、监控方法;
掌握可编程控制器控制系统的硬件设计和简单的编程,为今后从事可编程控制器控制领域的相关工作打下扎实的基础。
四、理论教学内容与学时分配
第1章概述2学时
第2章FX系列PLC的硬件2学时
第3章FX系列PLC编程基础8学时
第4章FX系列PLC的应用指令10学时
第5章开关量控制系统梯形图设计方法6学时
第6章PLC的通信与计算机通信网络4学时
五、教学参考书
1、《可编程序控制器应用技术》,廖常初,重庆大学出版社,2007
2、《常用低压电器与可编程序控制器》,刘涳,西安电子科技大学出版社,2005
3、《电气控制与可编程控制器技术》,史国生,化学工业出版社,2004
六、考核方式
考核方法:
考试
成绩评定:
平时成绩50%(包含考勤、作业、实验、平时表现)+考试成绩50%
课堂要求:
1不允许玩手机,手机必须静音
2不允许睡觉以及讲小话
3考勤超过3次未到或迟到早退者取消考试资格
七、本章教材内容
1、PLC的结构与特点;
1、什么是可编程序控制器
可编程序控制器(ProgrammableController)简称(PLC),是在继电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的,并逐渐发展成为以微处理器为核心,将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。
它具有结构简单、可靠性高、通用性强、易于编程、使用方便等优点。
定义:
国际电工委员会(IEC)于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。
在草案中对可编程控制器定义如下:
“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”。
注:
近年来,可编程控制器发展很快,几乎每年都推出不少新系列产品,其功能已超出了上述定义的范围。
2、PLC的产生与发展
1)PLC的产生
1969年美国数字设备公司(DEC)根据美国通用汽车公司(GM)的要求研制成第一台可编程序控制器。
发展极为迅速。
产生背景:
1)继电控制系统的缺点:
通用性和灵活性差、可靠性低。
继电器控制系统体积大、耗电多、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难,对生产工艺变化的适应性差,但简单易懂、价格便宜
2)1968年,美国通用汽车公司(GM公司)为适应汽车型号不断翻新(小批量、多品种、多规格、低成本和高质量),提出要用一种新型的控制装置取代继电—接触器控制装置。
拟订了十项公开招标的技术要求:
①编程方便,可现场修改程序;
②维修方便,采用插件式结构;
③可靠性高于继电器控制装置;
④体积小于继电器控制盘;
⑤数据可直接送入管理计算机;
⑥成本可与继电器控制盘竞争;
⑦输入可为市电;
⑧输出可为市电,容量要求在2A以光上,可直接驱动接触器等;
⑨扩展时原系统改变最少;
⑩用户存储器大于4KB。
2)可编程序控制器的发展
70年代初期:
可编程序控制器仅具有逻辑运算、定时、计数等一些功能,因此称为可编程序逻辑控制器,简称PLC。
70年代中期:
70年代后随着电子技术和计算机技术的发展,微处理技术应用,PLC还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。
80年代以后:
随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展,16位和32位微处理器应用于PLC中,使PLC得到迅速发展。
PLC不仅控制功能增强,可靠性提高,功耗、体积减小,成本降低,编程和故障检测更加灵活方便,而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。
近年来:
PLC发展迅速具备了计算机功能的一种通用工业控制装置,成为现代工业自动化的三大技术支柱(PLC技术、机器人、CAD/CAM)之一。
3)PLC的主要生产厂家
欧洲:
西门子(Siemens);
法国的TE(Telemecanique)公司
美国:
A-B(Allen-Bradly)、GE(GeneralElectric)公司
日本:
三菱电机(MitsubishiElectric)、欧姆龙(OMRON)、FUJI
日本主要发展中小型PLC,其小型机性能先进,结构紧凑,价格便宜。
3、可编程控制器的特点
PLC是综合继电—接触器控制技术和计算机控制技术而开发的,是以微处理器为核心,集计算机技术、自动控制技术、通信技术于一体的控制装置,PLC具有其他控制器无法比拟的特点:
1)可靠性高,抗干扰能力强。
PLC是专门为工业环境下应用而设计的,在硬件和软件上都采用了以下可抗干扰措施:
(1)硬件措施
屏蔽:
对PLC的电源变压器、内部CPU的主要的部件采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽,防止外界的电磁干扰。
滤波:
对供电电源及I/O线路采用多中形式的滤波,以消除、抑制高频干扰。
隔离:
I/O线路采用光电隔离,有效地抑制了外部干扰源的影响;
模块化结构:
便于系统修复,减少停机时间。
(2)软件措施
采用扫描工作方式:
减少了外界的干扰;
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,一旦正常后,便可恢复到故障发生前的状态,继续原来的工作。
设置警戒时钟WDT:
PLC程序循环执行时间超过WDT规定的时间,预示程序出错,立即进行报警。
对程序进行检查和检验。
采取以上的抗干扰措施,一般PLC的平均无故障时间可达几十万小时以上。
2)编程简单,使用方便
PLC编程语言:
梯形图、指令语句、功能图。
大多数PLC采用梯形图的编程语言。
梯形图与电器控制线路图相似,具有形象、直观、易学的特点。
当生产流程需要改变时,可以现场改变程序,使用方便、灵活。
同时,PLC编程器的操作和使用也很简单。
这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。
许多PLC还针对具体问题,设计了各种专用编程指令及编程方法,进一步简化编程。
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。
PLC产品已系列化、模块化,品种齐全的各种硬件装置可供用户选用和组成满足各种要求的控制系统。
4)设计安装简单、维护方便
PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件,使得控制柜的设计、安装的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。
4、可编程控制器的应用
PLC具有体积小、可靠性高、功能强、程序设计方便、通用性强、维护方便等优点,在各个行业中有着广泛的应用,以成为现代工业控制的三大支柱(PLC、机器人和CAD/CAM)。
1)逻辑控制
利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能可实现对机床、自动生产线、电梯等的扩展。
2)位置控制
较高档次的PLC具有单轴或多轴位置控制模块,可实现对步进电动机或伺服电动机的速度和加速度的控制,确保运行平滑。
3)过程控制
PLC的模拟量输入输出和PID控制,可构成闭环控制系统,可应用于冶金、化工等行业
4)监控系统
PLC能记忆某些异常情况,并可进行数据采集。
操作人员还可利用监控命令进行生产过程的监控,及时调整相关参数。
5)集散控制
PLC与PLC,PLC与上位机之间的联网,可构成工厂自动化网络系统。
5、PLC的工作原理
1)PLC的扫描工作方式
原因:
PLC在运行时需要处理许多操作;
PLC的CPU却不能同时执行多个操作,每一时刻只能执行一个操作。
解决方法:
采用分时操作即扫描的工作方式
由于CPU的运算速度很高,从宏观上而言似乎所有的操作都是及时、迅速地完成的。
PLC的一个扫描过程包含五个阶段:
a内部处理:
检查CPU等内部硬件是否正常,对监
视定时器复位,其它内部处理。
b通信服务:
与其它智能装置(编程器、计算机)通
信。
如:
响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容。
c输入采样:
以扫描方式按顺序采样所有输入端的状态,并存入输入映象寄存器中。
(输入寄存器被刷新)。
d程序执行:
PLC梯形图程序扫描原则:
先左后右、先上后下的步序,
逐句扫描。
并将结果存入相应的寄存器。
e输出刷新:
输出状态寄存器(Y)中的内容转存到输出
锁存器输出,驱动外部负载。
扫描周期:
整个过程扫描一次所需的时间。
与CPU时钟频率、指令类型(扫描速度)、程序长短有关。
扫描周期是PLC一个很重要的指标
一般小型PLC的扫描周期为十几毫秒到几十毫秒。
注:
当PLC处于STOP状态时,只完成内部处理和通信服务工作。
当PLC处于RUN状态时,应完成全部五个阶段的工作。
2)PLC扫描工作方式的特点:
a特点:
集中采样、集中输出、循环扫描
集中采样:
对输入状态的扫描只在输入采样阶段进行。
即在程序执行阶段或输出阶段,即使输入端状态发生变化,输入映象寄存器的内容也不会改变,只有到下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入(响应滞后)。
集中输出:
在一个扫描周期内,只有在输出处理阶段才将元件映象寄存器中的状态输出,在其它阶段,输出值一直保存在元件映象寄存器中。
b优点:
提高系统的抗干扰能力。
集中采样、集中输出的扫描工作方式使PLC在工作的大部分时间与外设隔离,从根本上提高了系统的抗干扰能力,增强了系统的可靠性
c缺点:
响应滞后,降低系统的响应速度。
输入/输出滞后时间又称为系统响应时间。
输入模块滞后时间:
输入模块RC滤波电路的时间常数,典型值为10ms左右。
输出模块滞后时间:
继电器型输出:
10ms左右;
晶闸管型输出:
通电滞后时间约1ms,断电滞时的最大滞后时间10ms;
晶体管型输出:
1ms以下。
扫描工作方式引起的滞后时间最长可达两个扫描周期。
PLC总的响应延迟时间一般为几十ms。
但由于PLC的扫描速度极快,故对一般工业控制而言,此响应上的滞后完全允许。
在中、大型PLC中所需处理的I/O点数较多,用户程序较长,还采用分时分批的扫描方式或中断等的工作方式,以缩短循环扫描的周期和提高实时控制。
3)PLC的工作原理
作业处理:
P91、3、4
教学小结:
本次课主要介绍PLC在工业里的发展过程、应用领域、结构、特点、工作原理以及它的重要性,通过本章内容的学习,使学生对PLC有一个初步的认识。
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