PLC电子教案

课时教案

教学内容及过程

【本课程在专业培养课程体系中的地位】 【导入新课】

一、与PLC 的初次会面

PLC 是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller ）的缩写，是作为传统继电-接触器的替代产品出现的。国际电工委员会（IEC ）在其颁布的可编程控制器标准草案中给PLC 做了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的应用而设计。它采用可编程的存储器，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命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。”PLC 将传统的继电器控制技术和现代的计算机信息处理技术的优点有机结合起来，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制设备之一，成为现代工业生产自动化三大支柱（PLC 、CAD/CAM 、

PPT 演示讲解

巡回指导 练习巩

固

讨论交流

讲练穿

插

工业控制器

机器人）之一。

二、从传统电气控制到PLC

电气控制，是一个内容十分广泛的概念，电路的通断、电动阀门的开关、电动机的启动与调速等，都属于电气控制的范畴。传统的继电接触器控制系统具有结构简单、价格低廉、容易操作、技术难度较小等优点，被长期广泛地使用在工业控制的各种领域中。

下面分别用继电器控制元件和PLC设计了一个卷扬机的正反转控制电路。通过对控制原理的分析，认识什么是PLC？图1-3为卷扬机正反转仿真图。仿真动作见课件。

图1-3 卷扬机正反转运行控制仿真图

主电路图控制电路图

图1-4 卷扬机正反转继电器控制系统图

这种传统的继电器接触器控制方式控制逻辑清晰，采用机电合一的组合方式便于普通机类或电类技术人员维修，但由于使用的电气元件体积大、触点多、故障率大，因此，运行的可靠性较低。

PLC内部程序

主电路图PLC控制电路图

图1-5 卷扬机正反转PLC控制系统图

图1-5是PLC控制原理图。两种控制原理图中的主电路是一样的，控制电路不相同，PLC控制电路所有按钮和触点输入以及接触器线圈均接到了PLC上，从接线方面来看要简单的多，其控制功能是由PLC内部的程序决定，通过更换程序可以更改相应的控制功能，从这一点上看要比继电器控制电路方便的多。例如：要求电机停止30s后自动反向运行。对于继电器构成的控制回路则需要添加时间继电器，重新设计原理图并接线；而PLC控制回路可以不变接线，只需要修改PLC内部程序即实现新的控制功能。

电动机的传统控制方法和PLC控制方法的比较：

(1) PLC控制系统结构紧凑

(2) PLC内部大部分采用“软”逻辑

(3) PLC控制功能改变极其方便

(4) PLC控制系统制造周期短

此外，由于PLC技术是计算机控制的基础上发展而来，因此，它的软硬件设置上有着传统的继电器接触器控制无法比拟的优势，工作可靠性极高。

三、追寻PLC的发展史

20世纪60年代末期，美国的汽车制造工业竞争异常激烈。为了适应生产工艺不断更新的需要，降低成本，缩短新产品的开发周期，美国通用汽车公司（GM公司）

课时教案

可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。

（4）编程语言与指令系统

PLC的编程语言一般有梯形图、助记符、SFC（Sequential Function Chart）以及高级语言等。

（5）内部寄存器

PLC内部有许多辅助寄存器给用户提供特殊功能，以简化整个系统设计。内存寄存器的种类多少、容量大小和配置情况是衡量PLC硬件功能的一个主要指标。

（6）功能模块

常用的功能模块主要有：A/D和D/A转换模块、高速计数模块、位置控制模块、速度控制模块、轴定位模块、温度控制模块、远程通信模块、高级语言编辑模块以及各种物理量转换模块等。

（7）可扩展能力

PLC的可扩展能力主要包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展和各种功能模块的扩展等。在选择PLC时，经常需要考虑到PLC的可扩展性。

二、PLC的分类

可编程控制器产品的种类很多，一般可以从它的结构形式、输入／输出点数及功能进行分类。

（1）按结构形式分类

有整体式和模块式两种结构形式。

整体式PLC：又称单元式或箱体式，特点是结构紧凑、体积小、重量轻、价格低。

图1-6 整体式PLC 外观图

模块式PLC：将各部分以单独的模块分开，形成独立单元，使用时可将这些单元模块分别插入机架底板的插座上。特点是组装灵活，便于扩展，维修方便，可根边学边练

据要求配置不同模块以构成不同的控制系统。一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。

主基板模块式PLC

图1-7 模块式PLC 外观图

（2）按输入输出点数和内存容量分类

分为微型机、小型机、中型机、大型机、超大型机等类型。

I／O点数小于32为微型PLC；

I／O点数在32～128为微小型PLC；

I／O点数在128～256为小型PLC；

I／O点数在256～1024为中型PLC；

I／O点数大于1024为大型PLC；

I／O点数在4000以上为超大型PLC。

以上划分不包括模拟量I／0点数，且划分界限不是固定不变的。不同的厂家也有自己的分类方法。

三、PLC的选型

（1）PLC的类型的选择

从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

（2）输入输出模块的选择

输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场