PLC原理与应用授课计划教案

清华大学研究生院

PLC原理与应用授课计划教案

（2017-2018学年度第一学期）

课程名称PLC原理与应用____________

任课教师姓名____________________________

任课教师职称____________________________

系、部名称______________________________

系、部主任签字__________________________

制订日期:年月0

课程教学安排表

授课班级

总课时96

已完成课时数60

本学期课时数96

本学期理论时数64

本学期实训时数

作业数量每个班6次平时测验2每个班次

必修课校级公共课口；专业基础课/专业课口

课程类型

选修课限选课口；任选课口

课程评价方式考试7；考查口

本课程主要教学内容安排表

序号教学主要章节或模块学时

1任务一可编程序控制器的基本认识4

2任务二可编程序控制器的组成及原理12

3任务三可编程序控制器的性能指标及分类8

4任务四西门子S7-200系列PLC的数据类型及内部元件8

5任务一三相交流异步电动机单向运转的PLC控制8

6任务二三相交流异步电动机正反转的PLC控制8

7任务三三相交流异步电动机降压起动的PLC控制8

8任务一LED数码显示控制8

9任务二学校响铃控制8

10任务一电梯运行PLC控制10

11任务二十字路口交通灯PLC控制应用10

12机动4

采用教材及教学大纲情况表

教材名称PLC原理与应用主编廖常初

基本教材教材类型规划教材7自编教材口其它口

出版社机械工业出版社

教材名称PLC原理与实践主编殷洪义

参考教材教材类型规划教材口自编教材口其它口

出版社清华大学出版社

教学大纲实施性教学大纲：有口无口

教学内容

增减情况

序周时

号次课程教学主要内容布置作业教学手段

数

4任务一可编程序控制器的基本认识有多媒体、讲授法、案例法

12任务二可编程序控制器的组成及原理有多媒体、讲授法、案例法

8任务三可编程序控制器的性能指标及分类多媒体、讲授法、案例法

8任务四西门子S7-200系列PLC的数据类有多媒体、讲授法、案例法

型及内部元件

8任务一三相交流异步电动机单向运转的多媒体、讲授法、案例法

PLC控制

8任务二三相交流异步电动机正反转的有多媒体、讲授法、案例法

PLC控制

8任务三三相交流异步电动机降压起动的有多媒体、讲授法、案例法

PLC控制

8任务一LED数码显示控制多媒体、讲授法、案例法

8任务二学校响铃控制多媒体、讲授法、案例法

10任务一电梯运行PLC控制多媒体、讲授法、案例法

10任务二十字路口交通灯PLC控制应用有多媒体、讲授法、案例法

4机动

、备注：PLC发展历史

1.PLC发展的几个阶段：初创阶段、扩展阶段、实现通信功能、开放阶段

2.我国PLC的发展

3.PLC发展的特征：功能的发展、适应控制要求、适应适应工业环境的要求

二、PLC的定义、分类、特点

1.定义：专门在工业环境下应用而设计的进行数字运算操作的电子装置

2.分类：按硬件结构分

按应用规模分

3.特点：编程简单、性价比高、抗干扰能力强

三、PLC的功能和应用

开关逻辑和顺序控制、模拟控制、定时控制、数据处理、通信联网

四、PLC与其它工业控制系统的比较

1.PLC与继电器控制系统的比较

2.PLC与DCS的比较

五、PLC的基本结构工作原理

1.基本结构：主机系统、输入/输出扩展环节、外部设备

2.工作原理：输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。

六、PLC的发展趋势

•教学小结与拓展：

1、PLC的基本结构工作原理

2、PLC的功能和应用

3、PLC与其它工业控制系统的比较

•布置作业或思考题：

简述PLC的基本结构工作原理

教案首页

-学年第一学期顺序号：（2）

主讲教师职称系、部

本教案

课程名称PLC原理与应用

授课学时

本次课标题PLC技术概述

年月日

授课班级

年月日

及时间

年月日

以西门子公司生产的S7-200系列小型可编程序控制器为例，了解可编程序控制

教学目标器的系统组成，了解PLC扫描周期及工作方式，了解I/O扩展。

一、S7-200PLC系统基本构成

二.主机结构

教学

主要内容三.扫描周期及工作方式

四.输入输出扩展

1、S7-200PLC系统组成

教学重点、

难点

2、工作方式

教学手段、

讲授、多媒体

方法

•新课导入:

复习上次内容，导入本次课内容

•教学过程和教学内容设计：

—.S7-200PLC系统基本构成

SIMATICS7-200系统由硬件和工业软件两大部分构成，如图3.1所示。

计算机少工业软件

-一

E

CPUEM1EM2Mnl

扩

扩展w展

模

主机*扩展块

一

模块模块一

;或士

TD200TP/UI其他

文本触摸屏及陶设备设备

显木器

图3.1S7-200PLC系统组成

系统基本构成：

1.硬件

(1)基本单元

(2)扩展单元

(3)特殊功能模块

(4)相关设备

2.工业软件

工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要由标

准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成。

二.主机结构

1.各CPU介绍及I/O系统

(1)主机外形

SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机(CPU模块)的外形如图3.2所示：

图3.2S7-200主机外形

(2)基本结构特点

1、输出信号类型

2、电源输出

3、基本I/O

4、存储安全

5、高速反应

6、模拟电位器

7、实时时钟

8、输入输出可扩展性

4种CPU各有晶体管输出和8继电器输出两种类型，具有不同电源电压和控制电压。各类型的型号如表3.1

所示。

CPU类型电源电压输入电压输出电压输出电流

DC输出

24V24V24VDU0.75A,晶体管

DC输入DCOC

CPU221

继电器输出

24Vg继电器

264V自仁24VDC2A,

DC输入24^230VAC

DC输出0.75A,晶体管

CPU22224VDC24VOC24Vg

CPU224

叱

CPU22624V继电器

继电器输出85-264VAC24VDC2A.

24^230VAC

表3.1CPU型号

SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机及I/O特性如表3.2所示。

型号主机摘出类里主机输入点数主机输出点数可扩展模块数

CPU221DC罐电器64无

CPU222DC解电器862

CPU224DC悭电器14107

CPU226DC雌电器24167

表3.2主机及I/O特性

2.存储系统

(1)存储系统

图3.3存储系统

表3.3存储容量

主机CPU类型CPU221CPU221CPU221CPU221

用户程库区存储客量2048字2048字4096字4096字

用户被据区存储客量1024字1024字2560字2560字

用户存楮器类型EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM

(2)存储器及使用

上装和下装用户程序

定义存储器保持范围

用程序永久保存数据

存储器卡的使用

(3)存储安全

1)主机CPU模块内部配备的EEPROM,上装程序时，可自动装入并永久保存用户程序、数据和CPU的组态

数据。

2)用户可以用程序将存储在RAM中的数据备份到EEPROM存储器。

3)主机CPU提供一个超级电容器，可使RAM中的程序和数据在断电后保持几天之久。

4)CPU提供一个可选的电池卡，可在断电后超级电容器中的电量完全耗尽时，继续为内部RAM存储器供电,

以延长数据所存的时间。

5)可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方便地备份和装载程序和数据。

三.扫描周期及工作方式

1.扫描周期

(1)输入处理

(2)执行程序

(3)处理通信请求

(4)执行CPU自诊断测试

(5)写数字输出

读输入

执行程序

处理通信请求

2.工作方式

(1)STOP方式

(2)RUN方式

3.改变CPU工作方式的方法

1)用PLC上的方式开关来手动切换，方式开关有3个挡位。

2)用STEP7-Micro/Win32编程软件，应首先把主机的方式开关置于TERM或RUN位置，然后在此软件平台用

鼠标单击STOP和RUN方式按钮即可。

3)在用户程序中用指令由RUN方式转换到STOP方式，前提是程序逻辑允许中断程序的执行。

四.输入输出扩展

1.设备连接

(a)面板安装(b)标准导轨安装

图3.5I/O扩展示意图

2.最大I/O配置的预算

(1)映像寄存器数量

(2)电流提供

各CPU所能提供的最大5VDC电流如表3.4所示。

表3.4CPU提供的电流

CPU型号221222224226

最大V展电端(mA)03406601000

(3)模块电流

•教学小结与拓展：

1、S7-200PLC系统基本构成

2、主机结构

3、扫描周期及工作方式

4、输入输出扩展

•布置作业或思考题：

简述PLC的基本结构工作原理

教案首页

-学年第学期顺序号：(3)

主讲教师职称系、部

本教案

课程名称PLC原理与应用2

授课学时

本次课标题STEP7编程软件介绍

年月日

授课班级

年月日

及时间

年月日

1、编程软件的安装及窗口组件、STEP7编程软件的主要编程功能、程序的调试与监

教学目标控；

2、项目管理，要求熟悉编程软件的使用

一.STEP7概述

二.STEP7-Mirco/WIN主要编程功能

五.项目管理

教学

主要内容

四.程序的调试与监控

三.通信

1、STEP7编程软件的主要编程功能、程序的调试与监控

教学重点、

难点

2、编程软件的使用

教学手段、

讲授、多媒体

方法

•新课导入：

复习上次内容，导入本次课内容

•教学过程和教学内容设计：

一.STEP7概述

S7-200可编程控制器使用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行编程。

STEP7-Micro/WIN32编程软件是基于Windows的应用软件，功能强大，主要用于开发程

序，也可用于适时监控用户程序的执行状态。加上汉化后的程序，可在全汉化的界面

下进行操作。

二.STEP7-Mirco/WIN主要编程功能

三.通信

四.程序的调试与监控

五.项目管理

•教学小结与拓展：

STEP7-Mirco/WIN主要编程功能

•布置作业或思考题：

简述PLC的基本结构工作原理

教案首页

-学年第一学期顺序号：（4）

主讲教师职称系、部

本教案

课程名称PLC原理与应用2

授课学时

本次课标题S7-200系列可编程序控制器基本知识

年月日

授课班级

年月日

及时间

年月日

练习使用STEP7-Micro/WIN32编程软件

教学目标

一.STEP7概述

二.STEP7-Mirco/WIN主要编程功能

三.通信

教学

主要内容

四.程序的调试与监控

五.项目管理

1、程序的输入和编辑方法

教学重点、

2、程序的编辑

难点

教学手段、

讲授、多媒体

方法

•新课导入：

复习上次内容，导入本次课内容

•教学过程和教学内容设计：

一.实训目的

(1)认识S7-200系列可编程控制器及其与PC机的通信。

(2)练习使用STEP7-Micro/WIN32编程软件。

(3)学会程序的输入和编辑方法。

(4)初步了解程序调试的方法。

二.内容及指导

(1)PLC认识

(2)开机(打开PC和PLC)并新建一个项目。

(3)检查PLC和运行STEP7-Micro/WIN

(4)选择指令集和编辑器。

(5)输入、编辑如图3-29所示梯形图，并转换成语句表指令。

(6)给梯形图加POU注释、网络标题、网络注释。

(7)编写符号表.

(8)编译程序。并观察编译结果。

三.结果记录

(1)认真观察PLC基本单元上的输入/输出指示灯的变化，并记录。

(2)总结梯形图输入及修改的操作过程。

(3)写出梯形图添加注释的过程。

四.思考题

•教学小结与拓展：

STEP7-Mirco/WIN主要编程功能

•布置作业或思考题：

1.如何建立项目？

2.如何在LAD中输入程序注解？

3.如何下载程序？

4.如何在程序编辑器中显示程序状态？

5.如何建立状态图表？

6.如何执行有限次数扫描？

教案首页

-学年第学期顺序号：(5)

主讲教师职称系、部

本教案

课程名称PLC原理与应用2

授课学时

本次课标题基本位逻辑指令与应用

年月日

授课班级

年月日

及时间

年月日

1、使学生掌握LD、LDN指令的使用。2、使学生掌握A、AN指令的使用。3、

教学目标

使学生掌握0、0N指令的使用。

一、逻辑取(装载)及线圈驱动指令

二、3.触点并联指令：0(OR),ON(ORNOT)

教学

主要内容

三、触点串联指令A(And),AN(Andnot)

1、梯形图和指令表之间的互换

教学重点、

难点2、指令的灵活使用

教学手段、

讲授、多媒体

方法

•新课导入:

复习上次内容，导入本次课内容

•教学过程和教学内容设计：

一、逻辑取(装载)及线圈驱动指令

(先介绍基本指令在企业现场中的用途，引起学生的兴趣后引入新课)

利用多媒体教学网络系统教师机对学生的每一台计算机实行广播控制，播放教学软件课件中第四章的第

二节内容。边播放边讲解以下内容：

1、讲解逻辑取(装载)及线圈驱动指令定义

2、通过实例讲解逻辑取(装载)及线圈驱动指令格式。

3、逻辑取(装载)及线圈驱动指令使用说明

二、触点串联指令A(And),AN(Andnot)

1、讲解触点串联指令定义

2、通过实例讲解触点串联指令格式。

3、触点串联指令使用说明

三、3.触点并联指令：0(OR),ON(ORNOT)

1、讲解触点并联指令定义

2、通过实例讲解触点并联指令格式。

3、触点并联指令使用说明

课堂练习

主要是通过实验来完成

1、把教学软件的“实验实训指导”部分导出来，进入到“实验一逻辑指令”

2、按“实验实训指导”输入教师给定的程序，验证逻辑关系

3、根据“实验实训指导”的要求，编制并运行程序。

•教学小结与拓展：

一、逻辑取(装载)及线圈驱动指令

二、3.触点并联指令：0(OR),ON(ORNOT)

三、触点串联指令A(And),AN(Andnot)

•布置作业或思考题：

1、布置作业：

P100第1、2题

2、提出“如果不是触点与触点的串联(或并联)应该怎么用程序来实现”这么一个新问题，使学生为

下一节课作好准备。

教案首页

-学年第一学期顺序号：(6)

主讲教师职称系、部

本教案

课程名称PLC原理与应用2

授课学时

本次课标题逻辑块指令

12机电一班年9月日

授课班级

年月日

及时间

年月日

1、使学生掌握OLD、ALD指令的使用。

教学目标

2、使学生掌握OLD、ALD指令的使用。

一、ALD指令

教学

主要内容二、OLD指令

2、梯形图和指令表之间的互换

教学重点、

难点2、块指令的灵活使用

教学手段、

讲授、多媒体

方法

•新课导入:

复习上次内容，导入本次课内容

•教学过程和教学内容设计：

一、ALD指令

功能：实现多个指令块的“与”运算。

例：如图3.6所示表示了ALD指令的使用o

梯形图指令表

LD10.0

010.1

LD10.2

010.3

ALD

=Q0.0

图3.6ALD指令的使用

表示Q0.0=(I0.0+I0.1)(I0.2+I0.3)每个指令块以初始加载(LI指令开始。

ALD指令使用说明：

①分支电路(并联电路块)与前面电路串联连接时，使用ALD指令。分支的起始点用LD、LDN

指令，并联电路块结束后，使用ALD指令与前面电路串联。

②如果有多个并联电路块串联，顺次以ALD指令与前面支路连接，支路数量没有限制。

③ALD指令无操作数。

ALD执行情况见表3.3指令

表3.3指令ALD执行情况

名称执行执行说明

前后

STACKO10假设执行前，S0=LSl=0

STACK10S2本指令对堆栈中的第一层so

STACK2S2S3和第二层S1的值进行逻辑与运

STACK3S3S4算，结果放回栈顶。

STACK4S4S5即：SO=SO*S1=1*O=O执行完

STACK5S5S6本指令后堆栈串行上行1格，深

STACK6S6S7度减1

STACK7S7S8

STACKSS8X

二、OLD指令

功能：实现多个指令块的“或”运算。

程序如图3.7所不

指令表

LD10.0

A10.2

LD10.1

A10.3

OLD

Q0.0

图3.7OLD指令的使用

OLD指令使用说明：

①几个串联想支路并联连接时，其支路的起点以LD、LDN开始，支路终点用OLD指令。

②如需将多个支路并联，从第二条支路开始，在每一支路后面加OLD指令。用这种方法编程，对并联

支路的个数没有限制。

③OLD指令无操作数。

指令OLD的执行情况见表3.4

表3.4指令OLD的执行情况

名称执行前执行后说明

STACK0110假设执行前，S0=LSl=0

STACK10S2.本指令对堆栈中的第一层so

STACK2S2S3和第二层S1的值进行逻辑或运

STACK3S3S4算，结果放回栈顶。

STACK4S4S5即：SO=SO+S1=1+0=0执行完

STACK5S5S6本指令后堆栈串行上行1格，深

STACK6S6S7度减1

STACK7S7S8

STACK8S8X

•教学小结与拓展：

一、逻辑取(装载)及线圈驱动指令

二、3.触点并联指令：0(OR),ON(ORNOT)

三、触点串联指令A(And),AN(Andnot)

•布置作业或思考题：

1、布置作业：

P100第1、2题

2、提出“如果不是触点与触点的串联(或并联)应该怎么用程序来实现”这么一个新问题，使学生为

下一节课作好准备。

教案首页

一学年第一学期顺序号：(7)

主讲教师职称系、部

本教案

课程名称PLC原理与应用2

授课学时

本次课标题置位/复位和脉冲微分指令

12机电一班年月日

授课班级

年月日

及时间

年月日

1、使学生掌握置位/复位指令的使用。

教学目标

2、使学生掌握脉冲微分指令的应用。

一、S/R（置位/复位）指令

教学

主要内容二、EU/ED指令

3、梯形图和指令表之间的互换

教学重点、

难点2、块指令的灵活使用

教学手段、

讲授、多媒体

方法

•新课导入:

复习上次内容，导入本次课内容

•教学过程和教学内容设计：

一、S/R（置位/复位）指令

S：置“1”（置位指令），强制的将位存储区的指定位开始的N个同类存储位置位。

R：置“0”指令（复位指令），强制的将位存储区的指定位开始的N个同类存储位复位。程序举例见图

3.10和3.11：

LD10.0

A10.1

=Q1.0

LD10.0

A10.1

SQ0.0,1

RQ0.2,3

（b）语句表

10.0_I

10.1

Q1.0

Q0.0---------

Q0.2〜Q0.4

(c)时序图

图3.10置位复位指令的使用⑴

Network1NetworkTitle

Network1

I0.010.1Q1.0LD10.0

A10.1

—II-------1I——C)=Q1.0

Network2

Network2

I0.010.1QO.OLDIo

AIo

—II-------1I—T-<SQo

RQO

Q0.2

」R)

3

10.0

10.1

QI.0

Q0.0

Q0.2-Q0.4____________________________

图3.11置位复位指令的使用（2）

注意：对同一元件可以多次使用S/R指令（与=指令不同）。但是由于扫描工作方式，故写在后面的指令

优先权。在存储区的一位或多位被置位（复位）后，不能自己恢复，必须用复位（置位）指令由“1"（“0”）

跳回到“0"（“1”）。它们的操作数见表3.8所示。

表3.8置位和复位操作数

操作数范围类型

位bitI,Q,M,SM,TC,V,S,LBOOL型

数量NVB.IB,QB,MB,SMB,LB,SB,AC,*VD,*AC,*LDBYTE型

二、EU/ED指令

这两个指令在梯形图中以触点形式使用。用于检测脉冲的正跳变（上升沿）或负跳变（下降沿）的指令。

这两条指令都没有操作数。

EU：正跳变微分指令，正跳变触点检测到脉冲的每一次正跳变后，使指定继电器接通一个扫描周期，

然后复位。

ED：负跳变微分指令，负跳变触点检测到脉冲的每一次负跳变后，使指定继电器接通一个扫描周期，

然后复位。

梯形、语句表及程序的时序波形图如下图3.12所示：

LDI8

Eu

-MSo

LDM

Sos.

QvAX1

LDI8

ED

-8

MX1

LS

DM-1

R8

QoX1

M0.1QO.O

--1|----(R)(b)语句表

1

(a)梯形图

10.0

MOOn________________________

10.1_________________________

MO.In

QO.O

(c)时序图

图3.12微分指令的应用

当检测到10.0上升沿时，M0.0仅ON一个扫描周期。当检测到10.1的下降沿时，M0.1仅ON一个扫描

周期。

•教学小结与拓展：

一、S/R(置位/复位)指令

二、EU/ED指令

•布置作业或思考题：

1、布置作业：

P100第1、2题

2、提出“如果不是触点与触点的串联(或并联)应该怎么用程序来实现”这么一个新问题，使学生为

下一节课作好准备。

教案首页

-学年第学期顺序号：(8)

主讲教师职称系、部

本教案

课程名称PLC原理与应用