高中教育《工厂电气控制与可编程序控制器》教学课件

《工厂电气控制与可编程序控制器》教学课件课程简介和目标课程目标掌握工厂电气控制系统基本理论、原理和应用。熟悉可编程序控制器（PLC）的工作原理、编程方法和应用技术。课程目标培养学生独立分析、解决工厂电气控制系统实际问题的工程能力。掌握工业自动化系统的设计、调试、维护等技能。工厂电气控制系统概述系统概述工厂电气控制系统是现代工业生产过程的关键组成部分。它负责控制生产过程中的各种设备，如电机、阀门、传感器等。控制类型常见的控制类型包括继电器控制、程序控制、计算机控制等。可编程序控制器（PLC）作为一种重要的控制单元，在工厂电气控制系统中发挥着至关重要的作用。电气控制系统的组成电源部分提供整个电气控制系统所需的电力，包括电源变换、配电等。执行部分由各种执行机构组成，如电机、电磁阀、气缸等，根据控制信号驱动设备执行动作。控制部分包括PLC、继电器、传感器、开关等，负责接收控制信号，根据设定程序发出控制指令。检测部分由各种传感器组成，检测生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等，并将检测信息反馈给控制部分。电气控制常见设备电机电机是工厂电气控制系统中使用最广泛的设备之一，负责驱动各种机械设备运转。传感器传感器是工厂电气控制系统的重要组成部分，用于检测各种物理量，并将检测信息传递给控制系统。开关开关是工厂电气控制系统中常用的控制元件，用于控制电路的通断，实现对设备的启动、停止、转换等操作。继电器继电器是一种电磁控制元件，通过控制线圈通断来控制主电路的通断，实现对设备的控制。电气控制系统常见故障分析1电源故障电源电压过高、过低或波动，可能导致设备无法正常运行，甚至损坏设备。2控制信号故障控制信号丢失、错误或中断，可能导致设备无法正常执行指令或出现错误操作。3执行机构故障执行机构损坏或失效，无法正常执行控制信号，导致设备无法正常运行。4检测信号故障传感器损坏或失效，无法正常检测生产过程中的参数，导致控制系统无法获得准确信息。可编程序控制器简介定义可编程序控制器（PLC）是一种专门为工业控制应用而设计的数字电子计算机。特点PLC具有抗干扰能力强、编程灵活、功能强大、可靠性高、易于维护等特点，广泛应用于各种工业自动化控制系统。PLC硬件结构和功能1中央处理器（CPU）负责执行程序、控制系统运行。2存储器存储程序、数据和参数。3输入/输出接口连接外部设备和传感器，传递控制信号和数据。4电源模块提供PLC运行所需的电源。PLC输入输出系统1输入模块接收来自传感器和开关等设备的输入信号。2输出模块发出控制信号，驱动电机、阀门等执行机构。PLC编程语言阶梯图模仿继电器控制电路的图形化编程语言，直观易懂。指令表类似于汇编语言，用指令代码表示程序逻辑，功能强大。功能块图用图形符号表示程序功能，结构清晰、易于维护。结构化文本语言类似于高级编程语言，具有较强的逻辑表达能力和可读性。阶梯图编程基础基本元素包括触点、线圈、指令等，用于构建控制逻辑。编程步骤根据控制要求，将控制逻辑用阶梯图表示出来，并转换成PLC可执行的程序代码。阶梯图编程实例演示循环控制语句1FOR循环用于重复执行一段程序，直到满足条件为止。2WHILE循环用于重复执行一段程序，只要满足条件就继续执行。3REPEAT循环用于重复执行一段程序，至少执行一次。比较和逻辑指令比较指令用于比较两个数值，并根据比较结果执行不同的程序。逻辑指令用于对逻辑运算结果进行判断，并根据结果执行不同的程序。定时和计数指令定时器用于控制设备在特定时间段内执行动作。计数器用于统计事件发生的次数，并根据计数结果执行不同的程序。工艺过程自动化案例1包装生产线自动化PLC控制包装过程中的各种设备，如传送带、包装机、封口机等，实现自动包装生产。2空压系统自动化PLC控制空压机的启动、停止、压力调节等，实现自动控制空压机的运行，满足生产需求。3料仓控制自动化PLC控制料仓的装料、卸料、料位检测等，实现自动控制料仓的运行，确保生产过程的正常进行。PLC故障诊断与维护故障诊断通过观察PLC运行状态、分析程序代码、测试输入输出信号等方法，识别PLC故障原因。故障排除根据故障原因，采取相应的措施，如更换损坏的部件、修改程序代码、调整参数等，修复故障。预防性维护定期对PLC进行检查、清洁、测试等，预防故障的发生，延长PLC的使用寿命。工业以太网通信技术1通信协议PLC之间以及PLC与上位机之间可以通过工业以太网进行通信，常用的通信协议包括PROFINET、EtherCAT、ModbusTCP等。2通信方式常见的通信方式包括点对点、广播、组播等，根据不同的应用场景选择合适的通信方式。可视化人机界面数据显示HMI可以实时显示PLC采集的各种数据，方便操作人员了解生产过程的运行情况。报警管理HMI可以接收PLC发出的报警信息，并根据报警内容发出警报，提醒操作人员及时处理故障。设备控制HMI可以提供控制按钮，方便操作人员对设备进行手动操作。自动化系统集成技术1系统设计根据生产需求，设计自动化系统方案，包括硬件选型、软件配置、通信方案等。2系统调试将系统各部分进行调试，确保系统能够正常运行，并满足生产要求。3系统维护定期对系统进行检查、维护，及时发现并排除故障，保证系统稳定运行。智能工厂发展趋势数字化转型工厂逐步实现数字化，将生产过程中的数据进行采集、分析和利用，提高生产效率和效益。智能化升级工厂引入人工智能、机器学习等技术，实现自动优化生产过程，提升生产效率和产品质量。系统安全与能源管理安全管理制定完善的安全管理制度，对生产过程中的安全风险进行评估和控制，确保安全生产。能源管理采取节能措施，降低能源消耗，实现绿色生产，保护环境。案例分析：包装生产线1生产流程原材料输送、包装、封口、码垛等环节，PLC控制整个生产过程的自动化运行。2控制策略PLC根据传感器采集的信息，控制各设备的启动、停止、速度调节等，实现自动化包装生产。3系统优化通过对生产过程进行数据采集和分析，优化生产参数，提高生产效率，降低生产成本。案例分析：空压系统系统组成空压机、储气罐、压力传感器、控制系统等，PLC控制空压机的运行，满足生产需求。控制目标控制空压机的启动、停止、压力调节，确保生产所需的压缩空气压力稳定。系统优势实现空压系统的自动化控制，降低能耗，提高运行效率，延长设备寿命。案例分析：料仓控制1控制需求控制料仓的装料、卸料、料位检测，确保生产所需的物料供应稳定。2控制方案PLC根据料位传感器采集的信息，控制料仓的装卸，实现自动化控制。学习重点与难点总结1重点PLC的工作原理、编程方法和应用技术是学习重点。2难点PLC程序设计、故障诊断和系统集成是学习难点。考核方式和评价标准考核方式期末考试、课程作业、平时表现。评价标准理论知识掌握程度、实际操作技能、工程应用能力。本课程的特色与创新特色注重理论与实践结合，案例教学，项目驱动，培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。创新引入智能工厂、工业互联网等前沿技术，开拓学生的视野，提升学生的竞争力。未来发展方向展望智能制造工厂将更加智能化，实现无人化生产，提高生产效率和产品质