PLC项目教学教案 (4)
项目二液体搅拌器装置的自动控制设计
子项目1 电磁阀的起停控制
【教学目的】
在实际控制情景中，应用新学习的PLC编程元件和基本指令编制电磁阀的起停控制程序，感受和学习实际工作中PLC控制设计的一般工作流程。掌握PLC 程序现场调试的方法，强调安全操作规程，养成规范操作习惯。
【过程与方法】
通过教师与学生的互动合作完成示范项目(三相电机的启停控制)的设计和调试；通过教师的点拨、指导答疑和学生的思考设计、现场调试，完成实训项目(电磁阀的起停控制)的设计和调试。从而感受实际工作中PLC控制设计的一般工作流程，学习并掌握PLC程序现场调试的方法。
涉及到的新知识通过课程网络平台提供，学生提前下载，自己预习，由于是课程入门学习，因而需要教师进行引导讲解。
【教学重点】
1、PLC控制设计的一般工作流程。
2、FX系列PLC输入输出编程元件的功能特点、地址编号和部分基本指令。
3、编程软件的使用和现场程序调试方法、规范操作习惯。
【教学难点】
PLS/PLF指令及SET/RST指令的功能用法，常闭信号的输入处理。
【教学方法】
示范引导、项目实训
【项目时间】
4课时
【项目解说】
电磁阀X1、X2、X3的控制与电机的起停有着相同的控制原理，按下起动按钮，接触器使电磁阀接通，阀门打开，注入液体或排出液体。
【涉及到的新知识】
PLC的编程元件（输入输出继电器）、PLC常用编程语言、基本编程指令LD/LDI、OUT、AND/ANI、OR/ORI、SET/RST、PLS/PLF等，提前通知学生预习。
一、示范项目三相电机的启停控制设计
1、项目要求
按下起动按钮，电机全压启动，按下停止按钮，电机停止。
2、项目分析
继电器控制的原理图如下：按下起动按钮，接触器KM线圈得电并自锁，其主触点闭合使三相电机起动运行。按下停止按钮，KM断电，主触点断开，电机停止。
3、示范项目设计过程
（一）正确选择输入输出设备
一个控制信号就是一个输入设备，一个执行元件就是一个输出设备。
【试试看】
由学生选择示范项目的输入输出设备
输入设备：起动按钮SB1和停止按钮SB2, 发出用户的起动和停止命令；FR 触点用作电机的过热保护。
输出设备：接触器KM线圈
如何将输入设备（起动按钮SB1和停止按钮SB2）的动作信号传进PLC？PLC又如何将控制信号传给外部负载呢？
[知识准备一]：
PLC输入输出编程元件（X、Y）
1）PLC编程元件概述
软元件(继电器)概念——PLC内部各种不同功能的编程元件。
不是真实的物理器件，是由电子电路和存储器组成的虚拟器件。
不同厂家不同型号的PLC，编程元件的数量和种类有所不同。
每个软元件都有无数对常开常闭触点，供编程使用。
图形符号和文字符号与传统符号不同
2）输入继电器X
作用：用于plc接收外界的输入信号。
特点：输入继电器不能用程序驱动，只能由输入信号驱动。
地址编号：字母X + （八进制）数字序号(FX系列PLC的编号范围X0－X267)
3）输出继电器Y
功能：供PLC将程序执行结果传送给外部负载。
特点：输出继电器只能用程序驱动。
地址编号：字母Y + （八进制）数字序号(FX系列PLC的编号范围Y0－Y267)
知道了输入输出继电器，怎样将输入按钮和PLC的硬件正确连接？
（二）分配I/O 地址
一个输入设备原则上占用一个输入点，一个输出设备原则上占用一个输出点。
【试试看】
分配示范项目的I/O 地址
停止按钮SB1------ X0；启动按钮SB2-----X1；
FR触点------------X2；接触器KM--------Y0；
（三）画出输入输出接线图
将选择的输入输出设备和分配好的I/O 地址一一对应连接。
如何编制PLC控制程序呢？
[知识准备二]
PLC常用的编程语言
1、梯形图
属图形语言，沿袭了继电器接触器控制电路的形式，形象直观，易于理解，是目前用得最多的PLC编程语言。
由若干梯级组成，自上――下，从左――右排列每个梯级起于左母线－触点－线圈－止于右母线。
2、指令表
用指令助记符编程，类似计算机汇编语言。
书写形式：步序号指令助记符操作元件号。
另外还有状态转移图、逻辑功能图和高级语言等，重点掌握梯形图程序和指令表程序。
（四）编制梯形图程序
【试试看】
根据继电器控制原理，画出电机全压起停控制的梯形图程序。
如何编制电机起停控制的指令表程序？
[知识准备三]：
FX系列PLC基本指令
1、LD / LDI 取/取反指令
功能：取单个常开/常闭触点与母线（左母线、分支母线等）相连接
操作元件：X、Y、M、T、C、S
2、OUT 驱动线圈（输出）指令
功能：驱动线圈。
操作元件：Y、M、T、C、
S
3、AND / ANI 与/与反指令
功能：串联单个常开/常闭触点
指令表程序
0LD X1 1OR Y0 2ANI X2 3OUT Y0 4END
4、OR / ORI 或/或反指令
功能：并联单个常开/常闭触点
5、END 结束指令
放在全部程序结束处，程序运行时执行第一步至END之间的程序。
（五）写出指令表程序
【试试看】
写出电机起停控制的指令表程序。
（六）程序调试
【知识准备】（演示操作）
1、实践认识PLC试验箱和外围实验板
结构组成：
1）PLC主机（I/O输入输出端子及显示、引线）、信号指示等；
2）电源模块：（交流220V、直流24V输出负载及演示装置供电、直流5V 输出外围执行机构的外围电路供电）；
3）开关量输入区：K0—K11,P0—P3,公共端COM已接地；
4）输出负载区：LED指示灯L1—L16；直流电机M，七段数码管D1、D2；蜂鸣器BEEP；继电器J0—J3；
2、正确接线
1）按接线图分别接好输入输出信号线和220V电源线以及PLC与微机的通讯线。
2）K0～K11、P0P3 对应与X0----Xn连接，其输入公共端COM已接地。
3）电机的工作状态由LED灯闪烁来表示。即Yn与Ln指示灯对应连接，Ln 公共端接外电源24V负极(出厂时已接好)，正极接输出Y区的COM端
3、用编程软件输入程序并传入PLC中
打开编程软件，用梯形图/指令表输入编制好的程序――convert――传送至PLC（打开220v电源，PLC停止模式）
4、运行程序观察结果
将PLC转换成运行模式，打开24V用户电源，操作相应的起停按钮，观察对应的输出指示灯的变化是否与控制要求相符。若不相符查找原因，修改程序或调整接线。
【强调安全操作】
1、严格按操作规程进行接线和开、关电源；
2、开机顺序：合电源---开220v,静态调试合格后再打开24v直流电源；
3、关机顺序：与开机顺序相反；
4、严禁在24v输出电源打开的情况下插接或者拔下输入输出信号线，以免造成短路。
【尝试与思考】
将接线图中的停止按钮在接线时改接成常闭触点，运行原来的程序，结果怎样？得出什么结论？
【知识扩展】
1、SET / RST 置位/复位指令
1）功能：SET使操作元件置位（接通并自保），RST使操作元件复位。
2）注意：当SET和RST信号同时接通时，写在后面的指令有效。
3）SET / RST 与OUT 指令比较
【试试看】
置位复位指令设计电机起停控制的梯形图程序和指令表程序。
指令表：
LD X020
SET Y000
2、脉冲输出指令PLS/PLF（上升沿/下降沿微分指令）
功能：当驱动信号的上升沿/下降沿到来时，操作元件接通一个扫描周期。
【试试看】
设计用单按钮控制电机起停的梯形图程序和指令表程序。
二、实训子项目1：电磁阀的起停控制
【实训要求】
1、明确实训任务，读懂控制要求；
2、学生不分组，独立完成实训任务；
3、拟定控制方案，选择输入输出设备，画出I/O接线图，编制控制程序；
4、操作PLC试验台和编程软件，现场调试程序直至符合要求。
【项目分析】
本项目的程序设计较简单，就是基本的起保停控制。首次学习PLC控制设计，关键是正确选择输入输出设备，绘制I/O接线图，正确操作试验台和编程软件现场调试程序。
【实训建议】
1、先拟定方案，选择输入输出设备，绘制I/O接线图，
2、再设计梯形图程序和指令表程序。可以用多种方法和指令进行设计。
3、现场调试时先进行静态调试，成功后再进行动态调试。
4、每完成一步后经指导老师认可再进行下一步。
【指导答疑】
本次实训过程中可能出现以下问题：
1、输入设备中按钮与开关的选择
2、常闭信号的输入处理
3、FR触点的接法处理
4、SET/RST指令的编程顺序与执行效果的问题
应指导学生注意突破下面的难点：
1、置位复位电路中的复位信号与起保停电路中的停止信号的不同处理
2、现场程序调试过程中可能遇到的各种问题
【项目验收与点评】
结合学生完成的情况进行点评并给出考核成绩。
【优秀作品展示】
展示优秀的设计方案和调试结果，激发学生热情。