高中教育《工廠電氣控制與可編程序控制器》教學(xué)課件

《工廠電氣控制與可編程序控制器》教學(xué)課件課程簡介和目標(biāo)課程目標(biāo)掌握工廠電氣控制系統(tǒng)基本理論、原理和應(yīng)用。熟悉可編程序控制器（PLC）的工作原理、編程方法和應(yīng)用技術(shù)。課程目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析、解決工廠電氣控制系統(tǒng)實(shí)際問題的工程能力。掌握工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)等技能。工廠電氣控制系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述工廠電氣控制系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程的關(guān)鍵組成部分。它負(fù)責(zé)控制生產(chǎn)過程中的各種設(shè)備，如電機(jī)、閥門、傳感器等?？刂祁愋统Ｒ姷目刂祁愋桶ɡ^電器控制、程序控制、計(jì)算機(jī)控制等。可編程序控制器（PLC）作為一種重要的控制單元，在工廠電氣控制系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。電氣控制系統(tǒng)的組成電源部分提供整個(gè)電氣控制系統(tǒng)所需的電力，包括電源變換、配電等。執(zhí)行部分由各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，如電機(jī)、電磁閥、氣缸等，根據(jù)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作?？刂撇糠职≒LC、繼電器、傳感器、開關(guān)等，負(fù)責(zé)接收控制信號(hào)，根據(jù)設(shè)定程序發(fā)出控制指令。檢測部分由各種傳感器組成，檢測生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)，如溫度、壓力、流量等，并將檢測信息反饋給控制部分。電氣控制常見設(shè)備電機(jī)電機(jī)是工廠電氣控制系統(tǒng)中使用最廣泛的設(shè)備之一，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。傳感器傳感器是工廠電氣控制系統(tǒng)的重要組成部分，用于檢測各種物理量，并將檢測信息傳遞給控制系統(tǒng)。開關(guān)開關(guān)是工廠電氣控制系統(tǒng)中常用的控制元件，用于控制電路的通斷，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的啟動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)換等操作。繼電器繼電器是一種電磁控制元件，通過控制線圈通斷來控制主電路的通斷，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的控制。電氣控制系統(tǒng)常見故障分析1電源故障電源電壓過高、過低或波動(dòng)，可能導(dǎo)致設(shè)備無法正常運(yùn)行，甚至損壞設(shè)備。2控制信號(hào)故障控制信號(hào)丟失、錯(cuò)誤或中斷，可能導(dǎo)致設(shè)備無法正常執(zhí)行指令或出現(xiàn)錯(cuò)誤操作。3執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障執(zhí)行機(jī)構(gòu)損壞或失效，無法正常執(zhí)行控制信號(hào)，導(dǎo)致設(shè)備無法正常運(yùn)行。4檢測信號(hào)故障傳感器損壞或失效，無法正常檢測生產(chǎn)過程中的參數(shù)，導(dǎo)致控制系統(tǒng)無法獲得準(zhǔn)確信息。可編程序控制器簡介定義可編程序控制器（PLC）是一種專門為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。特點(diǎn)PLC具有抗干擾能力強(qiáng)、編程靈活、功能強(qiáng)大、可靠性高、易于維護(hù)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。PLC硬件結(jié)構(gòu)和功能1中央處理器（CPU）負(fù)責(zé)執(zhí)行程序、控制系統(tǒng)運(yùn)行。2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)。3輸入/輸出接口連接外部設(shè)備和傳感器，傳遞控制信號(hào)和數(shù)據(jù)。4電源模塊提供PLC運(yùn)行所需的電源。PLC輸入輸出系統(tǒng)1輸入模塊接收來自傳感器和開關(guān)等設(shè)備的輸入信號(hào)。2輸出模塊發(fā)出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、閥門等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PLC編程語言階梯圖模仿繼電器控制電路的圖形化編程語言，直觀易懂。指令表類似于匯編語言，用指令代碼表示程序邏輯，功能強(qiáng)大。功能塊圖用圖形符號(hào)表示程序功能，結(jié)構(gòu)清晰、易于維護(hù)。結(jié)構(gòu)化文本語言類似于高級(jí)編程語言，具有較強(qiáng)的邏輯表達(dá)能力和可讀性。階梯圖編程基礎(chǔ)基本元素包括觸點(diǎn)、線圈、指令等，用于構(gòu)建控制邏輯。編程步驟根據(jù)控制要求，將控制邏輯用階梯圖表示出來，并轉(zhuǎn)換成PLC可執(zhí)行的程序代碼。階梯圖編程實(shí)例演示循環(huán)控制語句1FOR循環(huán)用于重復(fù)執(zhí)行一段程序，直到滿足條件為止。2WHILE循環(huán)用于重復(fù)執(zhí)行一段程序，只要滿足條件就繼續(xù)執(zhí)行。3REPEAT循環(huán)用于重復(fù)執(zhí)行一段程序，至少執(zhí)行一次。比較和邏輯指令比較指令用于比較兩個(gè)數(shù)值，并根據(jù)比較結(jié)果執(zhí)行不同的程序。邏輯指令用于對邏輯運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行判斷，并根據(jù)結(jié)果執(zhí)行不同的程序。定時(shí)和計(jì)數(shù)指令定時(shí)器用于控制設(shè)備在特定時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行動(dòng)作。計(jì)數(shù)器用于統(tǒng)計(jì)事件發(fā)生的次數(shù)，并根據(jù)計(jì)數(shù)結(jié)果執(zhí)行不同的程序。工藝過程自動(dòng)化案例1包裝生產(chǎn)線自動(dòng)化PLC控制包裝過程中的各種設(shè)備，如傳送帶、包裝機(jī)、封口機(jī)等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)包裝生產(chǎn)。2空壓系統(tǒng)自動(dòng)化PLC控制空壓機(jī)的啟動(dòng)、停止、壓力調(diào)節(jié)等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制空壓機(jī)的運(yùn)行，滿足生產(chǎn)需求。3料倉控制自動(dòng)化PLC控制料倉的裝料、卸料、料位檢測等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制料倉的運(yùn)行，確保生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。PLC故障診斷與維護(hù)故障診斷通過觀察PLC運(yùn)行狀態(tài)、分析程序代碼、測試輸入輸出信號(hào)等方法，識(shí)別PLC故障原因。故障排除根據(jù)故障原因，采取相應(yīng)的措施，如更換損壞的部件、修改程序代碼、調(diào)整參數(shù)等，修復(fù)故障。預(yù)防性維護(hù)定期對PLC進(jìn)行檢查、清潔、測試等，預(yù)防故障的發(fā)生，延長PLC的使用壽命。工業(yè)以太網(wǎng)通信技術(shù)1通信協(xié)議PLC之間以及PLC與上位機(jī)之間可以通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信，常用的通信協(xié)議包括PROFINET、EtherCAT、ModbusTCP等。2通信方式常見的通信方式包括點(diǎn)對點(diǎn)、廣播、組播等，根據(jù)不同的應(yīng)用場景選擇合適的通信方式?？梢暬藱C(jī)界面數(shù)據(jù)顯示HMI可以實(shí)時(shí)顯示PLC采集的各種數(shù)據(jù)，方便操作人員了解生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況。報(bào)警管理HMI可以接收PLC發(fā)出的報(bào)警信息，并根據(jù)報(bào)警內(nèi)容發(fā)出警報(bào)，提醒操作人員及時(shí)處理故障。設(shè)備控制HMI可以提供控制按鈕，方便操作人員對設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)操作。自動(dòng)化系統(tǒng)集成技術(shù)1系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)生產(chǎn)需求，設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)方案，包括硬件選型、軟件配置、通信方案等。2系統(tǒng)調(diào)試將系統(tǒng)各部分進(jìn)行調(diào)試，確保系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，并滿足生產(chǎn)要求。3系統(tǒng)維護(hù)定期對系統(tǒng)進(jìn)行檢查、維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。智能工廠發(fā)展趨勢數(shù)字化轉(zhuǎn)型工廠逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，將生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和利用，提高生產(chǎn)效率和效益。智能化升級(jí)工廠引入人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化生產(chǎn)過程，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。系統(tǒng)安全與能源管理安全管理制定完善的安全管理制度，對生產(chǎn)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估和控制，確保安全生產(chǎn)。能源管理采取節(jié)能措施，降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)，保護(hù)環(huán)境。案例分析：包裝生產(chǎn)線1生產(chǎn)流程原材料輸送、包裝、封口、碼垛等環(huán)節(jié)，PLC控制整個(gè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化運(yùn)行。2控制策略PLC根據(jù)傳感器采集的信息，控制各設(shè)備的啟動(dòng)、停止、速度調(diào)節(jié)等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化包裝生產(chǎn)。3系統(tǒng)優(yōu)化通過對生產(chǎn)過程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。案例分析：空壓系統(tǒng)系統(tǒng)組成空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐、壓力傳感器、控制系統(tǒng)等，PLC控制空壓機(jī)的運(yùn)行，滿足生產(chǎn)需求?？刂颇繕?biāo)控制空壓機(jī)的啟動(dòng)、停止、壓力調(diào)節(jié)，確保生產(chǎn)所需的壓縮空氣壓力穩(wěn)定。系統(tǒng)優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)空壓系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，降低能耗，提高運(yùn)行效率，延長設(shè)備壽命。案例分析：料倉控制1控制需求控制料倉的裝料、卸料、料位檢測，確保生產(chǎn)所需的物料供應(yīng)穩(wěn)定。2控制方案PLC根據(jù)料位傳感器采集的信息，控制料倉的裝卸，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)總結(jié)1重點(diǎn)PLC的工作原理、編程方法和應(yīng)用技術(shù)是學(xué)習(xí)重點(diǎn)。2難點(diǎn)PLC程序設(shè)計(jì)、故障診斷和系統(tǒng)集成是學(xué)習(xí)難點(diǎn)?？己朔绞胶驮u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式期末考試、課程作業(yè)、平時(shí)表現(xiàn)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)理論知識(shí)掌握程度、實(shí)際操作技能、工程應(yīng)用能力。本課程的特色與創(chuàng)新特色注重理論與實(shí)踐結(jié)合，案例教學(xué)，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力。創(chuàng)新引入智能工廠、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)，開拓學(xué)生的視野，提升學(xué)生的競爭力。未來發(fā)展方向展望智能制造工廠將更加智能化，實(shí)現(xiàn)無人化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)