电气控制与PLC技术-课程设计

一、教学设计依据 （一）使用教材 （二）人才培养方案 二、教学实施条件

（一）教学团队组成及分工 1、专职教师 2、兼职教师

（二）教学设施及配置 实验室和实训室 三、单元教学方案设计 （一）单元内容 PLC基本知识 知识点： 1、PLC概况

（1）定义及历史发展

能说清PLC的含义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，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指令，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。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

了解PLC控制系统的历史发展和未来展望，能描述发展过程中的关键技术，前期是电气控制技术，中期是计算机技术，至今是通讯技术。

（2）PLC结构

能描述PLC的主要组成部分，它有硬件和软件两部分组成，软

件包括系统监控程序和用户程序，其中硬件有： ①CPU是PLC的逻辑运算和控制指挥中心

②PLC的存储器ROM中固化着系统程序，存储器RAM中存放用户程序和工作数据

③电源将外部电能转换为PLC内部器件使用的各种电压。 ④通信接口是PLC与外设进行交换信息和写入程序的通道。

图1 PLC的硬件结构

⑤输入接口

输入接口用来完成输入信号的引入、滤波及电平转换。

图2 PLC输入接口电路

⑥输出接口

图3 PLC输出接口 输出接口电路的规格

项 目 继电器输出 AC250V以下、DC30V负载电源 以下 电路绝缘 机械绝缘 2A/1点 负载电流 8A/4点公用 响 应 时 间 通→断 约10ms 0.2ms以下 10ms以下 断→通 约10ms 0.8A/4点 0.2ms以下 0.8A/4点 1ms以下 光电耦合绝缘 0.5A/1点 光电耦合绝缘 0.3A/1点 DC 5～30V AC 85～242V 晶体管输出 晶闸管输出 2、PLC工作原理 （1）PLC的工作方式 ①PLC采用循环扫描方式。如图4

图4 PLC循环扫描过程示意图

②PLC的扫描周期

PLC全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期，它的长短与用户程序的长度、I/O点数及CPU的处理通信过程等因素都有关系。

③PLC的I/O滞后时间

输入/输出滞后时间又称系统响应时间，是指PLC输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。

④PLC的编程语言

有梯形图编程语言（LD）、顺序功能图语言（SFC）、功能块图语言（FBD）、指令表语言（IL）、结构文本语言（ST）

3、PLC编程元件和基本指令 4、PLC运用实例

（1）PLC控制的三相电动机点动与自锁控制线路与程序 （2）PLC控制的三相电动机正反转控制线路与程序 （3）PLC控制的三台电动机顺序启动控制线路和程序 （4）PLC控制的电动机Y-△降压启动控制线路和程序 （二）课程目标： 1、能力目标：

（1）能读懂PLC梯形图和指令表语言； （2）会编写常用的电气控制梯形图；

（3）能设计简单的PLC电气控制系统，能正确使用PLC； （4）培养学生团结协作，组织管理能力。 2、知识目标：

（1）会编写常用的电气控制梯形图； （2）掌握PLC控制的特征； （3）梯形图与指令表的相互转化 （4）了解PLC控制系统设计的方法。 （三）教学重点： 1、PLC的结构及工作原理 2、梯形图与指令表的相互转化 3、常见PLC电气控制系统 （四）教学难点： 1、编程元件的使用

2、梯形图与指令表的相互转化 3、控制系统的设计 （五）学生特点分析

机电一体化专业学生是高中起点三年制统招班，学生综合素质较高，学习能力较强，多数学生思想稳定，积极上进，自我发展和塑造的愿望强烈，自我表现和意识逐步突出，踏实肯干，勤于动脑，

但是有部分同学任性、占有欲强、自私自利、集体观念淡薄,怕苦怕累,不爱动手操作。

针对课程和学生特点，教学设计要强化技能训练，要求人人都有训练的机会，进一步培养学生的自我学习能力，在教学中多给学生创造自主学习的条件。

为方便教学和使每个学生得到训练的机会均等，每3-5个人分成一组，要求每个小组男女生搭配；理论学习较好的学生和动手能力强的学生搭配。以小组为单位实行管理，学生是主体，教师主要起指导、组织协调、咨询、信息提供等作用，使学生在获得经验和能力的同时，培养服从、合作、责任感的职业素养。

（六）教学进程设计

任务下达 学生接受任务 学生分析各任务（再） PLC运用实例 PLC元件及基本指令 PLC结构及工作原理 巩固知识点接受任务（预习新任务） PLC概述 实施方案 PLC基本知识学习 教师指导、监督 总结 考核、评价（做中教） 制定实训方案 （七）教学过程与教学内容设计 教学过程 教师活动 学生活动 设计意图 使学生明确本次上课干什么，思考时间 任务布置任务：每组分组；思考老师提出的要完成给定的实求，以组为单位制定实训5min 布置 如何干，激发学生训项目 计划 “学”的兴趣 检查预习要求，学生以组为单位，利用课引导学生运用外时间准备PLC梯形图等知识解决问题 知识做中教：讲解实储备 训方法要点，适材料 激发学生自主学习 5min 启发学生积极思考，全方位熟悉道时讲解设备使学： PLC的使用方法。 10min 牙施工知识，激发用要点和注意学生“做”的兴趣 事项 增强学生合作意识和创新意识，使任务实施井然有序。 激发学生“做”的积极性，使学生熟10min 小组教师引导学生实训小组通过集体讨论，方案制定合理的行自主确定方案、组内同学制定 动方案。 分工。 做中学：按照制定的行动方案，学生自主接线、编写程序，各组学生团结协做中教：教师巡任务回检查，个别指导，创设问题情悉PLC控制系统实施 作完成实训，每人解释原境，加强教学互安装和调试的方60min 理和方法。在组内进行互动； 法。 测。 过程做种教：教师跟做中学：学生对实施过程通过分析、讨论使督导 踪全过程，与学中出现的异常情况进行指学生明白自己操生一起观察、分导、分析，对自己的操作作应注意的地方，析、讨论出现的异常情况，及时引导学生进行规范、准确的操作，检查实施进度。 教师从1、学生操作规范性、准确度；2、是否使学生了解自己的操作与技能要及时进行修正。 知道为什么这样做 达到技能要求；学生进行组内互评；组间评价 求的差距，明白操5min 3、完成结果；4、互评； 作规范、准确、熟组内协作情况；练的重要性 四个方面对每组进行评价 使学生明白自己学生总结本次学习情况 ，教师对本次教通过学习，已经学主要是已经学会了那些知学活动进行小会了那些知识和总结 识与技能，那些知识与技5min 结并填写学生技能，还有那些不能还需要继续学习与巩成绩考核表。 足，激发学生自觉固。 学习的主动性。 （八）教学准备 1、场地：电工考核实训基地 2、仪器设备：PLC、电脑、实验台等。 3、教学资料： （1）实训相关原理说明、梯形图以及接线图等 （2）FX1S系列PLC说明书 （3）主要参考书籍

1、《电气控制与PLC运用技术》，吕爱华，电子工业出版社 2、《电气控制与PLC技术》，王兆明，清华大学出版社 3、《电气控制与PLC应用》，张伟林，人民邮电出版社 4、《PLC应用技术》，瞿彩萍，人民邮电出版社 5、《电器控制与PLC技术》，李建兴，机械工业出版社

6、《PLC及其在数控机床中的应用》》，祝红芳，人民邮电出版社

职院工业系 二○一二年四月五日