PLC课程教学设计（模块式）.doc

可编程序控制器的编程方法与工程应用课程教学设计一、课程教学设计依据可编程序控制器的编程方法与工程应用课程是针对技术应用型专业人才的培养而开设的课程，教学中就要侧重对学生进行技术应用能力的培养，硬化技术应用要求。在构建能力训练主线时，应根据市场调研和企业生产工艺要求明确专业所需的核心能力及相关能力要素和必备知识。以此为依据确定课程模块，协调好各课程模块间的相互关系，建立能力与课程的内在联系。前导课程：电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、电机与电气控制后续课程：过程控制、毕业设计等二、课程教学目标为适合高职教育特点，彻底改变以理论教学为核心，以实验实训教学来支撑理论教学的教学理念和教学设计，提出“以专业岗位素质培养为目的，以专业技术应用能力培养为核心，以课程内容的整合、教材建设、教学组织、教学手段、教学方法的改革为对象，以训练项目为主体，以实践教学为主线，以理论教学为支撑”的课程体系建设思想，重新调整能力训练与理论教学的主从关系，更加突出培养综合应用能力这一核心，明确理论知识对能力培养的支撑作用。在实际教学过程中有效地避免了只重学科体系，忽视能力培养或只重操作实践忽视理论知识的两种极端倾向，为把握理论知识以“必需、够用”为度提供了科学依据。（一）、知识目标了解部分：PLC的发展历史、PLC在我国应用现状、PLC的常见类型及相关子系列、PLC的编程语言、PLC的技术性能指标和发展趋势。掌握部分：PLC的硬件结构、PLC的工作原理、可编程控制器的软元件、PLC的编程器使用、PLC的基本编程指令、PLC编程的经验设计法、PLC编程的逻辑时序设计法、各类常用基本编程电路模块、顺序功能图的基本结构和设计法、利用步进指令进行编程、常用功能指令的学习和应用、综合性训练（包括I/O分配表、PLC外部接线图、PLC配电柜线路分布设计原则）（二）、能力目标教学中，就要突出将实训项目构成的将基础训练、单元训练、综合训练、课程设计贯穿整个教学过程之中。以培养学生软件分析、设计、调试和硬件分析、设计和调试的综合应用能力为教学目的。（三）、素质目标高职教育的总体培养目标，就是造就大量具有高尚职业道德、良好职业素质的职业人，而职业素质应包含职业意识和职业能力二大内容。通过本课程的学习与训练， 将使学生树立起安全意识、质量意识、工程意识等职业意识，并强化学生的专业技术应用能力、沟通协调能力和再学习能力等职业能力的培养。同时使学生具有一定的自学能力、具有一定的创新意识、具有一定的综合设计能力。二、教学单元与学时安排序号教学单元单元模块学时1PLC概述及基本知识模块一：PLC概述模块二：THPLC-C型实验装置认识模块三：PLC的工作原理2222PLC的编程语言、编程软元件及基本逻辑指令模块四：基本指令的编程练习（包括软元件验证练习）模块五：三相异步电机星三角启动电路的PLC 设计模块六：水塔水位控制的PLC设计模块七：手持式编程器的使用84223梯形图经验设计法模块八：自动往返工作台电路的PLC设计44梯形图逻辑设计法模块九：7段数码管循环显示的PLC设计45顺序功能图设计法模块十：机械手动作模拟的PLC设计模块十一：四节传送带模拟的PLC设计模块十二：十字路口交通灯的PLC设计模块十三：五相步进电机控制的PLC设计44646功能指令的应用模块十四：模拟密码锁模块十五：功能指令应用编程及验证247综合实训设计模块十六：具有多种工作方式的系统的PLC设计8总计7个教学环节16个教学任务模块64四、课程教学设计（一）整体教学设计课程教学要围绕本课程的教学目标和任务服务，通过对课程内容整合和设计，将课程内容模块化，通过由简至繁、循序渐进的学习原则，进行任务模块的学习、设计和完成。以模块任务的实现来完成本课程的学习。（二）单元教学设计按照“项目模块导向任务驱动”的模式，以具有工业对象的实训产品（THPLC-C型实训系统）为载体，设计一个大的贯穿项目，包含了6个教学环节1个综合实训教学环节，每个教学环节和综合实训教学环节按“控制任务分析- PLC程序编写-硬件安装-系统调试”来设计任务要求。以技能点为主线安排教学，同时讲解必要的知识点，边练边学。主要教学过程：教师引导、教师讲解、学生小组讨论、实训操作、学生反馈、教师总结。（三）教学方案设计序号教学单元模块任务教学内容学时1PLC概述及基本知识1.PLC概述2.THPLC-C型实验装置认识3.PLC的工作原理1.1.了解PLC的发展历史、PLC在我国应用现状、PLC的常见类型及相关子系列、PLC的编程语言、PLC的技术性能指标和发展趋势。1.2. THPLC-C型实验装置1.3.PLC的工作原理以上三模块各2课时62PLC的编程语言、编程软元件及基本逻辑指令1.基本指令的编程练习（包括软元件验证练习）2.三相异步电机星三角启动电路的PLC 设计3.水塔水位控制的PLC设计4.手持式编程器的使用1.1. PLC的编程软元件1.2.基本编程指令学习1.3.基本编程指令应用训练模块一学时：8课时2.1. 完整PLC设计规范2.2三相异步电机星三角启动电路的PLC设计模块2学时：4课时2.3. 较复杂控制设备的PLC编程设计：水塔水位控制的PLC设计模块三学时：4课时2.4. PLC编程器及编程软件的使用模块四学时：2课时183梯形图经验设计法自动往返工作台电路的PLC设计1. 多地控制电路2. 多继电器线圈控制电路3. 顺序启动控制电路4. 定时范伟扩展应用5. 继电器电路到PLC程序的转化法6. 常闭触点输入信号处理44梯形图逻辑设计法7段数码管循环显示的PLC设计1. 逻辑代数复习2. 由时序图转化为逻辑表达式3. 由逻辑表达式转化为梯形图4. 7段数码管循环显示的PLC设计45顺序功能图设计法1.机械手动作模拟的PLC设计2.四节传送带模拟的PLC设计3.十字路口交通灯的PLC设计4.五相步进电机控制的PLC设计1. 顺序功能图基本构成2. 动作与转换条件3. 注意事项以上为教师导入部分的理论内容1.1. STL指令的使用1.2. STL指令编程方法1.3. 单序列机械手动作模拟的PLC设计2.1.选择序列四节传送带模拟的PLC设计3.1.并行及选择序列应用：十字路口交通灯的PLC设计4.1.STL指令编程的注意事项，利用起保停电路进行顺序功能图的编程方法注：各模块学时分配见上表186功能指令的应用1.模拟密码锁2.功能指令应用编程及验证1.常用功能指令介绍：了解功能指令的一般表达形式。了解指针、中断等技术术语。了解CJ、CALL、SRET、IRET、EI、DI、FEND等指令的含义2.利用比较指令进行密码锁的模拟3.其他常用功能指令学习及验证注：模块学时分配见上表67综合实训设计具有多种工作方式的系统的PLC设计1. I/O分配表编制2. 外部硬件接线图设计3. 硬件选择4. 系统软件的编写和输入5. 系统调试8五、教学方法与教学手段教学观念的更新，对改革教学方法是必须的。以前上课教师是在传授知识，讲自己会的，学生只能跟着学，这就限制了学生自学能力、获取信息的能力及创新意识的养成。教学模式也是按照学校规定进行教学，太僵化，不利于提高学生的能力素质。而且教学方法也只有理论讲授，课堂提问，现场教学、实验等。高等职业教育要求学生必须提高能力素质，这就要求学生必须主动参与到教学中，教学手段更新后，可采用丰富多样的教学手段以互动方式来进行教学。把以往的教师教、学生学的教学改变为教师导、学生试、教师学生讨论的教学模式。大部分时间学习地点将课堂搬到实验室，把课堂上90分钟延伸为数小时，教师和学生一块学习，共同提高。通过模块驱动，教师主要起引导和辅助作用，引发学生学习兴趣，让学生自主学习，并在解决任务的过程中获得极大的学习动力，进而提高学生综合能力和团队合作精神。六、课堂教学设施条件1.教学团队采用小班学习制，一个小班5060人左右，配有经验教师1名，目前我系多名PLC教师都获得了维修电工技师资格，可以胜任该项工作。2.教学硬件设施及配备教学地点：教学楼实验室、实训室，实验室配置THPLC-C型实验装置，实训室配置THWD-2型维修电工实训台，手持式编程器，计算机及相应编程软件。3.教材及参考资料自编教材正在整理中暂用教材：可变程序控制器的编程方法与工程应用廖常初 重庆大学出版社参考教材：电气控制与PLC实训教程 阮友德 人民邮电出版社七、教学设施与教学模块明细1.十六个模块的教学准备工作由实训室教师和相关学生共同参与，其中实训教师提供所需硬件设备，学生主要对即将进行的实训进行讨论和资料的搜集。2.教学模块进度表模块编号学时能力目标配套设施知识内容实训内容备注121.通过对PLC的基本介绍，提高学生对PLC的认识并增进学生的学习兴趣。2.PLC的组成：CPU模块、IO模块、电源等基本单元多媒体教室，PPT演示文稿，FX2N-48MR型号PLC一台了解PLC的发展历史、PLC在我国应用现状、PLC的常见类型及相关子系列、PLC的编程语言、PLC的技术性能指标和发展趋势。掌握PLC的基本组成地点：多媒体教室1多媒体演示结合讲解2在讲解PLC组成时可用FX2n-48MR的PLC进行现场演示作出实训报告对于教师要求较高，需要搜集最新资料，了解PLC行业的最新发展动态，并向学生作介绍。不能照本宣科，要针对实训设备进行相关教学工作。PLC组成部分讲解力求通俗易懂。教学地点：教室22通过对THPLC-C型实验装置的认识和了解，掌握PLC的组成、使用以及PLC接口基本常识重点：输入回路和输出回路的接线难点：输入输出回路的内部接线构造THPLC-C型实验装置1、板上安装的各单元介绍，2、PLC接口介绍3.PLC端口引出到接线面板其内部接线结构4.掌握实验装置接线原则5.介绍实际PLC接线原则地点：维修电工实训室1现场演示。2让学生接多输入，多输出PLC电路，并通过给定程序，加深对输入输出回路的理解作出实训报告要求教室熟练掌握实训装置，能及时回答学生询问。32通过讲解让学生深入掌握PLC的工作原理，特别是循环的扫描方式的理解为重难点多媒体教室，结合多媒体课件讲解。注：本部分内容以后在其他模块要反复讲解，加深学生对循环扫描的理解。1.继电器工作原理2.逻辑运算3.PLC的扫描周期4.PLC的特点、应用5.特殊功能模块及接口地点：PLC实验室通过对扫描的讲解让学生认识PLC扫描周期对实际电路的影响以及与继电器接触器线路的异同验证指示灯控制作出实训报告由于学生还没有学习编程，本部分讲解勿需让学生理解程序，但是要通过验证性实验突出学生对扫描周期的理解48基本指令应用：通过任务驱动法在实验室边学边做，可以提高对基本指令的熟练度和对指令的感性认识。PLC实验室，教师讲解、学生动手兼学生讨论1.三菱FX系列PLC 27条基本指令2.各类软继电器，输入继电器，输出继电器，辅助继电器，定时器，计数器，状态继电器，指针，数据寄存器等3利用基本指令进行编程的注意事项。整体教学在教室与实验生进行，教室部分负责指令的学习，实验室部分主要是进行程序的验证、编写和调试工作。地点：PLC实验室通过介绍基本指令，结合继电器应用加深对基本的理解。通用辅助继电器M0-M49 9 断电保持辅助继电器M500-M3071特殊辅助继电器（各类）状态S继电器通用定时器T0-T245积算定时器T246-T25516位加计数器C0-C99通用型C100-C199为断电保持型C200-C219为32位加减计数器通用型C200-C234为断电保持型C235-C255高速计数器D0-D199通用数据寄存器D200-D7999断电保持型D8000-D8255特殊数据寄存器V0-V7,Z0-Z7变址寄存器分支用指针P0-P127中断用指针作出实训报告基本指令：LD LDI AND ANIOR ORIANB ORBLDP LDFORP ORFANDP ANDFMPS MRDMPPMC MCRINVSET RSTNOP ENDPLS PLFOUT对应模块实训实验：基本指令程序集、定时器验证、计数器验证、高速计数器验证、数据寄存器验证、产品流水线监测程序、中断和跳转指针应用、LDP LDFORP ORFANDP ANDF PLS PLF指令应用程序等。54基本指令的扩展：三相异步电机星三角启动电路的PLC 设计维修电工实训室，教师给出星三角电路图，学生利用基本指令实现对星三角电路的PLC控制1基本指令的实际应用2定时器在星三角电路钟的应用3星三角电路的配线4PLC控制星三角电路的配线5讨论PLC控制的优点地点：维修电工实训室让学生了解PLC的实际接线思考实际接线与实验室实训台上引出线之间的异同初步掌握PLC设计电路的基本方法作出实训报告本模块让学生自己动手尝试用PLC对星三角电路进行控制大部分学生因为考过中级电工，对这个电路很熟悉，利用PLC控制方式让学生对PLC的学习产生极大的热情62基本指令的扩展：水塔水位控制的PLC设计PLC实验室，教师给出水塔控制的基本要求，学生根据基本要求做出程序，然后再到实验室工作台上进行程序验证和调试1基本指令的熟练应用2掌握较复杂的控制要求的电路3讨论：如何对程序进行优化地点：PLC实验室让学生对基本指令有更深入的了解熟练应用基本指令对较复杂的控制要求的流程进行编程作出实训报告本程序看起来容易，但是细节上有值得仔细考虑的点通过学生编程，教师指导的做法，让学生养成善于思考，能够发现问题，并解决问题的能力72手持式编程器的使用PLC实验室教师给出FX-20P-E手持式编程器教学生学习使用方法1手持式编程器的组成与面板布置2手持式编程器功能键3工作方式选择与用户程序存储器初始化4指令的写入和读出、编辑5脱机编程方式的使用地点：PLC实验室让学生对手持式编程器的使用有初步的了解提供手持式编程器让学生使用通过对手持式编程器的使用进一步实现对基本指令的熟悉度讨论：手持式编程器与计算机输入的优点与缺点选择适合自己的程序输入方式作出实训报告学生平时用计算机对程序实现传送，本模块主要是介绍性为主，学生了解为辅84梯形图经验设计法自动往返工作台电路的PLC设计维修电工实训室：工作台模拟模块PLC控制模块维修电工实训台实现对工作台自动往返电路的模拟和验证调试定时器的相关设计方法继电器控制电路的改造法设计梯形图、常闭触点输入信号的处理热继电器的处理实例分析地点：维修电工实训室电动机自动往返电路的PLC设计外部电路连接根据系统要求调试结果直至争取保护环节的设计外部的硬件互锁电路作出实训报告多继电器线圈控制电路和多地点控制电路多继电器线圈控制电路多地点控制线路顺序起动控制电路定时范围的扩展继电器控制电路的改造94梯形图逻辑设计法7段数码管循环显示的PLC设计PLC实验室：时序电路设计逻辑设计法卡诺图化简法通过逻辑表达式进行编程的时序法定时器的应用输出量逻辑表达式的求解根据逻辑关系编程地点：PLC实验室7段数码管循环显示的PLC设计外部电路连接时序波形图作出实训报告多个定时器控制时序控制电路输出继电器工作注意掌握该类电路的一般设计方法104顺序控制的PLC设计：（单序列）机械手动作模拟的PLC设计PLC实验室：单序列顺序控制编程法机械手工艺流程THPLC-C型实验装置机械手模拟试验区了解顺序控制编程法的一般原则掌握STL指令编程掌握步、初始步、动作、活动步的概念熟练掌握单序列顺序编程的一般方法掌握顺序功能图中转换实现的基本规则地点：PLC实验室单序列机械手的编程用步进指令编程，学习STL指令的基本编程原则机械手电路的IO分配表机械手电路的外部接线图机械手电路的程序调试作出实训报告初步学习步进指令初步学习单序列的编程方式利用基本编程单元对参考教材中的单学列进行模拟验证。114顺序控制的PLC设计：（选择序列）四节传送带模拟的PLC设计PLC实验室：选择序列顺序控制编程法四节传送带的工艺流程THPLC-C型实验装置四节传送带模拟试验区熟悉顺空指令的编程方法掌握选择性流程程序的编制掌握四节传送带的程序设计及其外部接线地点：PLC实验室设计一个PLC控制的四节皮带运输机的控制系统进一步学习STL编程的一般方法掌握选择序列编程的模式作出IO分配表进行相关外部接线连接系统调试作出实训报告提炼出适合编程的控制要求总结操作要领总结选择性流程的编程要领讨论：在皮带传送的过程如果突然断电，要求来电后按停电前的状态急需运行，如果设计程序126顺序控制的PLC设计：（并行序列）十字路口交通灯的PLC控制PLC实验室：并行序列顺序控制编程法十字路口交通灯的流程THPLC-C型实验装置十字路口交通灯模拟试验区掌握并行性流程程序的编程掌握交通灯的工艺流程掌握十字路口交通灯的程序设计及其外部接线地点：PLC实验室设计一个PLC控制的十字路口交通灯的控制系统进一步学习STL编程与基本指令的编程方法，并比较其异同与优劣作出系统IO分配表设计出外部接线图做好系统调试描述该交通灯的动作情况，并与实际的交通灯进行比较比较基本指令编程与STL指令编程的优劣比较选择型流程和并行性流程的异同134五相步进电机的PLC控制流程编程PLC实验室：学习利用步进指令对五相步进电机的工作流程进行编程THPLC-C型实验装置五相步进电机控制模拟试验区进一步加深对顺序控制流程的理解学习STL步进指令编程的弱点双线圈输出问题在步进指令中的处理地点：PLC实验室作出系统IO分配表设计出外部接线图做好系统调试讨论：步进指令对该程序编程的不足引出功能指令的学习本部分的学习一方面急需加深步进指令对顺序流程的编程，另一方面为功能指令的学习做铺垫142功能指令的应用：编制密码锁程序PLC实验室学习基本功能指令学习利用比较指令进行密码锁程序的编制THPLC-C型实验装置基本指令区域初步学习基本功能指令：学习功能指令的表示法学习数据长度与数据类型字位元件概念比较与传送指令的学习地点：PLC实验室用一节课时间对功能指令进行介绍让学生23人为