电气控制与S7-1200 PLC应用教程 教学大纲

《电气控制与PLC》课程教学大纲一、课程基本情况课程编码141342011课程学分3.5总学时56英文名称ElectricControlandPLC理论学时28课程类别专业必修课实践学时实验学时0先修课程电工技术、电子技术、液压与气动传动其他学时28后续课程电机驱动与运动控制、机器人控制技术小计28适用专业机械设计制造及其自动化、机械电子工程、机器人工程、智能制造工程适用对象四年制普通本科开课单位机械工程学院基层教学组织机器人教研室二、课程简介1.课程任务与目的（1）本课程是为机械设计制造及其自动化、机械电子工程、机器人工程、智能制造工程等专业本科生开设的一门专业必修课，是一门集电子技术、计算机技术、自动控制技术于一体的课程。（2）本课程使学生掌握常用低压电器的结构、原理、用途、型号及选用方法，了解和掌握基本电气控制电路的分析与设计方法、常见故障分析与解决方法；掌握PLC的工作原理与系统构成、西门子S7-1200指令系统、编程方法、控制系统设计等有关知识，培养学生进行机器人PLC控制电路的设计、安装、调试、故障分析处理能力。通过该课程的学习，为学生进行机器人及自动化控制系统设计，以及后续专业课程的学习与专业综合实践、毕业设计打下坚实基础。（3）课程深入贯彻落实“以结果为导向、以学生为中心、不断持续改进”的工程教育教学理念，采用项目制内容组织方式与线上线下混合式教学方法。学生根据每个项目的教学目标任务，先利用微课视频进行内容自学，然后完成一定的课内外作业，在课堂上老师主要就课程项目的重难点进行讲解，针对项目的设计、安装、编程和调试等环节出现的问题进行集中解答和个别辅导，帮助学生提高分析解决实际工程问题的能力。在教学过程中融入课程思政内容，培育学生的家国情怀、责任担当与工匠精神，培养学生遵守职业道德规范等。2.对接培养的岗位能力本课程重点支撑以下毕业要求指标点：毕业要求1.3能够将检测传感、计算机控制、电机驱动、机器视觉等专业知识用于复杂机器人工程问题的解决。毕业要求5.2能够运用专业工程软件及技术手册进行设计、模拟和分析复杂机器人工程问题。毕业要求9.1能够在多学科背景下的项目团队中，以及在机器人产品或系统的构思、设计、实施、运行等过程的工程实践中，承担个体、团队成员以及负责人的角色。具有项目任务分解、计划安排和组织实施的能力。毕业要求9.2能够与团队其他成员进行有效合作，共同完成目标任务。毕业要求11.2能够合理应用工程管理原理和经济决策方法进行工程项目组织和管理，并能够控制项目的进度和成本，以保证项目目标的达成。三、课程目标与毕业要求根据该课程所支撑的毕业要求指标点，确定以下课程目标。课程目标1能够将PLC专业知识应用于复杂机器人工程控制问题的解决，具体包括机器人PLC控制系统的设计、安装与分析调试等。（支撑毕业要求1.3）课程目标2能够运用PLC的基本指令与扩展指令，借助编程软件和仿真软件对机器人PLC控制系统进行分析与仿真调试。（支撑毕业要求5.2）课程目标3课程项目通过小组合作，每人轮流承担团队负责人、技术员、接线员、质检员等角色，从而具有项目任务分解、计划安排和组织实施的能力。（支撑毕业要求9.1）课程目标4能够与团队其他成员进行有效合作，共同完成目标任务。（支撑毕业要求9.2）课程目标5具有项目组织和管理能力，能够合理选择电气元器件与导线，合理控制项目的进度和成本，以保证项目目标的达成。（支撑毕业要求11.2）课程目标与毕业要求之间的关系序号课程目标支撑的毕业要求指标点课程对毕业要求指标点支撑权重一级指标1课程目标1：能够将PLC专业知识应用于复杂机器人工程控制问题的解决，具体包括机器人PLC控制系统的设计、安装与分析调试等。毕业要求1.3：能够将检测传感、计算机控制、电机驱动、机器视觉等专业知识用于复杂机器人工程问题的解决。0.2工程知识2课程目标2：能够运用PLC的基本指令与扩展指令，借助编程软件和仿真软件对机器人PLC控制系统进行分析与仿真调试。毕业要求5.2：能够运用专业工程软件及技术手册进行设计、模拟和分析复杂机器人工程问题。0.1使用现代工具3课程目标3：课程项目通过小组合作，每人轮流承担团队负责人、技术员、接线员、质检员等角色，从而具有项目任务分解、计划安排和组织实施的能力。毕业要求9.1：能够在多学科背景下的项目团队中，以及在机器人产品或系统的构思、设计、实施、运行等过程的工程实践中，承担个体、团队成员以及负责人的角色。具有项目任务分解、计划安排和组织实施的能力。0.2个人和团队4课程目标4：能够与团队其他成员进行有效合作，共同完成目标任务。毕业要求9.2：能够与团队其他成员进行有效合作，共同完成目标任务。0.1个人和团队5课程目标5：具有项目组织和管理能力，能够合理选择电气元器件与导线，合理控制项目的进度和成本，以保证项目目标的达成。毕业要求11.2：能够合理应用工程管理原理和经济决策方法进行工程项目组织和管理，并能够控制项目的进度和成本，以保证项目目标的达成。0.2项目管理四、教学内容与预期目标（一）教学内容与成果目标序号教学内容预期学习目标课时课程目标1项目1电动机单向运行控制电路分析、安装与调试任务1.1电动机单向运行控制电路元器件认知任务1.2电动机单向运行控制电气原理图分析任务1.3电动机单向运行控制电气安装接线图绘制任务1.4电动机单向运行控制电路安装与调试任务1.5电动机单向运行控制电路的故障分析与检修任务1.6项目拓展-电动机点动与长动混合控制电气原理图分析1.理解并记忆刀开关、低压断路器、熔断器、按钮、接触器、热继电器等常用低压电器的结构、工作原理和接线方法；2.理解并记忆自锁的概念与应用场合；6目标13.能够应用常用低压元器件进行电动机单向运行控制电路的安装与调试；4.能够对电路故障进行分析与排除；5.能够辨别点动与长动的异同；6.在项目实施过程中，养成良好的职业素养。目标3-52项目2具有双重互锁的电动机正反转控制电路设计、安装与调试任务2.1具有双重互锁的电动机正反转控制电路设计任务2.2具有双重互锁的电动机正反转控制电路安装与调试任务2.3具有双重互锁的电动机正反转控制电路故障分析与排除任务2.4项目拓展-工作台自动往返控制电路的分析1.理解电动机正反转控制电路的工作原理；2.理解并记忆互锁的概念与应用场合；能够辨别自锁与互锁概念的异同；3.理解并记忆行程开关、接近开关的结构、工作原理和接线方法；3目标14.能够应用常用低压元器件进行具有双重互锁的电动机正反转控制电路的安装与调试；5.能够对电路故障进行分析与排除。目标3-53项目3电动机星三角降压启动控制电路分析任务3.1项目所用元器件认知任务3.2星三角降压启动控制电路分析任务3.3星三角降压启动控制电路安装与调试任务3.4项目拓展1自耦变压器降压启动控制电路分析任务3.5项目拓展2软启动控制电路分析1.理解并记忆时间继电器的结构、工作原理和接线方法；2.理解电动机星三角降压启动的工作原理。3目标13.能够应用常用低压元器件对电动机星三角降压启动控制电路进行安装与调试；4.能够对电路故障进行分析与排除；5.在项目实施过程中，养成良好的职业素养。目标3-54项目4电动机反接制动控制电路分析、安装与调试任务4.1速度继电器认知任务4.2电机制动方法认知任务4.3反接制动控制电路的安装与调试任务4.4反接制动控制电路故障分析与排除1.理解并记忆速度继电器的结构、原理和接线方法；2.理解电动机反接制动控制电路的工作原理；3目标13.能够应用常用低压元器件进行电动机反接控制电路的安装与调试；4.能够对电路故障进行分析与排除；5.在项目实施过程中，养成良好的职业素养。目标3-55项目5顺序启停控制电路分析、安装与调试任务5.1电动机顺序启停控制电路分析任务5.2顺序启动逆序停止控制电路的安装与调试任务5.3顺序启动逆序停止控制电路故障分析与排除任务5.4项目拓展-多地控制与多条件控制1.理解电动机顺序控制电路的多种设计方法；2.理解电动机顺序启动逆序停车控制电路的工作原理。3目标13.能够应用常用低压元器件进行电动机顺序启动逆序停止控制电路的安装与调试；4.能够对电路故障进行分析与排除；5.理解并记忆多条件控制、多地点控制电路的工作原理；6.在项目实施过程中，养成良好的职业素养。目标3-56项目6典型车床电气控制电路分析任务6.1CA6140车床电气控制系统分析任务6.2C650车床电气控制系统分析1.能够分析C6140车床电气控制系统的工作原理；2.能够分析C650车床电气控制系统的工作原理。3目标17项目7送料小车电气控制系统设计任务7.1电气控制系统的设计流程与设计方法任务7.2送料小车电气控制原理图设计任务7.3送料小车电气控制电路工艺设计与安装调试1.理解并记忆电气控制系统的设计流程与设计方法；2.能够根据任务要求设计简单的电气控制系统，并分析其工作原理。3目标18项目8电动机单向运行PLC控制系统设计、安装与调试任务8.1PLC认知任务8.2S7-1200PLC认知任务8.3项目所用PLC基本逻辑指令认知任务8.4PLC控制系统设计认知任务8.5电动机单向运行PLC控制电路设计、仿真、安装与调试任务8.6项目拓展-长动与点动混合PLC控制系统设计1.理解并记忆PLC的定义、类型、结构组成、工作原理、应用场合、特点、编程语言等。2.理解并记忆S7-1200PLC的类型、结构、系统配置、编程语言、接线方法等。3.理解并记忆S7-1200PLC基本指令的用法；6目标14.能够应用博图TIA软件对电动机单向运行PLC控制程序进行仿真调试；目标25.能够应用常用低压元器件与PLC对电动机单向运行PLC控制电路进行安装与调试；6.能够对电路故障进行分析与排除。目标3-59项目9电动机正反转PLC控制系统设计、安装与调试任务9.1项目所用信号边沿指令认知任务9.2电动机正反转PLC控制系统设计任务9.3电动机正反转PLC控制系统的安装与调试1.理解并记忆边沿指令的功能及使用方法；2.能够分析电动机正反转PLC控制系统的工作原理；3目标13.能够应用博图TIA软件对电动机正反转PLC控制程序进行仿真调试；目标24.能够应用常用低压元器件与PLC对电动机正反转PLC控制电路进行安装与调试；5.能够对电路故障进行分析与排除。目标3-510项目10星三角降压启动PLC控制系统的设计、安装与调试任务10.1项目所用定时器指令认知任务10.2星三角降压启动PLC控制系统设计、仿真、安装与调试任务10.3电动机延时启动PLC控制系统设计、仿真、安装与调试1.理解并记忆定时器指令的功能及使用方法；2.能够分析电动机星三角型降压起动PLC控制系统的工作原理；3目标13.能够应用博图TIA软件对电动机星三角型降压起动PLC控制程序进行仿真调试；目标24.能够应用常用低压元器件与PLC对电动机星三角型降压起动PLC控制电路进行安装与调试；5.能够对电路故障进行分析与排除；6.在项目实施过程中，养成良好的职业素养。目标3-511项目11交通灯PLC控制系统的设计与仿真调试任务11.1项目所用比较指令认知任务11.2指示灯闪烁报警控制梯形图设计任务11.3电动机启停控制虚拟触摸屏仿真任务11.4交通灯PLC控制系统设计任务11.5基于虚拟触摸屏的交通灯PLC控制仿真1.理解并记忆比较指令的功能及使用方法；2.能够分析交通灯PLC控制系统的工作原理；3.能够应用定时器指令与比较指令设计简单的PLC控制程序；3目标14.能够应用博图TIA软件对交通灯PLC控制程序进行仿真调试。目标212项目12舞台流水灯PLC控制系统设计与仿真调试任务12.1八盏灯手动点亮控制与仿真调试任务12.2八盏灯交替点亮控制与仿真调试任务12.3八盏灯循环点亮控制与仿真调试1.理解并记忆计数器指令、数据传送指令、比较指令、循环移位指令的功能及其使用方法；2.能够分析舞台流水灯PLC控制系统的工作原理；3.能够应用计数器指令、数据传送指令、比较指令、循环移位指令进行PLC控制程序的设计；3目标14.能够应用博图TIA软件对舞台流水灯PLC控制程序进行仿真调试。目标213项目13传送带PLC控制系统设计与仿真调试任务13.1项目所用数学运算指令认知任务13.2传送带PLC控制系统设计与仿真调试任务13.3PLC模块化与结构化程序设计方法1.理解并记忆算术运算指令的功能及其使用方法；2.能够分析传送带PLC控制系统的工作原理；3.能够应用算术运算指令进行PLC控制程序的设计3目标14.能够应用博图TIA软件对传送带PLC控制程序进行仿真调试。目标214项目14机械手PLC控制系统设计与仿真调试任务14.1顺序功能图设计法认知任务14.2机械手PLC控制系统设计与仿真调试任务14.3顺序功能图法设计交通灯PLC控制程序1.理解并记忆顺序功能图PLC程序设计方法；2.能够分析自动送料小车PLC控制系统的工作原理；3.能够分析机械手PLC控制系统的工作原理；4.能够应用顺序功能图设计方法设计PLC控制程序；3目标15.能够应用博图TIA软件对自动送料小车、机械手PLC控制程序进行仿真调试。目标215项目15步进电机驱动的工作台PLC控制系统设计与调试任务15.1步进电机与驱动器认知任务15.2高速脉冲输出指令与运动控制指令认知任务15.3步进电机驱动PLC控制系统设计与调试任务15.4步进电机驱动的工作台PLC控制系统设计与调试1.理解并记忆高速计数器与高速脉冲输出指令的功能及其使用方法；2.能够分析步进电机PLC控制系统的工作原理；6目标13.能够应用博图TIA软件对步进电机PLC控制程序进行仿真调试。目标24.能够应用常用低压元器件与PLC对步进电机PLC控制电路进行安装与调试；5.能够对电路故障进行分析与排除。目标3-516项目16带旋转编码器的工作台PLC控制系统设计与调试任务16.1旋转编码器认知任务16.2高速计数器指令与中断指令认知任务16.3带编码器的步进电机测速PLC控制系统设计与调试任务16.4工作台移动实时测距PLC控制系统设计与调试1.熟知旋转编码器的类型、工作原理与使用方法；熟知高速计数器指令的类型、功能与使用方法等；2目标12.能够正确绘制带旋转编码器的步进电机驱动的工作滑台PLC控制系统的电气原理图，并进行安装接线；3.能够利用高速计数器指令编写带旋转编码器的步进电机驱动的工作滑台PLC控制程序，并进行调试；4.在项目实施过程中，养成良好的职业素养。目标3-5总学时56五、课程考核方式与评分标准1.课程考核方式毕业要求课程目标考核内容考核与评价方式及成绩比例折合综合成绩分值过程性评价50%期末考试50%学习表现25%项目实践25%1.31常用电压电器的结构、符号、型号、工作原理