PLC教学案例（单元6）：电动机自锁控制电路连接与编程

PLC教学案例（单元6）：电动机自锁控制电路连接与编程一、案例基本信息项目内容适用单元第6单元（PLC基本指令应用与电机控制）适用专业机电一体化技术、电气自动化技术先修知识继电器控制电路原理、PLCI/O点概念、基本逻辑指令（LD、OR、OUT）课时安排2课时（理实一体化，理论40分钟，实操80分钟）核心设备西门子S7-200SMARTPLC、三相异步电动机、接触器KM、启动按钮SB1、停止按钮SB2、万用表、接线端子二、教学目标（一）知识目标理解电动机自锁控制的工作原理，明确“启动-保持-停止”的控制逻辑；掌握PLC控制电动机自锁的I/O点分配方法，能绘制外部接线图；熟悉梯形图编程规则，能运用LD、OR、OUT指令编写自锁控制程序；了解电路连接与程序调试的安全规范及常见故障类型。（二）能力目标能独立完成PLC与电机控制元件的外部接线，确保接线规范无误；能使用编程软件（STEP7-Micro/WINSMART）输入、检查并下载控制程序；能通过模拟与实物调试，实现“按下启动按钮电机运转、按下停止按钮电机停转”的功能；能排查接线错误、程序逻辑错误等常见故障，具备基础的问题解决能力。（三）素养目标强化安全意识，严格遵守电工操作规范，杜绝触电、短路等安全隐患；培养规范意识，养成接线整齐、标注清晰、程序注释完整的实操习惯；提升协作能力，通过小组分工完成接线与调试任务，实现高效配合；树立工程思维，能将控制需求转化为电路设计与程序代码。三、教学重难点教学重点：自锁控制的梯形图程序设计、PLC外部接线方法；教学难点：自锁逻辑的程序实现（常开触点并联保持）、接线与程序的协同调试。四、教学方法与资源（一）教学方法对比导入法：通过继电器自锁控制与PLC控制的对比，突出PLC控制的灵活性与可靠性；任务驱动法：以“实现电机自锁运行”为核心任务，拆解为“I/O分配→接线→编程→调试”子任务；示范教学法：教师现场示范接线操作与程序编写，强调关键步骤与规范；故障情境法：设置“按下启动按钮电机不转”“电机启动后无法停止”等故障，引导学生排查。（二）教学资源硬件资源：PLC实训台（含电源模块、I/O端子）、三相异步电动机（380V）、接触器（CJX2-1210）、按钮开关、导线、万用表；软件资源：STEP7-Micro/WINSMART编程软件、PLC接线仿真软件、故障排查动画视频；文本资源：I/O分配表模板、接线图示意图、梯形图参考程序、安全操作手册。五、教学实施过程（一）课前准备（10分钟）教师检查实训设备状态，确保PLC、电机、接触器等设备正常运行；学生分组（2-3人/组），领取实训任务单、接线工具与元件清单，核对元件型号；线上推送预习视频：继电器自锁控制原理、PLC基本指令操作，要求学生完成“自锁控制逻辑”填空题。（二）课堂实施（120分钟）1.情境导入与任务发布（15分钟）教师展示继电器自锁控制电路实物，演示运行过程，提问：“该电路若需修改控制逻辑，需更换元件并重新接线，如何解决这一问题？”引出PLC控制方案，讲解PLC控制的优势：接线简化、逻辑修改灵活、可靠性高；发布核心任务：使用PLC实现电机自锁控制，明确控制要求：按下SB1（启动），电机运转；按下SB2（停止），电机停转；SB1松开后电机持续运行。2.理论拆解与方案设计（25分钟）步骤1：控制需求分析（5分钟）引导学生梳理输入设备（启动按钮SB1、停止按钮SB2）与输出设备（接触器KM），明确输入信号为开关量，输出信号驱动接触器线圈。步骤2：I/O点分配（10分钟）教师讲解I/O点分配原则（就近分配、预留备用点），指导学生完成分配表：设备类型元件代号功能描述PLCI/O点输入设备SB1启动按钮（常开）I0.0SB2停止按钮（常闭）I0.1输出设备KM接触器线圈Q0.0步骤3：外部接线图设计（10分钟）教师示范接线图绘制方法，强调关键连接：输入回路：SB1一端接I0.0，另一端接COM；SB2一端接I0.1，另一端接COM；输出回路：Q0.0接接触器KM线圈一端，线圈另一端接220V电源，PLCL端接220V火线；主回路：三相电源→接触器主触点→电机绕组，确保相序正确。3.实操示范与学生操作（60分钟）环节1：教师示范（15分钟）接线示范：按照“先主回路后控制回路、先输入后输出”的顺序接线，使用万用表通断档检查接线正确性；编程示范：打开STEP7-Micro/WINSMART，新建项目，编写梯形图程序：第一行：LDI0.0（启动信号）→ORQ0.0（自锁触点）→OUTQ0.0（驱动接触器）；第二行：LDI0.1（停止信号）→ANT37（无延时）→RQ0.0（复位输出）；程序下载：连接PLC与电脑，检查通信端口，将程序下载至PLC。环节2：学生实操（45分钟）学生分组完成以下任务，教师巡回指导：接线操作（20分钟）：按设计的接线图连接线路，完成后组长自查，教师复检（重点检查COM端连接、线圈电源极性）；程序编写（15分钟）：输入梯形图程序，添加程序注释（如“启动按钮信号”“自锁保持”）；初步调试（10分钟）：接通PLC电源，切换至“运行”模式，按下SB1观察电机是否启动，按下SB2观察是否停止，记录运行状态。4.故障排查与优化（15分钟）教师设置典型故障，如“SB1接常闭触点导致电机上电即转”“自锁触点漏编导致松开SB1电机停转”；引导学生通过“看（接线）→查（程序）→测（电压）”排查：观察接线：检查SB1是否接常开触点，Q0.0与KM线圈连接是否牢固；查看程序：确认Q0.0常开触点是否与I0.0并联；测量电压：用万用表测I0.0端子电压，按下SB1时应显示24V，松开后为0V；学生修复故障后重新调试，确保功能正常。5.成果展示与总结（5分钟）每组派代表演示电机运行过程，讲解接线与编程思路；教师总结：强调自锁逻辑的核心是“输出信号反馈至输入侧保持”，接线需遵循“安全规范”，程序需体现“逻辑清晰”。（三）课后延伸（10分钟）布置作业：设计“带点动功能的自锁控制程序”（点动时电机不自锁，长按启动按钮运转，松开停转）；推送拓展资源：西门子PLC故障代码手册、电机控制典型案例程序；要求学生填写实训报告，记录接线步骤、程序代码、故障排查过程。六、教学评价（一）评价方式采用“过程性评价+成果性评价”结合，具体如下：评价维度评价内容权重评价主体方案设计I/O分配表准确性、接线图规范性20%教师实操技能接线正确性、工具使用规范性、程序编写完整性40%教师+组长调试能力故障排查效率、功能实现效果25%教师团队协作分工合理性、沟通配合度10%小组互评安全规范遵守操作流程、无安全隐患5%教师（二）评价标准优秀（90-100分）：接线零错误，程序逻辑清晰，1次调试成功，能快速排查2种以上故障；良好（80-89分）：接线无致命错误，程序仅需小幅修改，2次内调试成功，能排查常见故障；合格（60-79分）：接线存在1-2处错误，程序逻辑基本正确，3次内调试成功，需指导排查故障；不合格（＜60分）：接线错误较多，程序无法实现基本功能，经指导仍无法完成调试。七、教学反思与拓展（一）教学反思需加强对“自锁触点作用”的讲解，部分学生易漏编自锁触点导致功能失效；接线时应强调“断电操作”，避免学生带电接线引