工业数据采集与标识解析 教案 项目三 工业数据采集及标识解析教材教案

《3.1称重数据采集任务》教案授课教师班级学时授课日期教学任务称重数据采集授课方式☑讲授☑实践授课地点□多媒体教室☑实验/实训室□企业主要参考资料梁森，《自动检测技术及应用》，机械工业出版社教学目标素质目标：1.具备认真、严谨的工作态度。2.具有独立思考，又有分工合作、团队协作能力。3.具有一定信息收集与处理能力和数字应用能力。知识目标：1.了解称重传感器的工作原理，掌握称重仪表的使用方法。2.了解Modbus-rtu和Modbus-TCP通讯协议。能力目标：1.能使用称重传感器，实现称重数据的采集，保存和分析。教学内容1.称重传感器基本原理2.XMT-808-Q型智能显示控制仪的使用3.称重程序编写4.称重传感器的编程与调试重点难点1.XMT-808-Q型智能显示控制仪的使用2.称重程序编写与调试教学方法理论讲授实操演练项目驱动问题探究素材资源□文本素材☑实物展示☑PPT幻灯片□音频素材☑视频素材□动画素材□图形/图像素材□网络资源□其他课后作业编写程序，实现称重数据的采集教学反思注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份本表。重复班授课可不另填写教案。 

教学过程及内容一、导入新课（1）行业案例：展示智能工厂中自动化称重系统的视频（如饲料生产线、化工原料配比），提问：工业场景中称重数据如何与PLC联动控制？PLC在称重系统中承担什么角色？（2）问题引导：称重传感器信号如何接入PLC？如何通过PLC编程实现数据实时处理与报警？二、新知识点、技能点1.称重传感器基本原理​​（1）应变片原理：电阻应变效应→应力变形（2）信号调理：桥式整流电路，放大器将mV信号转换为标准模拟量（如4~20mA/0~10V）。2.XMT-808-Q型显示控制仪使用​​（1）接线（2）参数设置：通信协议（RS485ModbusRTU）、显示格式（分度值、小数点位数）等（3）实操任务：学生分组完成显示仪参数设置，教师检查校准结果。3.S7-1200PLC称重程序编写和调试​​（1）硬件配置：在TIAPortal中组态S7-1200PLC，添加CM1241RS485模块，配置ModbusRTU通信参数（波特率9600，站号1）。（2）程序逻辑设计：数据读取：通过Modbus指令读取XMT-808-Q的重量值（地址40001）。数据处理：单位换算（模拟量值→实际重量）；超限报警（如重量>100g触发输出信号）。三、教学总结1.知识回顾​​传感器原理、显示仪配置、PLC编程重点。2.技能强化​​（1）工业场景注意事项：传感器与PLC接地要求（防干扰）；模拟量信号线与电源线分离布线；PLC程序中异常处理（如通信超时复位）。（2）常见故障排除：数据跳变：检查屏蔽层接地是否良好；通信中断：确认Modbus站号与波特率设置。注解（应包含注意事项、课程思政点融入等）课程思政：“差之毫厘谬以千里”，PLC与仪器双方参数设置要完全一致，要有精益求精的精神。《工件材质及颜色数据采集任务》教案授课教师班级学时授课日期教学任务工件材质及颜色数据采集授课方式☑讲授☑实践授课地点□多媒体教室☑实验/实训室□企业主要参考资料教学目标素质目标：1.具备认真、严谨的工作态度。2.具有独立思考，又有分工合作、团队协作能力。3.具备综合分析、解决实际问题的能力。知识目标：1.了解材质传感器的工作原理，掌握材质传感器的使用方法。2.了解颜色传感器的工作原理，掌握颜色传感器的使用方法。能力目标：1.能使用材质传感器，实现工件材质的分析和判断。2.能使用颜色传感器，实现工件颜色的分析和判断。教学内容1.颜色传感器和材质传感器基本原理2.颜色传感器的参数设置3.颜色采集和材质采集程序的编写和调试重点难点1.颜色传感器的参数设置2.编程与调试教学方法理论讲解实操演示素材资源□文本素材☑实物展示☑PPT幻灯片□音频素材□视频素材□动画素材□图形/图像素材□网络资源□其他课后作业编程完成材质检测功能在材质检测工位放入一个金属或塑料的料盒，点击触摸屏“材质检测”按钮，完成材质检测，触摸屏显示相应的材质。教学反思注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份本表。重复班授课可不另填写教案。 

教学过程及内容一、导入新课1.情景导入​​行业案例：展示工业质检场景视频（如汽车零件分拣、电子元件质检），提问：如何快速识别工件材质（如金属/塑料）与颜色（如红色/蓝色）？工厂如何通过自动化系统实现材质和颜色数据的实时采集与分类？2.问题引导：材质和颜色检测需要哪些传感器？如何将传感器数据通过Modbus协议传输到PLC？二、新知识点、技能点1.工件材质及颜色检测原理​​颜色传感器：原理：三原色光（RGB）反射率检测→转换为RGB数值（如红色=255,0,0）。材质传感器​​：原理：电感式（金属）或电容式（非金属）检测。2.S7-1200PLC与Modbus通信配置​硬件配置、传感器接线、颜色传感器、材质传感器；Modbus主站设置：在TIAPortal中配置PLC为Modbus主站，设置通信参数（波特率9600，8数据位，无校验）。3.PLC程序编写和调试三、教学总结1.知识回顾：传感器原理、PLC编程重点、通信协议；2.技能强化：工业场景注意事项、调试技巧注意事项。3.总结评价：通过PLC程序运行效果（分类准确率）与系统稳定性评估学习成果。4.课后延伸：对比ModbusTCP与RTU协议在工业质检中的适用场景。注解（应包含注意事项、课程思政点融入等）课程思政：视频展示中国先进的工业场景，激发学生的民族自豪感。课程思政：对比国内外传感器，展示国产传感器的进步《V20变频速度数据采集任务》教案授课教师班级学时4授课日期教学任务V20变频速度采集授课方式☑讲授☑实践授课地点□多媒体教室☑实验/实训室□企业主要参考资料教学目标素质目标：1.培养严谨的工作态度和规范的操作习惯，确保设备安全运行；2.增强团队协作能力，在项目实施中合理分工与配合；3.提高问题分析与解决能力，能够快速排查系统故障；4.强化电气设备操作中的安全防护意识。知识目标：1.理解变频器V20的基本结构、接线方法及参数设置；2.掌握编码器的工作原理及其在速度检测中的应用；3.熟悉高速计数器的工作原理及其在PLC中的配置方法；4.了解Modbus-RTU通讯协议及其在PLC与变频器之间的应用。能力目标：1.能够正确接线并调试变频器V20，实现传送带的速度控制；2.能够配置PLC的高速计数器，准确采集编码器信号并计算速度；3.能够通过触摸屏进行人机交互，实时监控和调整系统参数；4.能够使用Modbus-RTU协议实现PLC与变频器之间的数据通讯。教学内容1.变频器V20接线及调试方法；2.编码器工作原理及接线方法；3.高速计数器组态及编程；4.S7-1200PLC与V20之间的Modbus-RTU通讯编程；5.触摸屏画面制作。重点难点重点：1.变频器V20调试方法；2.S7-1200PLC与V20之间的Modbus-RTU通讯编程；3.触摸屏画面制作。难点：1.S7-1200PLC与V20之间的Modbus-RTU通讯编程。教学方法任务驱动法，小组合作法素材资源☑文本素材☑实物展示☑PPT幻灯片□音频素材□视频素材□动画素材☑图形/图像素材□网络资源□其他课后作业教学反思注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份本表。重复班授课可不另填写教案。 

教学过程及内容一、导入新课引入案例：某工厂传送带因速度失控导致物料堆积，通过变频器精准调速解决问题。提出教学任务：利用V20变频器实现传送带的速度控制与数据采集。二、新知识点、技能点1.变频器V20的结构与调试2.编码器与高速计数器组态及编程增量式编码器的工作原理高速计数器组态方法（计数模式、滤波时间设置）；注意事项：旋转编码器有一条屏蔽线，使用时要将屏蔽线接地，提高抗干扰性。3.PLC与V20的Modbus-RTU通信编程4.触摸屏界面设计注意事项：（1）过电压导致变频器损坏；（2）数字量输入和24V电源上使用超过30米的信号电缆可能会在开关过程中产生过电压。这可能损坏变频器；（3）确保数字量输入和24V电源上的信号电缆长度小于或等于30米；（4）参数设置后需保存并重启生效。（5）调试前务必进行电机空载测试。课程思政：（1）安全意识：接线要注意安全操作规范；（2）工匠精神：参数设置要精确严谨，培养严谨的工作态度；（3）团队协作：分组完成系统调试，强调分工协作与责任意识。三、教学总结注解（应包含注意事项、课程思政点融入等）《时间数据采集及节拍优化任务》教案授课教师班级学时授课日期教学任务3.4时间数据采集及节拍优化授课方式☑讲授☑实践授课地点□多媒体教室☑实验/实训室□企业主要参考资料教学目标素质目标：1.具备认真、严谨的工作态度。2.具有独立思考，又有分工合作、团队协作能力。3.具备综合分析、解决实际问题的能力。知识目标：1.了解变频控制技术，掌握对生产设备实时速度的准确采集与监控的方法。2.掌握生产过程时间管理的概念，实时记录各环节的时间数据。能力目标：1.能使用材质传感器，实现工件材质的分析和判断。2.能使用颜色传感器，实现工件颜色的分析和判断。教学内容1.时间数据采集方法2.节拍优化的方法3.编程与调试重点难点1.节拍优化的方法教学方法理论讲授实操演练项目驱动问题探究素材资源□文本素材☑实物展示☑PPT幻灯片□音频素材□视频素材□动画素材□图形/图像素材□网络资源□其他课后作业完成节拍优化的程序编写与调试教学反思注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份本表。重复班授课可不另填写教案。 

教学过程及内容一、导入新课情景导入​​1.行业案例：播放某汽车焊接生产线视频，展示优化前后的对比：优化前：生产节拍为120秒/辆，设备利用率低；优化后：生产节拍降至108秒/辆，效率提升10%。2.问题引导：视频中哪些设备是瓶颈环节？如何识别？如何通过调整设备参数和控制程序缩短单台设备节拍？如何协调多设备协同，避免“木桶效应”？二、新知识点、技能点1.设备运行参数优化​PLC参数调整：修改变频器速度设定值（如传送带速度从1m/s提升至1.1m/s）；案例实操：在TIAPortal中修改S7-1200PLC的电机转速参数（如从DB1.DBW10=1000改为DB1.DBW10=1100）；2.控制程序重构与协同逻辑优化（25分钟）​​程序优化技术​​：逻辑简化：合并冗余条件判断（如将串联的多个IF语句改为SELECTCASE结构）；异步通信优化：将Modbus轮询周期从200ms缩短至100ms，提升数据实时性。三、教学总结1.知识回顾​​（1）系统优化核心步骤：瓶颈识别→单设备优化→多设备协同→数据验证→标准化推广。（2）关