plc控制课程设计2017

plc控制课程设计2017一、教学目标

本课程以PLC控制技术为核心，针对高二年级学生设计，旨在通过理论与实践相结合的方式，培养学生对PLC控制系统的基本认知和应用能力。

**知识目标**：学生能够掌握PLC的基本结构、工作原理及编程方法，理解PLC在自动化控制中的应用场景，并能结合实际案例分析其控制逻辑。通过学习，学生应能解释PLC的输入输出模块功能、程序执行过程，以及常见故障的排查方法。这些知识点的学习与教材中“PLC控制系统概述”和“基本指令编程”章节紧密相关，确保学生构建扎实的理论基础。

**技能目标**：学生能够独立完成简单的PLC控制程序设计，包括梯形绘制、程序下载与调试，并能运用PLC实现对基本控制任务（如电机启停、灯光控制）的自动化操作。技能训练需结合教材中的实训项目，如“水塔水位控制系统”和“交通信号灯控制”，通过动手实践提升编程和调试能力。此外，学生应能使用PLC编程软件进行仿真测试，验证程序逻辑的正确性。

**情感态度价值观目标**：培养学生对自动化技术的兴趣，增强其工程实践意识和社会责任感。通过小组合作完成控制项目，提升团队协作能力；通过解决实际问题，培养严谨细致的学习态度和创新思维。课程设计注重理论联系实际，引导学生关注PLC技术在工业生产、智能家居等领域的应用，树立科技服务于生活的意识。

课程性质属于专业技术类，学生具备一定的电工基础和逻辑思维能力，但对PLC系统较为陌生。教学要求以“做中学”为主，结合多媒体教学和实验室实践，确保知识传递与技能训练的同步进行。目标分解为：掌握PLC硬件组成（教材第2章）、学会基本指令编程（教材第3章）、完成1个简单控制项目（教材第4章实训），以便后续评估学习效果。

二、教学内容

本课程围绕PLC控制技术的基础知识和应用技能展开，教学内容紧密围绕课程目标，确保知识的系统性和实践性。教学大纲以教材为核心，结合实验室设备和学生认知特点，分模块教学，具体安排如下：

**模块1：PLC控制系统概述（教材第1章）**

-**内容安排**：PLC的定义、发展历程、基本结构（CPU、存储器、输入输出模块、电源模块）、工作原理（扫描周期、输入处理、程序执行、输出处理）。重点讲解PLC在工业自动化中的优势及典型应用场景（如生产线控制、楼宇自动化）。

-**教学进度**：2课时。通过多媒体演示PLC内部结构，结合教材1.1-1.3讲解硬件组成；通过案例（教材例1.1）分析PLC控制流程，帮助学生理解扫描工作原理。

**模块2：PLC的基本指令与编程（教材第2章）**

-**内容安排**：指令系统分类（逻辑运算、定时器、计数器、数据传送等）、梯形编程规则（线圈左行、触点上置、指令嵌套）、程序编辑技巧（断电保持、置位复位）。结合教材实训2.1“三相电机启停控制”，讲解启保停电路的编程实现。

-**教学进度**：4课时。理论教学配合仿真软件（如STEP7-Micro/WIN）进行指令练习，学生独立完成梯形设计并通过软件模拟运行，教师点评纠错。

**模块3：PLC控制系统的应用实践（教材第3章）**

-**内容安排**：输入输出接口配置（数字量/模拟量转换）、硬件组态方法（教材3.2-3.4）、故障诊断流程。以“交通灯控制系统”（教材实训3.3）为例，讲解I/O分配、程序下载与现场调试。强调安全操作规范，如接线前检查PLC电源状态。

-**教学进度**：3课时。分组完成硬件接线与程序调试，记录问题并分析原因，培养解决实际问题的能力。

**模块4：综合项目设计（教材第4章）**

-**内容安排**：以“自动送料控制系统”为课题，要求学生综合运用前述知识，设计完整控制流程（含传感器检测、电机控制、报警功能）。结合教材第4章案例，讨论多任务并行处理（如送料与紧急停止的优先级设计）。

-**教学进度**：4课时。分阶段推进：需求分析（1课时）、程序设计（2课时）、系统联调（1课时），最终提交设计报告并展示成果。

**教材关联性说明**：所有内容均来自指定教材的PLC基础章节，包括硬件解、指令表、典型例题和实训任务。进度安排兼顾理论深度与动手实践，确保学生能逐步掌握从认知到应用的完整学习路径。

三、教学方法

为达成课程目标，激发高二学生对PLC控制技术的学习兴趣，本课程采用多元化教学方法，结合理论知识与动手实践，确保教学效果。

**讲授法**：针对PLC的基本概念、硬件结构和工作原理等理论性较强的内容，采用系统讲授法。结合教材第1章“PLC控制系统概述”，通过PPT、动画演示PLC内部机制，辅以板书讲解扫描周期、输入输出模块功能等关键知识点。讲授过程中穿插教材中的“思考与练习”，引导学生即时理解，控制讲解节奏，确保学生掌握基础框架。

**案例分析法**：以教材中的实际应用案例（如第3章“PLC控制系统的应用实践”中的“交通灯控制”）为核心，采用案例教学法。教师先展示案例逻辑与控制需求，再引导学生分析梯形设计思路，对比教材例题中的优化方案。通过小组讨论，学生自主拆解案例，理解指令嵌套、定时器应用等技巧，增强知识迁移能力。

**实验法**：结合教材实训项目，如“三相电机启停控制”（教材第2章）和“自动送料控制系统”（教材第4章），实验教学法。在实验室环境中，学生分组完成硬件接线、程序编写与调试。教师巡回指导，重点纠正接线错误（如教材3.4所示I/O端子排布）和逻辑缺陷，强化实践技能。实验后要求学生提交调试日志，分析故障原因，培养问题解决能力。

**讨论法**：针对综合项目设计阶段（教材第4章），采用讨论式教学法。学生围绕“送料系统功能扩展”（如增加紧急停止保护）展开辩论，提出多种实现方案，教师总结优劣。通过对比教材中单一任务与多任务控制的差异，深化对PLC控制逻辑的理解。

**多样化教学手段**：结合仿真软件（如STEP7-Micro/WIN，教材配套工具）进行虚拟实验，弥补硬件资源不足；利用教材中的二维码资源，推送扩展阅读材料（如西门子S7-200技术手册片段），拓展知识深度。通过任务驱动（如完成教材实训2.1的限时编程任务）与竞赛式考核（如小组比拼调试效率），提升学习主动性。

四、教学资源

为有效支撑PLC控制课程的教学内容与教学方法，需整合多样化的教学资源，确保知识传授、技能训练与学习体验的深度结合。所有资源的选择均以教材为核心参照，围绕其章节体系展开。

**教材与参考书**：以指定教材《PLC控制技术》（第X版，出版社名）作为主要学习载体，其章节编排（如第1章基础概念、第2章指令系统、第3章应用实践）直接决定了教学进度与资源匹配。配套参考书选用《西门子S7-200/300PLC应用指南》（对应教材中涉及的该品牌机型），供学生查阅指令细节与高级功能，如形化编程技巧（教材未深入）与通讯协议（教材第3章提及但较简略）。

**多媒体资料**：制作与教材章节对应的PPT课件，包含硬件结构三维模型动画（辅助理解教材1.2PLC组成框）、梯形编程软件操作录屏（对应教材例2.3定时器编程），以及仿真实验指导视频（如教材第2章实训项目“电机控制”的虚拟接线演示）。此外，链接教材中提供的二维码资源，如西门子官网技术文档片段（补充教材第3章I/O模块选型信息），丰富理论认知。

**实验设备**：实验室配置PLC实训装置（如三菱FX系列，与教材例题机型接近），包含CPU模块、数字量输入输出扩展模块（对应教材3.3接线）、模拟量模块（用于教材未详述的传感器接口案例）。配套工具包括编程器（用于手动下载指令，验证教材第2章指令功能）、万用表（检测I/O状态，呼应教材故障排查流程）。确保每组学生能操作1套完整实训装置，完成教材第4章综合项目设计。

**软件资源**：安装PLC编程软件（如TIAPortalBasic，覆盖教材涉及的S7-1200编程环境），用于仿真调试梯形程序（教材第2章习题）。提供教材配套的仿真软件（若有），允许学生在线模拟硬件接线与程序执行，弥补实验室设备数量不足。

**其他资源**：收集工业PLC控制现场照片（如教材引言中工厂自动化场景），企业工程师线上讲座（聚焦教材第3章工业应用案例），并布置课后任务：查阅教材相关章节，分析某智能家居设备（如智能窗帘）的PLC控制逻辑，强化知识应用意识。

五、教学评估

为全面、客观地评价学生对PLC控制知识的掌握程度及技能应用能力，本课程设计多元化、过程性评估体系，紧密围绕教材内容与教学目标展开。评估方式涵盖平时表现、实践作业与期末考核，确保覆盖知识记忆、逻辑分析、动手操作等维度。

**平时表现（占总成绩20%）**：包括课堂参与度（如回答教材例题分析问题）、实验纪律与安全操作（参照教材实验守则）、小组讨论贡献度（针对教材案例分析）。教师通过随机提问（如“解释教材第2章RST复位指令功能”）、检查笔记（对比教材重点章节）等方式进行评价，记录学生出勤及对PLC硬件结构（教材第1章）的日常认知情况。

**实践作业（占总成绩30%）**：设置与教材章节对应的实践任务，如：完成教材第2章实训“电机正反转控制”的梯形设计与仿真调试，提交程序文件及调试报告；分析教材第3章案例“水位控制”的故障现象（如传感器信号异常），提出排除方案。作业需体现对基本指令（教材第2章表2.1）的熟练运用和简单控制逻辑（教材第3章控制流程）的理解，评分标准依据程序正确性、注释完整性及教材相关知识点掌握程度。

**期末考核（占总成绩50%）**：分为理论考试与实践操作两部分。

理论考试（占比70%）：采用闭卷形式，题型包括填空题（如教材第1章PLC发展史关键节点）、选择题（考核教材第2章指令优先级）、判断题（涉及教材第3章安全规范）和简答题（如“对比教材第2章与第3章定时器应用区别”）。试卷内容覆盖教材前四章核心知识点，重点考察学生对PLC定义、硬件组成、指令系统及简单应用的理解。

实践操作（占比30%）：在实验室进行，学生独立完成“单按钮控制多灯”（改编教材第2章启保停逻辑）任务，要求在15分钟内完成硬件接线（依据教材3.4I/O分配）与程序编写、下载、调试。考核指标包括接线规范性、程序逻辑正确性及现场问题解决能力（如处理仿真或实际输出不亮情况），直接反映教材第4章综合项目设计要求的应用水平。所有评估方式均以教材为基准，确保评价的统一性与针对性。

六、教学安排

本课程共安排16课时，涵盖PLC控制系统的全部核心内容，教学计划以教材章节顺序为主线，兼顾理论与实践的穿插进行，确保在学期有限时间内高效完成教学任务。

**教学进度**：课程分为四个模块，每模块包含理论讲解、实例分析与实验实践，紧密对应教材章节。

-**模块1：PLC控制系统概述（2课时）**：第1-2周。第1课时讲授教材第1章PLC定义、发展与应用场景，结合工业现场片（教材引言部分）激发兴趣；第2课时讲解硬件结构（CPU、I/O模块等，教材1.1-1.3）与工作原理（扫描周期，教材1.4节），辅以动画演示。

-**模块2：PLC的基本指令与编程（4课时）**：第3-4周。第3、4课时分讲教材第2章逻辑指令、定时器/计数器指令，结合例题（教材2.2节）进行梯形绘制练习；安排实验课（第5周），学生完成教材第2章实训“三相电机启停控制”的仿真编程与调试。

-**模块3：PLC控制系统的应用实践（4课时）**：第5-7周。第5课时讲解教材第3章I/O接口与硬件组态；第6-7课时结合案例“交通灯控制”（教材实训3.3），进行分组实验，要求学生完成接线（依据教材3.3）、程序下载与现场调试，教师重点检查安全操作规范（教材安全章节提示）。

-**模块4：综合项目设计（6课时）**：第8-12周。第8课时发布“自动送料控制系统”（教材第4章案例改编）任务，要求学生分小组设计控制流程；第9-11课时为实验课时，学生完成硬件选型（参考教材3.2节）、程序编写与联调；第12课时进行项目展示与互评，教师总结评分。

**教学时间与地点**：理论课安排在周一、周三下午第1-2节（共4课时），在普通教室进行，结合多媒体教学；实验课安排在周二、周四下午（共8课时），在PLC实验室进行，确保每组学生配备完整设备（教材配套实训装置），实验时间避开学生午休高峰，便于集中调试。

**考虑学生情况**：针对高二学生首次接触专业设备，实验课前增加15分钟安全操作培训，强调接线前检查（教材实验指导部分强调事项）；理论课穿插教材“思考与练习”题目，安排课间快速问答，及时巩固PLC基本概念（如扫描周期）。教学节奏前松后紧，前半段侧重基础指令（教材第2章），后半段强化综合应用（教材第4章），适应学生从理论到实践的认知规律。

七、差异化教学

鉴于学生在学习风格、兴趣特长和能力水平上存在差异，本课程设计差异化教学策略，通过分层任务、多元资源和个性化指导，确保每位学生能在PLC控制学习中获得适宜的发展。所有差异化措施均围绕教材核心内容展开，旨在提升整体学习效果。

**分层任务设计**：基于教材章节难度，设置不同层级的实践任务。基础层要求学生完成教材配套的标准化实训项目，如教材第2章的“电机启停控制”梯形编程与仿真（考核基本指令掌握）；拓展层要求学生分析教材第3章案例中未详述的故障情境（如传感器信号漂移），设计补偿方案；创新层则鼓励学生基于教材第4章综合项目，增加“故障自诊断”或“人机交互界面”等扩展功能（需参考教材附录或额外资料）。学生根据自身能力选择任务，教师提供相应提示与资源支持。

**多元资源供给**：提供与教材章节匹配的多媒体资源库，包括基础讲解视频（对应教材第1章概念）、进阶案例文档（如教材未覆盖的PLC通讯编程片段）、仿真软件操作技巧微课。对学习风格偏向视觉的学生，推荐教材中带的章节（如第2章指令表示）；对逻辑思维较强的学生，提供教材第3章控制流程模板供自主发挥。实验课上，允许能力较强的学生提前完成基础任务，查阅教材第4章关于模块化编程的描述，设计更复杂的控制逻辑。

**个性化评估与反馈**：评估方式体现分层，理论考试包含基础题（覆盖教材必知要点，如第1章定义）、中档题（结合教材第2章指令应用）和拓展题（如比较教材第2、3章相似指令差异）；实践作业评分标准对不同难度任务有所侧重。教师通过实验课观察、项目报告批阅（关注学生是否运用教材第3章安全规范）及课后答疑，针对不同学生提供具体反馈。例如，对编程速度慢但逻辑清晰的学生（如教材第2章习题求解准确），建议加强软件操作练习；对理解教材概念但实践粗心的学生，强调实验接线规范性（教材实验守则）。通过差异化教学，满足学生在掌握PLC基础知识（教材核心章节）的同时，实现个性化成长。

八、教学反思和调整

为持续优化PLC控制课程的教学质量，确保教学目标与教材内容的有效达成，本课程实施常态化教学反思与动态调整机制，依据学生反馈与教学效果数据，及时修正教学策略。

**定期反思节点**：结合教材章节完成节点（如每章结束后、每次实验课结束后）进行阶段性反思。例如，在完成教材第2章基本指令教学后，分析学生对梯形编程的掌握程度，对比教材例题的复杂度与学生实际编程能力（如定时器应用是否准确）的匹配度。若发现学生普遍在教材例2.5定时器接点串联处出错，则需反思讲授法与案例分析法是否充分，是否需增加仿真软件中的分步调试演示（补充教材配套资源）。

**数据驱动的调整**：依据教学评估结果调整教学重点。平时表现记录显示多数学生在教材第1章PLC硬件认知上存在模糊点（如形化展示不足），则下次理论课前增加硬件结构三维模型动画播放时间，并设计课堂互动问答（如“比较教材1.2与1.3模块功能”），强化视觉化教学。实践作业批改若发现学生能理解教材第3章控制逻辑但I/O分配混乱，则下次实验课前重申教材3.4的分配原则，并在实验指导中增加接线检查清单。

**学生反馈整合**：通过非正式访谈、实验课结束时的简短问卷（如“教材第X章哪部分最难理解？”、“仿真环境是否够用？”）收集学生建议。若多数学生反映教材第4章综合项目难度过大，可适当简化项目要求（如减少控制目标数量），或提供更多中间步骤的模板参考（补充教材附录资源），确保调整后的任务仍能覆盖教材核心技能要求，同时符合学生实际能力。

**方法与资源的动态优化**：根据反思结果调整教学方法组合。若发现讨论法在激发教材第2章指令创新应用方面效果不佳，可改为采用“项目式学习”，让学生分组设计教材未涉及的简单控制场景（如基于教材指令的知识迁移），通过成果展示促进竞争与合作。同时，持续关注行业新技术（如教材前言提及的工业4.0），适时引入简短讲座或补充阅读材料，保持教学内容与教材基础理论的与时俱进。通过上述反思与调整，确保教学始终围绕教材核心，并贴合学生需求，提升PLC控制技术的教学实效。

九、教学创新

为增强PLC控制课程的吸引力和互动性，激发学生的学习热情，本课程尝试引入新型教学方法与技术，结合现代科技手段，优化教学体验。创新点与教材内容紧密关联，旨在提升学生对PLC控制技术的理解和应用能力。

**虚拟现实（VR）技术体验**：利用VR设备模拟真实的工业PLC控制现场。学生通过VR头显，可“进入”教材第1章所述的自动化生产线场景，直观观察PLC控制系统与其他自动化设备（如传感器、执行器）的交互过程。此创新有助于突破空间限制，增强对PLC实际应用环境的感知，使教材中抽象的工业控制概念具象化。实验课前，学生可通过VR熟悉教材第3章涉及的硬件布局与接线规范，降低实际操作中的畏难情绪。

**在线协作编程平台应用**：引入在线PLC编程平台（如TIAPortalWebAccess，若教材涉及该系列），允许学生不受时空限制，分组协作完成教材第2章的梯形编程任务。平台支持实时在线编辑、仿真调试及版本控制，学生可参考教材例题，但需独立解决协作中遇到的逻辑分歧与程序错误，培养团队协作与远程协作能力。教师可实时查看各小组进度，针对性提供指导，强化教材指令系统的实践应用。

**智能机器人结合实验**：将PLC控制与智能机器人（如教育型机器人，若条件允许）结合，设计拓展实验。例如，要求学生运用教材第2、3章所学知识，通过PLC控制智能机器人的运动轨迹（如教材中简单控制逻辑的延伸应用），实现“自动避障”或“路径跟踪”任务。此创新将抽象的PLC编程与具象的机器人动作结合，提升课程的趣味性和挑战性，使学生在解决机器人控制问题的过程中，深化对教材核心知识的理解与应用。通过这些创新手段，增强课程的现代感和实践吸引力。

十、跨学科整合

PLC控制技术作为自动化领域的核心，与电工电子、计算机科学、机械原理、甚至数学物理等多个学科紧密相关。本课程通过跨学科整合，促进知识的交叉应用，培养学生的综合学科素养，使学生对PLC控制的理解更为全面。整合内容紧密围绕教材核心章节展开，实现知识的融会贯通。

**与电工电子技术的整合**：在讲解教材第1章PLC硬件结构时，结合电工电子技术中的电路知识，分析PLC输入输出模块的电气原理（如继电器输出、晶闸管输出特性，可参考教材1.3及配套说明）。实验课（如教材第2章电机控制）中，强调安全用电规范（电工基础），并要求学生运用欧姆定律、基尔霍夫定律（物理知识）分析PLC外部电路的连接与故障排查，将电工电子知识作为PLC应用的必要基础。

**与计算机科学的整合**：强调PLC编程与计算机科学的共通性。在讲解教材第2章梯形编程时，引入编程语言的基本结构（顺序执行、条件判断，对比教材指令逻辑），并通过仿真软件（如教材配套软件），让学生体验程序编译、调试过程，类比计算机编程的流程。同时，结合教材第3章I/O通讯内容，介绍简单的数据通讯协议（如Modbus），关联计算机科学中的网络与数据传输知识，拓展学生视野。

**与数学物理的整合**：在讲解教材第2章的定时器与计数器应用时，关联数学中的计时、计数概念，物理中的逻辑门电路（与、或、非，对应教材逻辑指令）。例如，分析教材例2.3定时器编程时，可引入时间函数计算；讨论教材第3章模拟量处理时，涉及简单的物理电学公式（如欧姆定律，物理）和数据处理方法（数学）。通过这种整合，使学生在掌握PLC技术（教材核心）的同时，巩固和拓展了相关学科的基础知识，提升综合解决问题的能力。

十一、社会实践和应用

为培养学生的创新能力和实践能力，将所学PLC控制知识与社会实际应用相结合，本课程设计了一系列社会实践和应用教学活动，确保学生能够学以致用，理解教材知识的实际价值。这些活动紧密围绕教材核心内容展开，强化理论与实践的连接。

**校内小型自动化改造项目**：学生以小组形式，对校内设施进行小型自动化改造设计。例如，改造实验室的灯光控制，使其能根据光线强度（可用简单传感器模拟，关联教材第3章传感器应用）或人员活动自动开关，或设计自动售货机（简化版，如教材第4章综合项目概念），要求学生绘制控制流程（参考教材3.2设计思路）、编写梯形程序（运用教材第2章指令），并在实验室模拟调试。此活动锻炼学生综合运用教材知识解决实际问题的能力，培养创新思维。

**企业参观与控制需求分析**：安排学生参观应用PLC控制技术的企业（如食品加工厂、自动化仓库，寻找教材第1章所述应用场景），实地观察PLC控制系统如何运作。重点引导学生分析企业现有控制流程（如生产线物料输送，关联教材第3章控制逻辑），识别可优化环节，并提出基于PLC的改进建议。此活动使学生直观感受教材知