三菱PLC基础电子教学教案合集

三菱PLC基础电子教学教案合集在工业自动化领域，可编程逻辑控制器（PLC）是实现设备智能化控制的核心载体。三菱PLC凭借稳定的性能、丰富的指令系统与广泛的行业适配性，成为职业院校、培训机构开展工业自动化教学的经典选择。本教案合集聚焦三菱FX系列PLC（以FX3U为核心教学对象），从“硬件认知-软件操作-指令编程-项目实践”四个维度搭建教学体系，既满足职业教育“理实一体化”的教学需求，也为初学者提供“阶梯式”的能力成长路径。教案一：三菱PLC认知与硬件系统初识一、教学目标知识目标：理解PLC的工作原理，掌握三菱FX3U系列PLC的硬件组成、模块功能及接线规范。技能目标：能识别PLC的输入/输出端子，独立完成简单I/O模块的电源、信号接线。素养目标：建立工业设备“规范操作、安全调试”的职业意识。二、教学重点与难点重点：PLC循环扫描工作原理，FX3U硬件模块（CPU、电源、I/O、扩展模块）的功能区分。难点：输入/输出电路的电压逻辑（DC24V输入、继电器/晶体管输出的差异）。三、教学准备硬件：FX3U-32MR型PLC（继电器输出）、DC24V电源、按钮开关（常开/常闭）、指示灯、导线若干。软件：无（纯硬件认知阶段）。资料：三菱FX3U硬件手册（节选）、工业现场PLC安装实景图。四、教学过程（一）情境导入（15分钟）展示工业场景视频（如自动化生产线、电梯控制、包装机械），提问：“这些设备如何实现精准的动作逻辑？”引出PLC作为“工业大脑”的核心作用，对比传统继电器控制的局限性（接线复杂、修改困难），凸显PLC“软件编程替代硬件接线”的优势。（二）新知讲解（30分钟）1.PLC工作原理：通过“循环扫描示意图”解析“输入采样→程序执行→输出刷新”三阶段，结合生活案例（如快递分拣：先扫描包裹信息，再执行分拣逻辑，最后输出分拣动作）帮助理解。2.FX3U硬件拆解：CPU模块：标注“RUN/STOP开关”“编程口（RS422）”“状态指示灯（PWR、RUN、ERR）”的功能；I/O端子：区分“输入端子（X0-X17）”与“输出端子（Y0-Y17）”，讲解“输入电路为漏型/源型接法”“输出继电器/晶体管的负载驱动能力”；扩展接口：介绍“右侧扩展总线”“模拟量/通信模块的扩展逻辑”（如FX3U-4AD可扩展4路模拟量输入）。（三）实操环节（45分钟）任务：搭建“按钮控制指示灯”电路2.学生实操，教师巡视纠错（重点关注：输入公共端S/S的接法、输出继电器的负载极性）。3.小组展示：按下按钮，观察指示灯是否点亮，验证电路逻辑。（四）总结与拓展（10分钟）总结：PLC硬件是“指令执行的载体”，接线规范是“程序生效的前提”。拓展：思考“若用晶体管输出型PLC（FX3U-32MT），接线需做哪些调整？”（提示：晶体管输出为NPN/PNP型，负载需接DC24V负极）。教案二：编程软件GXWorks3的安装与基础操作一、教学目标知识目标：掌握GXWorks3的安装环境要求、软件架构及工程创建流程。技能目标：能独立安装软件、创建工程、进行软元件监控与强制操作。素养目标：培养“软件工具服务于工程需求”的数字化思维。二、教学重点与难点重点：工程创建的“设备选择（FX3U）”“程序类型（梯形图）”设置，软元件的分类（X/Y/M/S/T/C等）。难点：软件安装的“环境依赖（.NETFramework、VC++运行库）”及兼容性问题解决。三、教学准备软件：GXWorks3安装包（含环境组件）、虚拟机（避免系统冲突）。资料：《GXWorks3快速入门手册》、软件安装常见问题排查表。四、教学过程（一）问题导入（10分钟）提问：“PLC的程序如何写入？”展示“传统手持编程器”与“电脑软件编程”的对比，引出GXWorks3的优势（可视化梯形图、在线监控、批量编辑）。（二）软件安装（25分钟）1.环境检测：运行“环境检查工具”，检测系统是否安装.NETFramework4.8、VC++2015-2022运行库，缺失则引导安装（教师演示虚拟机环境下的安装流程）。2.安装步骤：解压安装包，以“管理员身份”运行“SETUP.exe”；选择“典型安装”，勾选“FX系列支持”；等待组件安装（约15分钟），完成后重启电脑。（三）工程创建与基础操作（40分钟）1.工程创建：打开软件，点击“新建工程”→“设备类型：FXCPU”→“CPU类型：FX3U”→“程序语言：梯形图”；命名工程（如“Lesson2_Button_Lamp”），保存至指定路径。2.软元件认知：讲解“输入继电器（X）、输出继电器（Y）、辅助继电器（M）、状态继电器（S）、定时器（T）、计数器（C）”的功能差异（如M为内部辅助，无外部端子；T/C用于计时/计数）。拖拽“常开触点（LDX0）”“输出线圈（OUTY0）”到梯形图编辑区，形成“按钮控制指示灯”的逻辑；4.监控与强制：点击“在线→监控→开始”，观察X0（按钮）、Y0（指示灯）的状态变化；尝试“强制置位Y0”，验证软件对PLC的控制能力。（四）常见问题与解决（15分钟）问题1：安装时提示“环境组件缺失”→重新运行环境检查工具，安装对应组件；问题3：监控时软元件状态无变化→确认程序逻辑是否正确（如X0是否接常开按钮）。教案三：基本逻辑指令与编程实践一、教学目标知识目标：掌握LD、LDI、AND、OR、OUT等基本逻辑指令的功能与格式。技能目标：能运用基本指令编写“自锁、互锁、多条件控制”等梯形图程序。素养目标：培养“逻辑抽象→程序转化”的工程思维。二、教学重点与难点重点：指令的逻辑含义（如AND为“串联”、OR为“并联”），自锁电路的编程逻辑。难点：多条件逻辑的“先串后并”“先并后串”指令组合（如“(X0ANDX1)ORX2”的梯形图实现）。三、教学准备硬件：同教案一（FX3U-32MR、按钮、指示灯）。软件：GXWorks3，含已创建的工程。资料：《三菱PLC基本指令手册》、逻辑电路对比图（继电器电路vs梯形图）。四、教学过程（一）复习导入（10分钟）回顾“按钮控制指示灯”的梯形图（LDX0→OUTY0），提问：“若需‘按下按钮保持指示灯常亮（自锁）’，程序如何修改？”引出“自锁”的需求，进而介绍基本逻辑指令。（二）指令讲解（25分钟）1.指令分类与格式：输入类：LD（常开触点）、LDI（常闭触点），用于梯形图的“起始触点”；串联类：AND（常开串联）、ANI（常闭串联），实现“条件与”；并联类：OR（常开并联）、ORI（常闭并联），实现“条件或”；输出类：OUT（线圈输出），可驱动Y、M、T、C等软元件。2.指令逻辑演示：用“实物继电器电路”对比“梯形图”：如“X0（常开按钮）串联X1（常闭急停）→驱动Y0”，对应继电器电路为“按钮常开触点与急停常闭触点串联，控制接触器线圈”，帮助学生理解“软件指令模拟硬件逻辑”。（三）实操任务（50分钟）任务1：自锁电路编程需求：按下启动按钮（X0），指示灯（Y0）点亮；松开按钮后，指示灯保持常亮；按下停止按钮（X1，常闭），指示灯熄灭。编程逻辑：X0（LD）→OUTY0；Y0（OR）与X0并联（自锁）；X1（LDI）与自锁回路串联（停止）。任务2：互锁电路编程需求：电机正转（Y0）与反转（Y1）不能同时运行，通过X0（正转启动）、X1（反转启动）、X2（停止）控制。编程逻辑：Y0回路中串联Y1的常闭触点（LDIY1），Y1回路中串联Y0的常闭触点（LDIY0），实现“一方运行则另一方无法启动”。小组竞赛：最快完成且逻辑正确的小组展示，分析“互锁的必要性”（避免电机短路）。（四）拓展与总结（15分钟）拓展：尝试用基本指令编写“三地控制一盏灯”（X0、X1、X2三个按钮，任意按下改变灯的状态），提示“利用辅助继电器M实现状态记忆”。总结：基本指令是PLC编程的“积木”，掌握“串并联逻辑”是复杂程序的基础。教案四：定时器/计数器指令及应用一、教学目标知识目标：理解定时器（T）、计数器（C）的工作原理，掌握T0-T199（100ms）、C100（16位）等常用软元件的参数设置。技能目标：能运用定时器实现“延时启动、循环定时”，运用计数器实现“次数统计”。素养目标：培养“时间/数量维度的自动化控制”思维。二、教学重点与难点重点：定时器的“设定值（K）”与“实际延时”的关系（如T0的K100对应10秒延时），计数器的“复位逻辑”。难点：定时器的“线圈失电后当前值是否保持”（普通定时器vs积算定时器），计数器的“增计数/减计数”模式切换。三、教学准备硬件：FX3U-32MR、按钮（X0-X2）、指示灯（Y0-Y1）、旋转编码器（模拟计数输入，可选）。软件：GXWorks3，含定时器/计数器指令库。资料：《三菱PLC应用指令手册》（定时器/计数器章节）、定时/计数控制案例图（如广告灯箱、自动分拣）。四、教学过程（一）案例导入（10分钟）展示“自动洗手烘干机”视频：伸手→水龙头出水（延时2秒）→烘干（延时5秒）→停止。提问：“如何用PLC实现‘延时动作’？”引出定时器的功能。（二）指令讲解（30分钟）1.定时器（T）：类型：普通定时器（T0-T199，100ms时钟，无掉电保持）、积算定时器（T200-T245，1ms/10ms/100ms，掉电保持）；编程格式：OUTT0K100（T0为定时器编号，K100为设定值，对应100×0.1=10秒延时）；工作逻辑：线圈得电（LDX0）→当前值从0开始累加，达到K值时触点动作（常开闭合、常闭断开）；线圈失电→当前值清零（普通定时器）或保持（积算定时器，需RST指令复位）。2.计数器（C）：类型：16位增计数器（C0-C199，最大值K____）、32位增减计数器（C200-C234）；编程格式：OUTC100K10（C100为计数器编号，K10为设定值，计数10次后触点动作）；工作逻辑：计数输入（LDX0）每触发一次，当前值+1；达到K值时触点动作；复位输入（LDX1）得电→当前值清零，触点复位。（三）实操任务（50分钟）任务1：延时启动电路需求：按下启动按钮（X0），延时5秒后，指示灯（Y0）点亮；按下停止按钮（X1），指示灯熄灭。编程逻辑：X0→T0K50（50×0.1=5秒）；T0常开触点→OUTY0。任务2：循环定时电路需求：指示灯（Y0）亮2秒、灭1秒，循环运行；按下X2停止。编程逻辑：T0K20（亮2秒）→T1K10（灭1秒）；T1常开触点→RSTT0，T0常开触点→OUTY0，形成“T0→T1→T0”的循环。小组优化：如何用“一个定时器”实现循环？（提示：T0计时2秒后，用其常闭触点复位自身，同时控制Y0）。任务3：计数器应用需求：按下X0（计数输入）10次后，Y1点亮；按下X1（复位），Y1熄灭，计数清零。编程逻辑：X0→C100K10；C100常开触点→OUTY1；X1→RSTC100。拓展：若用旋转编码器（X0接A相、X1接B相），如何实现“正转计数、反转减计数”？（提示：使用C251（32位增减计数器），A相为计数输入，B相为方向输入）。（四）总结与反思（15分钟）总结：定时器是“时间维度的控制工具”，计数器是“数量维度的控制工具”，两者结合可实现更复杂的时序逻辑。反思：“积算定时器在停电恢复后如何继续计时？”（需搭配电池或掉电保持设置）。教案五：步进顺控指令与顺序控制一、教学目标知识目标：理解步进顺控指令（STL、RET）的工作原理，掌握状态继电器（S）的功