PLC控制系统课程教学大纲及作业设计

PLC控制系统课程教学大纲及作业设计一、课程概述PLC（可编程逻辑控制器）作为现代工业自动化的核心控制设备，其应用已渗透到制造业、能源、交通、物流等各个领域。本课程旨在系统地向学生传授PLC控制系统的基本理论、硬件构成、编程方法及工程应用技能，培养学生分析和解决实际工业控制问题的能力，为其未来从事自动化相关工作奠定坚实基础。本大纲适用于高等院校自动化、电气工程及其自动化、机械工程及其自动化等相关专业的本科或专科学生，亦可供从事相关领域技术工作的工程技术人员参考。二、课程基本信息*课程名称：PLC控制系统*课程代码：（此处根据实际情况填写）*学分/学时：（例如：3学分/48学时，其中理论若干学时，实践若干学时）*适用专业：自动化、电气工程及其自动化、机械电子工程等相关专业*先修课程：电工学、电子技术、电机与拖动基础、自动控制原理（或相关导论课程）三、课程目标（一）知识目标1.理解PLC的定义、发展历程、主要特点及应用领域。2.掌握PLC的基本组成结构（CPU、存储器、I/O模块、电源等）及各部分的作用。3.深刻理解PLC的工作原理，特别是扫描工作方式和输入输出映像区的概念。4.掌握PLC编程语言的基本规范，重点掌握梯形图（LD）和指令表（IL）的编程方法。5.熟悉PLC的基本逻辑指令、定时器、计数器指令的功能及应用。6.了解常用功能指令（如数据处理、算术运算、移位、比较等）的用途和编程方法。7.理解PLC控制系统设计的一般步骤和方法。8.了解PLC通信技术的基本概念及常用通信协议。（二）能力目标1.能够识读PLC的硬件配置图和I/O地址分配表。2.能够运用基本逻辑指令、定时器、计数器指令编写简单的控制程序。4.能够独立完成典型单元控制环节的PLC程序设计与调试（如电机正反转、星三角降压启动、交通灯控制等）。5.初步具备综合运用PLC技术解决实际工业控制问题的能力，能够进行小型PLC控制系统的方案设计、硬件选型、软件编程和系统调试。6.培养分析问题、解决问题的能力以及创新思维能力。7.培养工程实践能力和团队协作精神。四、课程内容与学时分配（以下为建议内容模块及学时，可根据实际情况调整）模块一：PLC概述与基础知识（约4学时）*PLC的定义、产生背景与发展趋势。*PLC的主要特点、分类及应用领域。*PLC与继电器控制系统、微机控制系统的比较。*PLC的基本组成（硬件系统：CPU、存储器、I/O模块、电源、扩展接口、编程器等；软件系统：系统程序、用户程序）。*PLC的工作原理：扫描工作过程（输入采样、程序执行、输出刷新），输入输出映像区。*典型PLC产品介绍（简述几个主流品牌及其特点，不做深入）。模块二：PLC编程语言与编程基础（约6学时）*PLC编程语言的国际标准（IEC____）及常用编程语言（梯形图LD、指令表IL、顺序功能图SCL、功能块图FBD、结构化文本ST）。*梯形图的基本概念、绘制规则与特点。*指令表的格式与基本指令表达。*PLC的编号系统与寻址方式（输入继电器I、输出继电器Q、辅助继电器M、定时器T、计数器C等）。*常用编程元件的功能与表示方法。模块三：PLC基本逻辑指令及应用（约8学时）*逻辑取反指令、与指令、或指令、与非指令、或非指令、异或指令。*输出指令（线圈驱动指令）、置位与复位指令。*边沿检测指令（上升沿、下降沿）。*定时器指令：通电延时定时器、断电延时定时器、保持型定时器的工作原理与应用。*计数器指令：加计数器、减计数器、加减计数器的工作原理与应用。*基本指令的综合应用：电动机点动与连续运行控制、正反转控制、星三角降压启动控制、多速电机控制等典型案例编程与分析。模块四：PLC功能指令及应用（约8学时）*功能指令的格式、操作数与分类。*常用功能指令介绍：*数据传送类指令*算术运算类指令（加、减、乘、除）*逻辑运算类指令*比较指令*移位与循环移位指令*子程序调用与返回指令（简单介绍）*功能指令应用举例：数据处理、简单的过程控制逻辑等。模块五：PLC编程软件与仿真调试（约6学时，含上机实践）*特定品牌PLC编程软件（如选用某品牌）的安装与界面介绍。*项目的创建、硬件配置的设置。*程序的输入、编辑、注释。*在线监控与调试功能的使用。*仿真软件的使用（如适用）。*上机实践：练习编程软件的基本操作，完成简单程序的输入与仿真。模块六：PLC控制系统设计与综合应用（约8学时，含课程设计指导）*PLC控制系统设计的一般原则与步骤。*需求分析与控制任务确定。*电气原理图设计：主电路、控制电路（PLCI/O接线图）。*I/O地址分配。*控制程序设计与流程图绘制。*系统安装、接线与调试（安全规程教育）。*典型控制系统案例分析：*物料输送与分拣系统控制*自动上料与加工单元控制*简单的交通信号控制系统设计*PLC通信技术简介：RS485、以太网等，常用通信模块与协议（如Modbus）。模块七：课程设计/综合实验（集中或分散进行，约X学时，可计入实践学时）*针对一个具体的小型控制系统（如自动送料小车、自动门控制、多种液体混合装置等），完成从方案设计、硬件选型、程序编写到仿真或实物调试的全过程。五、教学方法与手段1.课堂讲授：以多媒体课件为主，结合板书，系统讲解理论知识。2.案例教学：引入工业现场实际案例，加深对理论知识的理解和应用。3.实验教学：利用PLC实验装置，进行编程练习和控制实验，强化动手能力。4.项目驱动/课程设计：通过完成小型项目或课程设计，培养综合应用能力和工程实践能力。5.互动讨论：鼓励学生积极思考，针对重点难点问题进行课堂讨论。6.现代教育技术：利用在线学习平台、仿真软件等辅助教学。7.企业专家讲座（可选）：邀请企业工程师分享PLC应用经验。六、考核方式与标准*考核方式：采用过程性考核与终结性考核相结合的方式。*成绩构成：*平时成绩（约占总成绩的百分之四十）：包括出勤情况、课堂表现、课后作业完成质量、实验报告。*实验/实践成绩（约占总成绩的百分之三十）：包括实验操作、程序调试、实验报告。*期末考核（约占总成绩的百分之三十）：可采用闭卷考试、开卷考试或课程设计报告答辩等形式，主要考察学生对基本知识的掌握程度和综合应用能力。*考核标准：参照课程目标，从知识掌握、技能运用、分析与解决问题能力等方面进行综合评价。七、作业设计作业设计应紧密结合课程内容，注重理论与实践的结合，旨在巩固所学知识，培养编程能力和解决实际问题的能力。（一）课后习题（贯穿整个学期）*目的：巩固课堂所学的基本概念、原理和指令。*形式：教材习题、补充思考题、小型编程题目（写出梯形图或指令表）。*内容示例：*分析给定梯形图的工作过程，画出时序图。*用基本指令编写实现某一简单逻辑控制的程序。*比较不同指令的功能和应用场景。*要求：独立完成，书写工整，思路清晰。（二）编程练习（结合各章节内容布置）*目的：熟练掌握编程方法和技巧，提高编程能力。*形式：在计算机上使用PLC编程软件编写程序，并进行仿真调试（或在实验装置上验证），提交程序文件和调试报告。*内容示例：*电动机正反转带互锁保护的PLC控制程序。*用定时器实现某一延时控制逻辑（如闪烁灯、顺序启动）。*用计数器实现产品计数或循环次数控制。*运用功能指令完成一个简单的数据处理任务。*要求：程序正确、规范，有必要的注释，提交程序清单和简要的调试说明。（三）实验报告（针对每个实验项目）*目的：培养实验操作能力、观察分析能力和书面表达能力。*形式：实验前预习报告（含实验目的、原理、步骤、预期结果），实验后完成实验报告（含实验数据记录、现象分析、程序清单、遇到的问题及解决方法、实验总结与体会）。*内容：围绕实验指导书规定的实验项目，如“PLC基本指令应用实验”、“定时器/计数器应用实验”、“典型控制环节实验”等。*要求：数据真实，分析合理，结论正确，报告规范完整。（四）课程设计（大作业）*目的：综合运用所学知识，培养独立分析和解决实际工程问题的能力，体验PLC控制系统设计的全过程。*形式：通常在课程后期进行，可分组完成（每组三至四人）或独立完成。*选题：教师提供若干参考题目，学生也可根据兴趣自选（需教师认可）。选题应具有一定的综合性和实用性，难度适中。*参考选题：*自动上料与分拣系统PLC控制*多层电梯（模拟）PLC控制*自动售货机（模拟）PLC控制*交通信号灯PLC控制系统*小型物料搬运机械手（模拟）控制*要求：1.提交设计方案报告：包括控制要求分析、总体方案设计、I/O地址分配、电气原理简图（含I/O接线图）、控制流程图。2.编写控制程序：梯形图及必要的注释。3.进行仿真调试或在实验平台上进行部分功能验证，提交调试记录和结果分析。4.最终提交完整的课程设计报告（包括设计说明书、程序清单、仿真截图或实物照片、总结与展望等），并进行口头答辩或成果展示。八、推荐教材与参考资料*推荐教材：*《可编程控制器原理及应用》（选用国内主流教材，如某高校出版社出版，某作者主编）*特定品牌PLC用户手册及编程手册（作为实践指导）*参考资料：*《PLC编程及应用》（国外经典教材译本）*《工业控制网络》（了解PLC通信相关知识）*相关PLC技术论坛、行业网站资源*国家及行业相关电气设计规范九、课程建议与说明1.本课程实践性极强，应确保充足的实验和实践环节学时，鼓励学生多动手、多尝试。2.教学过程中应注重理论联