《电气控制与PLC(案例教程)-》教学大纲

《电气控制与PLC技术》课程教学大纲一、课程简介课程名称：电气控制与PLC技术英文名称：ElectricalControlandPLCTechnology课程代码：0110545课程类别：专业基础课学分：3 总学时：48（36理论+12实验）先修课程：电路基础、电机与电力拖动、数字电子技术、检测技术与应用后续课程：变频器技术与应用、毕业设计课程概要：本课程是自动化、电气工程及其自动化相关专业本科生的专业基础课程。本课程包括电气控制系统知识、可编程控制器（PLC）技术两部分。电气控制系统的知识部分主要学习常用低压电器的基本原理、基本电气控制线路等知识；PLC技术部分主要学习PLC基本原理、指令系统及其应用等知识，为PLC控制系统设计打基础。本课程的特点是实践性强，理论知识不复杂，要求理论紧密结合实践。二、教学目的及要求通过本课程的学习，要求学生掌握常用低压电器的工作原理、电气符号和使用方法；掌握继电-接触器控制系统的基本控制线路以及典型电气控制系统的设计方法；掌握PLC的基本工作原理以及S7-200PLC的主要指令系统及其使用方法；掌握PLC控制系统的设计方法，能够设计典型系统的PLC程序。作为现代工业自动化生产的三大支柱之一，PLC广泛地用于工业生产中。主流的PLC为欧系、日系与美系品牌，但是近年来国产PLC也有了长足的发展。通过本课程的学习，使学生认识到我国与国际先进自动化控制技术之间存在一定的差距，激发学生奋发图强的精神，培养学生的爱国主义精神。同时，也要让学生认识到，通过不断创新发展，我国PLC技术取得了巨大成就，国家正逐渐从制造大国转向制造强国，增强学生四个“自信”，使他们成为成为“有理想、有本领、有担当”的新时代大学生，担当民族复兴重任的主力军。通过本课程的学习，培养学生基本的电气控制系统的设计与分析能力，能够较熟练地进行PLC编程，具有电气线路的安装调试、检修能力，并为学生进一步学习后续课程打下基础，进而培养学生电气控制系统的开发与设计、电力传动系统的开发与设计能力。通过以上专业技术能力和实践操作能力的培养，有助于提高学生综合运用相关知识解决问题的能力和工程实践能力，形成精益求精的工匠精神，为将来走向工作岗位打下良好的基础。三、教学内容及学时分配绪论（1学时）1．介绍该门课程在专业培养计划中的性质、地位、作用、先修课程和后续课程；2．介绍该门课程的学分、学时及其分配、考核要求、考核形式及成绩评定方式；3．介绍该门课程选用的教材及其内容提要；4．介绍该门课程的特点、学习方法、参考书目；5、简要介绍电气控制技术的产生、发展历史和现状，各种主要的PLC品牌，展示低压电器及可编程控制器（PLC）实物或图片，对所学课程的相关器件有个感官认识。教学要求：了解该门课程的基本要求，对低压电器元件和PLC有基本认识。重点：该门课程在专业培养计划中的性质、地位、作用、先修课程和后续课程；该门课程的特点、学习方法、参考书目；电气控制技术的产生、发展历史和现状；国产十大PLC品牌。难点：电气控制技术的发展及PLC的特点。第1章常用低压电器（3学时）1.1任务要求（带式输送机的电气控制）；1.2常用低压电器；1.3带式输送机的电气控制线路；1.4电气控制线路常用的保护环节。教学要求：掌握常用电磁式低压电器的基本结构和工作原理，以及它们的用途、主要技术参数，达到能正确使用和选用的目的，掌握电气控制线路常用的保护环节。重点：常用低压电器元件的电器符号、作用，以及如何正确使用和选用，带式输送机的电气控制线路。难点：常用电器元件的电器符号和正确选用。第2章继电接触器基本控制线路（3学时）2.1任务要求（电动葫芦的电气控制）2.2电气控制的基本电路；2.3三相异步电动机的启动控制；2.4三相异步电动机制动控制；2.5控制系统设计。教学要求：掌握各种典型的电气控制线路、控制规律、特点及控制触点的逻辑关系，理解三相异步电动机的启动、制动控制线路的工作过程。重点：各种典型的控制环节，三相异步电动机的启动、制动控制线路的工作过程，电动葫芦的电气控制线路设计。难点：典型电气控制线路的设计。第3章典型生产机械电气控制线路分析（2学时）3.1任务要求（CA6140型车床电气控制线路）；3.2电气控制系统图的绘标准及原则；3.3CA6140型车床的电气控制线路分析；3.4电气控制线路的设计方法和步骤。教学要求：掌握电气控制线路图的绘制标准及原则；掌握典型车床电气线路的分析阅读方法；熟悉电气控制线路的设计方法和步骤。重点：电气控制线路图的绘制标准及原则，车床电气线路的分析阅读方法。难点：车床电气线路的分析。第4章西门子S7系列PLC概述（3学时）4.1PLC的产生与定义；4.2PLC的组成结构与工作原理；4.3西门子S7系列PLC简介；4.4西门子S7-200PLC的编程元件及寻址方式；4.5西门子S7-200PLC的编程语言；4.6STEP7-Micro/WIN编程软件的使用；4.7传送带PLC控制系统设计；4.8梯形图的编程规则。教学要求：了解PLC的定义和产生背景，掌握PLC的系统组成和工作原理，熟悉S7系列PLC的种类和各自特点，掌握S7-200PLC的编程元件及寻址方式，熟悉S7-200PLC的外部接线方法。重点：PLC的系统组成、工作原理，S7-200PLC的编程元件及寻址方式，PLC的外部接线方法。难点：PLC的工作原理，PLC的外部接线方法。第5章S7-200PLC常用位逻辑指令及应用（3学时，上机）5.1任务要求（CA6140型车床的PLC改造）；5.2常用位逻辑指令；5.3CA6140型车床PLC控制系统改造；5.4梯形图的继电器电路转换法。教学要求：掌握S7-200常用位逻辑指令在梯形图和语句表中的形式，掌握CA6140型车床PLC控制系统改造方法，了解梯形图的继电器电路转换法。重点：S7-200常用位逻辑指令的梯形图形式，CA6140型车床的PLC控制系统改造方法。难点：CA6140型车床的PLC控制系统改造方法。第6章S7-200PLC定时器与计数器指令及应用（3学时，上机）6.1任务要求（物料运送车的PLC控制）；6.2定时器指令；6.3计数器指令；6.4典型电路分析；6.5控制系统设计（物料运送车的PLC控制）；6.6S7-200PLC仿真软件使用。教学要求：理解并掌握各种类型的计数器和定时器的工作原理及使用方法，熟悉并掌握典型电路的PLC程序，掌握物料运送车的PLC控制系统设计方法，熟悉S7-200PLC仿真软件的使用方法。重点：各种类型的计数器和定时器的工作原理及使用方法，典型电路的PLC程序，物料运送车的PLC控制系统设计过程。难点：典型电路的PLC程序，物料运送车的PLC控制系统设计。第7章S7-200PLC数据处理指令及其应用（2学时，上机）7.1任务要求（喷泉的PLC控制）；7.2数据处理指令；7.3控制系统设计；7.4梯形图的经验设计法。教学要求：掌握S7-200PLC数据处理指令的梯形图形式及使用方法，掌握喷泉的PLC控制系统设计，熟悉梯形图的经验设计法。重点：数据处理指令的梯形图形式及使用方法，喷泉的PLC控制系统设计。难点：数据处理指令的使用方法，喷泉的PLC控制系统设计。第8章S7-200PLC数据运算指令及其应用（2学时，上机）8.1任务要求（停车场车辆出入显示的PLC控制）；8.2数据运算指令；8.3控制系统设计；8.4梯形图的逻辑编程法。教学要求：掌握S7-200数据运算指令的梯形图形式和使用方法，掌握停车场车辆出入显示的PLC控制系统设计，了解梯形图的逻辑编程方法。重点：S7-200数据运算指令的梯形图形式和使用方法，停车场车辆出入显示的PLC系统设计。难点：S7-200数据运算指令的使用方法，停车场车辆出入显示的PLC控制系统设计。第9章S7-200PLC程序控制指令及其应用（2学时）9.1任务要求（两种液体混合装置的控制）；9.2程序控制指令；9.3控制系统设计；9.4PLC控制系统设计的内容和步骤。教学要求：熟悉程序控制指令，掌握两种液体混合装置的控制系统设计，熟悉PLC控制系统设计的内容和步骤。重点：常子程序指令及使用方法，两种液体混合装置的控制系统设计。难点：子程序指令在控制系统设计中的使用方法。第10章S7-200PLC顺序控制指令及应用（2学时）10.1任务要求（机械手大小球的分拣控制）；10.2顺序功能图；10.3顺序控制指令；10.4顺序功能图的结构类型；10.5控制系统设计；10.6置位复位指令的顺序控制设计方法。教学要求：理解顺序功能图的基本概念，掌握S7-200的顺序控制指令，熟悉顺序功能图的结构类型，学会运用顺序控制指令进行程序设计，掌握置位复位指令的顺序控制设计方法置位复位指令的顺序控制设计方法。重点：S7-200的顺序控制指令，顺序功能图的结构类型，机械手大小球的分拣控制系统设计。难点：运用顺序控制指令进行程序设计。第11章S7-200PLC高速计数和脉冲输出指令及应用（3学时）11.1任务要求（定长切割设备的控制）；11.2步进电动机及驱动器；11.3中断程序及指令；11.4高速计数器指令；11.5高速脉冲输出指令；11.6控制系统设计；11.7指令向导的使用。教学要求：了解步进电动机的工作原理，掌握步进电机、驱动器与PLC的连接方法，掌握高速计数器和高速脉冲输出指令的梯形图形式及使用方法，理解定长切割设备的控制系统设计，了解高速计数器、PTO/PWM向导的使用方法。重点：高速计数器和高速脉冲输出指令及使用方法，定长切割设备的控制系统设计。难点：高速计数器和高速脉冲输出指令的使用方法。第12章S7-200PLCPID回路控制指令及应用（3学时）12.1任务要求（恒压供水的PID控制）；12.2模拟量扩展模块EM235；12.3MM430变频器简介；12.4PID控制原理及指令；12.5控制系统设计；12.6PID指令向导。教学要求：熟悉模拟量扩展模块EM235的使用方法，了解MM430变频器的端子功能及基本使用方法，掌握PID回路指令及其使用方法，理解恒压供水的PID控制原理及系统设计，了解PID指令向导的使用方法。重点：模拟量扩展模块EM235的使用方法，PID回路指令及其使用方法，恒压供水的PID控制原理及系统设计。难点：PID回路指令及其使用方法，恒压供水的PID控制系统设计。第13章触摸屏的组态与应用（2学时、上机）13.1任务要求（自动伸缩门控制系统）；13.2触摸屏概述；13.3威纶通触摸屏编程软件的使用；13.4控制系统设计。教学要求：了解触摸屏在控制系统中的作用，掌握威纶通触摸屏编程软件的使用方法，学会使用触摸屏进行控制系统设计。重点：威纶通触摸屏编程软件的使用方法，自动伸缩门控制系统设计。难点：触摸屏在控制系统设计中的应用。第14章S7-200PLC通信指令及应用（2学时）14.1任务要求（灌装生产线的PLC控制）；14.2S7-200PLC的网络通信概述；14.3S7-200PLC之间的PPI通信；14.4控制系统设计。教学要求：了解S7-200PLC的网络通信方法，掌握网络读写指令及使用方法，理解灌装生产线的PLC控制系统设计。重点：网络读写指令及使用方法，灌装生产线的PLC控制系统设计。难点：网络读写指令的使用方法。四、课程教学的基本要求本课程采用线上、线下混合式教学模式，线上采用学习通平台进行教学，线下则包括多媒体教室授课、机房授课，实验环节在实验室授课。A.课堂讲授讲授与讨论相结合。讲授中以多媒体教学为主，板书和实物演示为辅；讨论以口头提问与解答为主，测试作业为辅；采用启发式教学和案例教学方法，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力，引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，适当增加讨论、答疑等教学环节；主要教学手段是采用投影仪和电脑使用多媒体课件组织教学，辅以雨课堂或学习通等信息化教学手段，以及FLASH动画、黑板板书讲解；教学中给出各章节主要专业名词的英语单词，涉及到低压电器元件和PLC的专用术语时，同时介绍其英语名称和规范的简写形式。B.机房授课针对PLC基本指令的教学内容，采用上机教学的方式。主要通过PLC软件进行指令和编程内容的学习，可以使学生边学边练，学生能够较快地理解并掌握所学内容，培养学生自己解决实际问题的能力。C.线上教学线上教学采用学生视频学习和教师线上答疑相结合的方式。课前，教师将学习视频、资料等发布到学习通教学平台；课中，学生自主学习，教师在线答疑。同时，组织讨论、随堂测试等活动。根据学生的完成情况，课下对重要知识点进行重点讲解。此外，教师推送拓展学习的资料，满足学生高层次学习的需求。D.教学辅助资料本课程配有试题库、线上学习视频。E.实验环节实验课程最好滞后于理论课程进行，实验内容包括：实验一电机正反转控制系统设计（2学时）实验二次品检测控制系统设计（2学时）实验三加料自动控制系统设计（2学时）实验四路口交通灯控制系统设计（2学时）实验五模拟量控制基础实验（2学时）实验六基于触摸屏的自动车库门控制系统设计（2学时）F.作业方面以提问、随堂测试、线上章节测