《可编程控制器应用技术》电子教案 项目八 任务一 单部四层电梯控制系统的总体设计

项目八单部四层电梯控制系统的设计项目导读电梯是宾馆、商店、住宅、多层厂房等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具，是PLC控制系统的典型应用之一。本项目将通过单部四层电梯控制系统的设计，介绍PLC控制系统的设计步骤和方法。课时6学时授课班级授课类型理论、一体化教学目标知识目标掌握PLC控制系统的设计原则和设计步骤；掌握PLC控制系统的硬件设计方法；掌握PLC控制系统的软件设计方法。技能目标能够根据控制要求选择合适的PLC；能够设计简单的PLC控制系统；职业目标通过PLC软、硬件系统的设计，理解分工与合作在团队中的重要性，发挥自己的优势，在团队中找准定位；增强遵守规则的意识，养成按规矩行事的习惯。重点PLC控制系统的硬件、软件设计方法难点PLC控制系统的硬件、软件设计方法教学方法问答法、案例法、示范法、讲授法教学用具多媒体、计算机、PLC、导线若干教学设计任务一单部四层电梯控制系统的总体设计（1学时）：第1学时：课前导读—新课导入（3min）—传授新知（15min）—互动讨论（20min）—总结（5min）—作业（2min）任务二单部四层电梯控制系统的硬件设计（1学时）：第2学时：课前导读—新课导入（3min）—传授新知（15min）—互动讨论（20min）—总结（5min）—作业（2min）任务三单部四层电梯控制系统的软件设计（2学时）：第3、4学时：新课导入（3min）—传授新知（10min）—示范操作（20min）—分组练习（50min）—总结（5min）—作业（2min）项目总结实训（第5、6学时）：设计单部六层电梯控制系统的梯形图程序任务一一、教学基本情况（一）课程概况授课题目任务一单部四层电梯控制系统的总体设计授课班级授课时数1课时授课地点授课形式理论参考教材《可编程控制器应用技术》（二）教材分析随着“中国制造”到“中国智造”的转变，我国围绕重点制造领域的关键环节，开展了新一代信息技术与制造装备融合的集成创新和工程应用，很多企业引入了自动化设备及自动化生产线。PLC作为自动化设备中重要的控制装置，其相关领域的人才缺口巨大，培养高级技能型人才迫在眉睫。本教材通过调研企业充分了解相关行业对本课程的知识和技能要求，做到了课政融合、项目导向，任务驱动、实训考核，强化技能、等方面，本书还紧跟时代步伐，融入“互联网+”，采用微课辅助教学。（三）教学环境与资源教师通过文旌课堂APP发布学习资料，学生借助文旌课堂APP的数字化学习资料进行课外学习；文旌课堂的活动、通知、讨论等模块为师生的交流互动提供了便利；文旌课堂的统计、作业、考试等模块保障了学生成绩的评定。（四）教学思想本课程坚持以价值塑造、知识传授、能力培养“三位一体”的培养目标实现“三全育人”授课过程中注重发挥学生的主观能动性，培养学生专业技能的同时，培养学生的社会能力和方法能力，培养学生正确的世界观、人生观、价值观。一方面将技术知识和实践导向相融合，采用学与练结合的教学方法，以项目为主体，紧紧围绕以培养学生能力为重点，通过实践驱动教学，实现知识学习与技能训练目标。另一方面，将技术知识与课程思政价值引领相融合，将思政教育元素如盐浸水的贯穿到整个教学过程中。（五）教学目标坚持立德树人，把培育和践行新时代中国特色社会主义核心价值观融入细化到每节课的教学过程中，让学生感受到沉浸式的思政教育，润物细无声。确定本学时的知识、能力、思政育人目标。知识目标能力目标思政育人目标1.掌握PLC控制系统的设计步骤；2.掌握PLC控制系统的设计原则；能够独立完成单部四层电梯控制系统的总体设计。1.具有踏实肯干、实事求是的态度，有创新精神。2.有精益求精、追求卓越的工匠精神。（六）教学重难点【重点】：PLC控制系统的设计步骤、设计原则；【难点】：PLC控制系统的设计步骤（七）教学方法与工具采用线上线下混合式教学法。启发式线上布置学习任务、引导学生自主学习。导入法实物场景导入、激发学生学习兴趣。示范法示范讲解，便于学生掌握操作技能。二、教学流程时间分配表第1学时项目内容时间任务导入【教师】提出问题电梯控制系统会根据不同楼层客户需求即时响应，实现自动平层、开关门、超重提示、层门联锁保护等，并根据不同需求作出合理响应。请根据所学PLC知识完成电梯控制系统的总体设计。3min新课1.PLC控制系统的设计步骤；2.PLC控制系统的设计原则；3.任务分析；15min4.讨论互动，确定总体设计方案；20min5.展示小组总体设计方案；6.教师总结。5min课后作业文旌课堂APP知识拓展2min预习下节课内容三、教学实施过程（一）课前预习教学环节教学内容双边活动设计意图教师学生课前教师利用文旌课堂APP发布预习任务，并上传任务资料。学生认领任务后，进行课前预习。上传PPT、视频、自我测验题等资料至教学平台，并发布话题讨论。登录文旌课堂APP观看视频、认领任务卡，自主学习进行话题讨论。让学生在课前去学习相关资料，找出重难点.（二）课中学习教学环节教学内容双边活动设计意图教师学生导入新课问题导入【教师】提出问题电梯控制系统会根据不同楼层客户需求即时响应，实现自动平层、开关门、超重提示、层门联锁保护等，并根据不同需求作出合理响应。请根据所学PLC知识完成电梯控制系统的总体设计。注意观察学生表情，判断学生的掌握情况认真听同学的回答学生课前已预习并且已完成课前任务，提问两个课前预习任务完成较好的学生讲授新课一、知识链接1.PLC控制系统的设计步骤前面项目已经介绍过，PLC控制系统的设计主要分为两大部分：硬件设计和软件设计。硬件设计是根据控制系统的控制要求、工艺要求和技术要求，选择合适的PLC和其他硬件设备，确定I/O模块，绘制硬件电路接线图，并进行硬件电路的连接及调试；软件设计是在硬件平台基础上，结合控制系统的工作过程进行PLC程序设计和调试。因此，PLC控制系统设计的具体步骤如图8-2所示。图8-2PLC控制系统的设计步骤2.PLC控制系统的设计原则PLC控制系统设计应遵循以下原则。（1）充分发挥PLC功能，最大限度满足被控对象的控制要求。（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维修方便。（3）保证控制系统安全可靠。（4）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的型号、I/O点数和存储器容量等内容时，应留有适当的余量。二、任务分析单部四层电梯控制系统的工作过程如下。（1）按下电梯的总开关后，电梯开始工作。（2）在电梯上行期间，响应电梯所在楼层上层呼叫。例如，电梯在二层时，响应二层～四层的外呼和内呼，若外呼中既有上行呼叫又有下行呼叫，则优先响应上行呼叫。（3）同理，在电梯下行期间，响应电梯所在楼层下层呼叫。例如，电梯在二层时，响应一层和二层的外呼和内呼，若外呼中既有上行呼叫又有下行呼叫，则优先响应下行呼叫。（4）某楼层有同向呼叫信号或内呼信号，则电梯运行到该楼层后启动开门信号。（5）开门到位后检测是否有人出入，无人状态持续一定时间后启动关门信号。（6）关门信号启动过程中检测是否有人出入，若有则立即停止关门，重新启动开门信号。（7）电梯门关闭（限位开关）时，称重传感器检测电梯是否超重，超重则启动报警信号并重新启动开门信号。（8）电梯运行期间，检测电梯是否越程，越程时停止电梯运行并启动报警信号。因此，可将单部四层电梯控制系统的主要功能分为控制功能和保护功能两类。控制功能主要包括初始化、集选控制、开关门控制和运行状态显示；保护功能主要包括超载保护、终端越程保护、开关门保护和运行保护等。三、任务实施1.分析控制对象单部四层电梯控制系统的控制对象模型包括电梯模型和用户行为模型两种。电梯模型主要包括轿厢、电机、限位开关、呼叫按钮、轿厢开关门按钮、轿厢选层按钮及指示灯等。电梯模型中各元件与PLC相连，实施自动控制。用户行为模型指软件系统将模拟各楼层用户对电梯的操作行为。用户行为模型可以模拟现实情况下用户使用电梯时的具体用例，从而观察PLC所控制的电梯行为是否符合要求。2.明确设计任务和要求通过分析其工作过程，可将单部四层电梯控制系统的设计任务划分为初始化、集选控制、开关门控制、运行状态显示等子任务。（1）初始化。电梯开始运行时，首先进行必要的初始化工作，并返回准备就绪信号。例如，使电梯位于一层待命。在初始化之前，要通过电梯开关控制电梯的启动和停止。（2）集选控制。集选控制是指集合呼叫信号和选择应答信号控制。（3）开关门控制。电梯门根据当前电梯的状态、轿厢门的状态、呼梯信号、内呼信号及光幕信号状态等，做出合理的判断。（4）运行状态显示。在运行过程中，需要始终显示当前运行方向和当前楼层（采用七段数码管显示）。另外，在电梯整个运行过程中，还需要设置一些保护措施。当出现异常状态时，提醒用户发生故障。（1）超载保护。（2）终端越程保护。（3）开关门保护。（4）运行保护。3.绘制系统框图单部四层电梯控制系统包括PLC、按钮、限位开关、电梯光幕（光幕信号检测）、称重传感器、变频器及楼层显示（七段数码管）等，另外PLC要通过总线与监控中心相连，如图8-3所示。图8-3单部四层电梯控制系统的系统框图三、分组互动讨论互动讨论，单部四层电梯控制的总体方案。四、教师总结五、作业布置1.完成文旌课堂APP自我检测；2.预习下节课内容。【教师】与学生互动讲授PLC控制系统的设计步骤【教师】要求学生根据自己的学习，总结PLC控制系统的设计原则【教师】与学生互动进行任务分析【教师】与学生互动进行控制对象分析【教师】与学生互动讲授【教师】重点讲解，电梯设计的保护装置【教师】巡回指导【教师】总结总体方案【学生】认真听讲，做好回答【学生】做好总结，勇敢发言【学生】认真听讲，做好回答【学生】认真听讲，做好回答【学生】认真听讲，做好回答【学生】认真听讲【学生】3—4人分为1组，实操训练【学生】认真听讲与学生互动，活跃课堂气氛，把握学生的掌握程度培养学生的总结能力，加强学生对知识点的记忆提高学生学习的注