《可编程控制器应用技术》电子教案 项目二 任务一 设计三相异步电机的正反转控制电路

项目二位逻辑指令的应用一、教学基本情况（一）课程概况授课题目任务一设计三相异步电机的正反转控制电路授课班级授课时数2课时授课地点授课形式一体化参考教材《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了解西门子S7-1200PLC控制的基本步骤；2.掌握1200PLC控制的基本方法；1.能够正确的规范布线；2.能够独立完成PLC控制电动机的正反转。1.具有踏实肯干、实事求是的态度。2.有精益求精、追求卓越的工作态度。（六）教学重难点【重点】：1.三相异步电动机的工作原理；2.PLC控制三相异步电动机的外部接线、梯形图程序。【难点】：PLC控制三相异步电动机的外部接线、梯形图程序、调试（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3、4学时项目内容时间任务导入【教师】提出问题请设计三相异步电机的正、反转控制电路。控制要求如下：在停止状态下，按下正转启动按钮，三相异步电机正转，此时禁止电机反转；按下反转启动按钮，三相异步电机反转，此时禁止电机正转；在任何时候按下停止按钮，电机立即停止。请同学们根据所学知识，完成上述控制要求。5min新课任务分析；示范操作；20min3.分组实操，讨论互动；60min4.展示小组完成情况；5.教师总结。5min课后作业文旌课堂APP知识拓展5min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】提出问题请设计三相异步电机的正、反转控制电路。控制要求如下：在停止状态下，按下正转启动按钮，三相异步电机正转，此时禁止电机反转；按下反转启动按钮，三相异步电机反转，此时禁止电机正转；在任何时候按下停止按钮，电机立即停止。请同学们根据所学知识，完成上述控制要求。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，对于问题有一定的认识，提问两个课前预习任务完成较好的学生讲授新课任务分析1.三相异步电动机继电器接触器控制电气原理图三相异步电机正、反转控制电路如图2-1所示，在电机正转的控制电路中，增加了KM2和SB3的常闭触点，而在电机反转的控制电路中，增加了KM1和SB2的常闭触点，形成了相互制约的电路，称为互锁电路。该电路在任何时候只能允许一个接触器通电工作，避免了电机同时正转和反转。图2-1三相异步电机的正、反转控制电路（1）分析三相异步电机的正、反转控制电路工作过程。图2-1中，SB1为停止按钮，SB2为正转按钮，SB3为反转按钮，KM1和KM2分别为正转和反转的接触器。则三相异步电机的工作过程如下：KM1、KM2断开→按下SB2，KM1接通，电机正转→按下SB3，KM1断开，KM2接通，电机反转→按下SB1，KM2断开，电机停转。（2）根据三相异步电机的正、反转控制电路的工作过程，完成I/O地址分配。（3）根据I/O地址分配表，绘制三相异步电机的正、反转控制电路的硬件接线图，并完成接线。（4）根据三相异步电机的正、反转控制电路的工作过程和I/O地址分配表，设计梯形图程序。（5）将梯形图程序下载到PLC中，改变SB1、SB2和SB3的状态，观察三相异步电机的工作状态。二、任务实施，示范操作1.I/O地址分配在图2-1所示的三相异步电机正、反转控制电路中，除控制信号和执行元件外，还加入了断路器，结合工作过程，PLC控制三相异步电机正、反转电路的I/O地址分配表如表2-6所示。表2-6PLC控制三相异步电机正、反转电路的I/O地址分配表输入输出元件I/O地址备注元件I/O地址备注SB1I0.0停止按钮KM1Q0.0正转接触器SB2I0.1正转按钮KM2Q0.1反转接触器SB3I0.2反转按钮QFI0.3低压断路器FRI0.4热继电器低压断路器（QF）又称自动空气开关，它不仅具有手动开关的作用，可接通和分断正常负荷电路和过负荷电路，还具有一定的保护功能，可自动进行失压保护、欠压保护、过载保护和短路保护。其图形及文字符号如图2-11所示。图2-11低压断路器的图形及文字符号2.硬件连接根据表2-6所示绘制PLC的硬件接线图（见图2-12），并根据接线图完成接线。图2-12PLC的硬件接线图3.程序设计与调试如图2-1所示，在三相异步电机正、反转控制中，有电机正转和电机反转两个运动过程。其中，在电机正转运动中，I0.1为启动按钮，I0.0、I0.2为停止按钮，Q0.0为线圈输出。则其梯形图程序如图2-13（a）所示；在电机反转运动中，I0.2为启动按钮，I0.0、I0.1为停止按钮，Q0.1为线圈输出，其梯形图程序如图2-13（b）所示。在图2-13（a）中，Q0.0和Q0.1形成了互锁电路，即当Q0.0为“1”时，Q0.1始终为“0”；反之，当Q0.1为“1”时，Q0.0始终为“0”。（a）（b）图2-13三相异步电机正、反转控制电路的梯形图程序（a）电机正转（b）电机反转4.三相异步电机正、反转控制电路的程序设计与调试如下步骤1按照项目一中的方法，完成项目创建，将项目命名为“项目二任务一”。步骤2按照项目一中的方法选择组态设备。根据PLC的订单号选择对应的控制器，本项目选择的控制器为“CPU1214CDC/DC/DC”→“6ES7214-1AG40-0XB0”。若采用HIM仿真，控制器选择V4.2以上型号即可，HIM版本选择V15.1。步骤3设置PLC的变量。在项目树中，选择“PLC_1[CPU1214CDC/DC/DC]”→“PLC变量”→“显示所有变量”选项，双击打开PLC变量窗口，在此窗口中设置PLC的变量，如图2-14所示。图2-14设置PLC的变量步骤4输入梯形图。如图2-15所示，在项目树中，选择“PLC_1[CPU1214CDC/DC/DC]”→“程序块”→“Main[OB1]”选项，双击打开Main窗口，在此窗口中输入图2-13所示的梯形图。图2-15输入梯形图界面步骤5步骤6按下正转按钮SB2，观察电机的运行状态。步骤7按下反转按钮SB3，观察电机的运行状态。在电机正、反转控制电路中，除PLC编程实现软件互锁外，还需要通过硬件控制电路的连接实现硬件互锁。这是因为PLC的软件互锁只相差一个扫描周期，而外部硬件接触器触点的断开时间往往大于扫描周期，来不及响应。例如，Q0.0虽然断开，可能KM1的触点还未断开，在没有外部硬件互锁的情况下，KM2的触点可能接通，引起主电路短路，因此必须采用软硬件的双重互锁。三、分组实操，互动讨论，分组实操，互动讨论，学生实现三相异步电动机PLC控制正反转。四、小组展示，成绩评定哪一组是今天的学习之星呢？五、教师总结六、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】提问同学A，叙述三相异步电动机继电器接触器控制线路的工作原理。【教师】示范，向学生介绍PLC控制实现控制要求的步骤【教师】讲解IO地址分配的注意事项【教师】师生互动，温习低压断路器的相关知识【教师】教师示范接线，讲解接线注意事项【教师】教师示范编程，对照程序讲解知识点【教师】教师示范、讲解【教师】着重讲解电动机正反转软硬件双重互锁的原因，实物展示、示范演示【教师】根据学生完成情况，评出学习之星。【学生】认真回答【学生】认真听讲【学生】认真听讲【学生】认真听讲，做好回答【学生】认真听讲，仔细观摩【学生】认真听讲，仔细观摩【学生】认真听讲，学习【学生】认真听讲，学习【学生】3—4人分为1组，实操训练【学生】分组展示、汇报完成情况三相异步电动机继电器接触器控制线路是以前学习过的知识，温故而知新。学生第一次接触PLC控制，