《可编程控制器应用技术》电子教案 项目三 任务三 设计饮料灌装生产线产品数量检测系统

项目三定时器与计数器指令的应用一、教学基本情况（一）课程概况授课题目任务三设计饮料灌装生产线产品数量检测系统授课班级授课时数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1.掌握加计数器的工作原理；2.掌握减计数器的工作原理；1.能够运用加计数器简单设计程序；2.能够独立完成饮料灌装生产线产品数量检测系统。1.培养学生不积跬步无以至千里，积少成多的理念。2.有精益求精、追求卓越的工作态度。（六）教学重难点【重点】1.加、减计数器的工作原理；2.饮料灌装生产线产品数量检测系统PLC外部接线、梯形图程序编写；【难点】饮料灌装生产线产品数量检测系统的PLC外部接线、梯形图程序编写以及调试。（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5学时项目内容时间问题导入【教师】提出问题1PLC有计数功能，如何计数的呢？【教师】提出问题2自动化工业控制如何实现计数控制？5min新课1.加计数器的工作原理；2.减计数器的工作原理；3.任务分析；20min4.分组练习，讨论互动；5.小组活动，知识竞答；10min6.展示小组竞答情况，评选优秀完成小组；7.教师总结。5min课后作业文旌课堂APP知识拓展5min第6学时项目内容时间复习+问题导入【教师】提出问题1加计数器的工作原理？【教师】提出问题2减计数器的工作原理？【教师】提出问题3任务具体如何实施？5min新课1.任务实施；5min2.分组实操；3.教师总结；25min4.展示小组完成情况，评选优秀完成小组；5.教师总结；5min预习任务预习下节课内容5min课后作业文旌课堂APP自我检测教学实施过程第5学时（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1PLC有计数功能，如何计数的呢？【教师】提出问题2自动化工业控制如何实现计数控制？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S7-1200系列PLC的计数器指令包括加计数器（CTU）指令、减计数器（CTD）指令和加减计数器（CTUD）指令3种类型，本任务介绍前两种，加减计数器将在任务四中介绍。1.加计数器指令加计数器指令的格式如图3-21所示。其中，CU引脚为计数器输入，用于检测输入脉冲；PV引脚用于设定计数器的预设值；Q引脚用于连接计数器的状态输出；R引脚为复位信号输入，用于将计数器的当前值清零；CV引脚用于计数器的当前值输出。图3-21加计数器指令R引脚为“0”，接在使能输入端CU的脉冲输入电路由断开变为接通（CU信号的上升沿）时，计数器的当前值CV就会加1，直到达到指定数据类型的上限值（如Int类型为32767）后，当前值不再发生变化。当当前值CV大于或等于预设值时，输出端Q的状态为“1”，否则，状态为“0”。当R引脚变为“1”时，当前值CV被清零。设PV=3，则加计数器指令的时序图如图3-22所示。图3-22加计数器指令的时序图【例5】试编程实现统计某停车场每天进场的车辆数。分析：在图3-23统计某停车场每天进场车辆数的梯形图程序图3-23中，使用移动值指令（MOVE）将计数器的当前值传送至QW0中（存储整型变量）。移动值指令的操作功能如下：当使能输入端EN有效时，将输入IN的源数据“C0”.CV的值传送到OUT1指定的存储器单元QW0，并转换为QW0（OUT1）允许的数据类型，源数据类型保持不变。IN和OUT1的数据类型可以是位字符串、整数、浮点数、定时器当前值、日期时间、CHAR、WCHAR等，IN还可以是常数。移动值指令允许有多个输出，添加和删除输出参数的步骤为：单击“OUT1”前面的按钮，将会增加一个输出OUT2；右击输出的短线，在快捷菜单中选择“删除”选项，即可删除该输出，如图3-24所示。图3-24MOVE指令2.减计数器指令减计数器指令的格式如图3-25所示，其引脚PV、CV和Q的功能与加计数器相同，CD引脚为使能输入端，LD引脚为装载输入端。图3-25减计数器指令LD引脚为“0”状态下，当接在使能输入端CU的脉冲输入电路由断开变为接通（CD信号的上升沿）时，计数器的当前值CV减1，直到达到下限值（如-32767）后，当前值不再发生变化。当当前值CV小于或等于0，输出端Q的状态为“1，否则，状态为“0”。当LD引脚为“1”时，会将预设值PV的值装载到当前值CV中。设PV=3，则减计数器指令的时序图如图3-26所示。图3-26减计数器指令的时序图【例6】已知某产品每次的入库量为500，每从库中拿出一件产品，库存量减1，试编程实现统计一个入库周期内该产品的库存量。分析：在入库周期内，库存量入库量出库量。入库量为500（即预设值为500），设每次产品出库（每次1个产品）I0.0会产生一个脉冲信号，因此可以用减计数器记录库存量，其梯形图程序如图3-27所示。图3-27某产品库存量统计的梯形图程序二、任务分析1.控制要求在自动化生产线中，常需要检测和统计产品的数量，请设计一个饮料灌装生产线产品数量检测系统，以完成产品数量的统计。该系统的控制要求如下。（1）按下启动按钮，生产线开始工作，用红外传感器检测有无饮料瓶通过。（2）每通过一个饮料瓶，饮料瓶数量加1，饮料瓶计数满24瓶后重新开始计数，此时包装箱的数量加1。（3）若10s钟内无饮料瓶通过，蜂鸣器和信号指示灯开始报警，按复位按钮后停止报警。2.任务分析（1）分析饮料灌装生产线产品数量检测系统的工作过程。按下启动按钮SB0，红外传感器检测到饮料瓶时产生一个脉冲信号，定时器T0开始定时；10s内，若有下个脉冲到来，T0重新开始定时；每检测到一个脉冲信号，饮料瓶数量就会加1；增加至24重新开始计数，此时包装箱数量加1；T0定时结束后，蜂鸣器HA和信号指示灯HL开始工作；按下复位按钮SB1时，蜂鸣器HA和信号指示灯HL停止工作。饮料灌装生产线产品数量检测系统中，需要用到计数器指令。（2）根据饮料灌装生产线产品数量检测系统的工作过程，填写I/O地址分配表。（3）根据I/O地址分配表，完成硬件电路接线图的设计，并完成接线。（4）根据饮料灌装生产线产品数量检测系统的工作过程分析和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，改变启动按钮SB0、红外传感器SB1和停止按钮SB2的状态，监视计数器当前值的变化，并观察蜂鸣器HA和报警指示灯HL的工作状态。三、互动讨论，分组竞答分组互动讨论四、知识总结，成绩评定哪一组是今天的学习之星呢？【教师】【教师】【教师】【教师】【教师】知识库部分要求学生了解【教师】【教师】【教师】【教师】任务分析【教师】提问同学B，为大家讲解PLC控制的几个步骤。【教师】根据教学目标，结合本节课所讲知识点，设置几道题目，设分组竞答。【教师】根据学生回答情况，对于易错知识点重点强调。评出学习之星。【学生】【学生】【学生】【学生】【学生】【学生】【学生】【学生】认真听讲【学生】认真听讲【学生】做好回答【学生】3—4人分为1组，参与竞答小游戏。【学生】分组汇报所答题目情况示范法激发学生学习兴趣学生需要理解加计数器加1的工作条件，教师着重讲解随机讨论提问，不仅能够提高学生学习的积极性，还能检测学生的掌握情况示范法教学知识库知识后续会讲解，在此只需学生了解即可对比法讲解有利于学生更好的掌握知识与学生互动，提高学生学习积极性示范法教学较为直观，学生容易理解PLC控制的步骤是固定不变得，需要学生掌握巩固知识点，培养团队精神，提高课堂氛围，全员参与，快乐学习。培养学生良好竞争意识，提高学生学习积极性第6学时教学环节教学内容双边活动设计意图教师学生导入新课复习导入【教师】提出问题1加计数器的工作原理？【教师】提出问题2减计数器的工作原理？问题导入如何根据所学知识，完成上节课的任务？问题1随机找同学回答问题2学生竞答认真听同学的回答温故而知新激发学生学习兴趣讲授新课一、任务实施1.I/O地址分配表3-3饮料灌装生产线检测系统的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SB0I0.0启动按钮HAQ0.0蜂鸣器红外传感器SB1I0.1检测信号HLQ0.1报警指示灯SB2I0.2复位按钮2.硬件连接根据表3-3绘制PLC的硬件接线图（见图3-28），并根据接线图完成接线。图3-28PLC的硬件接线图3.程序设计与调试饮料灌装生产线产品数量检测系统设计思路如下。（1）在正常工作状态下，用加计数器C0实现饮料瓶的计数，预设值PV设置为24，且用输出C0.Q作为C0的复位端（称为自复位计数器）。（2）用加计数器C1实现包装箱的计数，将“C0”.Q作为C1的输入端。（3）用断电延时定时器T1控制报警信号。饮料灌装生产线检测系统的参考程序如图3-29所示。图3-29饮料灌装生产线产品数量检测系统的梯形图程序4.饮料灌装生产线产品数量检测系统的程序设计与调试步骤。步骤1完成项目创建和组态设备选择，将项目命名为“项目三任务三”。步骤2设置PLC的变量。步骤3输入图3-29所示的梯形图程序。步骤4编译并下载程序。步骤5按下启动按钮SB0，多次（大于24次）按动SB1以模拟产品的检测，每次间隔不大于10s，监控计数器C1的变化。步骤610s后，再按下SB1，查看蜂鸣器和报警指示灯是否工作；然后按下复位按钮SB2，查看蜂鸣器和报警指示灯是否停止。二、分组实操，讨论互动分组实操，互动讨论，学生实现饮料灌装生产线产品数量控制系统。三、知识总结，成绩评定哪一组是今天的学习之星呢？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】【教师】随机提问学生，示范接线【教师】根据控制要求，讲解程序编写的思路，并示范教学【教师】要求学生回答调试步骤【教师】示范调试，强调操作注意事项。【教师】巡回指导【教师】根据学生完成情况，评出学习之星。【学生】认真听讲，做好回答【学生