《可编程控制器应用技术》电子教案 项目五 任务二 设计自动配料模拟系统

项目五数字量控制系统的设计一、教学基本情况（一）课程概况授课题目任务二设计自动配料模拟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.理解顺序设计法的编程思想；2.掌握顺序功能图；3.掌握顺序功能图转化为梯形图的方法。1.能够运用顺序控制阀完成复杂程序设计；2.能够独立完成自动配料模拟控制系统。1.不怕困难，有创新意识。2.有精益求精、追求卓越的工作态度。（六）教学重难点【重点】1.顺序功能图；2.顺序功能图转化为梯形图；3.自动配料模拟系统的PLC外部接线、梯形图程序编写；【难点】自动配料模拟系统的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3学时项目内容时间问题导入【教师】提出问题1经验法编程没有规律可循，只能编写相对简单的程序，遇到复杂控制系统编程该如何解决？【教师】提出问题2如何运用顺序控制法完成程序编写？5min新课1.顺序控制法；2.顺序功能图；3.顺序功能图转化为梯形图程序；25min4.小组活动，知识竞答；10min5.展示小组竞答情况，评选优秀完成小组；6.教师总结。5min课后作业文旌课堂APP知识拓展第4学时项目内容时间复习+问题导入【教师】提出问题1顺序功能图的注意事项？【教师】提出问题2顺序功能图的分类？【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自我检测三、教学实施过程第3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1经验法编程没有规律可循，只能编写相对简单的程序，遇到复杂控制系统编程该如何解决？【教师】提出问题2如何运用顺序控制法完成程序编写？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、顺序设计法顺序控制系统是指按照生产工艺预先规定的顺序，在输入信号的作用下，各个执行机构根据内部状态和时间变化，自动有序地运行的数字量控制系统，均有着严格的顺序控制要求。设计顺序控制系统时，常采用顺序设计方法。顺序设计方法的主要步骤如下。（1）将控制系统的一个周期划分为若干顺序相连的阶段（步）。（2）用编程元件代表各个阶段（如M），并利用转换条件控制代表各步的编程元件。（3）用编程元件控制PLC的各输出位。二、顺序功能图1.顺序功能图的组成要素顺序设计法常用的工具是顺序功能图。它是描述顺序控制常用的一种图形，主要由步、动作、有向连线、转换和转换条件组成，如图5-12所示。图5-12顺序功能图（1）步：根据输出量的状态变化而划分的阶段。在每一步中，代表各步的编程元件的状态与该步输出量的状态之间有着简单的逻辑关系。在任何一步之内，各输出量的状态不变，但相邻两步输出量的状态不能完全相同。系统初始状态对应的步称为初始步。初始步是系统等待启动时相对静止的阶段，一般没有输出，通常在首次扫描时启动。每个顺序功能图都必须有初始步，通常用双线框表示。当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称为活动步。（2）动作：每一步对应的输出（如Q0.0）或命令（如复位Q0.0）。当系统处于活动步时，相应的动作被执行；当系统处于不活动步时，相应的动作停止。（3）有向连线：在顺序功能图中，用来标注步的进展方向的连线。步的活动状态默认的推进方向是从上到下或从左到右，因此这两个方向有向连线的箭头可以省略，其他方向有向连线的箭头不能省略。（4）转换和转换条件：通常用与有向连线垂直的短画线表示转换，主要目的是间隔相邻两步；转换条件是当前步向下一步转换时需要满足的条件，转换条件常标在短画线旁。转换条件可以是单个信号电平或多个信号电平的逻辑组合，也可以是信号的上升沿（↑）或下降沿（↓）。2.顺序功能图的结构根据活动步进展的不同情况，顺序功能图可为单序列、选择序列和并行序列3种基本结构。如图5-13（a）所示，单序列是最基础和简单的结构，它由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅有一个转换，每一个转换的后面也只有一步。如图5-13（b）所示，在一个活动步之后，紧接着有几个后续步可供选择的结构形式称为选择序列。选择序列的开始称为分支，由于各分支的转换条件不同，因此只能标在水平线之内，选择序列的结束称为合并，只要选择序列的有一个结束步为活动步，就可以激活合并步。例如，在图5-13（b）中，当步1处于活动步时，若I0.1的状态为“1，则激活步2；若I0.4的状态为“1，则激活步4；若I0.7的状态为“1，则激活步7。又如，若步3为活动步且I0.3的状态为“1，或步5为活动步且I0.6的状态为“1，又或步7为活动步且I1.1的状态为“1，则激活步8。如图5-13（c）所示，一个活动步之后，紧接着有几个后续步同时被激活的结构形式称为并行序列。并行序列的开始称为分支，各分支共用一个转换条件，即转换条件满足时，各个分支同时被激活；并行序列的结束称为合并，只有并行序列的结束步全部为活动步，才能激活合并步。例如，在图5-13（c）中，若步2处于活动步且I0.1的状态为“1，则同时激活步3、步5和步7；若步4、步6与步7同时处于活动步且I0.4的状态为“1，则激活步8。只要步4、步6与步7中有一个为非活动步，均不能激活步8。（a）（b）（c）图5-13单序列、选择序列和并行序列（a）单序列（b）选择序列（c）并行序列【例3】如图5-14所示为某锅炉风机控制系统的波形图，请绘制出该锅炉风机控制系统的顺序功能图。图5-14某锅炉风机控制系统的波形图分析：锅炉风机控制系统的设计思路如下。（1）根据Q0.0和Q0.1接通/断开状态的变化，划分风机的工作步骤。风机工作期间可以分为4步，即M0.1、M0.2、M0.3及M0.0（初始步）。（2）判断转换和转换条件。初始步M0.0的激活条件是首次扫描（设置系统时钟存储器字节）；由M0.0向M0.1转换的条件为I0.0的状态为“1；由M0.1向M0.2转换的条件为T0定时结束（15s）；M0.2向M0.3转换的条件为I0.1的状态为“1。（3）判断步中的动作。初始步M0.0无输出，步M0.1的输出为Q0.0，步M0.2的输出为Q0.0和Q0.1，步M0.3的输出为Q0.0。故该锅炉风机控制系统的顺序功能图如图5-15所示。图5-15某锅炉风机控制系统的顺序功能图三、顺序功能图转化为梯形图程序在顺序功能图中，步的活动状态（M的状态）是通过转换得到的，转换的实现必须同时满足3个条件：①该转换所有的前级步为活动步；②相应的转换条件得到满足；=3\*GB3③后续活动步为非活动步。因此，线圈输出M的条件是前级步的状态为“1”且满足转换条件。将顺序功能图转换为梯形图程序时，应先用输出指令得到M，再用M去控制输出信号（动作）。1．单序列的转换【例4】将图5-15所示的顺序功能图转换成梯形图程序。分析：将顺序功能图转换为梯形图程序的主要思想如下。（1）将步的转换条件作为梯形图程序的输入，步作为线圈输出，采用启保停电路表达转换、转换条件及步之间的逻辑关系。其中前一步和转换条件串联为该步的启动条件，后一步为该步的停止条件。（2）将步与动作之间的逻辑关系用梯形图程序表达出来。将步作为输入，动作作为输出。故将图5-15所示的顺序功能图转换为梯形图程序如图5-16所示。图5-16锅炉风机控制系统的梯形图程序2．选择序列的转换选择序列的转换与单序列的转换类似，重点要注意选择序列分支和合并。【例5】将图5-17所示的顺序功能图转换成梯形图程序。图5-17选择系列的顺序功能图分析：将选择序列的顺序功能图转换为梯形图程序时，主要考虑以下两方面。（1）不是分支开始和分支结束的步，转换方法和单序列转换方法相同。（2）由于各分支的条件不同，需要分开写；分支合并时，应将各分支的转换条件并联后作为分支合并的开始条件。故将选择序列的顺序功能图转换为梯形图程序如图5-18所示。图5-18选择序列的梯形图程序3．并行序列的转换【例6】将图5-19所示的顺序功能图转换成梯形图程序。图5-19并行序列的顺序功能图分析：并行序列的顺序功能图转换为梯形图程序时，主要考虑以下两方面。（1）不是分支开始和分支结束的步，转换方法同单序列转换方法相同。（2）各分支的开始条件相同，可以写在同一个程序段中；分支合并时，应将各分支的转换条件串联后作为分支合并的开始条件。故并行序列的顺序功能图转换为梯形图程序如图5-20所示。图5-20并行序列的梯形图程序四、互动讨论，分组竞答试用置位、复位指令改写图5-16所示的梯形图程序。五、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】【教师】【教师】【教师】【教师】教师根据教学内容，设置题目，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】【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顺序设计法

顺序设计法

顺序功能图以讲授为主介绍概念性知识。互动活跃课堂气氛，提高学生学习兴趣案例法、图文展示顺序功能图的结构，直观易懂。互动能够提高学生学习积极性，及时掌握学生学习动态需要掌握的知识案例法讲解顺序功能图转换为梯形图顺序功能图转换为梯形图案例法、示范法讲解比较直观案例法、示范法讲解比较直观案例法、示范法讲解比较直观，对比单序列、选择序列讲解，能够将知识串一起巩固知识点，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4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顺序功能图的注意事项？【教师】提出问题2顺序功能图的分类？【教师】提出问题3任务具体如何实施？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、任务分析1.控制要求请设计一个自动配料模拟系统，如图5-10所示。自动配料模拟系统的工作过程如下。（1）按下启动按钮SB1，系统启动，信号灯L2熄灭，信号灯L1点亮，表示允许汽车开进装料，此时料斗出料阀D1关闭。若物位传感器S1的状态为“0”（表示料斗中的物料不满），进料阀D2开启；若传感器S1的状态为“1”（表示料斗中的物料已满），则进料阀D2关闭；电机M1、M2、M3和M4的状态均为“0”。（2）当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1的状态为“1”，信号灯L2点亮，L1熄灭；电机M4启动，随后M3、M2、M1依次启动，出料阀D1打开，时间间隔为2s。（4）按下停止按钮SB2，自动配料模拟系统终止运行。图5-10自动配料模拟系统2.任务分析（1）根据自动配料模拟系统的工作过程，绘制自动配料模拟系统的工作流程图，如图5-11所示。图5-11自动配料模拟系统工作流程图（2）根据自动配料模拟系统的工作过程，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，并完成硬件接线。（4）根据自动配料模拟系统的控制要求和I/O地址分配表，设计梯形图程序。（5）最后将梯形图程序下载到PLC中，按照自动配料模拟系统的工作过程，改变输入信号的状态，分析程序执行结果是否符合控制要求。二、任务实施1.I/O地址分配表5-1自动配料系统的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SB1I0.0启动按钮D1Q0.0出料阀指示SB2I0.1停止按钮D2Q0.1进料阀指示S1I0.2物位传感器L1Q0.2汽车装料指示SQ1I0.3限位开关1L2Q0.3汽车装料完毕指示SQ2I0.4限位开关2KM1Q0.4M1KM2Q0.5M2KM3Q0.6M3KM4Q0.7M42.硬件连接根据表5-2绘制PLC的硬件接线图（见图5-21），并根据接线图完成接线。图5-21PLC的硬件接线图3.程序设计与调试根据自动配料模拟系统的工作过程绘制顺序功能图的思路如下。（1）设置系统存储器字节。（2）根据自动配料模拟系统中输出信号的状态划分步。根据其工作流程图可知，自动配料模拟系统可划分为14步，记为M0.0～M0.7、M1.0～M1.5。（3）判断转换和转换条件。根据系统输入信号的条件和时间顺序，将步的转换标记在转换（短画线）旁。（4）判断每一步的动作，根据自动配料模拟系统中输出信号的状态，使每一步对应若干信号输出或指令（如复位、置位和定时器等）。故自动配料模拟系统的顺序功能图如图5-22所示。图5-22自动配料控制系统的梯形图程序4.自动配料程序设计与调试步骤如下。步骤1完成项目创建和组态设备选择，将项目命名为“项目五任务二”。步骤2