《可编程控制器应用技术》电子教案 项目一 任务一 初识可编程控制器

可编程控制器应用教学设计项目一可编程控制器基础项目导读可编程控制器（PLC）自诞生以来，凭借其控制能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展等优点，成为当今工业自动化中重要的控制设备。本项目将介绍可编程控制器的入门知识。课时8学时授课班级授课类型理论、一体化教学目标知识目标了解PLC的产生、定义、发展历程和趋势。了解PLC的分类和应用。了解PLC的组成。了解西门子S7-1200PLC的硬件系统、工作原理和开发环境。技能目标能够完成西门子S7-1200PLC的安装和接线。能够正确安装和使用TIA博途软件。职业目标通过了解中国科技的飞速发展，增强民族认同感和自信心。通过了解PLC行业的发展前景，确立职业目标。重点PLC的工作原理、S7-1200PLC的安装和接线、TIA博途软件的使用难点S7-1200PLC的硬件系统、TIA博途软件的使用教学方法问答法、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初识可编程控制器（2学时）：第1学时：课前任务—问题导入（5min）—传授新知（22min）—讨论互动（10min）—总结（5min）—作业布置（3min）第2学时：问题导入（5min）—传授新知（20min）—讨论互动（10min）—总结（5min）—作业布置（5min）任务二认识西门子S7-1200PLC（4学时）：第3学时（S7-1200PLC的硬件系统及工作原理）：课前导读—新课导入（5min）—传授新知（20min）—讨论互动（10min）—总结（5min）—作业布置（5min）第4学时（西门子S7-1200PLC的安装）：互动复习旧课（5min）—示范授课（10min）—学生实操（20min）—教师评价总结（5min）—作业布置（5min）第5学时（TIA博图软件的安装）：新课导入（5min）—示范授课（10min）—学生实操（25min）—教师评价总结（5min）第6学时（TIA博图软件的使用）：新课导入（2min）—示范授课（10min）—学生实操（25min）教师评价总结（5min）—作业布置（3min）项目总结实训（第7、8学时）：撰写PLC市场调查报告项目一可编程控制器基础一、教学基本情况（一）课程概况授课题目任务一初识可编程控制器授课班级授课时数2课时授课地点授课形式理论讲授参考教材《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PLC的产生及定义；掌握PLC的分类及应用；掌握PLC的硬件组成。能够识别不同型号的PLC；能够识别出PLC的各个硬件组成。1.具有实事求是的科学态度，乐于通过亲历实践，检验判断各种技术问题。2.有服务于社会的意识，有理想，有抱负，热爱祖国，有振兴中华的使命感和责任感。（六）教学重难点【重点】PLC的分类及应用、PLC的硬件组成【难点】PLC的应用（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。讲授法基础知识讲授，学生互动掌握。二、教学流程时间分配表第1学时项目内容时间问题导入【教师】提出问题1同学们见过哪些自动化控制的场景？【教师】提出问题2自动车库、十字路口的红绿灯、电梯、数控机床加工零件、自动化生产线等都是自动化控制的场景，那么这些自动化控制是怎么实现的呢？用的是什么来实现的呢？5min新课PLC的产生；PLC的定义；PLC的发展历程与发展趋势；PLC的分类与应用；22min5.分组练习，讨论互动；6.小组活动，知识竞答；10min7.展示小组竞答情况，评选优秀完成小组；8.教师总结。5min课后作业文旌课堂APP知识拓展3min第2学时项目内容时间复习+实物导入【教师】提出问题1PLC的定义？【教师】提出问题2PLC的分类？【教师】展示S7-1200PLC引导学生认识PLC的硬件5min新课1.PLC的硬件系统；2.PLC的软件系统；3.市场上主流PLC。20min5.分组练习，讨论互动；6.小组活动，知识竞答；10min7.展示小组竞答情况，评选优秀完成小组；8.教师总结；5min预习任务预习下节课内容：西门子S7-1200PLC的硬件组成5min课后作业文旌课堂APP自我检测三、教学实施过程第1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同学们见过哪些自动化控制的场景？【教师】提出问题2自动车库、十字路口的红绿灯、电梯、数控机床加工零件、自动化生产线等都是自动化控制的场景，那么这些自动化控制是怎么实现的呢？用的是什么来实现的呢？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PLC的产生和定义1．PLC的产生（1）编程简单，可现场修改程序。（2）维护方便，最好是插件式。（3）可靠性高于继电器控制装置。（4）体积小于继电器控制装置。（5）数据可以直接送入管理计算机。（6）成本上可以和继电器控制装置竞争。（7）输入信号可以是交流电压110～220V。（8）输出电流可达2A，可以直接驱动电磁阀。（9）用户存储器容量大于4KB且能扩展。（10）系统功能扩展和升级方便。1969年美国数字设备公司，研制出了世界上第1台可编程序控制器PDP-14，并在通用汽车公司的自动生产线上成功试用。因为这种新型工业控制装置可以通过编程改变控制方案，且专门用于逻辑控制，所以人们将其称为可编程序逻辑控制器(programmablelogiccontroller，PLC）。2．PLC的定义国际电工学会（internationalelectrotechnicalcommission，IEC）在1987年2月发布的可编程控制器第三稿标准草案中，对PLC做了如下定义：可编程控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计；它采用可编程序的存储器，用于存储内部程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入、输出控制各种类型的机械或生产过程。二、PLC的发展历程和趋势1．PLC的发展历程20世纪70年代初，微处理器技术引入PLC，成为真正具有计算机特征的工业控制装置。20世纪70年代中末期，PLC进入了实用化发展阶段。20世纪80年代初，PLC进入了成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，PLC进入发展最快的时期。如今，PLC技术已非常成熟，成为实现工业生产自动化的三大支柱之一。2．PLC的发展趋势产品规模两极化。（2）通信网络化。网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。（3）结构模块化、智能化。三、PLC的分类和应用1．PLC的分类（1）按结构形式分类。分为整体式和模块式两类。a整体式PLC是将电源、CPU、存储器、I/O单元等集中在一个机壳内，形成一个整体，如欧姆龙CPM1A系列、西门子S7-200系列和三菱FX2N系列的PLC等，如图1-1所示。（a）欧姆龙CPM1A系列PLC（b）西门子S7-200系列PLC图1-1结构式PLCb模块式PLC按照各组成部分的功能不同分成若干个模块，如电源模块、CPU模块、I/O模块、通信模块等。如欧姆龙CQM1H系列、西门子S7-300/400系列、西门子S7-1200/1500系列和三菱Q系列的PLC等，如图1-2所示。(a)欧姆龙CPM1H系列PLC（b）西门子S7-300系列PLC图1-2模块式PLC（2）按I/O点数分类小型PLCI/O点数≤256，如西门子S7-1200系列；中型PLC256<I/O点数≤2048，如西门子S7-300系列;大型PLCI/O点数>2048，如西门子S7-400系列。按功能分类。按照其功能强弱，分为低档机、中档机和高档机3类。小型PLC多为低档机，中型PLC多为中档机，而大型PLC多为高档机。2．PLC的应用（2）工业过程控制。广泛应用于冶金、化工、热处理、锅炉控制等。（3）运动控制。广泛应用于各种机械、机床、机器人、电梯等。（4）数据处理。广泛应用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统中。（5）通信和联网。PLC与其他智能控制设备一起，可以构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，以满足工厂自动化系统发展的需要。四、互动讨论，知识竞答分组互动讨论，知识竞答。五、知识总结，成绩评定哪一组是今天的学习之星呢？作业完成自我检测；预习下节课内容。【教师】提出问题1【教师】【教师】课程思政善于发现问题，及时改进，创新【教师】世界上第1台可编程序控制器PDP-14【教师】选A同学上讲台，为大家叙述PLC的定义。【教师】A同学叙述完成后，重点讲述加粗部分的涵义，加图片演示。【教师】播放纪录片或图片轮播讲述PLC的发展历程【教师】播放现代工业典型自动化生产线工作视频。【教师】引导学生总结PLC的发展趋势。【教师】根据实际条件，实物展示或图片视频展示。【教师】提问互动【教师】讲授【教师】播放相关视频，根据视频讲解PLC的应用。加入课堂提问互动【教师】根据教学目标，结合本节课所讲知识点，设置8—10道题目，设置知识竞答小游戏。【教师】根据学生回答情况，进行知识点总结，对于易错知识点重点强调。评出学习之星。【学生】回答问题1【学生】【学生】【学生】【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，参与知识竞答小游戏。【学生】分组汇报所答题目情况从学生熟悉的问题开始，增强学生学习新知识的自信心通过教师总结，引入PLC增强学生对PLC的好奇心提高学生的学习兴趣，缓解理论基础知识的枯燥增加课堂基础知识的趣味性培养学生养成善于总结的好习惯，课堂互动，营造轻松愉快的课堂氛围实物展示或图片视频展示，给予学生视觉冲击，提高学生学习的兴致。活跃课堂氛围，增加学习动力促使学生认真听讲巩固知识点，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2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1PLC的定义？【教师】提出问题2PLC的发展趋势？【教师】提出问题3PLC的分类？【教师】提出问题4PLC的应用场合？问题导入学过什么是PLC，PLC的应用，那么PLC到底是何方神圣呢？有哪些构成部分？问题1随机找同学回答问题2学生竞答问题3学生主动起立回答问题4共同回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、PLC的组成1．PLC的硬件系统PLC的硬件系统包括CPU（中央处理器）、存储器、输入/输出单元、外设I/O接口（通信接口）、I/O扩展接口、电源等部分。图1-3为整体式PLC的硬件组成，所有单元在同一机壳内；图1-4为模块式PLC的硬件组成，各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接。图1-3整体式PLC的硬件组成图1-4模块式PLC的硬件组成（1）CPUCPU在系统监控程序的控制下，通过循环扫描方式，将外部输入信号的状态写入输入映像寄存器中，PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户指令，按指令规定的任务进行数据传送、逻辑运算、算术运算等操作，然后将结果送到输出映像寄存器中。（2）存储器PLC的存储器按照读写方式不同，可分为只读存储器和随机存储器；按照用途和功能不同，可分为系统程序存储器和用户存储器。（3）输入/输出单元也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC输入单元的作用是将外部电路（如按钮、行程开关、传感器的监测数据）的状态或数据，通过光电耦合电路送至PLC内部电路中。PLC输出单元的作用是将PLC的输出信号转换为可以驱动外部电路的信号，以便控制执行元件（如接触器线圈、电机、阀门、水泵等）。（4）外设I/O接口。通信接口与监视器、打印机、其他PLC、计算机等设备实现信息交互。（5）智能接口模块。为了适应较复杂的控制需要，PLC还有一些智能接口模块，也称为智能控制单元，如PID模块、高速计数器模块、温度控制模块等。这类模块大多带有单独的CPU，有一定的数据处理能力。2．PLC的软件系统PLC的软件系统由系统程序和用户程序组成。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。用户程序是用户根据控制要求编写的应用程序，主要功能包括以下3个方面。（1）检查是否满足热启动需要的条件。（2）处理过程数据。（3）用OB（组织块）中的程序对中断事件做出反应。PLC用户程序通常采用相对简单、易懂、形象的专用语言。基本上可归纳为两种类型：一是采用字符表达方式的编程语言，如语句表、文本语言等；二是采用图形符号表达方式的编程语言，如梯形图、功能块图、顺序功能图等。二、市场上主流PLC1.美国PLC2．欧洲PLC西门子PLC应用较多。3.日本PLC日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆