《三相交流异步电动机单按钮启停控制》教学案例

1、三相交流异步电动机单按钮启停控制教学课例常州刘国钧高等职业技术学校 杨欢一、项目名称确定：三相交流异步电动机单按钮启停控制 4 课时二、课例背景介绍：可编程序控制器（ PLC）技术是一门实用性很强的专业课，注重实践教学环 节的学习演练， 是掌握 PLC技术的根本。 本课程是以三菱 FX2N系列 PLC为核心， 采用“项目导向、任务驱动 的课程模式，来实施和引领课堂教学。在 PLC项目 课程的实践中，分别通过项目教学、理实一体、任务驱动、行动导向等多种教学 方法，起到了很好的效果，大大提高了学生学习的积极性。本课例是项目一三相交流异步电动机的 PLC 控制中的任务四三相交 流异步电动机单按钮启停

2、控制 。课程的实施是在可编程控制器实验室进行的， 学生通过理论学习与实践操作一体化的综合训练方式， 逐步学会三菱可编程序控 制器的相关知识和技能，并为后续课程打下了扎实的基础。三、学习目标的设定： 课程的总目标：1、通过对本课程的学习和训练，使学生进一步熟悉 PLC的基础知识，掌握PLC梯形图、指令语句以及 SFC图三种方式的编程方法，并能够应用三菱 FX2N 系列 PLC完成实际控制系统的设计、安装、调试及监控。2、通过该项目课程的学习， 努力培养学生分析、 解决生产实际问题的能力， 提高学生的职业技能和专业素质。 提高学生学习的能力， 养成良好的思维和学习 习惯。3、积极发展好奇心和求知欲

3、，培养坚持真理、勇于创新、实事求是的科学 态度与科学精神，形成科学的价值观。培养学生的团队合作精神。本课例的目标：1、知道什么是时序图，会画出单按钮控制电动机启停的时序图。2、能运用微分脉冲输出指令（ PLS、PLF）、置位/复位指令（ SET/RST）进 行简单的编程。3、会根据控制要求熟练分配 PLC输入/输出点，并能画出 PLC 电路原理图 和安装接线图。4、能利用梯形图和指令语句两种方式完成该项目程序的编写。5、能独立完成三相交流异步电动机单按钮启停 PLC 控制的安装、调试和监 控。6、努力培养学生勤于思考、善于动手的良好习惯以及团队合作、理论联系 实际的能力。四、学习任务描述： 本

4、课例的学习任务是应用三菱 FX2N-48MR PLC 来实现三相交流异步电动 机单按钮启停的控制。 在传统控制系统中通常需要使用一个启动、 一个停止按钮 分别控制电动机的启动和停止，在 PLC 的控制系统中这就要占用两个输入点， 而在 PLC 系统设计时，设法减少使用的输入 /输出点数就可以降低控制系统的成 本，提高经济效益。因此本项目是利用 PLC 技术来实现单按钮控制电动机的启 停。在教学实施过程中 ,首先提出用单按钮控制的原因 进行控制系统分析 分 配 I/O 点 画出 PLC 接线图 编写程序 调试和监控，最终完成整个项目。五、学习内容组织：在学习内容的组织上，首先由教师引领学生对所做

5、的项目进行具体的分析， 要注意处理项目控制要求上的细节问题。 其次根据控制要求， 学生应熟练地进行 输入 /输出点的分配。根据 I/O 分配表，学生立刻就能画出 PLC 的电路原理图以 及接线图， 这是学生在平时的训练中必需掌握的知识和技能。 然后学生根据接线 图认真、细致地完成电路的安装， 并学会用万用表检查电路的正确性， 至此 PLC 控制系统的硬件部分已经完成。下一个环节便是程序的编写， 程序的编写对于学生而言， 难度比较大， 因此 必须在教师的引领下， 将编程所需要用到的细节知识补充完善后， 即学习相关的 指令后，学生才能独立的完成程序的编写。 在程序编写的过程中， 学生应熟练的 进行

6、梯形图与指令语句两种编程方式，应会进行互换。在整个 PLC 控制系统实 现的过程中，要充分调动学生的积极性， 让他们能独立的进行系统的调试与监控。 最后通过项目实现的最终结果， 对学生进行合理的评价， 并对所做的项目进行更 深入的拓展与提高。 具体可见下图所示。 当然也可以采取表格的形式， 见下面的 表格。序 号能力 训练 项目 名称对应 单项 任务 名称拟实现的 能力目标相关支撑 知识训练方 式手段 及步骤学习成果1项目一： 三相交流 异步电动 机的 PLC控 制任务 四、 三相 交流 异步 电动 机单 按钮 启停 的控 制1能独立完成三 菱 FX2N-48MR 可编程序控制器 与计算机的通

7、信 连接以及输入/ 输出回路的连 接。2. 会使用 FXGP 编程软件进行程 序的编写、 下载、 调试和监控。1知道三菱 FX2N-48MR 可编程 控制器的输入端子、 输出端子及通信接 口。2进一步熟悉 FXGP 编程软件的使用方 法。3了解什么是时序图 以及它的基本概念。4理解微分脉冲输出课件演 示、讲解操 作 演 示动手操 作、点评概念讲 解1.PLC 实 现三相交 流 异 步 电 动机单按 钮启停的 控制。3. 能熟练应用基 本逻辑指令以及 用梯形图与指令 语句两种方式进 行 PLC 简单程序 的设计。4、能运用脉冲输 出指令以及置位 /复位指令进行 简 单程 序 的编 写。5、能独立

8、完成该 项目的安装、调 试与监控。 6按操作规程进 行操作并完成报指令( PLS、PLF)的 使用 方法。5理解置位 / 复位指 令( SET/RST )的使 用方法。实践操 作六、教学情境创设：1、通过教材的图文并茂以及动画的演示，提高学生的学习兴趣。2、通过介绍电动机单按钮启停的控制、以及在生产中的广泛应用和演示控制系统的工作过程激发学生学习的兴趣3、通过指导学生完成整个项目的操作过程，使学生树立自信心。4、在问题探究中使学生理解操作过程中遇到的问题，为学生完成独立操作 打下扎实的基础。5、通过指导学生练习激发学生潜力，实现学习目的。 七、教学资源准备：1 、元器件准备：序号名称型号规格数

9、量单位备注1安装板600800mm1块木板或铁板2PLCFX2N-48MR1台3导轨DIN0.4米4空气断路器Multi9 C65N D201只5熔断器RT28-326只6接触器NC309/220V1只7热继电器NR463（1-1.6A ）1只8三相异步电动机JW6324-380V 250W 0.85A1只9控制变压器JBK3-100 380V/220V1只10按钮LA4-3H1只11端子D-202只12BV1/1.37mm210米主电路13铜塑线BV1/1.13mm215米控制电路142BVR7/0.75mm210米16M4*20螺杆若干只17紧固件M 4*12 螺杆若干只18 4 平垫圈若

10、干只194 弹簧垫圈及 4 螺母若干只20号码管1.5若干米21号码笔小号1支2、电工工具：尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、螺丝刀（ “+”、“一”字）3、仪表： MF47 型万用表。八、教学过程实施（以 4 堂课为例）教学步骤 1：新项目的引入（教师讲授） 在传统的继电器控制系统中通常需要使用一个启动和一个停止按钮分别控 制三相交流异步电动机的启动和停止。这样在 PLC 的控制系统中就需要占用两 个输入点。而在 PLC系统设计时， 减少输入/输出点数就可以降低 PLC控制系统 的成本，从而提高经济效益。因此我们想能否用一个按钮来控制电动机的启停 呢？答案是肯定的， 这就是今天所要学习的项目： 三相交

11、流异步电动机单按钮启 停控制。教学步骤 2：展示学习目标（放幻灯片）1、知道什么是时序图，会画出单按钮控制电动机启停的时序图。2、能运用微分脉冲输出指令（ PLS、PLF）、置位/复位指令（ SET/RST）进 行简单的编程。3、会根据控制要求熟练分配 PLC输入/输出点，并能画出 PLC 电路原理图 和安装接线图。4、能利用梯形图和指令语句两种方式完成该项目程序的编写。5、能独立完成三相交流异步电动机单按钮启停 PLC 控制的安装、调试和监 控。教学步骤 3：指出本项目的学习过程（放幻灯片）项目学习过程教学步骤 4：分析项目控制任务（教师引领，学生分析）1、任务要求介绍（1）按下按钮 SB1

12、奇数次时，交流接触器 KM1得电，电动机 M1启动运转。（2）按下按钮 SB1偶数次时，交流接触器 KM1失电，电动机 M1停止运转。（3）具有短路保护和过载保护。2任务要求分析 利用一个按钮控制电动机的启停， 类似于开关型轻触按键， 但它要求内部必 须具有自锁的功能。在第一次按下时置 ON并保持，第二次按下时翻转并保持， 以后每按下一次按钮都会进行一次翻转。 在整个的工作过程中， 电动机的启停频 率是按钮按下的频率的一半， 因此要实现控制要求实际上只需将按钮信号的频率 进行二分频。教学步骤 5：根据项目控制任务，分配 I/O 点（学生分配，写出输入 / 输出 分配表，教师点评）1、输入 /输

13、出分配表 三相交流异步电动机的单按钮开关控制电路的输入 / 输出分配表如下所示。输入输出元件作用输入点输出点元件作用SB1启/ 停控制按钮X0Y0KM电动机启停控制FR过载保护X1输入/ 输出分配表教学步骤 6：根据 I/O 分配表， 绘制三相交流异步电动机单按钮启停 PLC电路原理图（学生单独绘制，教师循回指导并点评）1、用三菱 FX2N-48MR型可编程序控制器实现三相交流异步电动机单按钮启停控制的电路原理图，如下图所示。主电路与控制电路的绘制由学生独立完成， 教师循回指导。PLC电路原理图教学步骤 7：根据 PLC电路原理图，进行元器件的布局，并绘制 PLC接线图学生独立布局，并绘制接线

14、图）1、元器件的布局如下图所示：元器件的布局2、PLC接线图如下图所示教学步骤 8：根据 PLC接线图，安装电路，并用万用表进行检测，并通电试 验，完成下列表格。（学生操作，教师循回指导）1、安装好的 PLC控制系统如下图所示。PLC 控制系统2、检查布线。对照 PLC电路图检查是否掉线、错线；是否漏编、错编，接 线是否牢固等。3、用万用表检测电路。万用表检测过程见下表所示。如测量阻值与正确阻值不符，应根据线路图检查是否有错线、掉线、错位、短路等。序号检测内容操作情况正确阻值测量阻值备注1检测判别FU1 、FU2、 FU3 和 FU4 的好坏两表棒分别搭接在 FU的 上下接线端子上均为 0R1

15、 档、调零2测量 L1L2 之间的绝缘电阻合上断路器，两表棒分 别搭接在接线端子 XT的 L1和 L2 上R10k 档、调零3测量 L1L3 之 间的电阻两表棒分别搭接在接线端子 XT的 L1 和 L3 上TC初级绕 组的阻值R10 档、调零4测量 L2L3 之间的绝缘电阻两表棒分别搭接在接 线端子 XT的 L2和 L3上R10k 档、调零5分别测量 L1、L2、L3与 PE之间的绝缘电阻两表棒分别搭接在接线 端子 XT 的 L1、L2、L3 与 PE 上均为6测量 PLC 的各 输入端子与 （COM）之间的 阻值分别动作输入设备，两 表棒搭接在 PLC 各输入 接线端子与（ COM）上均为

16、0R1 档、调零7测量 PLC 的各 输入端子与 电 源输入端子（L） 之间的阻值两表棒分别搭接在 PLC 各输入接线端子与电源 输入端子（ L）上均为R10k 档、调零8测量 PLC 的输 出端子 Y0 与公 共端子（ COM）0 之间的阻值两表棒分别搭接在 PLC 的输出接线端子 Y0与公 共端子（ COM）0 上TC次级绕 组和 KM线 圈 的阻值 之和R100 档、调零4、通电试验，判断 PLC是否运行正常，并观察 PLC的指示 LED灯是否和输 入端一致。步骤操作内容LED正确结果观察结果备注1先插上电源插头，再合上断路器POWER点亮点亮LED点亮，说明 电源正常2拨动 RUN/S

17、TOP开关，打 置“RUN”位置RUN点亮点亮LED点亮，说明PLC运行正常3拨动 RUN/STOP开关，打 置“STOP”位置RUN熄灭熄灭4按下 SB1X001点亮点亮LED点亮，说 明输入 电路 正 常5按 下 FR 测 试 按 钮 （Test ）X002点亮点亮6按 下 FR 复 位 按 钮 （Reset）X003熄灭熄灭X003复位教学步骤 9：PLC 电路安装检查无误后，学习相关知识点。 （教师讲授，学生分析、回答、解决问题）知识点 1、理解时序图的概念，学生画出三相交流异步电动机单按钮启停的时序图。如下图所示。单按钮控制电动机启停时序图知识点 2、学习微分脉冲输出指令（ PLS、

18、PLF）的用法。1）PLS：上升沿微分脉冲输出指令，在触发信号的上升沿时使操作元件 产生一个扫描周期的脉冲输出。2）PLF：下降沿微分脉冲输出指令，在触发信号的下降沿时使操作元件 产生一个扫描周期的脉冲输出。3）应用举例：学生根据梯形图写出指令语句，画出左图X1、 M0、 M1的时序图。并根据右图梯形图判断能实现三相交流异步电 动机的什么控制。左图右图微分脉冲指令用法知识点 3、学习置位 /复位指令（ SET/RST）的用法（1）SET：置位指令，在触发信号接通时，使操作元件接通并保持（置1）（2）RST：复位指令，在触发信号接通时，使操作元件断开复位（置0）。3）应用举例： 学生根据梯形图写

19、出指令语句， 并画出 X0、X1、M0、M1、Y0 的时序图时序图梯形图教学步骤 10：学生利用以上所学的 PLC 知识， 来解决三相交流异步电动机 单按扭启停控制的编程。 （教师引导，学生编程）梯形图1、梯形图程序以及对应的指令语句如下图所示指令语句教学步骤 11：系统的调试与监控（学生独立完成）1、打开软件 SWOPC-FXGP/WIN-C新建文件 选择 FX2N系列 PLC 编写梯形图程序。如下图所示2、将编写好的程序写入 PLC，并启动程序监控，如下图所示3、在教师现场监护下进行通电调试，验证系统控制功能是否符合要求。将PLC的 RUN/STOP开关拨至“ RUN”位置后，按以下操作步

20、骤运行，让学生填写下步骤操作内容观察内容指示 LED接触器电动机正确结 果观察结果正确结果观察结 果正确结果观察结 果1第一次按下 SB1Y000点 亮KM吸合运转2第二次按下 SB1Y000熄 灭KM释放停转3第三次按下 SB1Y000点 亮KM吸合运转4按 FR测试 按钮Y000熄 灭KM释放停转5按下 FR复位按钮，将 FR复位教学步骤 12：对学生所完成的 PLC项目进行质量评价，具体评价方式如下表。（学生操作，教师评分）考核项目考核要求配分评分标准扣分得分系 统 安 装1会安装元件2按图完整、正确及规 范接线3按照要求编号301元件松动一处扣 2分， 损坏一 处扣 4 分2错、漏线每

21、处扣 2 分3反圈、压皮、松动，每处扣2分4错、漏编号，每处扣 1 分编 程 操 作1会建立程序新文件2正确输入梯形图3正确保存文件4会传送程序5会转换梯形图301不能建立程序新文件或建立错 误扣 4 分2输入梯形图错误一处扣 2 分3保存文件错误扣 4 分4传送程序错误扣 4 分5转换梯形图错误扣 4 分运 行 操 作1正确操作运行系统，分析运行结果2会编辑修改程序，验 证输入输出控制3会编辑修改程序，验证自锁保持控制301系统通电操作错误一步扣 3 分2分析运行结果错误一处扣 2 分3编辑修改程序错误一处扣 2 分4分析验证结果错误一处扣 2 分安全生产自觉遵守安全文明生产规程101漏接接

22、地线一处扣 5 分 2每违反一项规定，扣 3 分 3发生安全事故， 0 分处理时间4 小时提前正确完成，每 5 分钟加 5 分超过定额时间，每 5 分钟扣 2 分开始时间： 结束时间： 实际时间：项目评价表教学步骤 13：拓展与提高1、除以上编程方式外，还有其它编程方法吗？如可不用SET/RST指令，而直接使用 OUT指令进行线圈的驱动。2、若要将按钮信号的频率进行四分频， 程序又该如何编写呢？时序图如下教学步骤 14：布置作业，完成课例报告 九、教学评价设计：1、评价内容：检查学生是否能独立完成相应 PLC控制系统的安装、 调试与监控。 在实践操 作的过程中， 检查学生是否养成了文明、 规范操作的好习惯， 例如工具是否摆放 整齐，而不随便乱扔等。2、评价方法：争对不同的 PLC控制项目可分别以不同的角度来恒量学生的学习效果， 本项 目通过系统安装、 编程操作、运行操作以及安全生成这四个维度， 给学生以客观、 公正的打分。详细可见下表所示。考核项目考核要求配 分评分标准扣 分得 分系统安装1会安装元件2按图完整、正确及规 范接线3按照要求编号301元件松动一处扣 2分， 损坏一 处扣 4 分2错、漏线每处扣 2 分3反圈、压皮、松动，每处扣2分4错、漏编号，每处扣 1 分编 程 操 作1会建立程序新文件2正确输入梯形图3正确