自动运料小车往返控制-教学设计(★最终☆)郭蔚儒

1、附件3第二届全国技工院校教师职业能力大赛教学设计（封面）参赛省份（加盖省级人社部门公章）：参赛者单位（加盖学校公章）：参赛者姓名：郭蔚儒参赛项目类别：电工电子类 参赛作品题目：智慧小车自动往返控制第二届全国技工院校教师职业能力大赛教学设计（参考模板）参赛项目类别电工电子类作品编码专业名称0203电气自动化设备安装与维修课程名称PLC应用技术作品题目智慧小车自动往返控制课时4课时教学对象19级机电设备安装与维修专业一、选题价值1.PLC应用技术课程在专业领域的定位和价值本课程PLC应用技术是电气设备安装与维修专业针对自动化电气设备安装与维修 工岗位能力进行的一门核心课程。以电工电子技术与技能、单

2、片机原理等课程为 基础，掌握各类电气设备的基本构造原理和编程原理的一门课程。也是进一步学习维修 电工等专业核心技能课程的基础。PLC是电气自动化控制技术中的不可或缺的重要技 术，随着PLC技术在电气自动化控制技术中的运用，改善了自动化控制系统的弊端，使 电气设备效用越来越优化，以其独特的优势和强势特点在现代化的电气设备的自动化建设 中发挥着重要作用。PLC技术已经辐射至自动化控制的多项功能中，完美的人机互动和完 备的通信设备满足了电气设备自动化控制的高要求，提升了工业电气设备的控制效果。2.智慧小车自动往返控制学习任务对课程的作用和价值本学习任务智慧小车自动往返控制是课程PLC应用技术的学习任

3、务之一，本 次课程设置有四个学习任务任务，分别为：自动往返小车控制过程分析、PLC类型的选择 与应用、控制系统电气原理图设计、可编程逻辑控制器控制的程序设计。在实际工业生产 过程中，运动小车的控制技术水平不仅影响生产成本，同时严重制约着生产效率及产品质 量。在影响产品质量的因素中，除材质等因素外，运动小车的自动化程度也是其中之一。 早期的小车控制技术，大多都是接触器、继电器、形成开关等元器件，这些元器件组成的 系统的控制精度不高，再加上人为因素增大了其随意性、降低了运动精度等。随着控制技术的发展，再加上人们对小车自动化控制的要求越来越高，相应的控制技 术也逐步被应用。可编程逻辑控制器凭借自身精

4、度高、稳定性好、编程容易等独特优势， 已逐步取代传动的电路控制，成为控制技术领域的主流产品。基于当前市场背景，研发一 套实用意义强的小车自动往返控制系统势在必行。二、学习目标1、知识目标:（1）掌握自动往返小车控制工作原理。（2）能够熟练使用PLC进行编程。（3）能够利用PLC控制实现小车自动往返控制。2、能力目标：（1）能够根据所制定的编程方案，分析作业内容，正确编写小车自动往返程序并利用 现有设备模拟运行。（2）能够熟练掌握PLC对所运行的程序进行编程。3、情感目标:（1）造就学生善于动手、勤于动脑的学习习惯及团队合作精神。（2）培养学生独立思考的能力，能够自主思考编写程序。三、学情分析1

5、、学生分析本内容的教学对象是电气设备安装与维修专业学生，在学习本课程之前，已经学习过 电机与变压器电力拖动等课程，具备学习PLC的相关知识。经过两年多的学习， 学生初步具备较强的自学能力，但在综合知识解决问题的能力、创新能力及团队协助能力 还有所欠缺，需要在教学过程中加以引导和培养，使学生能适应即将面对的社会。32、教材分析通用PLC技术应用属于应用层次知识，比较适合在教师指导下学生探究性学习。为了 能够给学生提供实践和锻炼的机会，教学组织形式上比较适合以任务驱动的学习方式进 行。本课程属于一体化教学课程，没有实际案例来说明程序运行的过程，学生不易理解， 用案例演示法以及实操训练比较适合学生的

6、认知规律和学以致用的教学目的。有较多关于 英文编程方面的学习，并且里面隐含很多课外知识，教师要用通俗的语言和其它课程的知 识联系起来，学生才能容易学懂学透，才能够继续进行学生的探究性学习。其特征电工电子基础 电子焊摄已具备电气设备安装与维作专颂识PLC基本他5辑指领航螃辘分摊肋不具备缺乏传感困、变痂器等方面专业知识够PLC功镇类指令的运用具备运用碘工具宜找问题的能力具翁使用微课课前Jfi习的学习铃力r学习解I、感兴趣的课程积极，其也得极自身的学习忍度r、学习主雌较差，需要板师引导（理论知识学习主动性差对待本课程的学习杰度-4-辘实讥课程较为积极触、小妲自甥腮考过程可以以百戏作为引导.进彳谴论授

7、课特长爱好利i电磁戏例妇如何使用PLC实现苗戏里人物或事物的浏乍？上谀喜欢顿性f粉析理论深沉闷四、学习内容 一、任务描述：在实际生产中，有些生活生产中需要两个地点之间来回运送及装卸货物，若人工运输 将耗费大量人力物力资源，那么我们就需要设计一台能够自动往返，自动装卸货物的设备 来代替人力操作，并设置该小车的四种操作模式：自动模式、手动模式、单周期模式、单 步骤模式。往返运动i 运科小车装货> 卸货tI卸货 <装货如上图所示，需要通过本节课程能够完成自动运料小车的程序设计，并通过实验装置 接线完成模拟实验，具体要求如下：（1）制定出运料小车的工作计划和实施方案；（2）完成运料小车的电

8、气系统的电气原理图、接线图、布局图等设计思路；（3）根据任务控制要求，利用西门子STEP7编程软件设计自动运料小车的控制程序；（4）根据电工作业规范进行PLC与自动运料小车模拟装置的线路连接；（5）根据功能、运行模式、模拟装置的运行状态进行成果评价，并提交实验报告。10二、PLC类型的选择与应用：基于本课题的控制对象，用于该控制系统的可编程逻辑控制器要具有一定数字量的输 入输出能力，方能满足该课题控制要求，具体功能如下：（1）数字量输出点：通过控制KM1及KM2的线圈，来实现三相异步电动机的正反转， 该控制共需要2个数字输出点。（2）数字量输入点：左行启动按钮、右行启动按钮、停止按钮、右行限位

9、、左行限 位，该控制点共需5个数字输入点。基于以上分析，该控制系统选择西门子s7-200系列PLC,该系列PLC较其他系列PLC 优势明显，具体表现在价格低廉、安装简便、功能强大、通用性强、通讯功能强大等方 面，完全能满足该控制系统的控制要求。而且该系列PLC拥有众多CPU类型，各CPU模块 又有其独特优势。不同CPU型号不同，其功能也有较大区别，对比以上各CPU模块，考虑到该系统实际控制 要求，不难看出CPU224XP拥有2个RS485通讯接口，一个接口可以下载PLC程序，另一个 接口可以在下载程序的同时，用于其它；拥有14个输入10个输出I/O点，完全满足该激 光自动焊接的控制要求。综上所

10、述，本课题选择了西门子CPU224XP为该激光自动焊接机 的控制核心。三、教学策略：整个教学过程以学生为中心，利用行动为导向的教学理念，重视学生的学习能力及兴 趣，将自动运料小车往返程序进行拆分，利用“解剖”自动运料小车的整体程序，再进行 “搭积木”式的教学方法，让学生手中有“有积木”，再进行整体“搭建”，最终由老师 引导让学生能自主完成四种操作模式下的运料小车PLC程序，并利用模拟装置动手接线完 成模拟操作运行。具体操作如下：1、整个任务实施时，让学生分为2%人一小组进行分组实验；2、课前预习采用线上线下的模式，培养学生的自主学习能力，对本任务实施做好课前 准备；3、在课前进行引导教学，利用

11、搭建模拟场景的方式引导学生对本任务的思考；4、任务“解剖”：将本任务按照编程所需的逻辑指令，拆分为3个部分，分步骤任务 实施教学；5、按照三个部分完成三个“小任务”，并进行实际编程操作；6、在任务实施环节通过PPT、思维导图、模拟动画来进行教学指导；7、给同学们分析讲解三个“小任务”，并引导他们进行思考，如何利用三个任务所掌 握的知识及指令编程方式，实现最终任务目标一一运料小车的自动往返控制；8、将“解剖”的任务进行重新搭建，实现运料小车自动往返控制；9、连接导线，下载程序，利用PLC综合实验装置完成运料小车的模拟运行操作。10、完成实验报告并进行任务评价。四、教学内容:1、控制系统电气原理图

12、设计：本小节主要根据该系统的控制要求，完成电气原理图的绘制，具体内容主要有两 部分，控制电路主要包括右行启动按钮、左行启动按钮、停止按钮、右限位行程开关、左 限位行程开关及交流接触器与PLC的连接；主电路主要包括电机、热保护继电器、空气开 关、交流接触器、熔断器之间的连接。具体原理图如下：小车往返运动控制广泛应用于工业生产设备中,下图是小 车自动往复循环示意图和电路图，它利用行程开关实现往复运 动控制的，通常叫做行程控制6装料 誓说瞥卸料仆仆 （）（） 仆立SQ3 SQ1SQ2 SQ42、可编程逻辑控制器控制的程序设计本课题所设计的控制系统中，为保证小车的正常运行及自动往返的控制，可编程 逻辑

13、控制器必须具备自我检测、自我判断、自我处理以及上电初始化等。基于此，该系统 控制流程图如下：(I)输入输出I/O点分配。基于以上论述，本控制系统共需要2个输出数字量类型点，8个输入数字量类型点， 具体分配如表所示：正转启动停止过我保护正向选 果何开关反向后退 限何开关将进极取 奥位开关后退极必 里何开关a主电路Y1XIX2SB3X5COM I<TsbT"XsbT3-sqT正林前进反M后退(2)程序设计一一基本指令实现小车自动往返。丽 7 ROliB右行。勒 AO E位 2?停止 10260 oao XftQOi-I d1/|1/|1/|C )左行8勘101本系统控制程序主要由网

14、络一、网络二两个网络组成。其中网络一主要是实现小车向右行驶, 防止操作人员的误操作。网络二主要是实现小车向左行驶，防止操作人员的误操作。具体程序如下：右 6000五、学习资源一、教学环境：投影仪及黑板放区实验装置2实套装置3卖脸工具及仪表发放区实验装置4实验装置5/ 分蛆讨论区实验装置6实哙实训室小组评比展示区(1)设备及工器具资源：PLC综合实验装置20台/套，运料小车模拟控制装置、多媒体 教学设备、电工常用仪器仪表及工器具。(2)耗材及辅助资源：常用电气元器件、实验导线、万用表、工作报告、小组评比展示 板。软件资源：西门子STEP7编程软件，微信、白度等网络工具，腾讯课堂等。二、学习资源：

15、1、硬件学习资源：学校拥有S7-200西门子PLC综合教学仪器，可通过灯光、移动模块等元器件实现真实 场景PLC编程控制实施以及模拟通过PLC编程下控制的自动化设备运行方式。2、软件学习资源网络资源、通过网络上的资料、视频、课件、图片等资源扩宽学生学习的范围，利用 互联网实现课上课下学习交流及指导。教学PPT课件资源及教材，通过课上教学讲授，提高学习效率，使学生能在课堂上对PLC编程能够熟练掌握。图1运料小车模拟编程运行装置（未编程未接线）图2运料小车模拟编程运行装置（编程完成接线运行）六、教学实施教学环节学生活动教师活动教学手段教学方法一、自动往返小车 的运行过程1、观看PPT2、分析小车运

16、行 过程3、提出问题、明 确任务目标1、以引导方式引 出小车运行过程 2、带着思考和问 题引出本节内容引用生活、工业领域案 例引出本环节内容，让 学生生动的了解自动小 车的运行过程.1、PPT引入2、案例引入3、小车运行过程分析二、自动往返小车 的电器控制原理1、分小组讨论2、思考并绘制自 动往返小车的电 气原理图1、根据学生讨论 结果绘制自动往返 小车的电气控制原理2、以FLISH动画 引入电气控制原理 图以图文并茂以及分组讨 论的方式引导学生掌握 如何利用电气控制原理 实现小车自动往返控 制。1、PPT展示2、电气原理图引入3、FLISH动画展示4、图文分析电气控制 自动往返小车工作原 理

17、三、PLC编程方式 （将自动运料小车 程序进行“解剖”，拆分引导学 生完成最终编程）1、熟悉PLC编程 软件2、练习电动机自 动启停控制程序 并模拟运行1、利用电动机自 动启停程序让学生 掌握PLC的编程 2、利用自动启停 程序引出小车自动 往返程序利用学校PLC实验室 PLC综合实验装置练习 PLC编程，并让学生熟 悉如何将电气控制原理 图中控制回路转换为 PLC控制o1、课堂讲授2、绘制电动机启停控 制电气原理图3、根据电气原理图引 导学生利用PLC编写 对应程序四、将自动往返小 车电气控制原理图 转换为PLC控制1、听取实验室操 作规程2、熟悉PLC实验 京PLC综合实验 装置利用自动往

18、返小车 电气控制原理图转 化为基于PLC控 制的自动往返小车 控制使用实验实训室进行实 践教学，让学生利用S7- 200PLe进行编程，并下 载试运行1、实验室实践2、小组互评3、编程并试运行五、自动往返小车 PLC编程并利用综 合实验装置模拟运 行1、分组实验2、利用综合实验 装置编程并模拟 运行利用综合实验装置 编程，并模拟运行采用分组考评的方式让 学生掌握利用PLC控制 自动小车往返运行实验1、根据设计步骤进行 实践操作2、完成最终自动运料 小车的自动往返工作 任务六、教学评价1、小组由组长带 领对每位同学完 成的情况作出评 价2、小组互评，由 两两小组之间进 行评价1、教师带领学生 参

19、与评价2、让学生对每一 组的作品进行评价打分通过自评、互评、教师 评价，以及让所有同学 参与通过以鉴赏方式的 评价来提高学生对自己 成果的认识，并激发学 生积极性。1、小组自评2、小组互评3、鉴赏方式评价4、教师评价七、学业评价一、评价思路：本任务采用过程考核评价方式，通过采用自评价、小组评价、教师评价、拆分任务评 价、实践成果评价，5个方面进行教学评价，有效的检测了学生在本任务中学习目标的达 成效果。序号考评环节考评内容考评方式1自我评价1制定工作计划2试验成果3程序的编制运用腾讯课堂或微信的 方式自评2小组评价1编程思路2任务思考3小组成果1小组自评2小组之间 互评3教师评价1任务过程实施

20、2实验成果3实验报告1课堂表现打分2实验 成果打分4拆分任务评价分别对任务一、二、三进行分别评价教师分别对三个阶段的 拆分实验进行打分5实验成果评价 （鉴赏式评价）对最终四种模式下的小车自动往返运行程序及 实施进行评价教师带领同学讨论实验 结果的完成度、程序的 实用性并进行打分白会评价二、教学评价思维导图及成绩占比:教学任务强占比小组白评小组评价 小组互评任务其胸近程评价教师冲价 任务成果用检现、£喇机EJ5转柝分任务洋份任务三it数.计时指令应用任穷三、基本指名下的小空白动由8程库设计评份得终成果耳价艺记计份程序设计、18»15%程序实用性5%GS 球 10%员终成果评价

21、占20%敕师评价占20%设计娘写程奇实用性评价注：作品编码留空，由大赛办公室统一编码。附件:智慧小车自动往返控制实践操作记录方案一、任务引出：在实际生产中，有些生活生产中需要两个地点之间来回运送及装卸货物， 若人工运输将耗费大量人力物力资源，那么我们就需要设计一台能够自动往返，自动装卸 货物的设备来代替人力操作，并设置该小车的四种操作模式：自动模式、手动模式、单周 期模式、单步骤模式。卸货装货卸货装货如上图所示，需要通过本节课程能够完成自动运料小车的程序设计，并通过实验装置接线 完成模拟实验，具体要求如下：（1）制定出运料小车的工作计划和实施方案；（2）完成运料小车的电气系统的电气原理图、接线

22、图、布局图等设计思路；（3）根据任务控制要求，利用西门子STEP7编程软件设计自动运料小车的控制程序；（4）根据电工作业规范进行PLC与自动运料小车模拟装置的线路连接；（5）根据功能、运行模式、模拟装置的运行状态进行成果评价，并提交实验报告。二、教学实施：整个教学过程以学生为中心，利用行动为导向的教学理念，重视学生的学习能力及兴 趣，将自动运料小车往返程序进行拆分，利用“解剖”自动运料小车的整体程序，再进行 “搭积木”式的教学方法，让学生手中有“有积木”，再进行整体“搭建”，最终由老师 引导让学生能自主完成四种操作模式下的运料小车PLC程序，并利用模拟装置动手接线完 成模拟操作运行。具体操作如下：11、整个任务实施时，让学生分为2人一小组进行分组实验；12、课前预习采用线上线下的模式，培养学生的自主学习能力，对本任务实施做好课 前准备；13、在课前进行引导教学，利用搭建模拟场景的方式引导学生对本任务的思考；14、任务“解剖”：将本任务按照编程所需的逻辑指令，拆分为3个部分，分步骤任 务实施教学；15、按照三个部分完成三个“小任务”，并进行