第二届全国高校微课教学比赛

新疆农业大学机械交通学院课程教学大纲课程名称：可编程控制器及应用(ApplicationofProgrammableController)课程编号：适用专业：电气工程及其自动化机械设计制造及其自动化学时数：52学分：3编写者：李春兰编写日期：2014年3月1日审核者：一、课程的性质和目的课程性质：可编程序控制器(PLC)是工业自动控制系统最常用的工具之一，它主要研究以工业过程模型为被控对象、PLC为手段的工业计算机自动控制系统，是电气类专业学生的重要专业课之一。主要任务：通过本课程的教学，培养学生1.了解继电器的基本原理和继电器控制系统的基本组成，掌握用PLC控制系统替代继电器控制系统的方法；2.了解PLC在工业自动化领域的发展动态和趋势；3.掌握PLC系统的物理模型和系统结构，熟练运用梯形图语句进行编程，了解符号表语句的编程方法；4．掌握开关量、模拟量的采集和控制的方法，初步实现数字PID闭环控制；5．熟练掌握系统软件的线性编程，了解系统软件的结构编程；6．具备对工业对象进行系统硬件设计、系统软件编程和调试的基本能力；7．了解PLC的通信原理和方法，了解用PLC作为节点实现现场总线结构的控制系统在工业自动化领域的应用。二、课程教学内容第一章可编程序控制器概述了解可编程序控制器的产生，掌握可编程序控制器的特点、应用、分类以及发展过程。重点：可编程序控制器的特点、应用、分类以及发展过程。难点：可编程序控制器的特点。第二章可编程序控制器的结构和原理掌握可编程序控制器的基本结构、工作原理，了解其编程语言。重点：可编程序控制器基本结构、工作原理。难点：可编程序控制器工作原理。第三章三菱小型可编程序控制器了解三菱小型可编程序控制器及其编程工具，掌握编写一个基本梯形图程序的基本步骤和概念、构造梯形图的基本结构、梯形图指令和右手指令、功能指令。重点：编写一个基本梯形图程序的基本步骤、梯形图指令和右手指令、功能指令。难点：梯形图指令和右手指令、功能指令。第五章可编程序控制器的网络及通信了解可编程序控制器与微机、可编程序控制器之间的联网通讯。了解用可编程序控制器作为节点实现现场总线结构的控制系统在工业自动化领域的应用。重点：用可编程序控制器作为控制节点，实现现场总线系统在工业自动化领域应用。第六章可编程序控制器的应用掌握可编程序控制器系统设计的基本步骤、选型要点、以及设计方法，了解使用中需注意的几个问题。重点：可编程序控制器系统设计的基本步骤、选型要点、以及设计方法。难点：可编程序控制器系统设计的设计方法。第七章可编程序控制器的实训指导了解FX2N系列可编程序控制器实训中需注意的几个问题。三、课程教学的基本要求本课程的教学环节包括：课堂讲授、课外作业、设计型作业和实验。通过本课程各个教学环节的教学，使学生对可编程序控制器系统的原理，组成和结构有一个系统的认识，重点培养学生的系统设计能力和系统编程能力。1、课堂讲授（1）教学方法教学方法上尽量采用启发式教学，在课堂上多提问题，安排一些自学内容，鼓励学生自学，培养学生的自学能力；以“少而精”为原则，精选教学内容，精讲多练，对重点内容讲深、讲透，鼓励学生自学和课上讨论，调动学生的学习主动性；通过各章的课外习题及设计型大作业，培养学生分析问题、解决问题的能力及查阅设计资料的能力；通过实验，培养学生的动手能力和创新能力。（2）教学手段目前已有的幻灯片、教学录相片都可采用，在条件成熟时采用电子教案、利用多媒体教学手段提高教学效果及课堂信息量，增加教学的直观性。（3）外语的要求在讲授过程中，给出各章节主要专业名词的英语单词，通过本门课程的学习，学生可接触到100个左右专业名词的英语单词。如：电流逆变型（Currentsourceinverter），继电器(relay)，接触器(contactor)，数据表寄存器（DataTableMemory），高速暂存存储器（ScratchPadMemory），顺序功能图（Sequentialfunctionchart），梯形图（Ladderdiagram），功能块（Functionblockdiagram），指令表（Instructionlist），结构文本（Structuredtext），公共母线（Busbar），能流（Powerflow），复位指令（Reset），位移指令（Shift），脉冲指令（Pulse），置位指令（Set），主控指令（Masteicontol），条件跳步指令（Conditonaljump），跳步结束指令（Endofjump），步进梯形指令（Stepladderinstruction）等。2、教学辅助资料“可编程序控制器教程”学习思考题，引导学生复习和自学。实验指导书，和多媒体教学软件。3、实验环节（1）实验要求：实验课是可编程序控制器教程中重要的实践环节。通过实验，使学生学会分析调试程序，从而巩固、加深和拓宽学习内容的理解，培养他们分析、设计和调试PLC微机系统的能力。通过系统的实践教学锻炼，使学生具有一定的软件开发能力，为未来的工作和后继课程的学习打下基础。（2）实验内容电动机控制实验交通信号灯控制实验交通信号灯控制步进电机控制实验电梯实验混合液体实验刀具库实验4、习题课、课外作业、答疑和质疑（1）习题课：安排在第三章、第六章等章节中。（2）课外习题第一章3题，第二章4题，第三章7题，第五章3题，第六章6题，（3）答疑和质疑根据学生掌握的情况在规定时间和地点安排答疑或质疑。5、考试环节课程考试形式采用笔试，题型分为：填空、选择、判断、计算题、简答、作图题。6、学时分配章节授课学时习题课学时实验学时备注第一章可编程序控制器概述2第二章可编程序控制器的结构和原理4第三章三菱小型可编程序控制器22612第五章可编程序控制器的网络及通信4第六章可编程序控制器的应用62第七章可编程序控制器的实训指导2合计408（课外）12四、本课程要求的先修课程和教学环节本课程的先修课为《数字电路》、《微机原理及接口技术》、《自动控制原理》等。五．建议教材与教学参考书［1］王兆义.可编程控制器教程.北京：机械工业出版社，2011.7［2］弭洪涛.PLC应用技术.北京：中国电力出版社［3］余雷声.电气控制与PLC应用.北京：机械工业出版社，2001［4］王兆义.小型可编程控制器实用技术.北京：机械工业出版社，2008［5］钟肇新.可编程控制器原理及应用.广州：华南理工大学出版社，2002新疆农业大学机械交通学院实验教学大纲课程名称：可编程控制器及应用(ApplicationofProgrammableController)课程编号：适用专业：电气工程及其自动化机械制造及其自动化学时数：12/8学分：0.5编写者：李春兰编写日期：2014年3月1日审核者：机械交通学院可编程控制器实验室课程名称可编程控制器及应用课程总学时52/48实验总学时12/8开设实验项目数6/4本大纲属自编实验教材或指导书自编学生类别本科课程类别非独立设课考核方式实验成绩占课程成绩比例(%)15面向专业电气工程及其自动化、机械设计制造及其自动化开出实验项目名称序号名称学时1三相异步电动机控制实验22五相步进电机模拟控制实验23交通灯控制实验24电梯控制实验25液体混合控制单元实验26刀具库控制实验2三相异步电动机控制实验实验类型实验类别实验学时开出时间验证及设计型专业类2第六学期第周计划每组人数2-3实验目的：1．掌握电机星/三角换接启动主回路的接线。2．学会用可编程控制器实现电机星/三角换接降压启动过程的编程方法。实验内容：合上启动按钮后，电机先作星形连接启动，经延时6秒后自动换接到三角形连接运转。实验操作要点及注意事项：1．实验室所有微机处于软保护状态，学生所做的作业应保存在硬磁盘的f盘中。2．正确写入程序。实验应达到的基本要求:了解写入和编辑程序的方法，掌握PLC控制电机的基本方法。主要实验材料、用品及工具：微机、PLC实验台、三相鼠笼式异步电动、若干连接导线。主要仪器设备序号名称规格型号数量1联想系列PC1台2PLC实验台1台3三相鼠笼式异步电动机DJ241台五相步进电动机控制的模拟实验实验类型实验类别实验学时开出时间设计型专业类2第六学期第周计划每组人数3实验目的：1．进—步熟悉PLC的指令系统。2．了解并掌握移位指令在控制中的应用及其编程方法。实验内容：1．要求对五相步进电动机五个绕组依次自动实现如下方式的循环通电控制：第一步：A～B～C～D～E第二步：A～AB～BC～CD～DE～EA第三步：AB～ABC～BC～BCD～CD～CDE～DE～DEA第四步：EA～ABC～BCD～CDE～DEA2．根据实验教师的要求修改控制策略，满足上述任意步之间的转换控制。实验操作要点及注意事项：正确写入程序。实验应达到的基本要求:掌握PLC控制步进电动机的控制方法。主要实验材料、用品及工具：微机、PLC实验台、若干连接导线。主要仪器设备序号名称规格型号数量1联想系列PC1台2PLC实验台1台交通灯控制实验实验类型实验类别实验学时开出时间设计型专业类2第六学期第周计划每组人数3实验目的：1．进一步熟悉编程软件及方法。2．熟悉顺序控制编程原理及方法。3．掌握定时器使用方法。实验内容：1．使用PLC数字量输入、输出控制红绿灯。启动开关合上0～1S南北红灯亮，东西红灯亮，即南北方向和东西方向均等待。1～4S南北红灯亮，东西绿灯亮，即南北方向等待，东西方向行驶。4～5S南北红灯亮，东西黄灯亮，即南北方向和东西方向均等待。5～6S南北红灯亮，东西红灯亮，即南北方向和东西方向均等待。6～9S南北绿灯亮，东西红灯亮，即南北方向行使，东西方向等待。9～10S南北黄灯亮，东西红灯亮，即南北方向和东西方向均等待。2．根据实验教师的要求修改控制策略，满足任意要求的交通控制。实验操作要点及注意事项：1．正确写入程序。实验应达到的基本要求:熟悉时序控制程序的设计和调试方法，掌握用PLC构成交通灯控制系统。主要实验材料、用品及工具：可编程序控制器一台、EL-PLC-III实验箱一台、装有编程软件和开发软件的计算机一台、电缆一根。主要仪器设备序号名称规格型号数量1PC机1台2可编程序控制器FX2N-401台3EL-PLC-III实验箱1台4交通控制模块1块电梯控制实验实验类型实验类别实验学时开出时间验证型专业类2第六学期第周计划每组人数3实验目的：1．熟悉PLC编程原理及方法。2．掌握电梯控制基本技巧。3．了解传感器原理及使用方法。实验内容：四层电梯的控制。实验操作要点及注意事项：1.正确写入程序。2.需特别注意PLC的I/O连接。实验应达到的基本要求:1.使用PLC数字量输入、输出控制电梯升降，电梯门的开关。2.接到请求信号，电梯关门，停到相应的楼层，开门。电梯上下由模拟电机控制，每层设有呼叫开关4个（INPUT），呼叫指示灯4（直接和呼叫开关相连），到位开关4个（OUTPUT）。3.电梯的呼叫开关是按钮式开关，故为瞬间接通有效。主要实验材料、用品及工具：可编程序控制器一台、EL-PLC-III实验箱一台、装有编程软件和开发软件的计算机一台、通信线一根、电梯实验模块一块。主要仪器设备序号名称规格型号数量1PC机1台2可编程序控制器FX2N-401台3EL-PLC-III实验箱1台4电梯实验模块1块液体混合控制实验实验类型实验类别实验学时开出时间验证型专业类2第六学期第周计划每组人数3实验目的：进一步熟悉编程软件及方法。掌握液位控制技巧。3.了解传感器原理及使用方法。实验内容：使用PLC数字量输入、输出控制混合液体的液位。实验操作要点及注意事项：注意接线正确，避免发生短路。实验应达到的基本要求:液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达中液位时，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面到达高液位时，关闭液体B阀门，搅匀电机开始搅匀。搅匀电机工作5秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到低液位时，再过2秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。停止操作：按下停止按钮后，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态下）。主要实验材料、用品及工具：可编程序控制器一台、EL-PLC-III实验箱一台、装有编程软件和开发软件的计算机一台、液体混合实验模块一块、电缆一根。主要仪器设备序号名称规格型号数量1PC机1台2可编程序控制器FX2N-401台3EL-PLC-III实验箱1台4混合液体控制模块1块刀具库控制实验实验类型实验类别实验学时开出时间验证型专业类2第六学期第周计划每组人数3实验目的：1．熟悉编程软件及编程方法。2．熟悉计数器编程原理及方法。3．掌握刀具库工作原理、控制技巧。4．了解传感器原理及使用方法。实验内容：使用PLC数字量输入、输出控制刀具库。实验操作要点及注意事项：注意接线正确，避免发生短路。实验应达到的基本要求:圆盘模拟加工中心刀具库，刀具库上有6个位置，表示能存放6把刀具，编号为0～5。圆盘能正反方向旋转，当拨出所需刀具数据编号时，即可将数据输入，停留在某一出口处。同时圆盘按就近方向旋转，取出所需的刀具当前存放位置，要求动作执行是以就近旋转取出刀具为目的。主要实验材料、用品及工具：可编程序控制器一台、EL-PLC-III实验箱一台、装有编程软件和开发软件的计算机一台、刀具库实验模块一块、电缆一根。主要仪器设备序号名称规格型号数量1PC机1台2可编程序控制器FX2N-401台3EL-PLC-III实验箱1台4刀具库模块1块3、《可编程控制器及应用》课程实验教学设计教学设计：五相步进电动机控制的模拟章节名称五相步进电动机控制的模拟科目可编程控制器及应用教学对象大学三年级专业电气工程及其自动化/机械设计制造及其自动化课时2课时学院机械交通学院一、概述可编程控制器及应用(简称PLC)课程是电气工程及自动化、机械工程及自动化等专业的主干专业基础课程之一,知识覆盖面广、涉及内容多、更新发展快,与生产实际和工程应用结合紧密且应用广泛。《可编程控制器及应用》课程的实验教学是整个《可编程控制器及应用》课程教学中的重要环节，是一项与工程实际紧密结合的教学活动，学生通过实践教学理解抽象的计算机指令，通过解决实际控制问题激发学习兴趣，促进学生自觉主动地去思考、分析问题，从而培养学生的创新能力。新疆农业大学机械交通学院新能源科学与工程系《可编程控制器及应用》课程小组的老师规划、设计并建立了《可编程控制器及应用》课程实验网上实验预习系统，通过教学视频、录像、课件等形式完善实验课程资源，使学生通过视频教材在进入实验室前对相应的实验项目有一个整体的认识，包括实验目的、实验设备及元件、实验的详细操作过程、及注意事项等，使学生有准备地进行每一个实验。所有的实验项目都有对应的多媒体课件，且设计合理、制作精细，实现了视、听、像结合，图文并茂，把实验教学内容生动、形象、真实地展现在学生面前，同时对综合设计型实验提出扩展实验要求，这样既提高了教学效率，又调动了学生学习的主动性和积极性。二、教学目标分析1、课程定位与总体目标《可编程控制器及应用》主要研究以工业过程模型为被控对象、PLC为手段的工业计算机自动控制系统，是电气工程及自动化、机械工程及自动化等专业的重要专业基础课程之一。通过本课程的教学，培养学生了解继电器的基本原理和继电器控制系统的基本组成，掌握用PLC控制系统替代继电器控制系统的方法；了解PLC在工业自动化领域的发展动态和趋势；掌握PLC系统的物理模型和系统结构，熟练运用梯形图语句进行编程，了解符号表语句的编程方法；掌握开关量、模拟量的采集和控制的方法，初步实现数字PID闭环控制；掌握系统软件的线性编程，了解系统软件的结构编程；具备对工业对象进行系统硬件设计、系统软件编程和调试的基本能力；了解PLC的通信原理和方法，了解用PLC作为节点实现现场总线结构的控制系统在工业自动化领域的应用。而《可编程控制器及应用》课程实验是本课程的重要教学环节，学生通过实践教学理解抽象的计算机指令，通过解决实际控制问题激发学习兴趣，促进学生自觉主动地去思考、分析问题，培养学生解决实际问题的能力。《可编程控制器及应用》实验预习视频对学生学习《可编程控制器及应用》课程非常有帮助，通过2届电气工程及其自动化专业、机械设计制造及其自动化专业（机电一体化方向）的学生使用取得了较好的教学效果。2、单元教学目标“五相步进电动机控制的模拟”实验是《可编程控制器及应用》课程的一个典型实验。步进电动机作为精确定位的小型驱动器在工业现场广泛使用，该实验涉及到定时器、移位指令等指令的使用，学生在完成了统一的控制要求后，实验教师针对每个实验组给出不同的扩展实验要求，因此需要规划、设计并建立一个微课来直观、生动地进行演示，使得学生能更好的了解该实验，通过网络与学生共享资源，达到实验前使学生对该实验项目有一个整体认识，带着问题进入实验室，在充分了解实验内容的基础上进行实践教学，给学生一个思考的空间，进而达到提高学生自学的积极性、对理论知识的理解力、培养动手能力、思维能力和创新能力的目的。三、学习者特征分析教学对象是机械交通学院电气工程及其自动化专业、机械设计制造及其自动化专业（机电一体化方向）大三的学生，在学习该门课前，各专业的学生已经具备了电路、电子技术、自动控制等相关专业知识，保证了学生学习《可编程控制器及应用》课程理论学习时不会出现太大理解上的困难和问题，由于《可编程控制器及应用》课程内容与工程实践联系紧密，使得学生对该门课的学习表现出比较高的兴趣。学生在学习这门课时，需要通过相应的实验来理解抽象的计算机指令的功能，针对学生的学习特征，开发实验预习系统，使学生通过视频教材在进入实验室前对相应的实验项目有一个整体的认识，包括实验目的、实验设备及元件、实验的详细操作过程、及注意事项等，使学生有准备地进行每一个实验，有利于体现“以学生为主”的教学模式和开放式实验教学的特点，为学生提供更为宽广的实验技能训练平台，进一步提高实验教学质量。四、教学策略选择与设计1、教学方法把实验指导书及刻有全部实验内容课件的光盘提前发给学生，实验指导书中包含学生实验须知和本课程的实验项目，每个实验项目由实验目的、实验设备与器件、实验要求、实验内容与步骤、实验思考等组成。所有的实验项目都有对应的多媒体课件，这些课件设计合理、制作精细、质量优良。2、教学手段在理论课讲授过程中涉及实验内容时重点强调，并要求学生在进入实验室前要先预习实验指导书中的内容，观看本次实验项目的课件，经检查完成预习要求才可进行本次实验。由于实验视频可以在较短时间形象、逼真地为学生讲解实验的全过程及实验现象，提高了学生预习实验的兴趣，及实验教学效率，同时调动了学生学习的积极性。五、教学资源及工具设计1、实验室可编程控制实验室；2、教学仪器设备（1）微机PC机1台，PLC实验台1台，若干连接导线；（2）多媒体课件；（3）实验视频。3、教材与参考资料［1］王兆义.可编程控制器教程.北京：机械工业出版社，2011.7［2］弭洪涛.PLC应用技术.北京：中国电力出版社［3］余雷声.电气控制与PLC应用.北京：机械工业出版社，2001［4］王兆义.小型可编程控制器实用技术.北京：机械工业出版社，2008［5］钟肇新.可编程控制器原理及应用.广州：华南理工