《电气控制与PLC应用》教学大纲

《电气控制与PLC应用》教学大纲（56课时）西门子S7-200系列PLC版本教学大纲中涉及PLC实际教学的部分均采用西门子S7-200系列PLC课程编码：课程类别：职业核心能力课课程归属：信息与控制技术学院编制人：徐文编（修）制日期：2008年10月审定组（人）：审定日期：2008年10月适用专业：计算机控制技术一、课程的性质与任务《电气控制与PLC应用》课程是计算机控制技术专业的职业核心能力课，是集计算机技术、自动控制技术和网络通信技术于一体的综合性学科。目前PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体，性能价格比高、高可靠性的特点已使其成为自动化工程的核心设备。PLC作为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。PLC目前是现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。本课程的任务是让学生学习和掌握低压电器的基本知识、电气控制系统的基本控制环节、典型电路的基本原理，具有电气控制系统分析和阅读电气系统图的基本能力；掌握可编程控制器工作原理、系统构成、指令系统及编程方法（包括开关量控制、模拟量控制、数据通信及网络），具备一定的PLC程序设计和PLC应用能力，能熟练使用一种典型的PLC设备进行控制系统的结构组成设计、I/O地址分配设计、以梯形图为主的PLC程序设计、控制系统的软件调试以及故障分析。教学内容大致分为低压电器（模块一）、电气控制基本环节（模块二）、PLC基础知识（模块三）和PLC控制系统设计与编程实现（模块四）部分。其中PLC控制系统设计与编程实现（模块四）部分可以根据教学条件和教师资源选择三菱FX2N系列或西门子S7-200系列可编程控制器。二、教学基本要求《电气控制与PLC应用》具有很强的实践性，要求学生具有良好的电子、电工基础知识和操作技能，并具备基本的逻辑判断能力和计算机软件的基础知识。在教学中注意该课程的理论与实践、应用相结合，采用启发式、讲练结合式、案例式等多种教学方法，培养学生针对实际应用工程的项目开发能力。常用低压电器的结构原理、用途、型号及选用方法常用电气控制系统的图形符号基本知识可编程控制器(PLC)的基本原理，软、硬件组成，分类、特点以及性能指标三菱FX2N系列或西门子S7-200系列PLC的硬件组成、产品配置三菱FX2N系列或西门子S7-200系列PLC的指令系统，重点包括基本指令、步进指令和部分应用指令（功能指令）PLC控制系统的硬件设计、软件设计、抗干扰设计知识PLC系统的通讯知识电气控制与PLC基本技能阅读理解电气控制系统图，分析基本电气控制电路图的能力开关量控制系统梯形图设计方法：经验设计法、步进顺序控制设计法（使用三菱STL指令或者西门子SCR指令的编程方法）A/D、D/A转换的PLC程序设计方法PLC的通讯编程实现方法PLC控制系统的综合设计、编程、设备连接和系统调试能力科学严谨的态度基本素养勤奋好学的精神遵纪守法的意识三、教学条件●上课条件：多媒体教室。●上机条件：PLC控制专业实训室，并含以下设备：安装有Windows2000操作系统和STEP7-Micro/WinSP6上位编程软件的计算机（40～50台）TKPLC-B型实验箱（含西门子S7-200系列可编程控制器）（40～50台）PC/PPI编程电缆（40～50根）螺丝刀、万用表、锁紧导线若干四、教学方法1．教学设计的宗旨：以学到实用技能、提高职业能力为出发点，注重提高学生项目综合分析、系统设计、编程与监控调试能力。2．采用多种方法的组合教学手段：理论教学在多媒体教室进行，实训教学（操作）在机房实现，理论教学和实训操作相结合。根据不同模块（章节）的教学内容采用不同的教学方法，采用电子课件+教案教学形式，主要教学方法采用讲授式、讲练结合式、讨论式、启发式和操作演示式等多种形式。实训采用专门的实训内容，以学生操作为主，精讲多练，注重培养学生的自主学习能力。3．各模块教学注意事项低压控制电器的结构、原理以电磁式电器为核心进行介绍；介绍各种电器时应该侧重于其规格、符号及选用，多采用电器实物示教，注意新型电器的介绍。讲授电器控制线路时，应该注意培养学生设计电路的方法及其严谨态度，强调电路的可靠性。重点分析、介绍按行程原则、时间原则、速度原则、电流原则等不同形式的电路。可编程控制器部分的讲授应该建立在继电器-接触器控制的基础上进行，应注意两者之间的衔接。以某一种典型小型可编程控制器为样机，讲授指令系统时应以基本指令为主，程序设计部分重点介绍逻辑设计法中的步进顺序控制设计法，要通过加强实验环节以提高学生的实践应用能力。可编程控制器应用部分内容要结合实例进行，同时充分利用实验室资源进行现场讲授，注重与生产实际的结合。五、课时分配本课程讲授约需30~34课时，同时可安排26~32课时左右的实验，上完本课约需56~76课时，另外适当保留少量机动和考试时间。具体分配见下表。教学内容理论课学时数实践课学时数(一)低压电器6~82(二)电气控制基本环节44(三)PLC基础知识42(四)PLC控制系统设计与编程实现(三菱FX2N系列PLC或西门子S7-200系列PLC)16~1816(五)课程综合实践016机动2考试2合计30~3426~42六、考试方式1．本课程采用形成性考核方式，总成绩由平时考核和期末考试两部分形成。总成绩＝平时考核成绩（40分）＋期末考试成绩（60分）。2．平时考核成绩（40分）＝平时学习表现考核（考勤，课堂提问、讨论、练习等表现，作业情况）（10分）+平时实训成绩（30分）。3．期末采用书面闭卷考试的方式，时间100分钟。4．平时实训成绩评定的具体办法见“《电气控制与PLC》实践教学大纲（56课时）”。七、开课条件●授课教师资格：具有大学本科及以上学历或中级以上职称，同时具备实际控制项目的设计和开发经验。●设备条件：多媒体教室、PLC控制专业实训室。●前后续课程：前期课程：计算机应用基础、电工电子相关基础课程，如电工技术、模拟与数字电子技术、电工及电气测量技术等。后续课程：根据不同专业教学计划，可以是交直流调速控制技术、计算机控制技术、变频技术、数控机床控制技术、控制系统综合实训和毕业设计等。●保障措施：本课程实用性、实践性较强，任课教师应具有实际的控制项目开发能力；授课时应采用多媒体教学，以提高教学效果；实训项目的设计应该从工程应用的角度出发借助试验箱等设备平台进行项目仿真设计。八、教材与参考书目：1．《PLC基础及应用》 廖常初 机械工业出版社2．《PLC编程及应用（实验指导书）》 廖常初 机械工业出版社3．《三菱Fx2n系列PLC入门》 严盈富 人民邮电出版社4．《PLC应用开发实用子程序》 严盈富 人民邮电出版社5．《图解PLC控制系统梯形图和语句表（基本实例）》 贾德胜 人民邮电出版社6．《PLC原理及应用》 李长久 机械工业出版社7．《电气控制与PLC原理及应用》 林春方 上海交通大学出版社8．《电气控制与PLC应用》 巫莉黄江峰 中国电力出版社9．《电器识图》 吕庆荣于晓明王润卿 化学工业出版社10．《怎样阅读电气工程图》 白公 机械工业出版社12．《电气技术识图》 朱献清 机械工业出版社13．《电器控制与PLC应用第3版》 许寥王淑英 机械工业出版社14．《S7-200可编程控制器系统手册》 西门子公司 2007.915．《S7-200CN可编程序控制器产品目录》 西门子公司 2008.4九、教学内容(一)低压电器●应知：低压电器基础知识：低压电器的定义、用途、主要分类、全型号表示法及代号含义常用低压配电电器的结构原理、技术参数、分类和常用产品、型号说明、选用原则：刀开关、熔断器、断路器常用低压控制电器（接触器）的结构原理、技术参数、分类和常用产品、型号说明、选用原则常用低压控制电器（继电器）的结构原理、特性、整定、与接触器差别、主要参数：中间继电器、电流继电器、电压继电器、时间继电器、热继电器、固态继电器、干簧继电器、其它信号继电器常用低压控制电器（主令电器）的结构原理、技术参数、分类和常用产品、型号说明、选用原则：按钮、行程开关、（万能）转换开关、控制器、信号灯●应会：理解常用低压电器的结构和工作原理识别低压电器的图形符号和文字符号能够选择满足特定规格要求的低压电器●实训项目：电气控制系统的低压电器识别(二)电气控制基本环节●应知：电气控制系统图的符号电气控制电路基本控制规律：点动与连续运转的控制、自锁与互锁的控制、多地联锁控制、顺序控制、自动往复循环控制电气控制系统常用的保护环节：短路保护、过电流保护、过载保护、零电压和欠电压保护、弱磁保护典型控制电路应用知识●应会：了解电气控制系统图的符号、主要类型以及识图要领点动与连续运转的控制设计自锁与互锁的控制设计多地联锁控制设计顺序控制设计自动往复循环控制设计理解电气控制系统常用的保护环节掌握电气控制电路应用注意事项●实训项目：异步电机基本控制电路的PLC模拟实现运料小车循环往复运动的PLC模拟实现(三)PLC基础知识●应知：可编程序控制器概述:PLC的定义、PLC的产生与发展、PLC的典型供应商与产品、PLC的特点及应用领域、PLC的分类、PLC与其它工业控制系统的比较可编程序控制器的硬件组成：中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口、电源、扩展接口、通信接口、智能I/O接口、编程器、智能单元、其他部件可编程序控制器的软件组成可编程序控制器的编程语言可编程序控制器的工作原理PLC的定义工作方式与运行框图、PLC工作过程、PLC扫描工作方式的特点、PLC的中断处理(可选)、PLC对输入/输出的处理原则可编程序控制器的主要性能指标●应会：了解PLC的硬件的基本组成、软件组成、主要性能指标理解开关量输入/输出接口类型和原理，在实际的I/O接线中能够正确无误根据控制系统的类型和规模能够初步明确I/O点数的规划，以及相应模块类型和数量的选取理解可编程序控制器的扫描工作方式与其它微机系统中断工作方式的差异明确可编程序控制器的编程语言主要形式初步掌握Micro/Win上位编程软件的使用●实训项目：Micro/Win上位编程软件操作训练(四)PLC控制系统设计与编程实现(西门子S7-200系列PLC)第一章S7-200概述●应知：S7-200的系统硬件配置：基本组成、接口模块、主机可带模块数、内部电源的负载能力S7-200的技术指标S7-200的软资源编号划分S7-200的编程语言（梯形图为主、语句表为辅）●应会：了解S7-200的系统硬件配置和各类参数根据控制系统的类型和规模能够设计S7-200PLC的I/O模块配置理解梯形图与继电器-接触器控制系统的内在联系识别和应用S7-200内部包括软继电器在内的各种软资源编号的能力●实训项目：第二章可编程控制器的指令系统●应知：指令基础：梯形图LAD指令系统与语句表STL指令系统的内在联系、操作数标识、数据类型、寻址方式基本指令：逻辑位指令（触点指令、线圈指令、堆栈指令、触点串联、触点并联、串联电路块的并联、并联电路块的串联、多重输出电路、边沿触发指令）、计数器指令、定时器指令步进顺控指令（SCR、SCRT、SCRE）及状态转移图的类型和设计方法部分功能指令：功能指令通则、程序控制指令（空操作指令、跳转、子程序、程序结束指令）、算术运算指令（整数、双整数、实数的各类四则运算指令）、数据处理指令（传送指令、移位指令、数据转换指令、比较指令）、通讯指令、其他指令●应会：通过基本逻辑指令的学习，使学生初步具有利用基本指令设计梯形图和语句表的能力灵活使用操作数标识、数据类型、寻址方式等指令基础知识正确设计程序通过步进顺控指令的学习，使学生初步具有设计三种类型状态转移图的能力和根据状态转移图绘制步进梯形图及编写指令程序的能力具有功能指令的编程和应用能力理解梯形图LAD指令系统与语句表STL指令系统的内在联系●实训项目：基本指令的编程练习装配流水线控制的PLC模拟实现LED数码显示控制第三章可编程控制器的程序设计方法●应知：梯形图的特点和绘制原则继电器梯形图程序设计方法（经验设计法）步进顺序控制梯形图程序设计方法（以转换为中心的步进顺控设计法）A/D与D/A转换程序设计方法●应会：能够使用经验设计法、步进顺控设计法进行小型控制项目的PLC控制系统设计（包括程序设计）理解A/D与D/A转换程序设计方法，具有应用模拟量模块的初步能力在梯形图程序设计的过程中能够根据简化原则进行设计●实训项目：异步电机基本控制电路的PLC模拟实现运料小车循环往复运动的PLC模拟实现十字路口交通灯控制的PLC模拟实现天塔之光运料小车循环往复运动的步进控制PLC模拟实现A/D、D/A的实现第四章PLC控制系统的设计与系统调试●应知：设计内容与步骤：设计原则、一般步骤PLC控制系统硬件设计方法：机型选择、PLC配置（I/O点数、用户存储容量、I/O模块类型和数量）、功率估算与电源模块选择、编程设备选择、I/O地址分配、输出点的保护、安全回路设计、抗干扰设计节省PLC的I/O点数的方法控制系统调试方法●应会：明确并掌握PLC控制系统的设计内容与步骤根据控制规模等需求完成机型选择、PLC配置、功率估算与电源模块选择、编程设备选择的初步能力根据控制需求完成I/O地址分配的初步能力初步掌握PLC