《工业控制系统信息安全技术与实践》教案 CH3-可编程控制器

PAGE12PAGE第3-4次课程教学方案备课时间备课教师教学时间教学地点周次3课时数6教学内容（章、节）模块/单元1、PLC相关原理2、开放的自动化技术3、PLC相关实训教学目标和要求了解PLC的基本概念，掌握PLC系统的结构及硬件组态掌握IEC61131-3编程语言的基本应用了解PLCNext相关软件与基本操作掌握PLC程序的开发与应用的基本方法教学重点PLC硬件组态与基本设置、PLC程序开发与应用教学难点PLC程序的开发教学方法头脑风暴、互动、讲授、引导、演示、案例、小组活动等使用媒体资源√纸质材料√多媒体课件√网络资源□其他资源：使用教具、设备、设施等多媒体教学设备作业练习完成电子版实训报告课后记使用真实设备进行设置，很多同学感觉很不适应，后续就增加练习的机会

教学内容（板书）教学步骤、方法及学生活动时间一、安全教育〖发生火灾时的应对措施〗1、发生火灾后第一时间报告老师，老师立即上报领导。2、火灾发生后，学生要保持冷静不要慌张更不要拥挤，在火势较大的情况下想办法立即逃离现场。如需要应迅速拨打119火警电话3、在火势较大，烟大，楼道拥挤的情况下，滞留在楼内的学生应大声呼救或用湿毛巾捂住嘴迅速逃生。〖实训室日常安全措施〗1、不要随意更换鼠标和键盘，机器使用有问题请及时向老师反映。2、严禁在实训室吃各种食物，请将水杯拧紧放好，注意不要将水泼洒在键盘上。3、未经允许不得随意使用实训室电源给手机充电或使用其他电子设备。4、发现有安全隐患的电子设备应及时报告老师，不要擅自动手。5、下课后请整理好桌面杂物、将机器正常关闭后再离开。6、每天课后安排2名学生整理实训室，打扫卫生、关闭电源、关好门窗。特别注意关闭靠窗的三组电闸。二、理论知识介绍1、PLC简介可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicalController）简称PLC，是一种以微处理器为基础，综合了现代计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。2.PLC功能特点1）可靠性高2）编程容易3）组态灵活4）输入/输出功能模块齐全5）安装方便6）运行速度快3、PLC基本结构1）电源2）中央处理单元（CPU）3）存储器4）输入单元5）输出单元6）其他部分教育引导学生重视安全问题，掌握遇到安全问题时的应对措施。理论部分以教师讲授为主。学生可以提问，由教师进行进一步的解释和说明。5分钟25分钟4、IEC61131-3编程语言简介IEC61131是一个标准集，涵盖了PLC的硬件、软件、通信、安全等方方面面，并随着时间的发展添加了一些新的子集，IEC61131-3是IEC61131标准的第三部分，该部分明确了PLC的编程语言、语法、程序结构、数据类型、指令、函数等关于编程的方方面面，为PLC编程提出了明确的、可操作的指导。IEC61131-3提供了5种PLC的标准编程语言，其中有3种图形语言：梯形图（LD）功能块图（FBD）顺序功能图（SFC）；两种文本语言：结构化文本（ST）指令表（IL）三、实验环境及设备介绍1、\t"/article/202004/_blank"PLCnext技术简介\t"/article/202004/_blank"PLCnext是PhoenixContact最新推出的自动化平台，涵盖新型PLC控制器产品、PROFICLOUD服务、\t"/article/202004/_blank"PLCnextStore等产品与服务，是IT迅猛发展时代背景下的新型自动化解决方案。\t"/article/202004/_blank"PLCnext总体架构分为五大部分：硬件与操作系统、中间件、\t"/article/202004/_blank"PLCnext核心组件、内部用户组件、外部用户组件。2、菲尼克斯PLCnextAXCF21523、PLCnextEngineer的基本操作我们所使用的软件是PLCnextEngineer，它是由菲尼克斯公司所开发的，用于菲尼克斯电气自动化控制器的工程软件平台，PLCnextEngineer符合IEC61131-3，并可利用插件扩展其功能性。PLCnextEngineer界面划分为四个区域：实例区（系统）：包括本项目所用到的所有元素。如果配置正确，此处存储的所有内容也会进行调试。理论部分以教师讲授为主。学生可以提问，由教师进行进一步的解释和说明。30分钟类型区（组件）：包括理论上可用于系统调试和编程的所有元素和组件，除了编程块、程序和HMI对象，还包含PLC、总线耦合器和IO模块等设备。编辑区：用于编辑实例和类型。选择实例或类型后，可在编辑器区域中配置相应的对象。消息窗口+附加功能：显示编译期间检测到的警告和错误，并提供其他功能，如逻辑分析，断点控制和监视窗口。四、实验讲解及演示1、设置PLC的IP地址打开软件PLCnextEngineer，新建一个工程在右侧搜索框中输入2152，在弹出的下拉框中选择“AXCF2152Rev.>=00/2019.0.0”点击Project，再点击Settings设置项目的IP地址范围点击axc-f-2152:AXCF2152，然后点击Settings为PLC设置IP地址点击Project，然后点击OnlineDevices，将本地连接选成以太网（更改PC机IP的以太网）然后点击以太网右边的图标，最终将项目IP具体应用在在线设备上2、开发PLC跑马灯程序添加数字模块：在搜索框中输入DI16，选择AXLFDI16/1DO16/12H，添加模块，按住鼠标左键拖动到左边AxiolineF下添加模拟模块：在搜索框中输入AI2，选择AXLFAI2AO21H，添加模块，按住鼠标左键拖动到左边AxiolineF下定义全局变量：双击选择PLC，点击DataList，在全局变量Default中创建新的变量，DO16新建程序：在右侧选择Programming，右键选择Programs，点击AddProgram，建立一个新的程序项目点击Code，添加程序段，分别添加程序教师边讲解边演示实验操作。学生可以提问，由教师进行进一步的解释和说明。30分钟将程序下载到PLC：右键点击axc-2152-1:AXCF2152，点击WriteandStartProject，进行程序的下载3、数字量——实现“与”门逻辑步骤1创建全局变量。双击左侧的PLC，在DataList下的Default添加两个变量：GlobalBool、GlobalBoolOut，步骤2应用全局变量。变量创建完成后，在PLC的DataList标签下分别完成GlobalBool过程数据项（dio-1/IN）设置和GlobalBoolOut过程数据项（dio-1/OUT）设置。步骤3新建程序Main。步骤4新建局部变量。在Main标签下的Variables下的Default中添加一个变量LocalBool，步骤5在Main下的Code中的空白地方构建程序框架步骤6添加任务并应用程序双击左侧的\t"/article/202004/_blank"PLCnext（2）步骤7将程序写入PLC设备。4、模拟量——实现电压转换步骤1设置输入通道值。步骤2新建并应用全局变量。在PLC的DataList标签下添加一个全局变量GlobalWord，并将GlobalWord的类型（Type）改为WORD。步骤3新建功能块。步骤4分别将“input”和“Output”定义为“input”和“Output”类型步骤5把input的类型改为WORD，Output改为REAL步骤6把功能块Analog_1拖进Main程序中步骤7重新将程序写入到PLC，并查看运行时参数的变化情况教师边讲解边演示实验操作。学生可以提问，由教师进行进一步的解释和说明。60分钟5、PLC复位操作（1）在\t"/article/202004/_blank"PLCnextEngineer内对PLC程序执行复位操作（2）通过PLC面板上的复位按钮执行复位操作这种复位会删除以下数据：（1）所有程序：包括IEC61131-3程序和高级语言编写的程序（2）总线配置（3）网络配置（但不复位IP地址）执行此种复位操作步骤如下：步骤1将PLC断电，同时按住复位按钮；步骤2将PLC重新上电，这个过程一直按住复位按钮；步骤3等RUN灯和FAIL灯一起亮起来，再松开复位按钮，表示复位成功。五、学生分组实验1、按照实验拓扑进行硬件连接。2、按各自组号完成PLC和电脑IP地址的配置，测试二者之间的连通性，测试通过IE浏览器访问到PLC。3、开发PLC程序，将程序下载到PLC中，观察并记录实验结果。4、完成PLC复位操作（1）熟悉PLCnext