《可编程序控制器原理及应用》课程教学大纲

《可编程序控制器原理及应用》教学大纲课程名称：可编程序控制器原理及应用（ThePrincipleandApplicationofProgrammableLogicController）课程编号：1502ZY017 课程类别：专业基础课程-选修学分：3分总学时：48学时，其中：理论学时36学时；实验学时：12学时适用专业：电气工程及其自动化专业先修课程：模拟电子技术、数字电子技术、单片原理与应用、工程制图基础一、课程性质本课程是自动化、电气工程及其自动化专业的专业选修课，涉及低压电器基础知识、可编程控制器软硬件设计等内容，是一门具有较强实践与应用性的课程。课程通过对西门子S7-1200PLC的硬件系统组成、软硬件设计方法等内容的讲解，使学生掌握PLC的基本原理和应用方法。学生通过本课程的学习可以具备基本的电气控制系统应用设计，为今后从事现代计算机控制自动化生产线系统的维护、开发、应用与管理打下良好的基础。二、课程目标（一）育人目标从培养学生的辩证思维方式，爱国教育、社会责任、人生领悟、民族自信等方面入手，将育人要素和可编程序控制器专业知识嵌入到课堂中教学，凝聚学生对社会主义核心价值观的共识。通过科学家故事学习科学精神，通过课程概念原理学习系统论、工程论、科学思维，利用可编程序控制器实际应用研究学习科技自信及爱国主义情怀，师生互动进行“三观”教育和学习方法指导，培养学生的专业素质、学术和职业道德，全面提高学生缘事析理、明辨是非的能力，培养学生成为德才兼备、全面发展的人才。（二）知识和能力目标1、掌握PLC的基本概念，对S7-1200PLC的硬件系统组、工作原理、存储器结构、指令系统等内容深入的认识。熟悉西门子PLC开发环境，能利用PLC的基本指令、逻辑指令、定时器和计数器指令以及各种功能指令等进行简单梯形图程序设计。（毕业要求3.2）2、了解电气控制设计的基本软硬件设计方法，能合理的分析电气控制系统各部分作用与功能，并通过制图软件绘制相应的电气工程原理图、接线图与布局图，并利用控制设计法与经验法进行控制系统软件设计。（毕业要求5.2）课程目标与毕业要求指标点对应关系课程目标毕业要求指标点课程目标12.3能运用数学、自然科学和工程科学的基本原理，借助文献研究，评价电气工程领域中复杂工程问题分析过程中的影响因素，给出正确的电气工程领域中复杂工程问题解决方案，并评价解决方案的合理性。课程目标25.2能够针对电气工程领域复杂工程问题，选择并合理使用计算机虚拟仿真软件、软硬件设计开发平台等工具，完成电气工程施工图纸的设计和仿真计算。三、基本要求本课程主要围绕可编程序控制器的基本原理及其在电气控制系统的应用展开讲解，主要介绍了常用低压电气及电气控制线路基础、PLC的硬件组成与工作原理、指令系统、应用程序设计方法以及PLC的通信与网络等内容，具有很强的实用性。教学过程中要注意与先修课程内容的联系，帮助学生了解电气控制系统中低压电气系统的基本设计方法，能够理解电气工程制图的基本内容，并进行简单的电气控制系统的设计。通过重点讲解PLC的硬件组成结构及其指令系统，使学生能利用基本指令、逻辑指令、定时器和计数器指令以及各种功能指令等进行简单的PLC程序设计。在可编程控制系统应用的讲述中，注意培养学生分析系统指标以及查阅相关技术资料的能力，重点培养学生对电气控制系统各模块功能与作用的分析能力，使学生了解电气控制系统的设计方法，具备一定的软、硬件综合设计能力。四、教学内容分章节说明教学内容，课时安排，融入思政元素，并说明教学重点与难点、主要教学模式（包括授课、课后习题等）以及对应的知识、能力要求。章节教学内容学时思政元素教学模式对应课程目标1常用低压电气及电气控制线路基础4从低压电气及其控制线路绘制中重点器件和操作软件进行讲解与分析，激发学生的专业认同感，定位自己的社会责任课堂授课，课后练习2题，实验一22PLC概述2对PLC发展历程中的重要事件进行分析解读,激发学生的爱国情怀和专业认同感，定位自己的社会责任，从而明确本课程学习的目标。课堂授课，课堂讨论、课后练习2题13PLC的硬件组成与工作原理4讲述PLC的硬件组成与工作原理，使学生了解当前国内外PLC设计开发的特点，激发学生的爱国情怀，定位自己的社会责任。课堂授课，课堂讨论、课后练习2题14PLC程序设计基础及基本指令4重点讲解PLC的程序基础与基本指令，培养学生良好的程序开发规范，激发学生自主学习能力。课堂授课，课堂讨论、课后练习4题1/25PLC的应用程序设计方法8重点讲解PLC的应用程序设计方法，培养学生良好的程序开发规范，激发学生对所学知识的总结能力，树立其为国家建设做贡献的责任心。课堂授课，课堂讨论、课后练习4题，实验二，实验三1/26PLC的功能指令4重点讲解PLC的功能指令，培养学生良好的程序开发规范，激发学生对所学知识的总结能力，树立其为国家建设做贡献的责任心。课堂授课，课堂讨论、课后练习2题1/27PLC的通信与网络2重点讲解PLC的通信与网络，使学生了解国内外工业信息化发展现状，激发学生的爱国情怀，定位自己的社会责任。课堂授课，课堂讨论、思考题，实验四1/28PLC在模拟量闭环控制中的应用4重点讲解PLC在模拟量闭环控制中的应用，使学生了解PLC的主要应用环境与发展现状，激发学生的爱国情怀，定位自己的社会责任。课堂授课，课堂讨论、课后练习2题1/2第一章常用低压电气及电气控制线路基础1概述常用低压电器电气控制线路基础常用电气控制线路本章重点：掌握电器相关的基本概念。几种常用低压电器、电气控制电路图的相关知识和三相异步电动机的基本控制电路环节分析与设计。能力：能够理解与设计简单的电气控制系统设计图纸。第二章PLC概述PLC的产生及发展PLC的定义及特点PLC的分类及功能PLC与其它控制系统的比较及应用领域本章重点：了解PLC的基本知识。能力：能够了解PLC的基本功能、应用领域及其发展特点。第三章PLC的硬件组成与工作原理PLC的基本结构PLC的组成部分PLC的工作原理PLC硬件系统的组成PLC的数据存储器及寻址方式本章重点：掌握PLC的硬件组成及工作原理。能力：能够了解PLC的硬件基本结构，并未后续软件设计打下基础。第四章PLC程序设计基础及基本指令PLC的编程语言及程序结构位逻辑指令逻辑堆栈指令定时器与计数器指令本章重点：掌握PLC的基本编程指令。能力：能够利用PLC的基本指令进行简单的程序设计。第五章PLC的应用程序设计方法梯形图的编程规则典型控制功能的程序设计PLC程序的经验设计法PLC程序的顺序控制设计法本章重点：熟悉PLC应用程序的设计方法。能力：能够利用经验设计法与顺序控制法进行简单的程序设计。第六章PLC的功能指令功能指令概述程序控制指令数据处理指令数学运算与逻辑运算指令中断程序与中断指令本章重点：了解部分功能指令的应用和复杂程序的设计。能力：能够利用PLC的基本指令进行简单的程序设计。第七章PLC的通信与网络通信与网络概述PLC的网络类型及配置本章重点：了解数据通信方式和通信参数的设置。能力：能够利用PLC的通信指令进行简单的网络控制。第八章PLC在模拟量闭环控制中的应用闭环控制系统与PID控制器设计模拟量PID控制实例本章重点：熟悉模拟量控制程序的设计。能力：能够了解控制电气控制系统的基本结构与基本设计思路。五、实验内容与学时分配序号实验项目学时实验性质验证综合设计1电机正反转继电器控制线路实验2√2基于PLC的交通灯模拟控制4√3基于WinCC的交通灯控制界面设计2√4基于ModbusRTU协议实现电机变频调速4√实验一电机正反转继电器控制线路实验目的要求掌握接触器的工作原理并理解其主要技术参数；了解热继电器的工作原理和用法；了解控制按钮的结构和使用；了解电气原理图及其绘制原则；掌握三相交流电机的起停及正反转控制线路。主要实验仪器及材料电力电子综合实训平台。3．掌握要点掌握传统电气控制系统的基本接线方法。实验二基于PLC的交通灯模拟控制目的要求学习使用博途TIA软件，掌握PLC的硬件组态与软件编程；掌握顺序功能图的程序设计方法；学习使用PLCSIM仿真软件。主要实验仪器及材料计算机、博图TIA软件、西门子S7-1200PLC。3．掌握要点掌握基于顺序功能图的程序设计方法。实验三基于WinCC的交通灯控制界面设计1.目的要求学习使用WinCC软件，掌握PLC的组态软件编程。2．主要实验仪器及材料计算机、博图TIA软件。3．掌握要点掌握基于WinCC的组态软件设计方法。实验四基于ModbusRTU协议实现电机变频调速目的要求了解S7-1200的通信资源；初步了解变频器的使用，学习S7-1200ModbusRTU通信协议。主要实验仪器及材料计算机、博图TIA软件、PowerFlex520变频器、三相交流电机3．掌握要点掌握基于ModbusRTU的S7-1200通信程序设计。六、教学方法本课程主要围绕电气控制系统中各个环节展开讲述，是一门具有较强实践应用性的课程。在课程教学中着重培养学生的动手能力和综合分析能力，其教学方法和手段如下：在课堂教学中采用多媒体课件和板书相结合的方式，采取“启发式”教学方法，鼓励和引导积极学生思考。通过可编程控制器系统应用实例的讲解，理论联系实际，激发学生学习兴趣。通过课堂提问、课后习题查看学生对所学知识的掌握情况。在课堂教学过程中，从基础知识出发，通过对特定应用实例的提问，引发学生思考，扩展学生思维，培养学生的思维能力和创新能力。在实验教学过程中，学生利用计算机网路资源查阅各种文献资料完成实验要求内容。通过实践进一步加深学生对可编程序控制器的软硬设计方法的认识，培养学生分析问题、解决问题的能力。鼓励学生利用课外实践观看与课程相关的慕课，巩固学生对所学知识的理解。七、考核与评价方式及标准考核标准与成绩评定课程考核包括平时成绩、期末考试两个部分。平时成绩（百分制），主要包括课后作业。平时成绩评价标准基本要求评价标准优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）掌握可编程序控制器的基本对可编程序控制器对可编程序控制器的对可编程序控制对可编程序控制概念及其硬件的组成，掌握可的基本概念及其硬基本概念及其硬件组器的基本概念及器的基本概念及编程序控制器的指令系统，掌件组成有深入的理成有清晰的理解。独立其硬件组成有一其硬件组成未掌握可编程序控制器的程序设解。独立正确的课堂正确的课堂作业，回答定的理解。独立握。无法应用可计方法。作业，回答课堂提课堂提问。能熟练的应正确的课堂作编程控制器程序问。能熟练的应用可用可编程控制器程序业，回答课堂提设计思路独立进编程控制器程序设设计思路独立进行简问。能应用可编行简单的程序设计思路独立进行复单的程序设计。程控制器程序设计。杂的程序设计。计思路独立进行简单的程序设计。实验成绩评价标准基本要求评价标准优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）目能够根据实验项目1~4能够根据实验要能够根据实验要基本上能根据实基本上能根据标的内容开展实验，设计求开展相应实验，求开展相应实验，验要求开展相应实验要求开展3实验方案，观察实验现实验方案设计清实验方案设计较实验，设计实验方相应实验，实象，分析实验结果。晰、正确，实验结清晰、正确，实验案，实验结果正验结果不正果正确，对实验结结果正确，对实验确，对实验结果进确，无结果分果进行全面的分结果进行较全面行一定的分析与析；设计性实析与归纳。报告书的分析与归纳。报归纳。报告书写工验的方案不正写工整、清晰，符告书写工整、清整、清晰，符号等确。号等符合规范。晰，符号等符合规符合规范。范。期末成绩：70%，考试方式为考察，主要包括随堂测试与课堂大作业等方式。课程期末考试考核内容与评价标准基本要求评价标准比例（%）优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）目标掌握PLC的基本概念和基础知识，对对PLC的基本概念、硬件组成、对PLC的基本概念、硬件组对PLC的基本概念、硬件组成、对PLC的基本概念、硬件组成、1S7-1200PLC的硬件系统组、工作原理、存储工作原理、存储器结构、指令系成、工作原理、存储器结构、工作原理、存储器结构、指令系工作原理、存储器结构、指令系器结构、指令系统等内统等内容回答正指令系统等内统等内容回答基统等内容回答错容。熟悉西门子PLC开发环境，能利用PLC的基本指令、逻辑指确。对PLC指令系统及其应用回答正确。容回答较正确。对PLC指令系统及程序本正确。对PLC指令系统及程序设计回答基本正误较多。对PLC指令系统及程序设计回答错误较70令、定时器和计数器指设计回答较正确。多。令以及各种功能指令确。等进行简单梯形图程序设计。（毕业要求3.2）目了解电气控制设计的对电气控制系统对电气控制系对电气控制系统对电气控制系统标基本软硬件设计方法，设计的各个环节统设计的各个设计的各个环节设计的各个环节2能合理的分析电气控的功能与作用回环节的功能与的功能与作用回的功能与作用回制系统各部分作用与答正确。利用控作用回答较正答基本正确。利答错误较多。利功能，并通过制图软件制设计法与经验确。利用控制用控制设计法与用控制设计法与绘制相应的电气工程法进行控制系统设计法与经验经验法进行控制经验法进行控制30原理图、接线图与布局软件设计正确。法进行控制系系统软件设计基系统软件设计错图，并利用控制设计法统软件设计较本正确。误较多。与经验法进行控制系正确。统软件设计。注：该表格中的比例为期末考试试卷成绩比例。成绩评定为：考试成绩*70%+平均平时成绩*30%。课程目标达成评价《可编程序控制器原理及应用》课程目标达成评价分析报告一、课程基本信息课程名称可编程序控制器原理及应用课程性质专业基础，选修学时学分48/3开课学期专业班级考核方式考察任课教师：评价人员：课程组长，命题教师，阅卷教师二、课程目标达成评估课程目标支撑指标点课程目标评价数据源评价依据分值平均分达成值Ki评价方式目标1：掌握通信系统毕业要求1.4能将信号处