《机电传动控制与PLC》教学大纲

《机电传动控制与PLC》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：01140101课程性质：专业选修课学分：3学分学时：48学时（理论40学时，实验8学时）先修课程：电工与电子技术、机械控制工程、机械工程测试技术后续课程：企业技术改造创新适用专业：机械设计制造及其自动化开课单位：机械工程学院一、课程说明《机电传动控制与PLC》课程是机械设计制造及其自动化专业的专业选修课程，培养学生对机电传动控制系统的分析与设计能力。通过机电传动系统动力学基础、电动机的工作原理及机械特性，常用的低压电器、接触器控制、可编程序控制器（PLC）控制、交直流调速系统等内容学习，培养学生解决与生产机械的电气自动控制有关的工程问题的能力和专业素养，并具备职业道德和社会责任意识。二、课程目标通过本课程的学习，学生达到如下目标：课程目标1：掌握各类电机、低压电器、PLC等主要机电系统元件的工作原理，能够对机电传动控制问题进行简化、建模，分析其运动规律从而设计出控制方案；课程目标2：根据继电器、接触器等常用低压电器和PLC、变频器等对复杂的机电传动控制问题进行主要技术参数、性能指标的分析计算，设计出多种解决方案；课程目标3：针对生产机械的功能原理和特点，提出合理的控制要求，制定电气控制方案，并完成控制系统设计。形成积极进取、勇于创新的时代精神和服务社会的意识。三、课程目标与毕业要求《机电传动控制与PLC》课程教学目标对机械设计制造及其自动化专业毕业要求的支撑见表1。

表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.3掌握专业基础知识，能够将机械工程领域的相关知识和数学模型用于推演和分析，并将该能力用于解决机械工程中的复杂问题。课程目标1：掌握各类电机、低压电器、PLC等主要机电系统元件的工作原理，能够对机电传动控制问题进行简化、建模，分析其运动规律从而设计出控制方案。H2.问题分析2.2能基于机械工程基本原理和数学模型方法正确表达复杂机械工程问题。课程目标2：根据继电器、接触器等常用低压电器和PLC、变频器等对复杂的机电传动控制问题进行主要技术参数、性能指标的分析计算，设计出多种解决方案。H3.设计/开发解决方案3.1能够针对具备不同特点机械工程中的复杂工程问题进行分析和提炼，设计解决方案。课程目标3：针对生产机械的功能原理和特点，提出合理的控制要求，制定电气控制方案，并完成控制系统设计。形成积极进取、勇于创新的时代精神和服务社会的意识。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.机电控制概述1.1机电控制技术的目的和任务；1.2机电控制技术及系统的发展概况。教学要求：（1）理解机电控制技术的目的和任务；（2）掌握机电控制技术及系统的发展概况；（3）了解新时代背景我国目前所处的，机械制造领域的发展状况，了解中国在新时代第四次工业革命中通过自主创新实现弯道超车的核心技术，增强学生的民族自豪感和民族自信心。重点：机电控制技术及系统组成。难点：机电控制技术及系统组成。212．机电传动系统力学基础2.1机电传动系统的运行方程式；2.2折算的基本原则和方法；2.3典型生产机械的机械特性；2.4机电传动系统稳定运行的条件。教学要求：（1）掌握机电传动系统的运行方程，并学会用来分析与判别机电传动系统的运行状态；（2）理解在多轴拖动系统中为了列出系统的运动方程式，必须将转矩等进行折算，掌握其折算的基本原则和方法；（3）掌握几种典型生产机械的机械特性；（4）掌握机电传动系统稳定运行的条件，并学会用它来分析与判别系统的稳定平衡点。（5）了解如何抓住主要矛盾解决问题的能力以及透过现象发现本质的能力以及增加文化自信。重点：机电传动系统的运行方程式；折算的基本原则和方法；典型生产机械的机械特性；机电传动系统稳定运行的条件。难点：机电传动系统稳定运行的条件。213.直流电机3.1直流电机的基本工作原理、转矩方程式、电势方程式和电压平衡方程式，协调发展思想；3.2机械特性、人为机械特性；3.3启动、调速和制动的各种方法。教学要求：（1）掌握直流电机的基本工作原理，特别应掌握转矩方程式、电势方程式和电压平衡方程式；（2）掌握直流电动机的机械特性，特别是人为机械特性；（3）掌握直流电动机启动、调速和制动的各种方法以及各种方法的优缺点和适用场合；（4）掌握根据他励直流电动机的铭牌技术数据，确定电动机相关数据；（5）理解协调发展的思想，掌握探究科学运用底线思维的方法；（6）了解我国控制领域杰出科学家的事迹，激发学生的爱国情怀和民族自豪感，激励学生树立为中华之崛起而努力奋斗的雄心壮志。重点：直流电机的基本工作原理、机械特性、启动、调速和制动的各种方法。难点：机械特性、启动、调速和制动的各种方法。51、24.交流电动机的工作原理及其特性4.1三相异步电动机的基本结构，旋转磁场的产生；4.2异步电动机的工作原理，机械特性；4.3三相异步电动机的启动、调速及制动的各种方法、特点与应用；4.4用机械特性的四个象限来分析异步电动机的运行状态；4.5单相异步电动机的工作原理和启动方法。教学要求：理解异步电动机的工作原理，机械特性；掌握三相异步电动机的启动、调速及制动的各种方法、特点与应用；（3）掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法；（4）理解同步电动机的结构特点、工作原理、运行特性及启动方法；（5）了解传统文化与科技发展的交织关系，增强文化自信；了解交流电动机在高铁中的应用及发展，加深爱国主义情怀、提高民族自豪感，树立创新意识。重点：异步电动机的基本工作原理、机械特性、启动、调速和制动的各种方法。难点：机械特性、启动、调速和制动的各种方法。41、2控制电机5.1机电传动控制系统中一些常用控制电机；5.2常见控制电机的基本工作原理、主要运行特性及特点；5.3常见控制电机的应用场所，正确选用和使用电机。教学要求：（1）理解机电传动控制系统中一些常用控制电机；（2）掌握常见控制电机的基本工作原理、主要运行特性及特点；（3）理解常见控制电机的应用场所，以便正确选用和使用电机；（4）领会“核心技术要掌握在自己手里”的深刻内涵，树立科技创新意识。重点：控制电机的基本工作原理、主要运行特性及特点。难点：控制电机的运动控制的实现。41、26.电器控制技术6.1常用开关电器的结构和工作原理，掌握其作用、特点、应用场所和表示符号；6.2电器控制电路设计规范，责任担当精神；6.3电器控制电路中的基本控制环节和常用自动控制方法。教学要求：（1）理解常用开关电器的结构和工作原理，掌握其作用、特点、应用场所和表示符号；（2）掌握电器控制电路设计规范；（3）掌握电器控制电路中的基本控制环节和常用自动控制方法；（4）锻炼职业素养和职业能力，培养一丝不苟的工作作风和责任担当精神，技术精湛的工匠精神。重点：常用开关电器的作用、特点、应用场所；电器控制电路中的基本控制环节和常用自动控制方法。难点：电器控制电路中的基本控制环节和常用自动控制方法。721、27.可编程控制器（PLC）7.1可编程序控制器的基本结构；7.2PLC内部等效继电器概念；7.3PLC的指令系统；7.4PLC应用系统开发步骤及编程工具。教学要求：（1）掌握PLC基本工作原理；（2）掌握PLC的编程方法；（3）掌握PLC简单应用系统设计与调试。重点：PLC基本工作原理；PLC的指令系PLC应用系统开发步骤及编程方法。难点：PLC简单应用系统设计开发。1441、2、38.交、直流调速系统8.1机电传动自动调速系统的基础知识；8.2交流异步电动机调速的基本原理及主要方法；8.3脉宽调制（PWM）变换器的工作原理、脉宽调制调速系统的特点。教学要求：（1）理解交流异步电动机调速的基本原理及主要方法；（2）理解异步电动机调速系统的特性、原理及应用领域；重点：交流异步电动机调速的基本原理及主要方法；脉宽调制型变频调速的基本原理、调速特性及应用范围。难点：脉宽调制型变频调速的基本原理、调速特性及应用范围。221、2、3合计4082.实验部分、实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.电动机的起、保、停控制实验内容：交流电机的控制电路设计、安装实验要求：理解电气设计、安装的规范和基本应用方法，能用常用低压电器实现三相交流异步电机正、反转控制电路的设计、安装和调试。21、22.可编程控制器的基本使用实验内容：I/O端子的连接方法，编程软件的基本使用和操作；实验要求：掌握编程器、编程软件的使用及编制程序的方法，可编程序控制器的操作方法；掌握基本指令的使用方法，进一步加深对基本指令的理解和使用，程序设计方法。21、23.交流电机的无级调速实验内容：变频器的使用方法，PLC与变频器的控制方式；实验要求：掌握交流变频调速装置的基本操作与参数设定；掌握可编程序控制器（PLC）控制变频调速装置，实现速度控制。21、24.传送带定量输送实验内容：传送带定量输送安装调试；实验要求：掌握电机的启动、调速、制动以及正反转控制方法；掌握光电传感器、接近传感器等传感器的使用方法；掌握传送带系统的PLC控制方法。22、3合计8五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，采用启发式、讨论式教学方法，结合讨论、案例、视频资源共享等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地掌握各种电机的工作原理和控制原理以及控制系统设计方法。使学生对机电工程中电控技术部分有全面、系统的了解和掌握。重点培养学生系统分析能力、综合设计能力和工程实践能力，进而强化学生的创新意识。学生通过实验验证理论课的内容，掌握三相异步电动机启动、停止、正反转、基本继电器-接触器控制环节原理、PLC的简单编程方法以及变频器的使用。实验教学采用教师讲授和学生动手操作的方法；在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器；实验结束后，按规定对仪器进行维护保养；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告。六、课程资源1.推荐教材陈冰.机电传动控制（第六版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2022.2.参考书（1）汤蕴璆.电机学（第5版）[M].北京：机械工业出版社，2014.（2）阮毅.电力拖动自动控制系统：运动控制系统（第5版）[M].北京：机械工业出版社，2016.（3）肖维荣.装备自动化工程设计与实践（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2021.（4）彭瑜.运动控制系统软件原理及其标准功能块应用[M].北京：机械工业出版社，2019.3.期刊（1）机械工程学报[J].ISSN:0577-6686.中国机械工程学会.（2）TheInternationalJournalofRoboticsResearch[J].ISSN:1741-3176.SAGEPublicationsInc.（3）机电工程[J].ISSN:1001-4551.浙江省机电集团有限公司，浙江大学.（4）机电工程技术[J].ISSN:1009-9492.广东省机械研究所有限公司，广东省机械工程学会.（5）机电产品开发与创新[J].ISSN:1002-6673.中国机械工业联合会.4.网络资源（1）东南大学《机电控制技术》在线开放课程./course/SEU-1449637172?%20appId=null（2）华中科技大学《机电传动控制》精品课程./course/HUST-1463155164?from=searchPage（3）厦门大学《电气控制实践训练》国家级精品课程./course/XMU-1001770002?tid=1206745204（4）西门子官网./cn/zh.html七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核随堂测试10（1）根据随堂测试掌握情况进行考核，满分100分。（2）每次测试单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以随堂测试考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√64实验20（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩