机电传动与PLC 教学大纲

PAGEPAGE9《机电传动与PLC》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称机电传动与PLC课程编号课程性质必修课课程类别核心课开课单位机电工程学院授课学期第五学期学分/学时2.5/44课内学时44理论授课40上机学时0课内实践0实验学时4课外学时44适用专业智能制造工程是否双语否先修课程电工电子技术后续课程机电液控一体化技术课程设计、智能加工技术、机电伺服控制技术二、课程简介《机电传动与PLC》是智能制造工程专业的一门重要核心课程。本课程由电气控制中常用的低压电器的工作原理和应用方法入手，讲授了有关电气图的基本知识，系统地介绍了常规电气控制电路的基本控制原则和基本控制环节，详细地分析了典型生产机械的电气控制电路。结合实际原理的基础上，介绍了典型PLC产品的硬件结构和工作原理。本课程的特点是实践性较强、是继承传统课程基础上发展起来的较为新兴课程。通过本课程学习,使学生在电气控制与可编程序控制器技术方面具有较为广泛和实用的知识，能够在工程实践中正确地设计、使用和研制设备或生产过程的自动控制系统。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1（知识目标）：通过本课程的学习，掌握常用低压电器的原理和选择方法；能够设计三相异步电动机的启动、制动等各类控制电路，培养机械电气控制系统工作原理的分析能力。课程目标2（能力目标）：掌握可编程序控制器的工作原理和编程方法，能初步进行PLC控制系统的软硬件设计和调试;能够在工程实践中正确地设计、使用和研制设备或生产过程的自动控制系统；能够使用PLC编程及仿真软件；具有不断学习PLC新技术和适应发展的能力。课程目标3（素质目标）：通过课程教学，培养学生追求真理的理想和献身科学的精神，树立学生现代科学的自然观、宇宙观和辩证唯物主义世界观。通过了解电气控制和PLC技术在各个领域的应用案例，激发学生的家国情怀、求知热情、探索和创新精神，使学生善于思考，勇于实践。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标1指标点1-3：工程知识1-3学习专业基础知识，掌握解决复杂智能制造工程问题的基本思路和方法课程目标2指标点2-2：问题分析2-2能够将相关基础理论和基本原理综合应用于复杂工程问题的表述，对复杂工程问题的解决途径进行分析、对比并试图改进课程目标3指标点3-3：设计/开发解决方案3-3能够设计满足特定需求的智能制造系统、零部件或制造工艺，并体现创新意识。四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元低压电器基础（学时数：4学时）1.课程主要内容电器对电能的产生、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护作用，在自动控制系统中应用极为广泛，继电器、接触器等工业低压电器在电气控制中具有重要地位。可编程序控制器（PLC）是计算机技术与继电器-接触器控制技术相结合的产物，PLC的输入、输出与低压电器密切相关，因此，掌握低压电器及控制技术是掌握PLC应用技术的基础。本章主要讲授常用低压电器原理及结构。2.重点和难点（1）重点：接触器、继电器、熔断器、低压隔离器和低压断路器的原理及结构。（2）难点：接触器的工作原理；电压、电流继电器的原理及结构；时间继电器的原理及结构；热继电器的原理及结构；速度继电器的原理及结构。3.教学方法（1）采用“讲授+多媒体动画”的方式，使学生生动地掌握各种接触器、继电器的工作原理和结构。（2）采用“讲授+思政案例”的方式，将热继电器比作量变到质变的飞跃，激发同学们不畏艰难、持之以恒的工作作风。4.学生学习预期成果（1）掌握接触器、继电器、熔断器、低压隔离器和低压断路器的原理及结构。（2）具备根据工况条件，分析低压电器工作状态的能力。5.支撑课程目标通过本单元的学习，使同学们掌握能够设计三相异步电动机的启动、制动等各类控制电路，对课程目标1、3起到了支撑作用，并为后续章节的学习奠定了理论基础。第二单元电气控制基本环节（学时数：10学时）1.课程主要内容电气控制系统是由电气设备及电器元件按照一定的控制要求连接而成。本章主要讲授电路图（电气原理图）、电气接线图、电器原件布置图的用途，使同学们掌握电气原理图的阅读方法。系统地阐述电动机的启动/制动控制、正反转控制、双速电机控制等控制方法和电气控制电路。2.重点和难点（1）重点：电气图的基本知识，电气图纸规范；三相异步电机的基本控制电路；双速电动机的高低速调节电路。（2）难点：三相异步电动机的正反装控制电路、制动控制电路；电动机的电动控制；电动机的自锁与互锁控制。3.教学方法（1）采用“讲授+多媒体动画”的方式，使同学们深刻理解电气控制的基本控制电路。（2）采用“讲授+案例教学”的方式，以生产实际问题引入教学内容，使同学们理解所学知识的意义。4.学生学习预期成果（1）掌握电气图的基本知识，电气图纸规范；三相异步电机的基本控制电路。（2）具备分析实际控制电路控制系统原理的能力。5.支撑课程目标通过本单元的学习，使同学们能够设计和分析三相异步电动机的启动、制动等各类控制电路，培养机械电气控制系统工作原理的分析能力，对课程目标1起到了支撑作用。第三单元电气控制电路实例分析与设计（学时数：6学时）1.课程主要内容想要透彻的分析电气控制系统，必须了解系统的主要技术性能及机械传动、液压和气动的工作原理，还要弄清各个电动机、电器的安装部位和操作手柄、开关、控制按钮的操作方法。本章以几种典型机床的控制电路为例，进一步掌握控制电路的组成、典型环节的应用和分析控制电路的方法，为独立设计打下基础。2.重点和难点（1）重点：卧式车床的控制电路；摇臂钻床的电气控制电路；组合机床的电气控制电路。（2）难点：卧式车床的主电路分析；摇臂钻床的主电路分析；组合机床的主电路分析；电气控制电路的设计方法。3.教学方法（1）采用“讲授+视频动画”的方式，使同学们直观的认识各种机床的工作原理及结构。（2）采用“讲授+案例教学”的方式，使同学们掌握各种机床主电路的分析方法。4.学生学习预期成果（1）掌握电气控制电路的阅读分析方法。（2）掌握分析卧式车床的电气控制电路的方法。（3）掌握分析Z3040型摇臂钻床的电气控制电路的方法。（4）掌握电气控制电路的设计方法。（5）掌握电气控制电路中各电气元件的选择方法5.支撑课程目标通过本单元的学习，使同学们掌握典型机床的电气控制电路原理，具备对控制电路的分析能力，对课程目标1起到支撑作用。第四单元可编程控制器的硬件结构和工作原理（学时数：4学时）1.课程主要内容20世纪60年代，由于小型计算机的出现和大规模生产及多机群控的发展，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制，代替传统的继电接触器控制。但采用小型计算机实现工业控制价格昂贵，输入、输出电路不匹配，编程技术复杂，因而没能得到推广和应用。20世纪60年代末期，可编程控制器应运而生，它具有继电控制系统设计周期短，更改容易，接线简单，成本低；能把计算机的功能和继电器控制系统结合起来；编程又比计算机简单易学、操作方便；系统通用性强等优势。本章主要讲授可编程控制器的硬件结构和工作原理。2.重点和难点（1）重点：可编程控制器的产生和发展过程；可编程控制器的定义和特点；可编程控制器的工作原理。（2）难点：可编程控制器的工作原理；可编程控制器的编程语言。3.教学方法（1）采用“讲授+思政教学”的方式，引入PLC之父迪克莫利的生平，激发学生勇于面对困难，和探索创新精神。（2）采用“讲授+案例教学”的方式，使同学们掌握可编程控制器的工作原理和编程语言。4.学生学习预期成果（1）了解可编程序控制器的产生及发展过程。（2）了解可编程序控制器的定义及特点。（3）理解可编程序控制器的工作原理。（4）理解可编程序控制器的硬件及其分类。5.支撑课程目标通过本单元的学习，使同学们了解可编程控制器的产生和发展过程，掌握可编程控制器的定义和特点，熟悉可编程控制器的工作原理。结合思政元素的引入，对课程目标2、3起到支撑作用。第五单元可编程控制器程序设计基础（学时数：12学时）1.课程主要内容本章主要讲授可编程序控制器的主要编程元件，可编程控制器的编程语言与程序结构，位逻辑指令、定时器指令和计数器指令。讲授梯形图的经验设计法，并根据继电器电路图设计梯形图的基本过程。2.重点和难点（1）重点：PLC的编程语言、程序结构和基本指令；梯形图编程规则、语句表编程规则；基本指令编程举例。（2）难点：PLC基本指令梯形图、语句表和功能块图的规则；PLC的触点指令、线圈指令、逻辑堆栈指令和RS触发器指令；PLC的计时器和计数器指令；延时断开、分频电路、振荡电路、报警电路和十字路口交通灯基本指令程序分析。3.教学方法（1）采用“讲授+案例教学”的方式，以程序实现的结果为导向，激发学生的学习兴趣，掌握PLC的编程语言和基本指令。（2）采用“讲授+前沿介绍”的方式，结合机电工程学院教师科研项目，使同学们接触PLC在实际生产中的应用，激发学生创新思维的同时，使学生掌握根据需求设计PLC结构与指令的能力。4.学生学习预期成果（1）了解可编程序控制器主要编程元件。（2）掌握可编程序控制器的编程语言与程序结构。（3）掌握存储器的数据类型和寻址方式。（4）掌握位逻辑指令、定时器与计数器指令。（5）掌握梯形图的经验设计法、掌握根据继电器电路图设计梯形图的基本过程。5.支撑课程目标通过本单元的学习，使同学们掌握PLC的编程语言、程序结构和基本指令，具备设计PLC程序的能力。结合学科前沿项目的引入，激发了学生的创新精神，对课程目标2、3起到支撑作用。第六单元顺序控制设计方法（学时数：10学时）1.课程主要内容PLC的顺序控制是一种编程方法，根据一定的逻辑条件和操作顺序，自动控制生产过程中的各个环节。顺序控制通过编写程序，将复杂的操作过程分解成一系列简单的步骤或动作，按照特定的顺序依次执行这些动作。通过顺序控制的方式，可以实现生产过程的自动化和优化，提高工作效率并减少错误的发生。2.重点和难点（1）重点：状态编程的思想；顺控继电器指令及特点；状态转移图及顺控指令应用示例。（2）难点：顺序控制状态转移图；顺控继电器指令示例分析；单流程状态转移示例分析；选择性分支示例分析；并行分支示例分析。3.教学方法（1）采用“讲授+案例教学”的方式，将PLC的顺序控制在生产中的实际应用穿插在教学内容中，使同学们掌握顺序控制编程方法。（2）采用“讲授+多媒体动画”的方式，将不同顺序控制示例做成演示动画，结合控制程序的分析，使同学们清晰的掌握所学内容。4.学生学习预期成果（1）理解状态编程思想及步进梯形指令的使用方法。（2）理解状态转移图的类型及步进梯形图的实际应用。（3）掌握使用步进梯形指令的梯形图程序设计方法。（4）掌握传送与比较应用指令、算术及逻辑运算应用指令、数据处理应用指令。（5）掌握程序控制指令使用方法。5.支撑课程目标通过本单元的学习，使同学们掌握状态编程的思想，顺控继电器指令及特点，具有分析状态转移图及顺控指令程序，根据实际需求编写PLC顺序控制程序的能力，对课程目标2起到支撑作用。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元低压电器基础讲授法、思政案例、多媒体动画课程目标1、341.5第二单元电气控制基本环节讲授法、多媒体动画、案例教学课程目标1101.4第三单元电气控制电路实例分析与设计讲授法、视频动画、案例教学课程目标161.3第四单元可编程控制器的硬件结构和工作原理讲授法、思政教学、案例教学课程目标2、341.5第五单元可编程控制器程序设计基础讲授法、案例教学、前沿介绍课程目标2、3121.3第六单元顺序控制设计方法讲授法、案例教学、多媒体动画课程目标2101.4合计4464五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩40%作业（百分制）30本门课程5次作业，主要考核各章节教学重点和难点内容，作业评分的具体标准为提交时效性和准确率；目标分值=0.3*作业平均成绩*时效系数；其中，时效系数=（1-延迟提交作业天数*0.1），时效系数最低值为0.5。实验（百分制）30按照实验操作、实验报告质量评分课堂表现（百分制）40参与课堂互动、投票、问答、讨论等课程活动获得相应分数，主要考核学生对基础知识的掌握程度和课堂听课状态。期末考试60%知识40主要考核学生对所学重点、难点的掌握程度内容及占比为：低压电器基础（10%）；电气控制基本环节（20%）；电气控制电路实例分析与设计（20%）；可编程控制器的硬件结构和工作原理（20%）；可编程控制器程序设计基础（15%）；顺序控制设计方法（15%）。考试题型为填空（20分）、判断（10分）、选择（20分）、简答（20分）、综合（30分）。能力30综合应用20创新10（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元低压电器基础1-1接触器、继电器、熔断器、低压隔离器和低压断路器的原理及结构作业、期末考试课程目标1、3第二单元