用PLC实现三相异步电动机的正反转控制电路教学设计

用PLC实现三相异步电动机的正反转控制电路教学设计一、教学目标1.知识与技能目标学生能够理解三相异步电动机正反转的工作原理。熟练掌握PLC的基本编程指令，如常开触点、常闭触点、线圈、置位、复位等，并能运用这些指令实现三相异步电动机正反转的控制程序编写。学会使用PLC编程软件进行程序的输入、编辑、调试和监控。能够正确连接PLC与三相异步电动机正反转控制电路的硬件，包括输入输出端口的连接、电源的接入等。2.过程与方法目标通过对三相异步电动机正反转控制电路的分析，培养学生的逻辑思维能力和电路分析能力。在编写PLC控制程序的过程中，提高学生的编程实践能力和解决问题的能力，引导学生掌握从实际问题出发，逐步实现控制要求的方法。通过小组合作完成硬件连接和程序调试任务，培养学生的团队协作精神和沟通能力。3.情感态度与价值观目标激发学生对电气控制技术的学习兴趣，培养学生的创新意识和勇于探索的精神。使学生养成严谨、认真、细致的工作态度，增强学生的安全生产意识和责任感。

二、教学重难点1.教学重点三相异步电动机正反转的工作原理。PLC实现三相异步电动机正反转控制的程序设计和硬件连接。2.教学难点PLC控制程序中互锁环节的设计与实现，以防止电动机正反转切换时出现短路故障。如何引导学生根据实际控制要求，合理运用PLC编程指令，优化控制程序。

三、教学方法1.讲授法：讲解三相异步电动机正反转的工作原理、PLC的基本编程指令等基础知识，使学生对相关概念和原理有清晰的认识。2.演示法：通过PLC编程软件的演示，展示程序的输入、编辑、调试和监控过程，让学生直观地了解如何使用编程软件实现控制功能。3.实践法：安排学生进行实际操作，包括硬件电路连接和PLC程序编写与调试，让学生在实践中巩固所学知识，提高动手能力。4.小组合作学习法：将学生分成小组，共同完成硬件连接和程序调试任务，培养学生的团队协作精神和沟通能力。

四、教学过程

（一）课程导入（5分钟）通过播放一段工厂中三相异步电动机正反转运行的视频，引起学生的兴趣。然后提问学生：在日常生活和工业生产中，哪些设备需要用到三相异步电动机的正反转控制？引导学生思考三相异步电动机正反转控制的实际应用场景，从而引出本节课的主题用PLC实现三相异步电动机的正反转控制电路。

（二）知识讲解（15分钟）1.三相异步电动机正反转工作原理结合三相异步电动机的实物模型，讲解其结构和工作原理。画出三相异步电动机正反转的电路图，分析其工作过程：当改变电动机三相电源的相序时，电动机的旋转磁场方向改变，电动机就会反转。通过动画演示，进一步直观地展示三相异步电动机正反转时旋转磁场的变化情况，帮助学生理解。2.PLC简介介绍PLC（可编程逻辑控制器）的概念、特点和应用领域。展示PLC的实物，讲解其基本组成部分，包括CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等，并说明各部分的作用。3.PLC基本编程指令结合三相异步电动机正反转控制的程序，讲解常用的PLC编程指令，如：常开触点（LD）：用于与左母线相连或与其他触点串联。常闭触点（LDI）：用于与左母线相连或与其他触点串联，其状态与常开触点相反。线圈（OUT）：用于驱动输出设备，如接触器线圈。置位指令（SET）：使指定的软元件保持ON状态。复位指令（RST）：使指定的软元件保持OFF状态。互锁指令（如常开互锁、常闭互锁）：防止电动机正反转切换时出现短路故障，保证电路安全。

（三）程序设计讲解（20分钟）1.控制要求分析明确三相异步电动机正反转控制的要求：通过按钮控制电动机的正转、反转和停止，并且要有互锁保护。2.I/O分配确定PLC的输入输出端口与控制电路各元件的连接关系：输入信号：正转按钮（SB1）、反转按钮（SB2）、停止按钮（SB3），分别连接到PLC的输入端口I0.0、I0.1、I0.2。输出信号：正转接触器线圈（KM1）、反转接触器线圈（KM2），分别连接到PLC的输出端口Q0.0、Q0.1。3.程序设计思路按照控制要求，逐步编写PLC控制程序：初始状态：电动机停止，所有输出线圈为OFF状态。正转控制：按下正转按钮SB1，正转接触器KM1线圈得电并自锁，电动机正转；同时，反转接触器KM2线圈通过常闭互锁触点被锁定不能得电。反转控制：按下反转按钮SB2，反转接触器KM2线圈得电并自锁，电动机反转；同时，正转接触器KM1线圈通过常闭互锁触点被锁定不能得电。停止控制：按下停止按钮SB3，正转或反转接触器线圈失电，电动机停止运行。在黑板上画出程序流程图，帮助学生理解程序的执行逻辑。4.编写程序打开PLC编程软件，按照I/O分配和程序设计思路，逐步输入程序：```LDI0.0OQ0.0ANII0.2ANIQ0.1SETQ0.0RSTQ0.1

LDI0.1OQ0.1ANII0.2ANIQ0.0SETQ0.1RSTQ0.0

LDI0.2RSTQ0.0RSTQ0.1```讲解程序中每一条指令的作用和逻辑关系，强调互锁环节的重要性。

（四）硬件连接讲解（15分钟）1.硬件电路设计根据控制要求和I/O分配，画出PLC与三相异步电动机正反转控制电路的硬件连接图。详细讲解硬件电路的组成部分，包括PLC的输入输出端口、按钮、接触器、热继电器、熔断器、电源等元件的连接方式。2.硬件连接步骤按照硬件连接图，逐步进行硬件连接演示：连接PLC的电源：将PLC的电源模块接入合适的电源，确保电源电压符合要求。连接输入信号：将正转按钮SB1、反转按钮SB2、停止按钮SB3分别连接到PLC的输入端口I0.0、I0.1、I0.2。连接输出信号：将正转接触器线圈KM1、反转接触器线圈KM2分别连接到PLC的输出端口Q0.0、Q0.1。连接保护电路：接入热继电器FR用于过载保护，熔断器FU用于短路保护。强调硬件连接过程中的注意事项，如接线的正确性、牢固性，避免短路等问题。

（五）实践操作（60分钟）1.学生分组将学生分成若干小组，每组45人，明确小组分工，包括硬件连接操作员、程序编写员、调试员和记录员。2.硬件连接各小组按照硬件连接图和讲解的步骤，进行PLC与三相异步电动机正反转控制电路的硬件连接。教师巡回指导，及时纠正学生在硬件连接过程中出现的问题，确保连接的正确性和安全性。3.程序编写与调试学生在完成硬件连接后，打开PLC编程软件，按照之前讲解的程序设计思路编写控制程序，并进行调试。教师指导学生如何使用编程软件的调试功能，如监控输入输出状态、查找程序错误等，帮助学生解决程序调试过程中遇到的问题。4.故障排除设置一些常见的故障，如按钮损坏、接触器故障、接线松动等，让学生通过观察和分析，找出故障点并进行排除。培养学生的故障诊断能力和解决问题的能力，使学生在实践中积累经验。

（六）课堂总结（10分钟）1.请各小组代表汇报实践操作的结果，包括硬件连接是否正确、程序是否实现了预期的控制功能、遇到了哪些问题以及如何解决的等。2.教师对各小组的实践情况进行总结评价，肯定学生的优点和进步，指出存在的问题和不足之处，并提出改进的建议。3.回顾本节课的重点内容，包括三相异步电动机正反转的工作原理、PLC的基本编程指令、程序设计方法和硬件连接要点等，强化学生的记忆。

（七）课后作业（5分钟）1.思考：如果要在PLC控制程序中增加一个过载保护功能，应该如何实现？2.拓展：尝试用PLC实现一个更复杂的电机控制任务，如星三角降压启动控制，并编写相应的程序和画出硬件连接图。

五、教学资源1.教材：选用相关的电气控制与PLC应用教材。2.教具：三相异步电动机实物模型、PLC实验台、按钮、接触器、热继电器、熔断器等电气元件、多媒体教学设备。3.软件：PLC编程软件（如西门子S7200SMART编程软件）。

六、教学反思通过本节课的教学，学生对三相异步电动机正反转控制电路有了较为深入的理解，掌握了用PLC实现该控制的方法和技能。在教学过程中，采用多种教学方法相结合，充分调动了学生的学习积极性和主动性，学生参与度较高。实践操作环节让学生在亲身体验中巩固了所学