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PLC系统设计与工程应用PLC systemdesign andengineering application课程代码05410091学分2学时32(其中课题教学学时26实验学时6上机学时()课程实践学:())先修课程电路原理、电子技术、微型计算机原理及接口技术、自动控制理论适用专业电气工程及其自动化教材《电气控制与PLC控制技术》,黄永红,机械工业出版社,2016年1月第1版第3次印刷
一、课程性质与课程目标
(一)课程性质《PLC系统设计与工程应用》是电气工程及自动化专业的一门实践性很强的专业课,也是本专业的主干课程之一,它建立在电路原理、电子技术、微型计算机原理及接口技术、自动控制理论等先修课程知识的基础上通过本课程的学习,使学生掌握电气控制系统中广泛使用的低压电器;基本电气控制电路和典型控制电路;西门子S7-200SMART PLC的硬件配置、原理、指令、编程方法和应用实例本课程重视理论与实际的结合,通过实验及后续的工业电气控制系统综合设计来提高学生分析问题、解决问题的能力,为学生毕业后从事PLC相关领域工作打下理论及实践基础,并具有较熟练的电气自动化控制的综合应用能力
(二)课程目标《PLC系统设计与工程应用》课程主要包含电气控制和PLC控制技术两部分,介绍电气控制系统中的低压电器的结构、工作原理和使用;三相笼型异步电动机的起动、制动和调速等基本电气控制电路和典型控制电路;西门子S7-200SMARTPLC的组成、原理、系统配置、基本指令和功能指令、编程方法和应用实例、PLC控制系统的设计方法和步骤等课程目标包括知识目标和能力H标,具体如下课程目标1掌握常用低压电器及基本的电气控制电路;能够设计一般的继电器控制的电气控制电路课程目标2掌握PLC的硬件结构、工作原理和系统配置;掌握PLC指令的使用和控制系统的设计方法;能够熟练进行PLC控制系统的硬件配置和软件编程课程目标3能够根据PLC控制系统设计要求构建实验系统,安全的开展实验,提取有效实验参数或数据,并能正确调试和修改程序课程目标4能熟练阅读PLC相关领域的外文资料,能进行项目的沟通、交流、合作
(三)课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中的毕业要求指标点4-
3、6-
3、9-1o
1.毕业要求43能够基于实验方案构建实验系统,安全的开展实验,提取有效实验参数或数据
2.毕业要求6-
3.能正确认识和评价自动化工程解决方案及新产品、新技术、新工艺、新材料的开发和应用对于客观世界和社会的影响,并理解应承担的责任能够基于实验方案构建实验系统,安全的开展实验,提取有效实验参数或数据
3.毕业要求9-
1.能主动与其他学科的成员共享信息,合作共事,胜任团队成员的角色与责任毕业要求漏课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4毕业要求4-3毕业要求6-3//毕业要求9-1
二、课程内容及教学要求第一章常用低压电器
(一)教学内容
1.低压电器的定义、分类;
2.电磁式电器的组成和工作原理;
3.接触器、继电器、主令电器、信号电器、开关电器、熔断器、电磁执行电器的结构、工作原理、作用、图形符号和文字符号
(二)教学要求
1.掌握电磁式电器的基本结构和工作原理;
2.掌握接触器、热继电器、时间继电器、低压断路器、熔断器、行程开关等常用低压电器的功能、用途、工作原理及使用方法;
3.掌握常用低压电器的图形符号和文字符号;
4.理解掌握接触器与继电器的区别、低压断路器和熔断器的区别
(三)重点与难点
1.重点接触器、热继电器、时间继电器、低压断路器、熔断器、行程开关等常用低压电器的工作原理、功能、用途
2.难点直流、交流电磁式电器的工作原理与电磁机构;接触器、低压断路器的应用第二章基本电气控制电路
(一)教学内容
1.三相笼型异步电动机全电压起动的基本控制电路;
2.三相笼型异步电动机星形-三角降压启动控制电路;
3.三相异步电动机的制动控制电路(包括反接制动和能耗制动)
4.其他典型控制电路(两地控制、顺序控制等)
(二)教学要求
1.掌握点动、自锁和互锁的概念;
2.掌握基本电气控制电路(包括电动机正反转控制、自动往返控制);
3.掌握星一三角降压启动控制电路
4.自学其它降压起动电路和制动、调速控制电路;
5.总结组成电气控制电路的基本规律和电动机控制的保护环节
(三)重点与难点
1.重点三相笼型异步电动机的正-反-停、正-停-反控制电路;自动往返控制电路;减压起动控制电路的工作原理以及使用的场合;
2.难点降压起动及制动控制电路的工作原理第三章PLC概述
(一)教学内容
1.PLC的由来和定义;
2.PLC的发展概况和发展趋势;
3.PLC的主要功能、分类和特点;
4.PLC的硬件组成、结构和工作原理
(二)教学要求
1.了解PLC的定义、发展史及发展趋势;
2.了解PLC的主要功能和面向工业控制的鲜明特点;
3.了解PLC的分类;
4.掌握PLC的基本工作原理、工作过程和扫描方式
(三)重点与难点
1.重点PLC的硬件结构和各部分的作用、工作原理
2.难点PLC的工作原理和周期性循环扫描的工作方式第四章S7-200SMART PLC的系统配置与接口模块
(一)教学内容
1.57-200SMART PLC控制系统的基本构成;
2.S7-200SMART PLC的扩展模块;
3.S7-2()()SMART PLC的系统配置;
(二)教学要求
1.了解PLC系统的基本构成;
2.理解基本单元、数字量模块、模拟量模块的输入电路和输出电路的工作原理;
3.掌握PLC系统配置的方法
(三)重点与难点
1.重点PLC数字量扩展模块的端子接线、输入输出电路,以及各电路的特点;模拟量扩展模块的处理原则、输入/输出数据格式、模拟量模块的端子接线图;PLC的系统配置规则
2.难点PLC模拟量扩展模块的处理原则、输入/输出数据格式、模拟量模块的端子接线图第五章S7-200SMART PLC的基本指令及应用
(一)教学内容
1.PLC的编程语言
2.数据类型与范围;
3.编程元件;
4.寻址方式;
5.程序结构和编程规约;
6.S7-2(X)SMART PLC的基本指令;
7.典型控制环节的PLC程序设计;
8.梯形图编写规则(-)教学要求
1.「解S7-200SMARTPLC的编程语言;
2.了解基本数据类型、数据长度与数值范围的基本概念;
3.掌握寻址方式;
4.掌握S7-200SMARTPLC的基本指令及编程方法,熟练掌握梯形图编程法;
5.掌握典型控制环节的PLC程序;
(三)重点与难点
1.重点软件和硬件的联系;S7-200SMARTPLC基本指令的理解、使用和注意事项;典型控制环节的程序设计和常见的应用程序
2.难点移位寄存器指令和顺序控制继电器指令的应用第六章S7-200SMART PLC的功能指令及应用(-)教学内容
1.S7-200SMART PLC的基本功能指令;
2.程序控制指令;
3.局部变量表与子程序;
4.中断程序与中断指令;
5.PID指令及应用
(二)教学要求
1.了解S7-200SMART PLC功能指令的数据类型及编程注意事项;
2.掌握数据传送指令、数学运算指令、循环移位等功能指令,能够根据不同的控制要求合理选择功能指令,简化控制程序;
3.理解程序控制指令,重点掌握子程序、中断程序及其编程方法,具有结构化程序设计的能力;
4.理解PLC中PID控制对输入输出参数的处理,掌握PID指令所对应的回路参数表,能运用该指令实现模拟量闭环控制,并构建相应的实验系统进行调试和验证;
(三)重点与难点
1.重点常用的功能指令编程及使用方法;程序控制指令对程序执行的影响,带回路表的PID指令编程注意事项
2.难点带参数调用子程序和中断程序指令的应用第七章S7-200SMART PLC的通信及网络
(一)教学内容
1.S7-200SMART PLC之间的通信;
2.自由口通信指令及应用
(二)教学要求I.掌握GET和PUT指令,自由口通信指令
(三)重点与难点
1.重点S7-200SMART CPU之间的通信;自由口通信指令
2.难点通信指令的应用第八章S7・200SMART PLC在运动控制中的应用
(一)教学内容
1.高速计数器指令;
2.高速脉冲输出指令
(二)教学要求
1.掌握高速计数器指令和高速脉冲输出指令
(三)重点与难点
1.重点高速计数器指令和高速脉冲输出指令
2.难点高速计数器指令和高速脉冲输出指令的应用第九章PLC控制系统设计与应用实例(-)教学内容
1.PLC控制系统设计的内容和步骤;
2.PLC应用程序基本环节及设计方法;
3.PLC控制系统应用实例分析
(二)教学要求
1.掌握PLC控制系统设计方法,掌握经验设计法和顺序控制设计法,并能够根据不同的任务要求选用合适的设计方法;
2.结合工业控制中的应用实例,进一步提高实际应用能力;
(三)重点与难点
1.重点顺序控制设计法
2.难点复杂控制系统结构化程序设计第十章S7・200SMART PLC编程软件功能与使用(-)教学内容
1.软件安装及硬件连接;
2.编程软件的使用;
3.程序的监控和调试
(二)教学要求
1.熟悉编程软件的主要功能,具有运用编程软件进行下载、编译、监视和调试
(三)重点与难点
1.重点编程软件的主要功能、使用方法和调试方法
2.难点程序的监控和调试;编程软件的高级应用,如PID指令向导
三、本课程开设的实验项目编号实验项目名称学时类型要求支撑的课程目标异步电动机的止反转控制实验(含两地12设计性必做课程目标
2.3控制)2PID恒温控制实验2综合性必做课程目标
2.33PLC的通讯编程实验2综合性必做课程目标
2.3注
1.“类型”填验证性、综合性、设计性等;
3.“要求”填必做、选做4验
1.异步电动机的正反转控制实验(含两地控制)
1.实验目的及要求1)熟悉常用低压电器的结构、原理和使用方法,了解电气控制线路的基本组成2)理解三相异步电动机正反转控制线路的工作原理,熟悉控制线路的结构,掌握继电器控制线路的接线方法
2.实验主要内容用按钮操作电机的正向启动、连续运转,逆向启动、连续运转、总停如果是两地操作,要在甲地或乙地均能执行上述操作
3.重难点1)三相异步电动机正反转控制线路设计2)主电路、控制电路的设计思想以及保护环节实验
2.PID恒温控制实验
1.实验目的及要求1)了解模拟量输入/输出信号处理的原理2)了解模拟量控制的方法,PID回路指令的编程方法,及初步了解PID回路调试和参数选取方法,了解子程序和中断程序的一般设计方法3)熟悉PID回路向导编程恒温控制的方法4)熟悉PID整定控制面板的使用,使用PID自整定得到较优的PID参数,并利用该参数获得较优的恒温控制
2.实验主要内容通过PLC自带的向导编程实现PID恒温控制并且将实时温度由数码管显示由PID编程实现
3.重难点1)PID向导编程的方法和步骤2)温度控制系统中模拟量控制与数字量的转换关系3)PID参数给定以及参数自整定,实现恒温控制,并理解控制面板上各个参数曲线4)对PID参数的理解,以及温度控制过程中,改动参数对控温效果的影响实验
3.PLC的通信编程实验
1.实验目的及要求1)熟悉自由口协议通信及其应用和编程方法2)熟悉自由口通讯方式特殊标志位的设置3)熟悉中断事件接收字符,以及自由口发送(XMT)指令和接收(RCV)指令
2.实验主要内容甲站读取IW1上面的输入状态,送入QBO显示,同时通过XMT指令由自由口方式传送出去;乙站收到接收到后取反,再送到乙站的QWO上去显示
3.重难点4)PLC自由口通信的基本过程5)用RCV接收信息的过程中,信息起始条件和结束条件的定义注本课程为专业课,授课对象为大三学生,实验类型主要包括验证性和综合性实验,均需要提交实验报告,实验报告主要包括实验目的、要求和内容,数据的分析以及思考题的回答实验评价内容和评分细则参见附录1
四、学时分配及教学方法教学形式及学时分配章主要教学方法支撑的课程目标课堂课程实实验上机小计教学践课程目标
1、2第一章常用低压电器44讲授第二章基本电气控制电路课程目标
1、2224讲授、实验讲授、讨论、对课程目标第三章PLC概述22比、自学
2、3第四章S7-200SMART PLC的系统配置与接口模块22讲授、讨论、自学课程目标
2、3第五章S7-2OO SMART讲授、项目、自学课程目标
2、
3、455PLC的基本指令及应用第六章S7-200SMART讲授、项目、自课程目标
2、
3、4527PLC的功能指令及应用学、实验第七章S7-200SMART讲授、自学、实验课程目标
2、
3、4224PLC的通信及网络第八章S7-200SMART PLC在运动控制中的应用22项目课程目标
2、
3、4第九章PLC控制系统设计与课程目标11项目、自学应用实例
2、3第十章S7-2(X)SMART PLC编程软件功能与使用11讲授、自学课程目标
2、
3、4合计26632注
1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格;
2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法(基于问题、项目、案例等教学方法)等
五、课程考核
1.课程考核方式包括期末考试、平时作业及阶段测试情况考核(其中包括笔记、大作业等)和实验情况考核考核形式考核要求考核权重备注平时作业及课后完成作业8次,主要考核学生对每章知识点的复习、理根据平时作业得分阶段测试解和掌握度,计算全部作业的平均成绩再按15%计入总成绩15%取平均值或结合平时情况完成4个实验,主要训练学生应用所学知识构建实验系统,实验15%评分细则见附录1并进行实验的能力,最后按15%计入课程总成绩期末考试采用闭卷期末考试以卷面成绩的70%计入课程总成绩70%笔试注I.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表
2.考核方式或途径主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小论文、项目设计和作品等
3.考核要求包括作业次数、考试方式(开卷、闭卷)、项目设计要求等
4.考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重
六、参考书目及学习资料I.西门子有限公司编,《深入浅出西门子S7-200SMARTPLC》,北京航空航天出版社,
20152.廖常初主编,《S7-200SMARTPLC编程及应用》,机械工业出版社,
20153.向晓汉主编,《S7-200SMART PLC完全精通教程》,机械工业出版社,
20134.韩相争主编,《西门子S7-200SMART PLC编程技巧与案例》,化学工业出版社,2017
七、大纲说明
1.采用多媒体教学手段和黑板板书结合,辅助项目化教学,多种教学手段综合运用
2.每章课后都需完成大约10道习题作业,以加深学生对所学内容的理解和掌握
3.课时有限,PLC概述、简单的指令、运动控制指令等建议利用网络教学平台自学2017年9月10日附录1:实验考核方式及评分细则本实验以考查为主,考核的内容包括实验过程的表现(其中包含分析与解决问题的能力)、实验报告的质量等分析与解决问题的能力采用提问和现场操作的方式进行实验成绩中出勤、预习占10%,实验过程表现占60%、实验报告及思考题占30%对应的毕业要成绩组成考核/评价环节分值考核/评价细则求指标点出勤、预出勤状况,预习能按时到勃,遵守实验规定,不损坏实验设备(占5%);104-3习10%评价能够预习,并理解实验原理及目的(占5%)按照预设方案操作实验设备、仪表,正确完成实验(占实验过程25%);实验结果的准确性(占20%);利用所学知识实验中的表现604-360%分析解决问题的能力(占15%)各个实验在总分中所占权重系数以课时数为标准主要考察学生对实验结果进行分析和实验数据进行实验报告处理的能力要求报告字迹工整、格式规范(占10%);实验报告评价304-330%数据准确(占10%);并按要求完成相应思考题(10%)。