PLC编程与应用第2版教学大纲.docx
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PLC编程与应用第2版教学大纲
《PLC编程与应用》教学大纲
课程编号:
课程名称:
PLC编程与应用
英文名称:
ProgrammingandApplicationofPLC
课程性质:
必修课程
学时/学分:
32/2
考核方式:
期末考试+平时成绩
选用教材:
西门子S7-1200PLC编程与应用(第2版),刘华波,机械工业出版社,2020
先修课程:
单片机原理及应用、电机与拖动
适用专业及层次:
高等院校各类自动化专业
大纲执笔人:
大纲审核人:
一、课程的性质及任务
本课程是自动化专业的一门专业核心必修课,它的实践性强,实用性大。
本课程主要内容有:
PLC基础知识、PLC的规格与系统配置、PLC的指令系统、PLC编程方法、编程软件和PLC控制系统设计等。
学好本课程,可以极大增强学生就业的竞争力和就业的信心,开拓广阔的求职之路。
依据青岛大学自动化专业培养计划,本课程需培养学生的能力是:
(1)掌握自动化专业的基础知识,能针对自动化工程问题进行系统分析与设计;(指标点1.3)
(2)运用所学基础知识,设计简单工程问题的解决方案;(指标点3.1)
(3)能够根据科学或者应用目标,设计仿真或实物实验,确定需要的材料、器件及系统;(指标点4.2)
(4)能够开发、选择与使用恰当的技术、资源和工具,特别是计算机设计与仿真工具,用于复杂工程问题的设计与仿真,并能够理解现代工具对复杂工程问题设计与仿真的优势和局限性。
(指标点5.2)
二、课程目标与要求
2.1课程目标
(1)掌握PLC的基础知识,如PLC的产生与发展、PLC的工作原理、PLC的编程语言、PLC的性能指标等。
(2)掌握PLC的系统配置、指令系统、编程软件的使用和编程方法。
(3)掌握PLC控制系统设计方法,能够完成多种工作方式的PLC控制系统的设计、接线、编程和调试。
2.2课程目标与毕业要求对应关系
毕业要求
指标点
支撑指标点的课程目标及权重
1.工程知识:
理解并掌握数学、自然科学、自动控制工程基础、自动控制专业知识,并能够综合应用相关知识解决自动化工程领域复杂工程问题。
指标点1.4:
掌握自动控制工程专业知识,并能够综合应用相关知识解决自动化工程领域复杂工程问题。
课程目标1(0.3)
课程目标2(0.1)
课程目标3(0.6)
3.设计/开发解决方案:
能够设计针对自动化专业领域的复杂工程问题的解决方案,设计满足特定需求的硬件方案、软件方案、控制方案,实现自动化装置或自动化系统,能够在设计环节中体现创新意识,并综合考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。
指标点3.2:
掌握自动化专业知识,能够设计自动化领域复杂工程问题的解决方案,设计满足特定需求的硬件方案、软件方案、控制方案,实现自动化装置或自动化系统,并体现创新意识。
课程目标1(0.3)
课程目标2(0.2)
课程目标3(0.5)
4.研究:
能够基于科学原理并采用科学方法对自动化专业领域的复杂工程问题进行研究,包括设计实验、开展实验、实验结果分析,并通过信息综合得到合理有效的结论。
指标点4.2:
能够根据科学或者应用目标,设计仿真或实物实验,确定需要的材料、器件及系统。
课程目标1(0.4)
课程目标2(0.4)
课程目标3(0.2)
5.使用现代工具:
能够针对自动化工程领域的复杂工程问题,开发、选用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具,能对复杂工程问题进行预测和模拟,并能理解其局限性。
指标点5.2:
能够开发、选择与使用恰当的技术、资源和工具,特别是计算机设计与仿真工具,用于复杂工程问题的设计与仿真,并能够理解现代工具对复杂工程问题设计与仿真的优势和局限性。
课程目标1(0.3)
课程目标2(0.2)
课程目标3(0.5)
2.3课程目标与培养环节对应矩阵
序号
课程目标
理论教学
作业
实验课
1
使学生掌握PLC的基础知识,如PLC的产生与发展、PLC的工作原理、PLC的编程语言、PLC的性能指标等。
H
M
2
使学生掌握PLC的系统配置、指令系统、编程软件的使用和编程方法。
H
H
H
3
掌握PLC控制系统设计方法,能够完成多种工作方式的PLC控制系统的设计、接线、编程和调试。
H
H
H
注:
H表示该能力在此环节重点培养;M表示该能力在此环节有应用要求;L表示该能力在此环节有所涉及。
2.4课程目标达成度的评价
(1)课程目标1,在理论课环节进行能力培养,在作业和实验中进行加强巩固、提升熟练度。
通过作业、实验报告和期末考试(考查)进行考核,目标达成综合以上内容进行评价。
(2)课程目标2,在理论课环节进行能力培养,通过完成作业进行巩固。
通过期末考试(考查)进行考核。
对考试成绩进行分析,对学生掌握教学内容的程度做出评估,给出课程目标达成度的定量评价结果。
(3)课程目标3,在理论课环节进行能力培养,在作业和实验中进行加强巩固,通过作业、实验报告、讨论课中学生的表现,以及期末考试对学生掌握教学内容的程度做出评估,给出课程目标达成度的定量评价结果。
三、教学基本内容
第1章概述学时:
2(支撑课程目标1)
教学内容:
1.PLC的产生与发展:
什么是可编程序控制器(PLC)、PLC的产生与发展、PLC的发展趋势;
2.PLC的特点与应用领域:
PLC的特点、PLC的应用领域;
3.PLC控制的基本概念;
4.PLC的性能指标与分类。
教学要求:
1.熟悉PLC的产生,掌握PLC的定义;
2.掌握PLC的技术性能指标;
3.掌握PLC的分类;
4.理解PLC的应用;
5.了解PLC的发展趋势。
重点、难点:
1.PLC控制的基本概念;
2.PLC的技术性能指标。
第2章PLC的硬件结构与安装维护学时:
2(支撑课程目标2,3)
教学内容:
1.PLC的结构、组成及功能;PLC的输入、输出电路原理;
2.S7-1200PLC的硬件结构:
CPU单元、基本I/O扩展单元、特殊I/O单元;
3.S7-1200PLC的安装和拆卸;
4.S7-1200PLC的接线。
教学要求:
1.掌握PLC的基本结构;
2.掌握S7-1200PLC的硬件结构;
3.熟悉PLC的安装和拆卸;
4.掌握S7-1200PLC的接线。
重点、难点:
1.PLC的基本结构;
2.S7-1200PLC的硬件结构;
3.S7-1200PLC的接线。
第3章PLC编程基础学时:
2(支撑课程目标1,2,3)
教学内容:
1.PLC的工作原理;
2.PLC的存储器及其寻址;
3.数据格式与数据类型;
4.PLC的程序结构;
5.PLC的编程语言:
梯形图、语句表、功能块、结构文本。
教学要求:
1.掌握PLC的工作原理;
2.掌握S7PLC的存储器及其寻址方法;
3.掌握S7PLC的数据格式与数据类型;
4.理解PLC的程序结构;
5.了解PLC的编程语言。
重点、难点:
1.PLC的工作原理;
2.S7PLC的存储器及其寻址方法;
3.S7PLC的数据格式与数据类型。
第4章项目入门学时:
2(支撑课程目标3)
教学内容:
1.博途软件简介;
2.博途软件主窗口;
3.博途软件工程;
4.博途软件视图;
5.博途软件编程;
6.博途软件在线工作;
7.博途软件监控。
教学要求:
1.掌握博途软件的工程建立方法;
2.掌握博途软件的编程、设定、监控方法
重点、难点:
应用博途软件监控功能调试软件
第5章PLC的指令系统学时:
4(支撑课程目标2,3)
教学内容:
1.概述;
2.基本指令:
位逻辑指令;
3.定时器/计数器指令:
定时器类指令、计数器类指令、定时器/计数器复位指令;
4.数据传送指令;
5.数据比较指令;
6.数据移位指令;
7.数据转换指令;
8.递增/递减指令;
9.四则运算指令;
10.逻辑运算指令;
11.扩展指令:
日期时间指令;
12.字符串和字符指令;
13.分布式IO;
14.中断;
15.报警;
16.诊断;
17.脉冲;
18.配方和数据记录;
19.数据块控制指令;
20.寻址指令。
教学要求:
1.熟悉PLC指令的构成;
2.掌握PLC的基本指令使用方法;
3.掌握PLC扩展指令的使用方法。
重点、难点:
1.各种基本指令的功能及使用;
2.各种扩展指令的功能及使用。
第6章PLC程序设计学时:
4(支撑课程目标3)
教学内容:
1.概述:
系统分析、硬件电路设计、软件程序设计、制作控制柜及现场施工、系统调试、编制技术文件;
2.梯形图的基本电路:
启保停电路、双向控制电路、电动机Y-△降压启动控制、单按钮启停控制电路、优先权程序、分频器、脉冲发生器、长定时程序、断电延时定时器、双延时定时器、移位寄存器的应用举例;
3.梯形图的经验设计方法;
4.梯形图的逻辑设计方法;
5.梯形图的顺序控制设计方法:
顺序控制设计方法、顺序控制程序设计举例;
6.使用数据块;
7.模块化编程与结构化编程;
8.使用组织块。
教学要求:
1.掌握PLC控制系统设计的原则和一般步骤;
2.掌握梯形图的基本电路;
3.掌握PLC控制程序的经验法、逻辑法和顺控法;
4.掌握复杂程序的设计方法;
5.掌握数据块的使用方法;
6.掌握模块化编程与结构化编程方法;
7.掌握组织块的使用方法。
重点、难点:
1.程序设计的经验法、逻辑法和顺控法;
2.多种工作方式的程序设计;
3.数据块的使用;
4.模块化编程与结构化编程;
5.组织块的使用。
第7章精简系列面板组态学时:
2(支撑课程目标3)
教学内容:
1.西门子面板概述;
2.面板组态入门;
3.组态画面对象;
4.用户管理;
5.报警;
6.使用趋势视图;
7.组态配方。
教学要求:
1.掌握组态面板的一般步骤;
2.掌握组态面板画面的方法;
3.掌握用户管理功能;
4.掌握组态报警功能;
5.掌握趋势视图使用;
6.理解配方的组态方法。
重点、难点:
1.面板画面的组态;
2.用户管理功能;
3.报警功能;
4.趋势视图;
5.配方。
第8章S7-1200PLC的通信学时:
4(支撑课程目标3)
教学内容:
1.概述:
SIMATICNET概述,S7-1200PLC的通信功能;
2.PROFINETIO系统;
3.S7-1200PLC的开放式用户通信;
4.S7-1200PLC的S7协议通信;
5.S7-1200PLC的PROFIBUS-DP通信;
6.S7-1200PLC的串口通信。
教学要求:
1.理解S7-1200PLC的通信功能;
2.掌握S7-1200PLC的PROFINETIO功能;
3.掌握S7-1200PLC的开放式用户通信;
4.掌握S7-1200PLC的S7协议通信;
5.掌握S7-1200PLC的PROFIBUS-DP通信;
6.理解S7-1200PLC的串口通信。
重点、难点:
1.S7-1200PLC的PROFINETIO功能;
2.S7-1200PLC的开放式用户通信;
3.S7-1200PLC的S7协议通信;
4.S7-1200PLC的PROFIBUS-DP通信;
5.S7-1200PLC的串口通信。
第9章PLC工艺功能学时:
2(支撑课程目标3)
教学内容:
1.模拟量处理及PID功能;
2.高速计数器功能;
3.运动控制功能;
4.PWM。
教学要求:
1.掌握PLC的模拟量处理及PID功能;
2.理解高速计数器功能;
3.理解运动控制功能;
4.掌握PWM使用。
重点、难点:
1.模拟量处理及PID功能;
2.高速计数器功能;
3.运动控制功能;
4.PWM。
四、课内实验
4.1本课程实验教学的地位和作用
本课程是一门实践性、应用性很强的课程,实验是验证、巩固和补充课堂讲授的理论知识的必要环节。
本课程的实验教学目是使学生掌握PLC的指令、编程,PLC控制系统设计与调试。
4.2教学基本要求
1.掌握PLC的常用指令的使用;
2.掌握编程软件的上机操作,编程方法;
3.掌握PLC控制系统设计方法与调试。
4.3实验内容
实验一基本指令练习学时:
1实验类型:
基础性实验
1.掌握常用基本指令的使用方法。
2.学会用基本逻辑与、或、非等指令实现基本逻辑组合电路的编程。
3.熟悉编译调试软件的使用。
实验二数据传送指令的应用学时:
1实验类型:
基础性实验
1.掌握数据传送指令的功能及应用。
2.学习使用监控功能进行程序调试。
实验三定时指令的应用学时:
1实验类型:
基础性实验
1.掌握定时指令的功能及应用。
2.熟悉监控功能的使用。
实验四计数指令的应用学时:
1实验类型:
基础性实验
1.掌握计数指令的功能及应用。
2.进一步熟悉监视功能的使用。
实验五几种数据移位指令的应用学时:
1实验类型:
基础性实验
1.掌握数据移位指令的功能及应用。
2.掌握使用监控功能进行程序调试的方法
实验六十字路口交通灯控制学时:
1实验类型:
综合性实验
1.进一步熟悉基本指令的功能及应用。
2.熟悉十字路口交通灯控制的编程及调试。
实验七运料小车控制学时:
2实验类型:
综合性实验
掌握PLC应用系统的设计方法。
4.4教学文件及教学形式
教学文件:
《PLC实验指导书》。
实验报告学生自拟。
教学形式:
本课程为实际操作,指导教师应概述实验目的、内容和要求,并作针对性指导,具体实验步骤和结果分析、处理由学生独立完成。
4.5实验成绩评定
根据学生的实验预习、实验纪律、实验动手能力及实验报告结果,进行综合评定,给出成绩。
实验成绩作为平时成绩的重要考核依据之一,对缺实验成绩者,本课程不予通过。
五、教学建议进度(课堂学时数24+实验学时数8)
第1章
概述
学时:
2
第2章
S7-1200PLC的硬件结构和安装维护
学时:
2
第3章
S7-1200PLC的编程基础
学时:
2
第4章
项目入门
学时:
2
第5章
PLC的指令系统
学时:
4
第6章
程序设计
学时:
4
第7章
面板组态
学时:
2
第8章
S7-1200PLC的通信
学时:
4
第9章
工艺功能
学时:
2
实验
PLC
学时:
8
六、教学方法
(1)青岛大学自动化学院先后与欧姆龙、西门子和罗克韦尔建立了联合实验室,课程同时开设三个方向:
电气控制技术+欧姆龙PLC、电气控制技术+西门子PLC、电气控制技术+罗克韦尔PLC,供学生根据自己兴趣选修。
(2)具体的教学目标:
让学生达到“五会”,即①会设计,会进行常规电气控制系统和PLC控制系统设计;②会选型,要熟知常用的电气器件,熟悉PLC的型号,能够根据控制要求,选出最恰当的器件,选出满足要求且性价比最高的PLC;③会接线,即选中器件和PLC后,能够正确接线,组成一个电气控制系统;④会编程,即根据用户要求,编写出高质量的PLC控制程序;⑤会调试,能够对控制系统的硬件和PLC软件进行联合调试,快速排除故障,使控制系统顺利投入运行。
(3)该学习本课程后,为从事电机调速控制、机电传动与控制、电梯控制、楼宇自动化等工作打下基础,而且为学生获取维修电工、可编程序控制系统设计师的中、高级国家职业资格证书做好了准备。
(4)本课程既有理论问题,如控制系统设计方法,但大量是实践性问题,如编程软件的熟练操作等等,这就决定这门课程不能像理论课那样在课堂上进行严密推导,而应采取灵活多样,生动有趣、寓教于乐的教学方式,让学生保持兴趣盎然,主动学习,掌握知识点,达到教学目标。
(5)期末采用闭卷考试,另外,根据本课程实践性强的特点,考试也可采用考查方式,或课堂上进行实际操作考核。
期末成绩占40﹪,平时考核占60﹪((其中,阶段性测试10%,考勤、课堂提问10%,平时作业20%,课程实验20%))综合后给出总成绩。
七、考核方式
课程成绩依据学生在各教学环节表现综合评定,各部分的比重分别为:
考核环节
比重
平时成绩
60%
期末考试
40%
总计
100%
平时成绩评分标准为:
考察点
占比
优
良
中
差
出勤情况
30%
全出勤,不迟到,
旷课一次,迟到1次
旷课2次,迟到2次
旷课3次以上
课堂表现
20%
课堂纪律好,回答问题积极正确
课堂纪律好,回答问题积极
课堂纪律较好,不回答问题
课堂不认真听讲,玩手机等
作业
50%
作业全部完成,准确率高
作业全部完成,准确率较高
作业基本完成,准确率尚可
缺作业,准确率低
实验成绩评分标准为:
考察点
占比
优
良
中
差
实验报告
50%
实验报告正确条理,书写认真。
实验报告正确,书写比较认真
实验报告大部分正确
实验报告不够准确。
书写潦草。
动手能力
50%
实验过程独立完成,实验设备能够正确使用,所得实验结果正确。
实验过程基本独立完成,能够正确使用实验设备,所得结果基本准确。
在教师指导下能够完成实验过程,得到比较正确的实验结果。
实验过程不能完成,对实验设备不够熟悉,无实验结果。
八、教学参考书
1.西门子S7-1200PLC编程与应用,刘华波,机械工业出版社,2020
九、课程达成度分析
1.课程评价与课程目标达成分析
序号
课程目标
理论教学
(期末考试)
作业训练
(平时考勤与作业)
实验
(实验成绩)
1
使学生掌握PLC的基础知识,如PLC的产生与发展、PLC的工作原理、PLC的编程语言、PLC的性能指标等。
H
(0.6)
M
(0.2)
2
使学生掌握PLC的系统配置、指令系统、编程软件的使用和编程方法。
H
(0.8)
H
(0.2)
H(0.2)
3
掌握PLC控制系统设计方法,能够完成多种工作方式的PLC控制系统的设计、接线、编程和调试。
H
(0.6)
H
(0.2)
H
(0.2)
注:
H表示该能力在此环节重点培养;M表示该能力在此环节有应用要求;L表示该能力在此环节有所涉及,
以课程考核总评成绩60分及以上学生成绩为统计对象(原因说明:
60分以上,可获得学分、可毕业),
按课程目标计算达成度。
2.课程对指标点的达成分析
毕业要求
指标点
支撑指标点的课程目标及权重
1.工程知识:
理解并掌握数学、自然科学、自动控制工程基础、自动控制专业知识,并能够综合应用相关知识解决自动化工程领域复杂工程问题。
指标点1.4:
掌握自动控制工程专业知识,并能够综合应用相关知识解决自动化工程领域复杂工程问题。
课程目标1(0.3)
课程目标2(0.1)
课程目标3(0.6)
3.设计/开发解决方案:
能够设计针对自动化专业领域的复杂工程问题的解决方案,设计满足特定需求的硬件方案、软件方案、控制方案,实现自动化装置或自动化系统,能够在设计环节中体现创新意识,并综合考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。
指标点3.2:
掌握自动化专业知识,能够设计自动化领域复杂工程问题的解决方案,设计满足特定需求的硬件方案、软件方案、控制方案,实现自动化装置或自动化系统,并体现创新意识。
课程目标1(0.3)
课程目标2(0.2)
课程目标3(0.5)
4.研究:
能够基于科学原理并采用科学方法对自动化专业领域的复杂工程问题进行研究,包括设计实验、开展实验、实验结果分析,并通过信息综合得到合理有效的结论。
指标点4.2:
能够根据科学或者应用目标,设计仿真或实物实验,确定需要的材料、器件及系统。
课程目标1(0.4)
课程目标2(0.4)
课程目标3(0.2)
5.使用现代工具:
能够针对自动化工程领域的复杂工程问题,开发、选用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具,能对复杂工程问题进行预测和模拟,并能理解其局限性。
指标点5.2:
能够开发、选择与使用恰当的技术、资源和工具,特别是计算机设计与仿真工具,用于复杂工程问题的设计与仿真,并能够理解现代工具对复杂工程问题设计与仿真的优势和局限性。
课程目标1(0.3)
课程目标2(0.2)
课程目标3(0.5)
- 配套讲稿:
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