可编程控制技术北邮课程标准.docx
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可编程控制技术北邮课程标准.docx
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可编程控制技术北邮课程标准
课程标准
课程名称:
可编程控制技术
总学时数:
80学时
适用专业电子、自动化专业
课程类型
专业基础课程
专业核心课程
专业拓展课程
教学形式
理论教学
实践教学
理论与实践结合
编制单位:
自动化技术教研室
执笔人:
系部(院):
电气与电子工程系
《可编程控制技术》课程标准
一、课程的性质与任务
(一)课程性质:
本课程是适用于应用电子技术专业、自动控制专业及相关专业一门专业核心课程,主要研究以工业过程模型为被控对象、PLC为手段的工业计算机自动控制系统。
目前,可编程序控制器已成为工业控制的标准设备,是工业自动化的三大支柱(PLC技术、机器人、计算机辅助设计与制造)之一,可在工业环境下控制开关量和模拟量,广泛应用于机械系统、生产流水线及过程工业的自动控制领域,将会占据越来越重要的位置。
•先修课程:
《电工电子技术》、《电机与电气控制技术》、《组态软件控制技术》
•后修课程:
《机电设备故障诊断与维护》、《自动化生产线安装与调试》
(二)课程任务:
通过课堂讲授和实践教学,使学生熟悉PLC的构成原理,掌握PLC使用方法,具备PLC应用系统硬件设计、软件编程和调试排故的基本能力。
二、课程教学的基本要求
1.了解PLC的构成和原理;
2.了解PLC的指令系统,熟悉指令功能与编程应用;
3.掌握PLC编程软件使用和梯形图编程方法;
4.初步具备PLC应用系统硬件设计、软件编程和调试排故能力。
三、课程教学的总体目标
本课程的总体教学目标是采用理实一体化教学方法,通过理论讲述与实验实训,使学生熟悉可编程控制器的构成原理,掌握可编程控制器使用方法,具备可编程控制器应用系统硬件设计、软件编程和调试排故的基本能力。
(一)知识教学目标
1.介绍可编程控制器的构成和原理;
2.介绍PLC编程软件及梯形图编程语言;
3.讲述可编程控制器的指令系统和分析程序设计方法;
4.剖析可编程控制器应用系统硬件设计、软件编程和调试排故。
(二)能力培养目标
1.要求学生掌握可编程控制器的构成和原理及使用方法;
2.熟练掌握PLC编程软件及梯形图编程语言的使用;
3.熟悉可编程控制器的指令系统和程序设计方法;
4.具备可编程控制器应用系统硬件设计、软件编程和调试排故的基本能力。
(三)素质教育目标
1.围绕高等职业教育培养目标,注重学生德、智、体等全面发展,使学生明确课程的学习目标和树立牢固的专业思想,及时调整学习心态和学习方法;
2.通过教学实践,注重发挥学生个性潜能的挖掘和团队精神的培养,使学生具有大局意识、协作精神和服务精神,能够更好地适应岗位要求。
四、教学内容及其具体教学目标和要求
本课程预计总学时为80学时,每学时为45分钟,总时长为3600分钟。
课程具体教学内容及其具体教学目标和要求安排见下表:
课程教学内容及其具体教学目标和要求安排一览表
教学内容
训练任务
学时
教学手段
技能要求
模块一S7-200系列PLC识读与使用
识读S7-200系列PLC
2
理
实
一
体
化
·了解S7-200PLC结构原理
·熟悉PLC的安装与使用
·掌握PLC编程元件使用
S7-200系列PLC数据存储
及编程元件使用
2
S7-200系列PLC的安装与使用
2
模块二S7-200系列PLC应用软件的安装与使用
S7-200系列PLC编程软件的安装与属性设置
2
·了解S7-200PLC软件组成
·熟悉PLC软件属性设置
·掌握PLC软件安装与使用
S7-200系列PLC编程软件的使用
2
S7-200系列PLC仿真软件的使用
2
模块三S7-200系列PLC指令功能及编程
三人抢答器PLC控制
4
·了解S7-200PLC指令系统
·熟悉梯形图编程语言与编程环境
·掌握S7-200PLC基本指令与功能指令的功能及简单编程
方波信号产生PLC控制
2
超载报警PLC控制
2
交通灯显示PLC控制
4
梯形面积计算
2
流水灯显示PLC控制
2
S=1+2+3+…+100求和
2
花式喷泉PLC控制
6
数字0-9显示PLC控制
6
艺术彩灯显示PLC控制
2
步进电机启停PLC控制
4
水箱水位PLC控制
2
模块四S7-200系列PLC编程技术
电动机启停PLC控制
2
·了解S7-200PLC编程原则
·熟悉程序流程图编制与使用
·掌握S7-200PLC编程方法
电动机双重联锁正反转PLC控制
2
机械手工作PLC控制
2
全自动洗衣机PLC控制
2
电动机三速段PLC控制
2
模块五S7-200系列PLC典型控制系统设计
CA6140型普通车床PLC控制
2
·了解S7-200PLC控制系统组成与应用
·熟悉PLC控制系统设计思想、步骤、方法
·掌握S7-200PLC控制系统调试、维护与排故
滤池气水反冲洗PLC控制
2
三层电梯PLC控制
2
天塔之光PLC控制
4
两盏灯点亮PLC控制
2
电动机多段速PLC控制
2
上料检测单元PLC控制
2
课程设计
工程项目训练
4
综合实训
·强化综合技能应用
·培养职业素质
任务1.1识读S7-200系列PLC(2学时)
知识目标
◆了解S7-200系列PLC类别、应用及发展;
◆熟悉S7-200系列PLC功能特点与主要性能指标;
◆掌握S7-200系列PLC基本结构与工作原理。
技能目标
◆能够识读S7-200系列PLC产品类型,熟悉其结构与功能;
◆具备S7-200系列PLC产品选型基本能力。
思考与练习
◆S7-200CPU226CNPLC识读:
识别CPU226CN型PLC产品型号,熟悉其结构功能与性能指标,掌握其工作原理。
任务1.2S7-200系列PLC数据存储及编程元件使用(2学时)
知识目标
◆熟悉S7-200系列PLC数据存储区划分;
◆掌握S7-200系列PLC编程元件的分类、编号范围及功能。
技能目标
◆能够合理选用PLC编程元件;
◆能够正确分析PLC编程元件的状态。
思考与练习
◆流水灯显示状态转换控制:
流水灯由二十五盏彩灯构成,分别为L1~L25,按照L1→L2→…→L24→L25→L1→L2→…→L25依次逐个循环点亮(任意时刻仅有1个灯点亮),要求选用合理的编程元件实现流水灯显示状态转换控制。
任务1.3S7-200系列PLC的安装与使用(2学时)
知识目标
◆了解S7-200系列PLC硬件组成及功能特性;
◆熟悉S7-200系列PLC安装与接线,具备S7-200系列PLC硬件系统配置及产品选型的基本能力。
技能目标
◆了解S7-200系列PLC产品类别、功能特性及应用发展;
◆熟悉S7-200系列PLC的基本结构与工作原理;
◆掌握S7-200系列PLC主机及扩展模块的安装与接线。
思考与练习
如果PLC控制系统由4个16点数字量输入/16点数字量继电器输出的EM223模块和2个8点数字量输入的EM221模块构成的扩展单元,本机选用哪种CPU22X的配置可行?
如何与PLC进行I/O链接与编址?
任务2.1S7-200系列PLC编程软件的安装与属性设置(2学时)
知识目标
◆熟悉S7-200系列PLC编程软件STEP7-Micro/WIN32V4.0SP9的安装过程;
◆掌握STEP7-Micro/WIN32V4.0SP9编程软件的属性设置。
技能目标
◆能够独立安装和属性设置S7-200系列PLC编程软件STEP7-Micro/WIN32V4.0SP9,使编程软件能够正常使用;
◆能够解决S7-200系列PLC编程软件STEP7-Micro/WINV4.0SP9常见的故障。
思考与练习
练习安装STEP7-Micro/WIN32V4.0SP9编程软件,完成相关属性设置,并测试软件能否正常使用。
任务2.2S7-200系列PLC编程软件的使用(2学时)
知识目标
◆熟悉STEP7-Micro/WIN32V4.0SP9编程软件的组成功能与基本操作;
◆熟练使用编程软件进行梯形图程序编制与运行调试,具备独立配置、检修和维护PLC系统软硬件的基本能力。
技能目标
◆熟悉STEP7-Micro/WIN32V4.0SP9编程软件的基本操作与功能应用;
◆正确编制八盏流水灯显示PLC控制梯形图程序,并载入PLC中进行联机运行调试。
◆具备独立配置、检修和维护PLC系统软硬件的基本能力。
思考与练习
完成如图2-52所示的彩灯显示PLC控制梯形图程序的编写、编译、下载、运行调试,并分析其控制功能。
任务2.3S7-200系列PLC仿真软件的使用(2学时)
知识目标
◆熟悉S7-200系列PLC仿真软件的构成及功能;
◆掌握S7-200系列PLC仿真软件的使用方法。
技能目标
◆能够使用STEP7-Micro/WIN32V4.0SP9编程软件生成仿真文件;
◆能够独立完成仿真文件导入、仿真属性设置、仿真操作与结果分析。
思考与练习
带扩展模块PLC控制仿真:
带扩展模块PLC连接见图1-24,仿真测试程序如图2-72,要求利用仿真软件实现带扩展模块PLC控制功能。
任务3.1三人抢答器PLC控制(4学时)
知识目标
◆掌握基本位逻辑操作指令的功能及应用编程;
◆熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法;
◆熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法;
◆熟悉三人抢答器工作原理和程序设计方法。
技能目标
◆练习触点、线圈和置位/复位以及逻辑运算指令等基本位逻辑操作指令的使用方法,能够正确编制三人抢答器PLC控制程序;
◆能够独立完成三人抢答器PLC控制线路的安装;
◆按规定进行通电调试,出现故障时,能根据设计要求独立检修,直至系统正常工作。
思考与练习
◆六人组抢答器PLC控制:
参照“三人抢答器PLC控制”设计六人组抢答器。
◆六人组抢答器PLC控制:
设计六人组抢答器,要求在主持人宣布抢答开始前进行抢答无效。
主持人先将数码版(a~g七段LED“
”)显示清零,抢答仅有一人成功,数码版显示成功抢答者号码。
◆单输入按钮/双输出信号灯PLC控制:
设计利用一个按钮控制两盏灯显示,要求按钮第一次按下后第一盏灯点亮;第二次按下后第二盏灯点亮,同时第一盏灯熄灭;第三次按下后两盏灯同时点亮;第四次按下后两盏灯同时熄灭。
以后按此规律循环执行。
◆电机分时起动控制:
起动开关闭合驱动电机A起动工作;起动开关断开驱动电机B起动工作;停止开关闭合电机A、B同时停止工作。
任务3.2方波信号产生PLC控制(2学时)
知识目标
◆掌握定时器指令的功能及应用编程;
◆熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法;
◆熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法;
◆熟悉方波信号产生PLC控制工作原理和程序设计方法。
技能目标
◆练习定时器指令基本使用方法,能够正确编制方波信号产生PLC控制程序;
◆能够独立完成方波信号产生PLC控制线路的安装;
◆按规定进行通电调试,出现故障时,能根据设计要求独立检修,直至系统正常工作。
思考与练习
◆矩形波信号产生PLC控制:
设计输出周期为10s、占空比为60%的矩形波信号。
◆闪烁灯PLC控制:
控制按钮启动后输出端口的指示灯以0.5s时间间隔闪烁,直至10s自动熄灭,也可以通过按下停止按钮随时熄灭。
◆十字路口指示灯PLC控制:
十字路口指示灯分为红、黄、绿三种,在起动开关闭合后南北方向红灯亮30s期间,东西方向绿灯亮25s后,闪烁3s灭,黄灯亮2s;然后转为东西方向红灯亮30s期间,南北方向绿灯亮25s后,闪烁3s灭,黄灯亮2s,如此循环。
当夜间控制开关闭合后,东西南北方向的黄灯同时以1s时间闪烁。
任务3.3超载报警PLC控制(2学时)
知识目标
◆掌握计数器指令的功能及应用编程;
◆熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法;
◆熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法;
◆熟悉超载报警PLC控制工作原理和程序设计方法。
技能目标
◆练习计数器指令的基本使用方法,能够正确编制超载报警PLC控制程序;
◆能够独立完成超载报警PLC控制线路的安装;
◆按规定进行通电调试,出现故障时,能根据设计要求独立检修,直至系统正常工作。
思考与练习
◆T=T××וC×××长延时PLC控制:
使用2s定时器和计数器,实现8s延时控制。
◆C=C××וC×××高次计数PLC控制:
使用计数器C1和C2以20×20的累计方式记录按钮按下的次数,当达到400次后指示灯点亮。
◆超载报警器PLC控制:
要求利用增/减1指令统计乘客数量。
任务3.4交通灯显示PLC控制(4学时)
知识目标
◆掌握比较指令的功能及应用编程;
◆熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法;
◆熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法;
◆熟悉交通灯显示PLC控制工作原理和程序设计方法。
技能目标
◆练习比较指令的基本使用方法,能够正确编制交通灯显示PLC控制程序;
◆能够独立完成交通灯显示PLC控制线路的安装;
◆按规定进行通电调试,出现故障时,能根据设计要求独立检修,直至系统正常工作。
思考与练习
◆交通灯显示PLC控制:
在“任务2.4交通灯显示PLC控制”基础上增加黄灯闪烁次数,要求黄灯闪烁次数由3次改为5次,其他控制要求不变。
◆交通灯显示PLC控制:
要求交通灯显示PLC控制工作在以下三种状态。
(1)自动:
依照“任务2.4交通灯显示PLC控制”执行。
(2)急行:
某个方向急行,急行开关闭合,绿灯点亮(另一方向红灯点亮),待急行结束后,急行开关断开,急行方向黄灯闪烁3次,恢复到自动方式。
(3)夜间:
夜间开关闭合,各方向黄灯持续以1s为周期亮灭。
◆密码锁PLC控制:
密码锁PLC控制配有SB1~SB4四个按键,按下SB1进行开锁工作;要求先重复按下SB2三次,再重复按下SB1两次,密码锁解锁成功,否则警报器报警;按下复位键SB4,可以重新进行开锁工作,同时解除报警。
任务3.5梯形面积计算(2学时)
知识目标
◆掌握数学运算指令的功能及应用编程;
◆熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法;
◆熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法;
◆熟悉梯形面积计算PLC控制工作原理和程序设计方法。
技能目标
◆练习算术运算指令与数学函数变换指令的基本使用方法,能够正确编制梯形面积计算PLC控制程序;
◆能够独立完成梯形面积计算PLC控制线路的安装;
◆按规定进行通电调试,出现故障时,能根据设计要求独立检修,直至系统正常工作。
思考与练习
◆三角形面积计算:
已知三角形边a=6cm,b=4cm,c=4cm,试求该三角形面积S=
,其中p=(a+b+c)/2。
◆圆锥体积计算:
已知圆锥高h=6cm,底面圆半径r=4cm,试求该圆锥体积V=πr2h/3。
任务3.6流水灯显示PLC控制(2学时)
知识目标
◆掌握数据处理指令的功能及应用编程;
◆熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法;
◆熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法;
◆熟悉流水灯显示PLC控制工作原理和程序设计方法。
技能目标
◆练习数据传送指令、字节交换/填充指令与移位指令的基本使用方法,能够正确编制流水灯显示PLC控制程序;
◆能够独立完成流水灯显示PLC控制线路的安装;
◆按规定进行通电调试,出现故障时,能根据设计要求独立检修,直至系统正常工作。
思考与练习
◆八盏流水灯PLC控制:
PLC输出端口控制8个指示灯L1~L8(任意时刻仅有1个灯点亮),启动开关闭合后指示灯间隔1s自L1到L8依次循环点亮,启动开关断开后指示灯间隔1s自L8到L1依次循环点亮。
按下停止开关指示灯熄灭。
◆流水灯PLC控制:
PLC输出端口控制指示灯L1~L12,按下启动按钮指示灯间隔1s自L1到L12依次循环点亮(任意时刻仅有1个灯点亮),按下停止按钮指示灯熄灭。
任务3.7S=1+2+3+…+100求和(2学时)
知识目标
◆掌握循环指令的功能及应用编程;
◆熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法;
◆熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法;
◆熟悉S=1+2+3+…+100求和PLC控制的工作原理和程序设计方法。
技能目标
◆练习循环指令的基本使用方法,能够正确编制S=1+2+3+…+100求和PLC控制程序;
◆能够独立完成S=1+2+3+…+100求和PLC控制线路的安装;
◆按规定进行通电调试,出现故障时,能根据设计要求独立检修,直至系统正常工作。
思考与练习
◆求n!
:
完成5!
=5×4×3×2×1的求解。
◆电机起停PLC控制:
三台电机M1~M3,具有手动和自动两种起停方式,由切换工作方式开关控制。
手动起停时,三台电机M1~M3分别使用各自的启停按钮控制启停状态;自动起停时,按下起动按钮,三台电机M1~M3顺序间隔5s起动,按下停止按钮三台电机M1~M3同时停止。
任务3.8花式喷泉PLC控制(6学时)
知识目标
◆掌握子程序指令和顺序控制指令的功能及应用编程;
◆熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法;
◆熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法;
◆熟悉花式喷泉PLC控制工作原理和程序设计方法。
技能目标
◆练习子程序指令和顺序控制指令的基本使用方法,能够正确编制花式喷泉PLC控制程序;
◆能够独立完成花式喷泉PLC控制线路的安装;
◆按规定进行通电调试,出现故障时,能根据设计要求独立检修,直至系统正常工作。
思考与练习
◆花式喷泉PLC控制:
在“任务2.8花式喷泉PLC控制”基础上,要求水池控制电源接通后,先由“选择开关”和“单步/连续”开关设定喷水工作方式,然后按下启动按钮,喷水装置即开始工作;无需按下停止按钮,就可以由“选择开关”和“单步/连续”开关随意切换喷水工作方式;只有在按下停止按钮后喷水池立即停止工作。
任务3.9数字0-9显示PLC控制(6学时)
知识目标
◆掌握表功能指令和编码/译码功能指令的功能及应用编程;
◆熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法;
◆熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法;
◆熟悉数字0~9显示PLC控制工作原理和程序设计方法。
技能目标
◆练习表操作指令和数据的编码/译码指令的基本使用方法,能够正确编制数字0~9显示PLC控制程序;
◆能够独立完成数字0~9显示PLC控制线路的安装;
◆按规定进行通电调试,出现故障时,能根据设计要求独立检修,直至系统正常工作。
思考与练习
◆数字0~F显示PLC控制:
用七段LED“
”依次循环显示十六进制数0~F。
◆创建数据表:
利用填表指令和数据传送指令分别创建数据表2-26。
任务3.10艺术彩灯显示PLC控制(2学时)
知识目标
◆掌握中断处理指令的功能及应用编程;
◆熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法;
◆熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法;
◆熟悉艺术彩灯显示PLC控制工作原理和程序设计方法。
技能目标
◆练习中断处理指令基本使用方法,能正确编制艺术彩灯显示PLC控制程序;
◆能够独立完成艺术彩灯显示PLC控制线路的安装;
◆按规定进行通电调试,出现故障时,能根据设计要求独立检修,直至系统正常工作。
思考与练习
◆简述中断及其处理过程。
◆艺术彩灯显示PLC控制:
在“任务2.10艺术彩灯显示PLC控制”基础上,要求彩灯按反方向顺序显示,时间间隔为4s。
◆艺术彩灯显示PLC控制:
要求利用定时器中断方式实现“米”字形艺术彩灯显示控制,并且彩灯按ABCDEFGH→AB→BC→CD→DE→EF→FG→GH→ABCDEFGH→HG→GF→FE→ED→DC→CB→BA顺序循环执行,时间间隔为1s。
◆彩灯显示PLC控制:
利用定时器中断方式编写彩灯显示PLC控制程序,要求I0.0输入上升沿时实现Q0.0输出端口指示灯间隔1s交替点亮熄灭,I0.0输入下降沿时Q0.0输出端口指示灯熄灭。
◆五相步进电机PLC控制:
五相步进电机的五相为A、B、C、D、E,要求当按下“启动”按钮,五相按A→B→C→D→E→A→AB→BC→CD→DE→EA→AB→ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→ABC→BCD→CDE→DEA顺序自动通电并循环,各相通电间隔时间为2s。
当按下“停止”按钮,五相全部断电。
任务3.11步进电机启停PLC控制(4学时)
知识目标
◆掌握高速计数器指令与高速脉冲输出指令的功能及应用编程;
◆熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法;
◆熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法;
◆熟悉步进电机启停PLC控制工作原理和程序设计方法。
技能目标
◆练习高速计数器指令与高速脉冲输出指令的基本使用方法,能够正确编制步进电机启停PLC控制程序;
◆能够独立完成步进电机启停PLC控制线路的安装;
◆按规定进行通电调试,出现故障时,能根据设计要求独立检修,直至系统正常工作。
思考与练习
◆电机转速测量PLC控制:
电动机输出轴与齿数为12的齿轮刚性连接,电动机旋转时通过齿轮传感器测量转过的齿轮数,利用高速计数器测量电机转速r/min。
◆PWM输出控制:
从PLC的Q0.0端子输出PWM脉冲波,脉冲宽度初始值为0.5s,周期固定为5s。
当PWM脉冲输出启动后,其脉宽每周期递增0.5s,当脉宽达到4.5s时,改为每周期递减0.5s,当脉宽达到0.5s时又开始递增,不断重复执行。
PWM脉冲输出的停止由I0.2的上升沿控制。
任务3.12水箱水位PLC控制(2学时)
知识目标
◆掌握PID指令的功能及应用编程;
◆熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法;
◆熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法;
◆熟悉水箱水位PLC控制工作原理和程序设计方法。
技能目标
◆练习PID指令的基本使用方法,能够正确编制水箱水位PLC控制程序;
◆能够独立完成水箱水位PLC控制线路的安装;
◆按规定进行通电调试,出现故障时,能根据设计要求独立检修,直至系统正常工作。
思考与练习
◆简述PID指令的使用。
◆恒温箱PLC控制:
恒温箱中装有一个电加热元件和一个制冷风扇,电加热元件和制冷风扇均只能工作在ON或OFF两种状态,即不能进行自动调节。
要求恒温箱内温度恒定为50℃,且在25-100℃温度范围内可调。
任务4.1电动机启停PLC控制(2学时)
知识目标
◆了解PLC编程的程序功能流程图编制类型与其到梯形图的转换方法;
◆熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法;
◆熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法
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