《电气控制技术与 PLC》教学大纲.docx

电气控制技术与PLC教学大纲课程编号：4471080801004课程名称：电气控制技术与PLC英文名称：Electrical Control Technology and PLC课程性质：必修课程学时/学分：48/2.5考核方式：期末考试+平时成绩选用教材：电气控制技术与PLC,徐世许，王美兴，程利荣，胡玉景编著，人民邮电出版社，2013 S7-200PLC编程与应用，何文雪，刘华波，吴贺荣编，机械工业出版社，2010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：徐世许大纲审核人：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。本课程内容包含电气控 制技术和PLC两部分。电气控制技术部分的主耍内容有：常用低压电器、三相异步电动机电气控制 线路、典型机床的电气控制和电气控制系统设计。PLC部分的主要内容有：PLC基础知识、PLC的 规格与系统配置、PLC的指令系统、编程软件和PLC控制系统设计。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。批注S1:补充该课程支撑的毕业要求指标点，见教务 处发的指标点支撑表格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；（指标点1.4）（2）能够应用自动化工程专业知识，并通过文献研究，分析过程的影响因素，对自动化工程领 域的复杂工程问题进行研究，得到有效解决方案；（指标点2.3）（3）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；（指标点3.2） 二、课程目标与要求批注S2:补充上该课程自己的课程目标，目标点可多 可少，能覆盖毕业指标点就行.2.1课程目标（1）掌握常用电气元器件的工作原理、使用方法，掌握三相异步电动机控制电路和典型机床的电 气控制电路，能够进行电气控制系统设计。（2）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。（3）掌握PLC的系统配置、指令系统、编程软件的使用和编程方法，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。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。（6）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60%,平时占20%、实验占20%,综合后给出总成绩。批注S6J:补充每种考核方式的具体打分标准，期末试 卷打分标准可以单独成文档，附在试卷分析部分.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20%实验成绩20%期末考试60%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O八、教学参考书1. 电气控制技术与PLC,徐世许，王美兴，程利荣，胡玉景编著，人民邮电出版社，20132. 工厂电气控制技术（第3版），方承远，机械工业出版社，2（X）63. ControlLogix系统实用手册，邓李编，机械工业出版社，20084. PLC编程及应用，廖长初编，机械工业出版社，20055. S7-200PLC编程与应用，何文雪，刘华波，吴贺荣编，机械工业出版社，2010九、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使学生能够掌握常用电气元器件的工作原 理、使用方法，掌握三相异步电动机控制电路 和典型机床的电气控制电路，能够进行电气 控制系统设计。H (0.6)M (0.2)H(0.2)2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 (0.8)L (0.2)3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，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L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)2.问题分析：能够应用数学、自然科学 和工程科学的基本原理，识别、表达、 并通过文献研究分析复杂控制系统设计 问题，以获得有效结论。指标点2.3：能够应用自动化工程专 业知识，并通过文献研究，分析过 程的影响因素，对自动化工程领域 的复杂工程问题进行研究，得到有 效解决方案。课程目标1 (0.3) 课程目标3 (0.7)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)批注S3:明确课程目标对毕业指标点支撑情况和权重批注S4J:明确课程目标实现的教学方式或手段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14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)2.问题分析：能够应用数学、自然科学 和工程科学的基本原理，识别、表达、 并通过文献研究分析复杂控制系统设计 问题，以获得有效结论。指标点2.3：能够应用自动化工程专 业知识，并通过文献研究，分析过 程的影响因素，对自动化工程领域 的复杂工程问题进行研究，得到有 效解决方案。课程目标1 (0.3)课程目标3 (0.7)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)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使学生能够掌握常用电气元器件的工作原理、使用方 法，掌握三相异步电动机控制电路和典型机床的电气 控制电路，能够进行电气控制系统设计。HMH2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。HL3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，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°HHH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。批注S5:对实现课程H标的教学方法或手段做一下说 明.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：常用低压电器 学时：3 （支撑课程目标1）教学内容：1 .低压电器的分类与发展概况；2 .低压电器的基本结构：电磁机构、触点系统、灭弧系统；3 .低压开关与低压断路器：刀开关、组合开关、低压断路器、漏电保护断路器；4 熔断器：熔断器的基本结构、熔断器的工作原理、熔体的技术参数、熔断器的选择；5 .接触器：接触器的结构和工作原理、交流接触器、直流接触器、接触器的技术参数、接触器 的选用原则；6 .继电器：中间继电器、热继电器、时间继电器、电流继电器、电压继电器、速度继电器、液位 继电器、热敏电阻式温度继电器；7 .主令电器：控制按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器与凸轮控制器。教学要求：1 .理解各种常用低压电器的组成、结构特点；2 .掌握各种常用低压电器的工作原理；3 .掌握各种常用低压电器的图形、文字符号及使用方法；4 . 了解各种常用低压电器的一般技术指标。重点、难点：1 .各种低压电器的使用方法；2 .漏电保护器的工作原理；3 .时间继电器的工作原理及图形符号。第2章：三相异步电动机电气控制线路 学时：7 （支撑课程目标1）教学内容：1 .电气控制系统图：常用电气图形符号和文字符号、电气原理图、电器布置图、电气安装接线 图；2 .基本控制环节：点动控制与长动控制、双向控制与互锁控制、顺序工作的联锁控制、多地点 控制、自动循环控制;3 .三相异步电动机的启动控制：三相笼型异步电动机的降压启动、三相绕线式异步电动机启动；4 .三相异步电动机的制动控制：反接制动、能耗制动、电磁抱闸制动；5 .三相异步电动机的调速控制：变极调速、绕线式电动机转子串电阻调速、电磁调速；6 .电气控制系统常用保护措施。教学要求：1 .掌握电气控制原理图的基本知识和绘图方法；2 .掌握三相异步电动机的启动、正反转、调速和制动的控制方法；3 .理解电气控制系统常用保护措施。重点、难点：1 .电气控制原理图的阅读和绘制；2 .电动机的各种保护环节和连锁环节；3 .三相异步电动机的Y-降压启动。第3章 典型机床的电气控制学时：2 （支撑课程目标1）教学内容：1 .电气控制线路分析基础：电气控制线路分析的内容、电气控制原理图的分析方法；2 .普通车床的电气控制线路：普通车床的结构及工作情况、普通车床的电气控制；3 .Z3040型摇臂钻床的电气控制线路：Z3040型摇臂钻床的结构及工作情况、Z3040型摇臂钻床 的电气控制；4 . M7130平面磨床的电气控制线路：M7I30平面磨床的结构及工作情况、M7130平面磨床的电 气控制。教学要求：1 .掌握电气控制线路、电气控制原理图的分析方法；2 .掌握常用车床的电气控制原理。重点、难点：1 .电气控制原理图的分析方法；2 .常用车床的电气控制原理图的阅读及理解。第4章 电气控制系统设计学时：2 （支撑课程目标1）教学内容：1 .电气控制系统设计的任务；2 .电气控制系统设计的步骤；3 .电气控制系统设计的原则；4 .电气控制线路的设计方法：电气控制线路的设计步骤、应用经验法的设计实例。教学要求：掌握电气控制系统的设计步骤和设计方法重点、难点：电气控制线路的经验法设计第5章 可编程序控制器基础学时：3 （支撑课程目标2）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的基本组成与各部分的作用：PLC的基本组成、PLC各部分的作用；5. PLC的工作原理：PLC的循环扫描工作过程、PLC的I/O滞后现象；6. PLC的编程语言：梯形图、语句表、功能块、结构文本；7. PLC的性能指标与分类。教学要求：1 .熟悉PLC的基础知识；2 .掌握PLC的结构、组成及功能；3 .掌握PLC的输入、输出电路原理；4 .掌握PLC的工作原理；5 . 了解PLC的发展趋势。重点、难点：1. PLC控制的基本概念；2. PLC的内部I/O电路;3. PLC的循环扫描工作原理第6章PLC的规格与系统配置学时：3 （支撑课程目标3）教学内容：1. PLC的各种单元：CPU单元、基本I/O扩展单元、特殊I/O单元2. PLC的系统配置：CPU单元的结构、I/O扩展配置、编程工具；3. PLC的输入/输出规格：输入规格、输出规格；4. PLC的继电器区与数据区：概述、数据类型、继电器区、数据区；教学要求：1 .熟悉PLC的各种单元；2 .掌握PLC的配置方法；3 .熟悉PLC的I/O规格；4 .掌握PLC的继电器区与数据区；重点、难点：1. PLC的内部输入、输出电路；2. PLC的继电器区与数据区第7章PLC的指令系统学时：6 （支撑课程目标3）教学内容：1 .概述；2 .基本指令：顺序输入/顺序输出指令、指令的微分执行和即时刷新执行、编程规则及技巧;3 .顺序控制指令；4 .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；5 .数据传送指令；6 .数据比较指令；7 .数据移位指令；8 .数据转换指令；9 .递增/递减指令；10 .四则运算指令;11 .逻辑运算指令；12 .单精度浮点转换与运算指令：浮点数、单精度浮点转换与运算指令；13 .子程序控制指令；14 .高速计数/脉冲输出指令；15 .步进指令;16 .中断控制指令。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应用指令的使用方法。重点、难点：1 .各种基本指令的功能及使用；2 .各种应用指令的功能及使用。第8章编程软件CXP学时：2 （支撑课程目标3）教学内容：1. CX-P 简介；2. CX-P 主窗口；3. CX-P 工程；4. CX-P 视图；5. CX-P 编程；6. CX-P在线工作；7. CX-P 监控。教学要求：1 .掌握CX-P的工程建立方法；2 .掌握CX-P的编程、设定、监控方法重点、难点：应用CX-P监控功能调试软件第9章PLC控制系统设计学时：5 （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 .多种工作方式的程序设计；7 .具有断电保持功能的程序设计；8 . PLC控制泡沫塑料切片机。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电气控制系统的接线与调试，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 .熟悉常用的电气元器件，掌握典型的电气控制电路的连接与调试2 .掌握PLC的常用指令的使用，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 实验内容第一部分：电气控制技术学时：6实验一多电机顺序运行控制线路学时：2 实验类型：基础性实验1 .掌握两电机顺序起停控制线路及其控制原理。2 .掌握多电机顺序运行控制线路的设计方法并锻炼一定的线路设计能力。3 .熟练连接线路并通电操作以验证控制功能的实作能力。实验二电机可逆运行控制线路学时：2 实验类型：基础性实验1 . 了解行程开关的结构、工作原理及使用方法。2 .掌握电机可逆（正反转）运行控制线路及其控制原理。3 .学习利用基本控制单元来扩展控制功能的设计方法。实验三 电机星形一三角形换接降压起动控制线路学时：2 实验类型：综合性实验1 . 了解时间继电器的结构、工作原理及使用方法。2 .掌握带时间继电器控制线路工作原理的分析方法。3 .掌握电机星形一三角形换接降压起动控制线路及其控制原理。第二部分：PLC学时：10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TIM/CNT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TIM/CNT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：2 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：3 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：电气控制技术实验指导书和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32+实验学时数16）第1章常用低压电器学时：3第2章三相异步电动机电气控制线路学时:6第3章典型机床的电气控制学时：2第4章电气控制系统设计学时：2第5章可编程序控制器基础学时：3第6章PLC的规格与系统配置学时：3第7章PLC的指令系统学时：6第8章编程软件CX-P学时：2第9章PLC控制系统设计学时：5笫一部分实验电气控制技术学时：6第二部分实验PLC学时：10六、教学方法（1）电气控制技术与PLC课程优化了电气控制技术和可编程序控制器原理与应用两 门课程的内容，两部分内容按1:2分配课时。（2）自动化工程学院先后与欧姆龙、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。（3）具体的教学目标：让学生达到“五会。即会设计，会进行常规电气控制系统和PLC控制 系统设计；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；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；会编程，即根据用户要求，编写出高质量的PLC控制程序；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。（4）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。（5）木课程既有理论问题，如控制系统设计方法，但大量是实践性问题，如常用的低压器件, 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