機電傳動與PLC 教學(xué)大綱

PAGEPAGE9《機電傳動與PLC》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱機電傳動與PLC課程編號課程性質(zhì)必修課課程類別核心課開課單位機電工程學(xué)院授課學(xué)期第五學(xué)期學(xué)分/學(xué)時2.5/44課內(nèi)學(xué)時44理論授課40上機學(xué)時0課內(nèi)實踐0實驗學(xué)時4課外學(xué)時44適用專業(yè)智能制造工程是否雙語否先修課程電工電子技術(shù)后續(xù)課程機電液控一體化技術(shù)課程設(shè)計、智能加工技術(shù)、機電伺服控制技術(shù)二、課程簡介《機電傳動與PLC》是智能制造工程專業(yè)的一門重要核心課程。本課程由電氣控制中常用的低壓電器的工作原理和應(yīng)用方法入手，講授了有關(guān)電氣圖的基本知識，系統(tǒng)地介紹了常規(guī)電氣控制電路的基本控制原則和基本控制環(huán)節(jié)，詳細地分析了典型生產(chǎn)機械的電氣控制電路。結(jié)合實際原理的基礎(chǔ)上，介紹了典型PLC產(chǎn)品的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理。本課程的特點是實踐性較強、是繼承傳統(tǒng)課程基礎(chǔ)上發(fā)展起來的較為新興課程。通過本課程學(xué)習(xí),使學(xué)生在電氣控制與可編程序控制器技術(shù)方面具有較為廣泛和實用的知識，能夠在工程實踐中正確地設(shè)計、使用和研制設(shè)備或生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)。三、課程目標(biāo)及對畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐（一）課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達到以下目標(biāo)：課程目標(biāo)1（知識目標(biāo)）：通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握常用低壓電器的原理和選擇方法；能夠設(shè)計三相異步電動機的啟動、制動等各類控制電路，培養(yǎng)機械電氣控制系統(tǒng)工作原理的分析能力。課程目標(biāo)2（能力目標(biāo)）：掌握可編程序控制器的工作原理和編程方法，能初步進行PLC控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計和調(diào)試;能夠在工程實踐中正確地設(shè)計、使用和研制設(shè)備或生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)；能夠使用PLC編程及仿真軟件；具有不斷學(xué)習(xí)PLC新技術(shù)和適應(yīng)發(fā)展的能力。課程目標(biāo)3（素質(zhì)目標(biāo)）：通過課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生追求真理的理想和獻身科學(xué)的精神，樹立學(xué)生現(xiàn)代科學(xué)的自然觀、宇宙觀和辯證唯物主義世界觀。通過了解電氣控制和PLC技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用案例，激發(fā)學(xué)生的家國情懷、求知熱情、探索和創(chuàng)新精神，使學(xué)生善于思考，勇于實踐。（二）課程目標(biāo)對畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點畢業(yè)要求課程目標(biāo)1指標(biāo)點1-3：工程知識1-3學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識，掌握解決復(fù)雜智能制造工程問題的基本思路和方法課程目標(biāo)2指標(biāo)點2-2：問題分析2-2能夠?qū)⑾嚓P(guān)基礎(chǔ)理論和基本原理綜合應(yīng)用于復(fù)雜工程問題的表述，對復(fù)雜工程問題的解決途徑進行分析、對比并試圖改進課程目標(biāo)3指標(biāo)點3-3：設(shè)計/開發(fā)解決方案3-3能夠設(shè)計滿足特定需求的智能制造系統(tǒng)、零部件或制造工藝，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識。四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對課程目標(biāo)的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一單元低壓電器基礎(chǔ)（學(xué)時數(shù)：4學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容電器對電能的產(chǎn)生、輸送、分配與應(yīng)用起著控制、調(diào)節(jié)、檢測和保護作用，在自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用極為廣泛，繼電器、接觸器等工業(yè)低壓電器在電氣控制中具有重要地位?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）是計算機技術(shù)與繼電器-接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，PLC的輸入、輸出與低壓電器密切相關(guān)，因此，掌握低壓電器及控制技術(shù)是掌握PLC應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)。本章主要講授常用低壓電器原理及結(jié)構(gòu)。2.重點和難點（1）重點：接觸器、繼電器、熔斷器、低壓隔離器和低壓斷路器的原理及結(jié)構(gòu)。（2）難點：接觸器的工作原理；電壓、電流繼電器的原理及結(jié)構(gòu)；時間繼電器的原理及結(jié)構(gòu)；熱繼電器的原理及結(jié)構(gòu)；速度繼電器的原理及結(jié)構(gòu)。3.教學(xué)方法（1）采用“講授+多媒體動畫”的方式，使學(xué)生生動地掌握各種接觸器、繼電器的工作原理和結(jié)構(gòu)。（2）采用“講授+思政案例”的方式，將熱繼電器比作量變到質(zhì)變的飛躍，激發(fā)同學(xué)們不畏艱難、持之以恒的工作作風(fēng)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果（1）掌握接觸器、繼電器、熔斷器、低壓隔離器和低壓斷路器的原理及結(jié)構(gòu)。（2）具備根據(jù)工況條件，分析低壓電器工作狀態(tài)的能力。5.支撐課程目標(biāo)通過本單元的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們掌握能夠設(shè)計三相異步電動機的啟動、制動等各類控制電路，對課程目標(biāo)1、3起到了支撐作用，并為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定了理論基礎(chǔ)。第二單元電氣控制基本環(huán)節(jié)（學(xué)時數(shù)：10學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容電氣控制系統(tǒng)是由電氣設(shè)備及電器元件按照一定的控制要求連接而成。本章主要講授電路圖（電氣原理圖）、電氣接線圖、電器原件布置圖的用途，使同學(xué)們掌握電氣原理圖的閱讀方法。系統(tǒng)地闡述電動機的啟動/制動控制、正反轉(zhuǎn)控制、雙速電機控制等控制方法和電氣控制電路。2.重點和難點（1）重點：電氣圖的基本知識，電氣圖紙規(guī)范；三相異步電機的基本控制電路；雙速電動機的高低速調(diào)節(jié)電路。（2）難點：三相異步電動機的正反裝控制電路、制動控制電路；電動機的電動控制；電動機的自鎖與互鎖控制。3.教學(xué)方法（1）采用“講授+多媒體動畫”的方式，使同學(xué)們深刻理解電氣控制的基本控制電路。（2）采用“講授+案例教學(xué)”的方式，以生產(chǎn)實際問題引入教學(xué)內(nèi)容，使同學(xué)們理解所學(xué)知識的意義。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果（1）掌握電氣圖的基本知識，電氣圖紙規(guī)范；三相異步電機的基本控制電路。（2）具備分析實際控制電路控制系統(tǒng)原理的能力。5.支撐課程目標(biāo)通過本單元的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們能夠設(shè)計和分析三相異步電動機的啟動、制動等各類控制電路，培養(yǎng)機械電氣控制系統(tǒng)工作原理的分析能力，對課程目標(biāo)1起到了支撐作用。第三單元電氣控制電路實例分析與設(shè)計（學(xué)時數(shù)：6學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容想要透徹的分析電氣控制系統(tǒng)，必須了解系統(tǒng)的主要技術(shù)性能及機械傳動、液壓和氣動的工作原理，還要弄清各個電動機、電器的安裝部位和操作手柄、開關(guān)、控制按鈕的操作方法。本章以幾種典型機床的控制電路為例，進一步掌握控制電路的組成、典型環(huán)節(jié)的應(yīng)用和分析控制電路的方法，為獨立設(shè)計打下基礎(chǔ)。2.重點和難點（1）重點：臥式車床的控制電路；搖臂鉆床的電氣控制電路；組合機床的電氣控制電路。（2）難點：臥式車床的主電路分析；搖臂鉆床的主電路分析；組合機床的主電路分析；電氣控制電路的設(shè)計方法。3.教學(xué)方法（1）采用“講授+視頻動畫”的方式，使同學(xué)們直觀的認識各種機床的工作原理及結(jié)構(gòu)。（2）采用“講授+案例教學(xué)”的方式，使同學(xué)們掌握各種機床主電路的分析方法。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果（1）掌握電氣控制電路的閱讀分析方法。（2）掌握分析臥式車床的電氣控制電路的方法。（3）掌握分析Z3040型搖臂鉆床的電氣控制電路的方法。（4）掌握電氣控制電路的設(shè)計方法。（5）掌握電氣控制電路中各電氣元件的選擇方法5.支撐課程目標(biāo)通過本單元的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們掌握典型機床的電氣控制電路原理，具備對控制電路的分析能力，對課程目標(biāo)1起到支撐作用。第四單元可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理（學(xué)時數(shù)：4學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容20世紀(jì)60年代，由于小型計算機的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)及多機群控的發(fā)展，人們曾試圖用小型計算機來實現(xiàn)工業(yè)控制，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電接觸器控制。但采用小型計算機實現(xiàn)工業(yè)控制價格昂貴，輸入、輸出電路不匹配，編程技術(shù)復(fù)雜，因而沒能得到推廣和應(yīng)用。20世紀(jì)60年代末期，可編程控制器應(yīng)運而生，它具有繼電控制系統(tǒng)設(shè)計周期短，更改容易，接線簡單，成本低；能把計算機的功能和繼電器控制系統(tǒng)結(jié)合起來；編程又比計算機簡單易學(xué)、操作方便；系統(tǒng)通用性強等優(yōu)勢。本章主要講授可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理。2.重點和難點（1）重點：可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展過程；可編程控制器的定義和特點；可編程控制器的工作原理。（2）難點：可編程控制器的工作原理；可編程控制器的編程語言。3.教學(xué)方法（1）采用“講授+思政教學(xué)”的方式，引入PLC之父迪克莫利的生平，激發(fā)學(xué)生勇于面對困難，和探索創(chuàng)新精神。（2）采用“講授+案例教學(xué)”的方式，使同學(xué)們掌握可編程控制器的工作原理和編程語言。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果（1）了解可編程序控制器的產(chǎn)生及發(fā)展過程。（2）了解可編程序控制器的定義及特點。（3）理解可編程序控制器的工作原理。（4）理解可編程序控制器的硬件及其分類。5.支撐課程目標(biāo)通過本單元的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們了解可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展過程，掌握可編程控制器的定義和特點，熟悉可編程控制器的工作原理。結(jié)合思政元素的引入，對課程目標(biāo)2、3起到支撐作用。第五單元可編程控制器程序設(shè)計基礎(chǔ)（學(xué)時數(shù)：12學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容本章主要講授可編程序控制器的主要編程元件，可編程控制器的編程語言與程序結(jié)構(gòu)，位邏輯指令、定時器指令和計數(shù)器指令。講授梯形圖的經(jīng)驗設(shè)計法，并根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計梯形圖的基本過程。2.重點和難點（1）重點：PLC的編程語言、程序結(jié)構(gòu)和基本指令；梯形圖編程規(guī)則、語句表編程規(guī)則；基本指令編程舉例。（2）難點：PLC基本指令梯形圖、語句表和功能塊圖的規(guī)則；PLC的觸點指令、線圈指令、邏輯堆棧指令和RS觸發(fā)器指令；PLC的計時器和計數(shù)器指令；延時斷開、分頻電路、振蕩電路、報警電路和十字路口交通燈基本指令程序分析。3.教學(xué)方法（1）采用“講授+案例教學(xué)”的方式，以程序?qū)崿F(xiàn)的結(jié)果為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，掌握PLC的編程語言和基本指令。（2）采用“講授+前沿介紹”的方式，結(jié)合機電工程學(xué)院教師科研項目，使同學(xué)們接觸PLC在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維的同時，使學(xué)生掌握根據(jù)需求設(shè)計PLC結(jié)構(gòu)與指令的能力。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果（1）了解可編程序控制器主要編程元件。（2）掌握可編程序控制器的編程語言與程序結(jié)構(gòu)。（3）掌握存儲器的數(shù)據(jù)類型和尋址方式。（4）掌握位邏輯指令、定時器與計數(shù)器指令。（5）掌握梯形圖的經(jīng)驗設(shè)計法、掌握根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計梯形圖的基本過程。5.支撐課程目標(biāo)通過本單元的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們掌握PLC的編程語言、程序結(jié)構(gòu)和基本指令，具備設(shè)計PLC程序的能力。結(jié)合學(xué)科前沿項目的引入，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新精神，對課程目標(biāo)2、3起到支撐作用。第六單元順序控制設(shè)計方法（學(xué)時數(shù)：10學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容PLC的順序控制是一種編程方法，根據(jù)一定的邏輯條件和操作順序，自動控制生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)。順序控制通過編寫程序，將復(fù)雜的操作過程分解成一系列簡單的步驟或動作，按照特定的順序依次執(zhí)行這些動作。通過順序控制的方式，可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化和優(yōu)化，提高工作效率并減少錯誤的發(fā)生。2.重點和難點（1）重點：狀態(tài)編程的思想；順控繼電器指令及特點；狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及順控指令應(yīng)用示例。（2）難點：順序控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；順控繼電器指令示例分析；單流程狀態(tài)轉(zhuǎn)移示例分析；選擇性分支示例分析；并行分支示例分析。3.教學(xué)方法（1）采用“講授+案例教學(xué)”的方式，將PLC的順序控制在生產(chǎn)中的實際應(yīng)用穿插在教學(xué)內(nèi)容中，使同學(xué)們掌握順序控制編程方法。（2）采用“講授+多媒體動畫”的方式，將不同順序控制示例做成演示動畫，結(jié)合控制程序的分析，使同學(xué)們清晰的掌握所學(xué)內(nèi)容。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果（1）理解狀態(tài)編程思想及步進梯形指令的使用方法。（2）理解狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的類型及步進梯形圖的實際應(yīng)用。（3）掌握使用步進梯形指令的梯形圖程序設(shè)計方法。（4）掌握傳送與比較應(yīng)用指令、算術(shù)及邏輯運算應(yīng)用指令、數(shù)據(jù)處理應(yīng)用指令。（5）掌握程序控制指令使用方法。5.支撐課程目標(biāo)通過本單元的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們掌握狀態(tài)編程的思想，順控繼電器指令及特點，具有分析狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及順控指令程序，根據(jù)實際需求編寫PLC順序控制程序的能力，對課程目標(biāo)2起到支撐作用。（二）課程基本教學(xué)內(nèi)容對課程目標(biāo)的支撐課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)學(xué)時安排課內(nèi)課外學(xué)時比例第一單元低壓電器基礎(chǔ)講授法、思政案例、多媒體動畫課程目標(biāo)1、341.5第二單元電氣控制基本環(huán)節(jié)講授法、多媒體動畫、案例教學(xué)課程目標(biāo)1101.4第三單元電氣控制電路實例分析與設(shè)計講授法、視頻動畫、案例教學(xué)課程目標(biāo)161.3第四單元可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理講授法、思政教學(xué)、案例教學(xué)課程目標(biāo)2、341.5第五單元可編程控制器程序設(shè)計基礎(chǔ)講授法、案例教學(xué)、前沿介紹課程目標(biāo)2、3121.3第六單元順序控制設(shè)計方法講授法、案例教學(xué)、多媒體動畫課程目標(biāo)2101.4合計4464五、課程考核及對課程目標(biāo)的支撐（一）課程考核課程成績構(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標(biāo)分值考核/評價細則平時成績40%作業(yè)（百分制）30本門課程5次作業(yè)，主要考核各章節(jié)教學(xué)重點和難點內(nèi)容，作業(yè)評分的具體標(biāo)準(zhǔn)為提交時效性和準(zhǔn)確率；目標(biāo)分值=0.3*作業(yè)平均成績*時效系數(shù)；其中，時效系數(shù)=（1-延遲提交作業(yè)天數(shù)*0.1），時效系數(shù)最低值為0.5。實驗（百分制）30按照實驗操作、實驗報告質(zhì)量評分課堂表現(xiàn)（百分制）40參與課堂互動、投票、問答、討論等課程活動獲得相應(yīng)分數(shù)，主要考核學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握程度和課堂聽課狀態(tài)。期末考試60%知識40主要考核學(xué)生對所學(xué)重點、難點的掌握程度內(nèi)容及占比為：低壓電器基礎(chǔ)（10%）；電氣控制基本環(huán)節(jié)（20%）；電氣控制電路實例分析與設(shè)計（20%）；可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理（20%）；可編程控制器程序設(shè)計基礎(chǔ)（15%）；順序控制設(shè)計方法（15%）?？荚囶}型為填空（20分）、判斷（10分）、選擇（20分）、簡答（20分）、綜合（30分）。能力30綜合應(yīng)用20創(chuàng)新10（二）課程考核對課程目標(biāo)的支撐教學(xué)內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標(biāo)第一單元低壓電器基礎(chǔ)1-1接觸器、繼電器、熔斷器、低壓隔離器和低壓斷路器的原理及結(jié)構(gòu)作業(yè)、期末考試課程目標(biāo)1、3第二單元