PLC自動化控制課程教案設計一、課程基本信息課程名稱PLC自動化控制課程代碼（根據(jù)院校實際填寫）課程性質(zhì)專業(yè)核心課適用專業(yè)自動化技術、機電一體化、電氣工程總課時64課時（理論32+實操32）學分4學分先修課程電工基礎、電子技術、電機與拖動后續(xù)課程工業(yè)組態(tài)軟件、智能制造系統(tǒng)二、課程定位與設計理念（一）課程定位本課程是自動化類專業(yè)的核心技能課程，旨在培養(yǎng)學生掌握PLC（可編程邏輯控制器）的基本原理、編程方法及工程應用能力，為后續(xù)學習工業(yè)控制、智能制造等課程奠定基礎。課程以“理實一體化”為核心，聚焦工業(yè)現(xiàn)場需求，重點培養(yǎng)學生的程序設計、設備調(diào)試及問題解決能力。（二）設計理念遵循“以職業(yè)能力為導向，以項目任務為載體，以學生為中心”的設計原則：1.職業(yè)需求對接：緊扣工業(yè)現(xiàn)場PLC應用場景（如機床控制、流水線分揀、包裝設備），選取西門子S7-200SMART或三菱FX3U等主流機型，確保教學內(nèi)容與企業(yè)需求一致；2.項目驅動教學：以“簡單任務→復雜任務→綜合項目”為主線，將理論知識融入項目實施過程，實現(xiàn)“做中學、學中做”；3.能力分層培養(yǎng)：針對不同學生的基礎，設計“基礎型任務（必做）、提升型任務（選做）、創(chuàng)新型任務（挑戰(zhàn)）”，滿足個性化學習需求。三、課程目標（一）知識目標1.掌握PLC的定義、特點、分類及工業(yè)應用場景；2.理解PLC的硬件結構（CPU、輸入/輸出模塊、電源、通信接口）及工作原理（掃描周期、輸入/輸出刷新）；3.熟悉PLC編程軟件（如STEP7-Micro/WINSMART、GXWorks2）的使用方法；4.掌握PLC基本指令（觸點、線圈、定時器、計數(shù)器）、功能指令（數(shù)據(jù)傳送、比較、運算）的語法及應用；5.了解PLC通信技術（如MODBUS、PROFINET）的基本概念。（二）能力目標1.能根據(jù)控制要求繪制PLC輸入/輸出（I/O）接線圖；2.能獨立編寫、調(diào)試簡單PLC程序（如LED循環(huán)、電機正反轉）；3.能利用仿真軟件（如S7-200SMARTSimulator）驗證程序邏輯；4.能完成工業(yè)現(xiàn)場常見設備（如傳送帶、分揀系統(tǒng)）的PLC控制項目設計與實施；5.能分析、解決PLC程序運行中的常見問題（如輸入信號丟失、輸出誤動作）。（三）素質(zhì)目標1.培養(yǎng)嚴謹?shù)倪壿嬎季S能力（程序設計需嚴格遵循邏輯規(guī)則）；2.提升團隊協(xié)作能力（綜合項目需分工完成接線、編程、調(diào)試）；3.樹立安全生產(chǎn)意識（實操中需遵守電工安全規(guī)范，避免設備損壞或人身傷害）；4.增強工程應用意識（關注程序的實用性、穩(wěn)定性及可維護性）。四、課程內(nèi)容設計課程內(nèi)容以“基礎知識→編程技能→項目應用”為邏輯主線，分為5個模塊，每個模塊包含“理論講解→仿真練習→實操驗證”三個環(huán)節(jié)。模塊一：PLC基礎知識（8課時）1.1理論內(nèi)容PLC的起源與發(fā)展（從繼電器控制到PLC的演變）；PLC的定義與特點（可靠性高、靈活性強、編程簡單）；PLC的硬件結構（CPU模塊、輸入模塊（DI）、輸出模塊（DO/AI/AO）、電源模塊、擴展模塊）；PLC的工作原理（掃描周期：輸入采樣→程序執(zhí)行→輸出刷新）；PLC的I/O地址分配（如西門子S7-200SMART的I0.0~I0.7、Q0.0~Q0.7）。1.2重點與難點重點：PLC的工作原理（掃描周期）、I/O地址分配；難點：掃描周期對輸入/輸出信號的影響（如輸入信號在掃描周期內(nèi)變化的處理）。1.3教學活動案例分析：對比繼電器控制電路與PLC控制電路的優(yōu)缺點（如繼電器電路修改困難，PLC通過修改程序即可調(diào)整控制邏輯）；仿真演示：用PLC仿真軟件模擬掃描周期過程（輸入信號變化→程序執(zhí)行→輸出信號更新）；實操練習：識別PLC實訓臺的硬件組件（CPU、輸入/輸出端子），完成I/O地址標簽的粘貼。模塊二：PLC編程軟件與基本指令（16課時）2.1理論內(nèi)容PLC程序的結構（主程序、子程序、中斷程序）；基本指令：觸點類（常開觸點NO、常閉觸點NC）；線圈類（輸出線圈、中間繼電器線圈M）；定時器（TON通電延時、TOF斷電延時、TONR保持型延時）；計數(shù)器（CTU增計數(shù)器、CTD減計數(shù)器、CTUD增減計數(shù)器）。2.2重點與難點重點：基本指令的語法與應用（如定時器的時間設定、計數(shù)器的計數(shù)范圍）；難點：定時器與計數(shù)器的組合使用（如用定時器控制計數(shù)器的復位）。2.3教學活動仿真練習：用仿真軟件編寫“LED燈閃爍程序”（TON定時器控制Q0.0通斷，周期2秒）；模塊三：典型電路PLC控制（16課時）3.1理論內(nèi)容電機正反轉控制（接觸器互鎖、PLC程序互鎖）；星三角降壓啟動控制（時間繼電器切換、PLC定時器切換）；LED矩陣循環(huán)控制（移位指令SHR/SHL的應用）；按鈕聯(lián)鎖與自鎖電路（如啟動按鈕自鎖、停止按鈕聯(lián)鎖）。3.2重點與難點重點：電機正反轉的PLC程序設計（避免主電路短路）；難點：星三角啟動的時間控制邏輯（確保星型運行時間足夠）。3.3教學活動任務驅動：給出“電機正反轉控制”任務要求（啟動按鈕→正轉，停止按鈕→停止，反轉按鈕→反轉，具備互鎖功能）；小組討論：學生分組設計I/O接線圖（輸入：啟動/停止/反轉按鈕；輸出：正轉/反轉接觸器）；模塊四：PLC功能指令與綜合應用（16課時）4.1理論內(nèi)容數(shù)據(jù)傳送指令（MOV：將常數(shù)或寄存器值傳送到目標寄存器）；比較指令（CMP：比較兩個值的大小，輸出邏輯信號）；算術運算指令（ADD/Sub：加法/減法運算）；邏輯運算指令（AND/OR：與/或邏輯運算）；中斷指令（如外部中斷、定時中斷）。4.2重點與難點重點：功能指令的參數(shù)設置（如MOV指令的源地址與目標地址）；難點：中斷程序的設計（如外部信號觸發(fā)中斷，快速響應緊急停止）。4.3教學活動綜合實操：完成“LED矩陣循環(huán)顯示”項目（用移位指令SHL控制8個LED燈依次點亮，周期1秒）。模塊五：工業(yè)現(xiàn)場綜合項目實戰(zhàn)（8課時）5.1項目選題（可選）項目1：傳送帶物料分揀系統(tǒng)（檢測物料顏色→控制氣缸推料→計數(shù)器統(tǒng)計數(shù)量）；項目2：自動售貨機控制（硬幣輸入→按鈕選擇→出貨→找零）；項目3：恒溫水箱控制（溫度傳感器檢測→PLC調(diào)節(jié)加熱管輸出→保持溫度恒定）。5.2項目實施流程1.需求分析：明確項目的輸入（傳感器、按鈕）、輸出（執(zhí)行機構、顯示）及控制邏輯；2.方案設計：繪制I/O接線圖、程序流程圖；3.程序編寫：利用基本指令與功能指令編寫控制程序；5.總結匯報：小組展示項目成果，教師點評（重點評價程序的實用性、穩(wěn)定性）。5.3重點與難點重點：項目的整體設計能力（從需求到方案的轉化）；難點：程序的調(diào)試與優(yōu)化（解決現(xiàn)場干擾、執(zhí)行機構響應慢等問題）。五、教學方法與手段（一）教學方法1.理實一體化教學：理論講解與實操練習同步進行（如講完基本指令后，立即進行仿真與實操）；2.項目驅動教學：以項目為載體，將理論知識融入項目實施過程（如“電機正反轉”項目涵蓋了觸點、線圈、互鎖等知識）；3.案例教學：用工業(yè)現(xiàn)場真實案例（如傳送帶控制、分揀系統(tǒng)）講解知識點，增強學生的工程應用意識；4.小組協(xié)作學習：綜合項目以小組（3-4人）為單位完成，分工負責接線、編程、調(diào)試，提升團隊協(xié)作能力。（二）教學手段1.仿真軟件：利用S7-200SMARTSimulator、GXWorks2仿真軟件，降低設備損耗，提高練習效率；2.多媒體教學：通過課件、視頻（如編程軟件操作教程、PLC調(diào)試技巧）輔助講解，增強直觀性；3.在線資源：建立課程網(wǎng)站，上傳課件、仿真軟件、實操指導書，方便學生自主學習；4.虛擬實訓：利用虛擬PLC實訓平臺（如“PLC虛擬仿真系統(tǒng)”），讓學生在沒有實物設備的情況下進行練習。六、課程評價設計采用“過程性評價+終結性評價”相結合的評價方式，全面反映學生的知識掌握、技能水平及素質(zhì)養(yǎng)成情況。（一）過程性評價（占40%）評價環(huán)節(jié)評價內(nèi)容權重課堂參與考勤、回答問題、小組討論表現(xiàn)10%作業(yè)與練習編程作業(yè)、仿真練習報告10%項目過程記錄項目需求分析、方案設計、調(diào)試日志10%（二）終結性評價（占60%）評價環(huán)節(jié)評價內(nèi)容權重筆試PLC基礎知識、指令語法、工作原理20%實操考試給定任務（如電機正反轉）的程序編寫與調(diào)試30%項目答辯綜合項目的成果展示與問題回答10%七、課程實施建議（一）課時安排模塊理論課時實操課時合計模塊一：PLC基礎知識448模塊二：基本指令與編程8816模塊三：典型電路控制8816模塊四：功能指令與綜合應用8816模塊五：綜合項目實戰(zhàn)448**總計****32****32****64**（二）教材與資源1.主教材：選取工業(yè)主流機型的教材，如《西門子S7-200SMARTPLC應用技術》（作者：王兆義，機械工業(yè)出版社）、《三菱FX3UPLC編程與應用》（作者：張萬忠，化學工業(yè)出版社）；2.參考資料：《PLC編程手冊》（西門子/三菱官方文檔）、《工業(yè)控制案例集》（收集企業(yè)真實項目案例）；（三）實訓設備要求1.PLC實訓臺：配備西門子S7-200SMART或三菱FX3UPLC主機、輸入/輸出模塊、電源模塊；2.執(zhí)行機構：電機（三相異步電機）、氣缸、LED燈、傳送帶；4.工具：萬用表、螺絲刀、接線端子排。八、課程特色與創(chuàng)新1.對接工業(yè)需求：選取企業(yè)常用的PLC機型（如S7-200SMART），教學內(nèi)容緊扣工業(yè)現(xiàn)場應用（如分揀系統(tǒng)、傳送帶控制）；2.理實深度融合：每節(jié)課均包含理論講解與實操練習，實現(xiàn)“知識→技能→應用”的轉化；3.評價方式多元：過程性評價與終結性評價結合，注重學生的能力發(fā)展（如項目答辯評價學生的綜合應用能力）；4.資源豐富實用：提供仿真軟件、在線課程、企業(yè)案例等資源，滿足學生的個性化學習需求。九、課程考核與反饋1.考核結果分析：每學期結束后，對學生的考核結果進行統(tǒng)計分析（如筆試通過率、實操得分分布），找出教學中的薄弱環(huán)節(jié)（如功能指令應用能力不足），調(diào)整后續(xù)教學內(nèi)容；2.學生反饋：通過問卷調(diào)查、座談會等方式，收集學生對課程