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1、PLC及其组态技术应用课程标准课程代码：B0705410课程类别：专业核心课程授课系（部）：智能制造学院学分学时：5学分74学时一、课程定位1、课程性质PLC及其组态技术应用是机电一体化技术专业的一门核心专业课程，可编程序控制器（PLe）作为现代化的自动控制装置已普遍应用于工业企业的各个领域，是生产过程自动化必不可少的智能控制设备，结合组态技术实现实时监控，使PLC的仿真与优化具有实际意义。它综合了计算机技术、电气控制技术、自动控制技术和通信技术，具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、抗干扰性强的特点。2、课程作用学生毕业后从事机电一体化方面的工作时，需要掌握PLC的
2、基本工作原理，具有硬件接线能力、利用梯形图或语句表进行编程的能力、能进行PLC与组态软件的联机调试和故障诊断。通过理论和实践教学，使学生在学习PLC的原理、结构的基础上，系统学习常用PLC的硬件安装、接线，编程软件的使用方法，组态与PLC的联机方法，组态的动画界面绘制和变量匹配方法，组态的仿真运行操作，典型PLC项目的实施方法。系统训练学生在PLC及其组态控制系统的设计、安装、调试、维护等方面的技能，为今后从事机电控制领域的工作打下基础。二、课程目标本课程以西门子S7300系列PLC为学习载体，结合WineCFleXibIe组态软件，重点掌握梯形图编程方法和WinCCFleXibIe的动画制作
3、方法，将控制系统常用到的各种输入元件、输出元件、与被控对象一起构成应用项目，进行工学结合式的学习，从而使学生掌握梯形图语言编程的基本规则与方法，WinccFlexible与PLC联机运行程序的方法。掌握可编程控制系统的应用开发方法，能利用PLC的资源实现一些基本的数据处理与控制。进一步掌握一些基本的信号检测、处理、变送方法。为专业课程打下学习基础和能力训练基础。（一）知识目标：1 .根据PLC的性能、特点及控制功能正确选用PLC、懂得PLC的组成及基本工作原理。2 .熟练连接PLC的输入输出设备、懂得PLC内部存储器分配情况；3 .使用位逻辑指令及定时器/计数器指令编写逻辑控制程序、使用跳转指
4、令、步进指令编写步进系统的应用程序、能够熟练使用传送指令、比较指令、移位指令、算术逻辑运算指令、转换指令来编写控制程序，懂得PLC的指令寻址方式。4 .掌握组态控制技术中常用的基本术语、定义、概念和规律。5 .掌握组态控制技术组态方法，通过工程实例，学会制作组态相关工程。连接PLC网络、能够利用PLC网络实现连机控制，懂得PLC的通信方法。6 .使用输入中断、定时中断、高速计数器中断处理有关现场问题，懂得各类型中断的使用方法。7 .正确使用模拟量I/O模块、编写模拟量处理的有关程序及使用PLC的PlD功能，懂得模拟量输入/输出模块性能及在系统中的地址分配、懂得模拟量输入输出数据的处理方法、懂得
5、PLC实现PlD控制的方法。8 .进行PLC控制系统的硬软件设计，懂得PLC控制系统设计的基本原则及步骤。（二）能力目标1 .通过理论实践一体化课堂学习，使学生获得较强的实践动手能力，使学生具备必要的基本知识，具有一定的查阅图书资料进行自学、分析问题、提出问题的能力。2 .能够通过一种类型PLC的应用迁移到另一种类型的PLC应用，对不同类型PLC的内存分配、输入输出端子及指令系统具有较强的理解运用能力。3 .能够对生产现场的各类机械设备进行电气控制要求的分析，并能通过分析提出PLC解决方案，开展PLC系统的设计、调试工作。4 .具备组态软件与开关量设备、模拟量等设备的联机调试能力；（三）素质目
6、标1 .对从事PLC应用设计工作，充满热情。2 .有较强的求知欲，乐于、善于使用所学PLC技术解决生产实际问题。具有克服困难的信心和决心，从战胜困难、实现目标、完善成果中体验喜悦。3 .具有实事求是的科学态度，乐于通过亲历实践实现，检验、判断各种技术问题。4 .在工作实践中，有与他人合作的团队精神，敢于提出与别人不同的见解，也勇于放弃或修正自己的错误观点。有服务于人类的意识，有理想，有抱负，热爱祖国，有振兴中华的使命感和责任感。上述三个层面的目标相互渗透、有机联系，共同构成PLC及其组态技术应用课程的培养目标。在具体的教学活动中，要引导学生在应用PLC及其组态技术的过程中，实现知识与技能、过程
7、与方法、情感态度与价值观等不同层面职业素养的综合提升和协调发展。三、课程设计1、设计思想教学内容框架课程模块单元任务PLC及其组态技术应用模块一：PLC的认识初步单元11PLC的基本知识单元1-2基本逻辑指令任务11电动机的启停控制任务12电动机的正反转控制模块二：PLC的基础指令及组态控制单元21定时器指令单元22WinccFlexible的使用唯元23置位复位指令任务21电动机的降压启动控制任务2-2抢答器的控制及组态模块三:PLC的数据处理单元31计数器指令单元32数据传送、比较及移位指令单元33转换与运算指令任务31交通灯的控制任务3-2喷泉系统的控制任务33自动售货机的控制模块四：P
8、LC的工业自动化控制单元41模拟量的处理单元42顺序功能图及S7GRAPH任务41搅拌器控制系统任务42机械手分拣系统任务4-3运料小车的控制总体设计思路为了更好地培养高素质的技能型人才，我们遵循以应用为目的，必须够用为尺度，以掌握基本知识，强化技能培养为重点，将课程内容进行整合和序化。课程整个教学通过采用项目式一体化教学方式，重点是培养学生掌握应用PLC及其组态进行系统设计和编制控制程序并调试运行的能力。在组织教学内容上，改为按职业岗位需求进行教学内容分解，把分解后支持岗位技能所需的知识与技能进行归类、组织成一定数量的模块及项目，每个模块有明确的任务,围绕可编程控制器及组态技术在生产中的应用
9、领域，考虑由浅入深、由简单到复杂、由基础到综合的原则，精心设计了4个模块学习领域，14个子任务，在模块化的教学过程中，穿插实验和案例练习对重点知识内容加深理解和巩固。通过在教师指导下，让学生完成这些任务，从而获得职业岗位所需的知识与技能。课程开发和学习情境设计，整个学习领域由以下学习模块组成:学习模块1学习模块2学习模块3学习模块4PLC的认识初步PLC的基础指令及组态控制PLC的数据处理PLC的工业自动化控制2、课时分配本课程课时为74课时，其中理论教学46课时，实践教学28课时。序号课程单元学习单元及教学要求参考学时学习单元教学要求理论教学实践教学1PLC的认识初步单元11PLC的基本知识
10、1 .熟悉PLC的主要组成；2 .掌握CPU的工作方式和工作过程。6O单元12基本逻辑指令1 .了解PLC的数据存储类型；2 .了解PLC的编址方式和寻址方式；3 .掌握基本位逻辑指令及应用。822PLC的基础指令及组态控制单元13定时器指令L掌握定时器的类型；2 .掌握定时器的指令格式及功能；3 .掌握不同定时器的运行及输出特性。22单元21WinccFlexible的使用1 .了解组态软件界面；2 .掌握组态工程的建立及组态与PLC的连接；3 .掌握组态动画对象与PLC变量的24匹配。单元22置位复位指令1 .掌握置位复位指令的使用特性；2 .掌握触发器指令的使用方法。423PLC的数据处
11、理单元3-1计数器指令1 .熟悉计数器的计数方式；2 .掌握计数器的类型；3 .掌握计数器的格式和功能应用。22单元3-2数据传送、比较及移位指令1 .掌握数据传送指令的格式和用法；2 .掌握移位指令的功能及应用；3 .掌握数据比较指令的格式及应用。44单元3-3转换与运算指令1 .掌握数据转换指令的功能和用法；2 .掌握算术运算指令的使用和数据类型。444PLC的工业自动化控制单元41模拟量的处理1 .熟悉模拟量输入模块的基本工作原理；2 .熟悉模拟量输出模块的基本工作原理；3 .掌握模拟数据的处理方法。44单元42顺序功能图及S7GRAPH1 .熟悉顺序功能流程图的绘制思想；2 .熟悉顺序
12、功能图的基本结构；3 .了解单序列、选择序列、并行序列的编程方法；4 .掌握S7GRARH语言的使用方法。1()4合计743、课程单元描述课程单元1课程单元名称PLC的认识初步课时数理论教学实践教学142学习知识目标1.熟悉PLC的主要组成；2.掌握CPU的工作方式和工作过程；3.了解PLC的数据存储类型；4.了解PLC的编址方式和寻址方目标式；5.掌握基本位逻辑指令及应用。能力目标1.能熟练使用改变CPU工作方式的方法；2.能对输入/输出端子正确接线；3.能使用STEP7绘制梯形图；4.能对数据的长度进行正确判断并选择合适的存储单元；5.能对正确使用直接寻址和间接寻址；6.能使用基本位逻辑指
13、令进行编程；素质目标1.培养学生善于掌握学习方法，以加深对知识的理解和提升，培养学生的钻研和创新精神；2.培养学生的善于沟通、团队协作和勇于挑战的能力；3.通过实践训练，培养学生守时诚信、严谨踏实的工作作风和吃苦耐劳的精神；4.使学生具备安全意识和经济成本意识；5.使学生具有一定的逻辑思考能力。学习内容LPLC的由来及主要构成；2 .PLC的逻辑运算、工作方式及工作原理；3 .STEP7软件介绍;4 .数据的长度；5 .元件的编址方式和寻址方式；6 .各种存储元件的工作原理和功能特性；7 .基本位逻辑指令的格式及使用方法；教学方法和建议教学方法：案例教学法、引用法、讨论法、反思法、实践法教学建
14、议：教学一体化教学条件要求1.课程标准2.授课计划3.授课教案4.教学案例学生已有基础电工基础、电子技术、电机及电力拖动、电气控制系统教师所需执教能力要求1、能够完成PLC系统设计、调试2、具有较高的教学水平校企双师授课安排建议校内教师授课内容：PLC原理与结构的讲解，PLC编程软件的使用，仿真软件的使用；PLC内部元件介绍；基本位逻辑指令和上机练习；课程单元2课程单元名称PLC的基础指令及组态控制课时数理论教学实践教学88学习目标知识目标1.掌握定时器指令的功能及应用。2.了解组态软件界面；3.掌握组态工程的建立及组态与PLC的连接；4.掌握组态动画对象与PLC变量的匹配。5.掌握组态工程与
15、PLC的联机调试运行；6.掌握置位复位指令的使用特性；7.掌握触发器指令的使用方法。能力目标L能正确使用定时器指令设计程序。2.能正确在STEP7中增加HMl站；3.能正确选择组态工程的触摸屏；4.能将组态动画对象与PLC变量正确关联；5.能在WinCCFIeXible仿真运行时操作开关或按钮实现自动控制；6.能使用置位复位指令控制外部负载的通断电；7.能正确利用触发器指令的优先权。素质目标1 .培养学生在分析和解决问题时学以致用、独立思考的能力；2 .培养学生具有良好的职业道德、敬业精神和社会责任心；3 .使学生具备安全意识和经济成本意识；4.使学生具有一定的逻辑思考能力；5.具有较强的文化
16、素质修养；6.具有一定的文字处理能力。学习内容L定时器的使用方法2. WinccFleXible界面介绍;3. WinccFlexible与PLC的通信；4. WinccFIeXible的组态对象与变量的匹配5. WinccFlexible与PLC的联机运行;6. 置位复位指令的格式及功能；7. 触发器指令的使用特点。教学方法和建议教学方法：实践法、案例教学法、引用法、讨论法、反思法教学建议：教学一体化教学条件要求L课程标准2 .授课计划3 .授课教案4 .教学案例学生已有基础电工基础、电子技术、电机及电力拖动、计算机网络基础教师所需执教能力要求1、能够完成PLC系统设计、安装、调试2、具有较
17、高的教学水平校企双师授课安排建议校内教师授课内容：定时器的使用、WinCCFleXibIe的使用和联机练习；置位复位指令、触发器指令的应用；引导学生进行抢答器程序的组态及考核。课程单元3课程单元名称PLC的数据处理课时数理论教学实践教学1010学习目标知识目标1.掌握计数器指令的功能及应用。2.掌握数据传送指令的格式和用法；3.掌握移位指令的功能及应用；4.掌握数据比较指令的格式及应用；5.熟悉数据转换指令的转换条件及用法；6.掌握算术运算指令的格式和应用；7.了解逻辑运算指令的用法；能力目标1.能正确使用计数器指令设计程序；2.能使用数据传送指令将数据传送至指定存储器；3.能使用移位和循环移
18、位指令实现对灯的控制；4.能使用数据比较指令比较各种类型的数据；5.能将数据通过转换指令变成需要的数据类型；6.能通过算术运算指令在PLC程序中实现基本的计算；7.能通过逻辑运算指令来实现清零等处理；素质目标1 .培养学生具有数据和逻辑分析的意识和能力，科学务实的工作作风；2 .培养学生具有严谨、认真对待问题的工作态度；3 .使学生具备安全意识和经济成本意识；4 .使学生具有具有吃苦耐劳、团结协作、勇于创新的精神。学习内容L计数器的使用方法；2 .数据传送指令在梯形图当中的使用；3 .移位和循环移位指令的移位过程；4 .数据比较指令的格式及应用；5 .数据转换指令的转换条件及用法；6 .算术运
19、算指令的格式和应用；7 .逻辑运算指令的用法。教学方法和建议教学方法：实践法、案例教学法、引用法、讨论法、反思法教学建议：教学一体化教学条件要求L课程标准2 .授课计划3 .授课教案4 .教学案例学生已有基础电工基础、电子技术、电机及电力拖动、计算机基础教师所需执教能力要求1、能够完成PLC系统设计、安装、调试2、具有较高的教学水平校企双师授课安排建议校内教师授课内容：计数器的使用和上机练习；对数据处理指令进行讲解，分析数据的计算及转换；并引导学生设计自动往复小车程序及考核。课程单元4课程单元名称PLC的工业自动化控制课时数理论教学实践教学148学习目标知识目标1.掌握模拟量输入/输出模块的工
20、作原理;2.熟悉FC105和FC106的功能及用法；3.掌握顺序功能图的三大要素；4.熟悉将顺序功能图转换为梯形图的方法；5.熟悉S7GRARH的编写方法；6.掌握S7GRARH的常用命令。能力目标1.能将模拟量规范化输入和输出；2.能正确使用FC105及FC106将模拟信号进行标准化处理或将工程化处理；3.能根据要求绘制顺序功能图4.能将顺序功能图转换为梯形图；5.能用S7GRARH语言绘制并进分支和选择分支；6.能用S7GRARH语言编写顺序功能图程序并调试运行。素质目标L使学生具有良好的心理素质，有克服困难的勇气和信心；2.培养学生的善于沟通、团队协作的能力；3.具有实事求是、认真负责的
21、工作作风，安全规范、一丝不苟的做事态度；4.形成安全生产、爱护设备、保护环境与节能意识；5.具有持续学习的能力。学习内容1 .模拟量输入/输出模块的工作原理；2 .FC105和FC106的功能及用法;3 .顺序功能图的三大要素；4 .将顺序功能图转换为梯形图的方法；5 .S7GRARH的编写方法；6 .S7GRARH的常用命令及功能应用。教学方法和建议教学方法：实践法、案例教学法、引用法、讨论法、反思法教学建议：教学一体化教学条件要求1 .课程标准2 .授课计划3 .授课教案4 .教学案例学生已有基础计算机基础、过程控制技术、自动控制原理教师所需执教能力要求1、能够使用顺序控制设计法设计项目，
22、并对学生设计程序调试2、具有丰富的教学经验校企双师授课安排建议校内教师授课内容：模拟量信号的处理；S7GRARH语言的使用；设计题目让学生编程并考核。四、课程评价进行课程教学考核与评价，可以考查学生对课程基础知识和基本技能的掌握情况，以及是否具备运用基本理论和方法发现问题、分析问题、解决问题的技能了，从而可以检查教学效果，改进教学工作，提高教学质量。技能训练和考核过程中，邀请企业兼职老师共同进行实训指导和考核。（一）课程评价及方式说明学生的成绩评定以主要根据理论知识的掌握（为总结性考核，占50%）、考勤（占10%）,课堂提问（占10%）、作业（占10%）、编写程序及操作技能评定（占20%）等五
23、方面构成。（二）课程过程考核说明1.理论知识的掌握以试卷形式考核，题型包括单选、多选、判断、简答、案例分析等；2 .考勤及课堂提问依据是平时学生的上课出状况、回答课堂提问的积极性及正确率;3 .作业是指每个教学单元中要求学生完成的作业。以完成的数量和质量给予成绩；4 .企业教师技能评定是指企业教师在授课过程中，根据学生掌握的技能情况或者在企业的实践情况评定。表L考核标准序号考核项目考核内容成绩比例（%）1形成性考核考勤每堂课考勤，缺席一次扣10分，迟到早退第一次扣1分，第二次扣2分，依次类推，直至平时成绩扣完为止。102课堂提问回答问题一次加1分，双分题加2分，平时成绩加满为止。103作业1次
24、未交扣5分，平时成绩扣完为止。104总结性考核期末进行综合考试（试卷）。505技能考核由校内教师进行实操考核。20合计100表2：总结性考核标准序号考核项目考核内容成绩比例（%）1PLC的认识初步PLC的主要组成；CPU的工作方式和存储系统；PLC的工作原理；PLC的数据存储类型；PLC的编址方式和寻址方式；内部元件的功能及地址分25配；使用基本位逻辑指令完成设计中规定的内容；将程序在梯形图和语句表之间进行转换。2PLC的基础指令及组态控制使用定时器指令进行正确的延时操作；组态工程的建立及组态与PLC的连接；组态动画对象与PLC变量的匹配；组态中动画对象的移动制作方法；组态中文本及图形列表的设
25、置；组态中棒图的应用；置位复位指令与普通线圈输出的区别；触发器指令的优先权。203PLC的数据处理计数器指令完成设计中规定的内容；数据传送指令、移位指令、数据比较指令的格式，并用这些指令设计要求的课题，并根据输入部分信息，推断出输出部分存储器的结果。选择正确的转换指令将数据变成需要的数据类型；根据算术运算指令不同数据类型及输入数据的选择推断运算结果。254工业自动化的PLC控制系统模拟量输入/输出模块的工作原理；使用FC105及FC106将模拟信号进行标准化处理或将工程化处理；顺序功能图的三大要素及其功用；顺序功能图与梯形图的相互转换规律；根据要求绘制顺序功能图;识别S7GRARH指令框中常用
26、指令的功能及作用。25合计100表3：技能考核点序号考核项目考核内容成绩比例（）1PLC的认识初步改变CPU工作方式的方法；对输入/输出端子正确接线；正确使用STEP7o通过程序实现电动机的启停控制，电动机的正反转控制。202PLC的基础指令及组态控制实现电动机的降压启动控制；通过程序实现抢答器按钮的控制，增加组态界面，实现动画展示；通过组态工程实现多台电动机的单按钮控制组态；建立自动往返小车的组态。253PLC的数据处理通过程序实现交通灯的控制，并能够展示设计成果；通过程序实现喷泉系统的控制，设计自动售货机的控制程序，并展示成果。254工业自动化的PLC控制系统用模拟量模块实现对搅拌器系统的
27、控制并能够调试运行；用S7GRARH语言实现对机械手分拣系统的控制，用S7GRARH语言设计自动往复小车的控制以及交通灯的控制，在仿真模式下，调试运行。30合计100五、实施建议（一）授课资料编写建议授课资料是实现教学目标的重要载体，必须依据本课程标准以及电子行业相应岗位国家职业标准和机电一体化技术专业培养目标为主线编写授课计划、教案和教学案例；教学参考书与实训指导书的编写应当充分考虑工学结合的需求，坚持理论够用，强调知识传授的趣味性。（二）教学方法建议在教学过程中采取工学结合、理论教学与实践教学并重的方式。在理论教学中，注重案例教学和多媒体辅助教学。所用案例应充分考虑工学结合的需求，并与专业
28、所依托行业相应岗位的工作实际紧密结合。通过多媒体课件的开发，充分积累课程资源，有效拓展课堂信息量，适当增加课程的趣味性，努力激发学习兴趣和主动性，切实提高本课程的学习效果。在实践教学中，注重真案真做，实践内容与工作实际紧密结合，增强解决实际问题的能力，并增加对行业及岗位实际的认识。六、教材及其它教学资源教材：使用教材：西门子S7-300PLC基础与应用第2版吴丽主编，机械工业出版社，2015年出版。参考书目：1 .PLC编程及应用廖常初主编，机械工业出版社，2014年出版。2 .西门子PLC编程技术及工程应用柴瑞娟主编，机械工业出版社，2007年出版。3 .西门子S7可编程序控制器崔坚主编，机械工业出版社，2007年出版。4 .西门子S7300/400PLC工程应用胡健主编，北京航空航天大学出版社，2011年出版。
