《電氣控制與PLC》課程教學大綱一、課程基本情況課程編碼141342011課程學分3.5總學時56英文名稱ElectricControlandPLC理論學時28課程類別專業必修課實踐學時實驗學時0先修課程電工技術、電子技術、液壓與氣動傳動其他學時28后續課程電機驅動與運動控制、機器人控制技術小計28適用專業機械設計制造及其自動化、機械電子工程、機器人工程、智能制造工程適用對象四年制普通本科開課單位機械工程學院基層教學組織機器人教研室二、課程簡介1.課程任務與目的（1）本課程是為機械設計制造及其自動化、機械電子工程、機器人工程、智能制造工程等專業本科生開設的一門專業必修課，是一門集電子技術、計算機技術、自動控制技術于一體的課程。（2）本課程使學生掌握常用低壓電器的結構、原理、用途、型號及選用方法，了解和掌握基本電氣控制電路的分析與設計方法、常見故障分析與解決方法；掌握PLC的工作原理與系統構成、西門子S7-1200指令系統、編程方法、控制系統設計等有關知識，培養學生進行機器人PLC控制電路的設計、安裝、調試、故障分析處理能力。通過該課程的學習，為學生進行機器人及自動化控制系統設計，以及后續專業課程的學習與專業綜合實踐、畢業設計打下堅實基礎。（3）課程深入貫徹落實“以結果為導向、以學生為中心、不斷持續改進”的工程教育教學理念，采用項目制內容組織方式與線上線下混合式教學方法。學生根據每個項目的教學目標任務，先利用微課視頻進行內容自學，然后完成一定的課內外作業，在課堂上老師主要就課程項目的重難點進行講解，針對項目的設計、安裝、編程和調試等環節出現的問題進行集中解答和個別輔導，幫助學生提高分析解決實際工程問題的能力。在教學過程中融入課程思政內容，培育學生的家國情懷、責任擔當與工匠精神，培養學生遵守職業道德規范等。2.對接培養的崗位能力本課程重點支撐以下畢業要求指標點：畢業要求1.3能夠將檢測傳感、計算機控制、電機驅動、機器視覺等專業知識用于復雜機器人工程問題的解決。畢業要求5.2能夠運用專業工程軟件及技術手冊進行設計、模擬和分析復雜機器人工程問題。畢業要求9.1能夠在多學科背景下的項目團隊中，以及在機器人產品或系統的構思、設計、實施、運行等過程的工程實踐中，承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。具有項目任務分解、計劃安排和組織實施的能力。畢業要求9.2能夠與團隊其他成員進行有效合作，共同完成目標任務。畢業要求11.2能夠合理應用工程管理原理和經濟決策方法進行工程項目組織和管理，并能夠控制項目的進度和成本，以保證項目目標的達成。三、課程目標與畢業要求根據該課程所支撐的畢業要求指標點，確定以下課程目標。課程目標1能夠將PLC專業知識應用于復雜機器人工程控制問題的解決，具體包括機器人PLC控制系統的設計、安裝與分析調試等。（支撐畢業要求1.3）課程目標2能夠運用PLC的基本指令與擴展指令，借助編程軟件和仿真軟件對機器人PLC控制系統進行分析與仿真調試。（支撐畢業要求5.2）課程目標3課程項目通過小組合作，每人輪流承擔團隊負責人、技術員、接線員、質檢員等角色，從而具有項目任務分解、計劃安排和組織實施的能力。（支撐畢業要求9.1）課程目標4能夠與團隊其他成員進行有效合作，共同完成目標任務。（支撐畢業要求9.2）課程目標5具有項目組織和管理能力，能夠合理選擇電氣元器件與導線，合理控制項目的進度和成本，以保證項目目標的達成。（支撐畢業要求11.2）課程目標與畢業要求之間的關系序號課程目標支撐的畢業要求指標點課程對畢業要求指標點支撐權重一級指標1課程目標1：能夠將PLC專業知識應用于復雜機器人工程控制問題的解決，具體包括機器人PLC控制系統的設計、安裝與分析調試等。畢業要求1.3：能夠將檢測傳感、計算機控制、電機驅動、機器視覺等專業知識用于復雜機器人工程問題的解決。0.2工程知識2課程目標2：能夠運用PLC的基本指令與擴展指令，借助編程軟件和仿真軟件對機器人PLC控制系統進行分析與仿真調試。畢業要求5.2：能夠運用專業工程軟件及技術手冊進行設計、模擬和分析復雜機器人工程問題。0.1使用現代工具3課程目標3：課程項目通過小組合作，每人輪流承擔團隊負責人、技術員、接線員、質檢員等角色，從而具有項目任務分解、計劃安排和組織實施的能力。畢業要求9.1：能夠在多學科背景下的項目團隊中，以及在機器人產品或系統的構思、設計、實施、運行等過程的工程實踐中，承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。具有項目任務分解、計劃安排和組織實施的能力。0.2個人和團隊4課程目標4：能夠與團隊其他成員進行有效合作，共同完成目標任務。畢業要求9.2：能夠與團隊其他成員進行有效合作，共同完成目標任務。0.1個人和團隊5課程目標5：具有項目組織和管理能力，能夠合理選擇電氣元器件與導線，合理控制項目的進度和成本，以保證項目目標的達成。畢業要求11.2：能夠合理應用工程管理原理和經濟決策方法進行工程項目組織和管理，并能夠控制項目的進度和成本，以保證項目目標的達成。0.2項目管理四、教學內容與預期目標（一）教學內容與成果目標序號教學內容預期學習目標課時課程目標1項目1電動機單向運行控制電路分析、安裝與調試任務1.1電動機單向運行控制電路元器件認知任務1.2電動機單向運行控制電氣原理圖分析任務1.3電動機單向運行控制電氣安裝接線圖繪制任務1.4電動機單向運行控制電路安裝與調試任務1.5電動機單向運行控制電路的故障分析與檢修任務1.6項目拓展-電動機點動與長動混合控制電氣原理圖分析1.理解并記憶刀開關、低壓斷路器、熔斷器、按鈕、接觸器、熱繼電器等常用低壓電器的結構、工作原理和接線方法；2.理解并記憶自鎖的概念與應用場合；6目標13.能夠應用常用低壓元器件進行電動機單向運行控制電路的安裝與調試；4.能夠對電路故障進行分析與排除；5.能夠辨別點動與長動的異同；6.在項目實施過程中，養成良好的職業素養。目標3-52項目2具有雙重互鎖的電動機正反轉控制電路設計、安裝與調試任務2.1具有雙重互鎖的電動機正反轉控制電路設計任務2.2具有雙重互鎖的電動機正反轉控制電路安裝與調試任務2.3具有雙重互鎖的電動機正反轉控制電路故障分析與排除任務2.4項目拓展-工作臺自動往返控制電路的分析1.理解電動機正反轉控制電路的工作原理；2.理解并記憶互鎖的概念與應用場合；能夠辨別自鎖與互鎖概念的異同；3.理解并記憶行程開關、接近開關的結構、工作原理和接線方法；3目標14.能夠應用常用低壓元器件進行具有雙重互鎖的電動機正反轉控制電路的安裝與調試；5.能夠對電路故障進行分析與排除。目標3-53項目3電動機星三角降壓啟動控制電路分析任務3.1項目所用元器件認知任務3.2星三角降壓啟動控制電路分析任務3.3星三角降壓啟動控制電路安裝與調試任務3.4項目拓展1自耦變壓器降壓啟動控制電路分析任務3.5項目拓展2軟啟動控制電路分析1.理解并記憶時間繼電器的結構、工作原理和接線方法；2.理解電動機星三角降壓啟動的工作原理。3目標13.能夠應用常用低壓元器件對電動機星三角降壓啟動控制電路進行安裝與調試；4.能夠對電路故障進行分析與排除；5.在項目實施過程中，養成良好的職業素養。目標3-54項目4電動機反接制動控制電路分析、安裝與調試任務4.1速度繼電器認知任務4.2電機制動方法認知任務4.3反接制動控制電路的安裝與調試任務4.4反接制動控制電路故障分析與排除1.理解并記憶速度繼電器的結構、原理和接線方法；2.理解電動機反接制動控制電路的工作原理；3目標13.能夠應用常用低壓元器件進行電動機反接控制電路的安裝與調試；4.能夠對電路故障進行分析與排除；5.在項目實施過程中，養成良好的職業素養。目標3-55項目5順序啟停控制電路分析、安裝與調試任務5.1電動機順序啟停控制電路分析任務5.2順序啟動逆序停止控制電路的安裝與調試任務5.3順序啟動逆序停止控制電路故障分析與排除任務5.4項目拓展-多地控制與多條件控制1.理解電動機順序控制電路的多種設計方法；2.理解電動機順序啟動逆序停車控制電路的工作原理。3目標13.能夠應用常用低壓元器件進行電動機順序啟動逆序停止控制電路的安裝與調試；4.能夠對電路故障進行分析與排除；5.理解并記憶多條件控制、多地點控制電路的工作原理；6.在項目實施過程中，養成良好的職業素養。目標3-56項目6典型車床電氣控制電路分析任務6.1CA6140車床電氣控制系統分析任務6.2C650車床電氣控制系統分析1.能夠分析C6140車床電氣控制系統的工作原理；2.能夠分析C650車床電氣控制系統的工作原理。3目標17項目7送料小車電氣控制系統設計任務7.1電氣控制系統的設計流程與設計方法任務7.2送料小車電氣控制原理圖設計任務7.3送料小車電氣控制電路工藝設計與安裝調試1.理解并記憶電氣控制系統的設計流程與設計方法；2.能夠根據任務要求設計簡單的電氣控制系統，并分析其工作原理。3目標18項目8電動機單向運行PLC控制系統設計、安裝與調試任務8.1PLC認知任務8.2S7-1200PLC認知任務8.3項目所用PLC基本邏輯指令認知任務8.4PLC控制系統設計認知任務8.5電動機單向運行PLC控制電路設計、仿真、安裝與調試任務8.6項目拓展-長動與點動混合PLC控制系統設計1.理解并記憶PLC的定義、類型、結構組成、工作原理、應用場合、特點、編程語言等。2.理解并記憶S7-1200PLC的類型、結構、系統配置、編程語言、接線方法等。3.理解并記憶S7-1200PLC基本指令的用法；6目標14.能夠應用博圖TIA軟件對電動機單向運行PLC控制程序進行仿真調試；目標25.能夠應用常用低壓元器件與PLC對電動機單向運行PLC控制電路進行安裝與調試；6.能夠對電路故障進行分析與排除。目標3-59項目9電動機正反轉PLC控制系統設計、安裝與調試任務9.1項目所用信號邊沿指令認知任務9.2電動機正反轉PLC控制系統設計任務9.3電動機正反轉PLC控制系統的安裝與調試1.理解并記憶邊沿指令的功能及使用方法；2.能夠分析電動機正反轉PLC控制系統的工作原理；3目標13.能夠應用博圖TIA軟件對電動機正反轉PLC控制程序進行仿真調試；目標24.能夠應用常用低壓元器件與PLC對電動機正反轉PLC控制電路進行安裝與調試；5.能夠對電路故障進行分析與排除。目標3-510項目10星三角降壓啟動PLC控制系統的設計、安裝與調試任務10.1項目所用定時器指令認知任務10.2星三角降壓啟動PLC控制系統設計、仿真、安裝與調試任務10.3電動機延時啟動PLC控制系統設計、仿真、安裝與調試1.理解并記憶定時器指令的功能及使用方法；2.能夠分析電動機星三角型降壓起動PLC控制系統的工作原理；3目標13.能夠應用博圖TIA軟件對電動機星三角型降壓起動PLC控制程序進行仿真調試；目標24.能夠應用常用低壓元器件與PLC對電動機星三角型降壓起動PLC控制電路進行安裝與調試；5.能夠對電路故障進行分析與排除；6.在項目實施過程中，養成良好的職業素養。目標3-511項目11交通燈PLC控制系統的設計與仿真調試任務11.1項目所用比較指令認知任務11.2指示燈閃爍報警控制梯形圖設計任務11.3電動機啟停控制虛擬觸摸屏仿真任務11.4交通燈PLC控制系統設計任務11.5基于虛擬觸摸屏的交通燈PLC控制仿真1.理解并記憶比較指令的功能及使用方法；2.能夠分析交通燈PLC控制系統的工作原理；3.能夠應用定時器指令與比較指令設計簡單的PLC控制程序；3目標14.能夠應用博圖TIA軟件對交通燈PLC控制程序進行仿真調試。目標212項目12舞臺流水燈PLC控制系統設計與仿真調試任務12.1八盞燈手動點亮控制與仿真調試任務12.2八盞燈交替點亮控制與仿真調試任務12.3八盞燈循環點亮控制與仿真調試1.理解并記憶計數器指令、數據傳送指令、比較指令、循環移位指令的功能及其使用方法；2.能夠分析舞臺流水燈PLC控制系統的工作原理；3.能夠應用計數器指令、數據傳送指令、比較指令、循環移位指令進行PLC控制程序的設計；3目標14.能夠應用博圖TIA軟件對舞臺流水燈PLC控制程序進行仿真調試。目標213項目13傳送帶PLC控制系統設計與仿真調試任務13.1項目所用數學運算指令認知任務13.2傳送帶PLC控制系統設計與仿真調試任務13.3PLC模塊化與結構化程序設計方法1.理解并記憶算術運算指令的功能及其使用方法；2.能夠分析傳送帶PLC控制系統的工作原理；3.能夠應用算術運算指令進行PLC控制程序的設計3目標14.能夠應用博圖TIA軟件對傳送帶PLC控制程序進行仿真調試。目標214項目14機械手PLC控制系統設計與仿真調試任務14.1順序功能圖設計法認知任務14.2機械手PLC控制系統設計與仿真調試任務14.3順序功能圖法設計交通燈PLC控制程序1.理解并記憶順序功能圖PLC程序設計方法；2.能夠分析自動送料小車PLC控制系統的工作原理；3.能夠分析機械手PLC控制系統的工作原理；4.能夠應用順序功能圖設計方法設計PLC控制程序；3目標15.能夠應用博圖TIA軟件對自動送料小車、機械手PLC控制程序進行仿真調試。目標215項目15步進電機驅動的工作臺PLC控制系統設計與調試任務15.1步進電機與驅動器認知任務15.2高速脈沖輸出指令與運動控制指令認知任務15.3步進電機驅動PLC控制系統設計與調試任務15.4步進電機驅動的工作臺PLC控制系統設計與調試1.理解并記憶高速計數器與高速脈沖輸出指令的功能及其使用方法；2.能夠分析步進電機PLC控制系統的工作原理；6目標13.能夠應用博圖TIA軟件對步進電機PLC控制程序進行仿真調試。目標24.能夠應用常用低壓元器件與PLC對步進電機PLC控制電路進行安裝與調試；5.能夠對電路故障進行分析與排除。目標3-516項目16帶旋轉編碼器的工作臺PLC控制系統設計與調試任務16.1旋轉編碼器認知任務16.2高速計數器指令與中斷指令認知任務16.3帶編碼器的步進電機測速PLC控制系統設計與調試任務16.4工作臺移動實時測距PLC控制系統設計與調試1.熟知旋轉編碼器的類型、工作原理與使用方法；熟知高速計數器指令的類型、功能與使用方法等；2目標12.能夠正確繪制帶旋轉編碼器的步進電機驅動的工作滑臺PLC控制系統的電氣原理圖，并進行安裝接線；3.能夠利用高速計數器指令編寫帶旋轉編碼器的步進電機驅動的工作滑臺PLC控制程序，并進行調試；4.在項目實施過程中，養成良好的職業素養。目標3-5總學時56五、課程考核方式與評分標準1.課程考核方式畢業要求課程目標考核內容考核與評價方式及成績比例折合綜合成績分值過程性評價50%期末考試50%學習表現25%項目實踐25%1.31常用電壓電器的結構、符號、型號、工作原理