用PLC實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路教學(xué)設(shè)計(jì)?一、教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)與技能目標(biāo)學(xué)生能夠理解三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的工作原理。熟練掌握PLC的基本編程指令，如常開(kāi)觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、線(xiàn)圈、置位、復(fù)位等，并能運(yùn)用這些指令實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制程序編寫(xiě)。學(xué)會(huì)使用PLC編程軟件進(jìn)行程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)控。能夠正確連接PLC與三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的硬件，包括輸入輸出端口的連接、電源的接入等。2.過(guò)程與方法目標(biāo)通過(guò)對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的分析，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和電路分析能力。在編寫(xiě)PLC控制程序的過(guò)程中，提高學(xué)生的編程實(shí)踐能力和解決問(wèn)題的能力，引導(dǎo)學(xué)生掌握從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，逐步實(shí)現(xiàn)控制要求的方法。通過(guò)小組合作完成硬件連接和程序調(diào)試任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和溝通能力。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)激發(fā)學(xué)生對(duì)電氣控制技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和勇于探索的精神。使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、細(xì)致的工作態(tài)度，增強(qiáng)學(xué)生的安全生產(chǎn)意識(shí)和責(zé)任感。

二、教學(xué)重難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的工作原理。PLC實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的程序設(shè)計(jì)和硬件連接。2.教學(xué)難點(diǎn)PLC控制程序中互鎖環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以防止電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)切換時(shí)出現(xiàn)短路故障。如何引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)際控制要求，合理運(yùn)用PLC編程指令，優(yōu)化控制程序。

三、教學(xué)方法1.講授法：講解三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的工作原理、PLC的基本編程指令等基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)生對(duì)相關(guān)概念和原理有清晰的認(rèn)識(shí)。2.演示法：通過(guò)PLC編程軟件的演示，展示程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)控過(guò)程，讓學(xué)生直觀地了解如何使用編程軟件實(shí)現(xiàn)控制功能。3.實(shí)踐法：安排學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作，包括硬件電路連接和PLC程序編寫(xiě)與調(diào)試，讓學(xué)生在實(shí)踐中鞏固所學(xué)知識(shí)，提高動(dòng)手能力。4.小組合作學(xué)習(xí)法：將學(xué)生分成小組，共同完成硬件連接和程序調(diào)試任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和溝通能力。

四、教學(xué)過(guò)程

（一）課程導(dǎo)入（5分鐘）通過(guò)播放一段工廠中三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的視頻，引起學(xué)生的興趣。然后提問(wèn)學(xué)生：在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，哪些設(shè)備需要用到三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制？引導(dǎo)學(xué)生思考三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，從而引出本節(jié)課的主題用PLC實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路。

（二）知識(shí)講解（15分鐘）1.三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)工作原理結(jié)合三相異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)物模型，講解其結(jié)構(gòu)和工作原理。畫(huà)出三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路圖，分析其工作過(guò)程：當(dāng)改變電動(dòng)機(jī)三相電源的相序時(shí)，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向改變，電動(dòng)機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示，進(jìn)一步直觀地展示三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的變化情況，幫助學(xué)生理解。2.PLC簡(jiǎn)介介紹PLC（可編程邏輯控制器）的概念、特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。展示PLC的實(shí)物，講解其基本組成部分，包括CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等，并說(shuō)明各部分的作用。3.PLC基本編程指令結(jié)合三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的程序，講解常用的PLC編程指令，如：常開(kāi)觸點(diǎn)（LD）：用于與左母線(xiàn)相連或與其他觸點(diǎn)串聯(lián)。常閉觸點(diǎn)（LDI）：用于與左母線(xiàn)相連或與其他觸點(diǎn)串聯(lián)，其狀態(tài)與常開(kāi)觸點(diǎn)相反。線(xiàn)圈（OUT）：用于驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備，如接觸器線(xiàn)圈。置位指令（SET）：使指定的軟元件保持ON狀態(tài)。復(fù)位指令（RST）：使指定的軟元件保持OFF狀態(tài)?；ユi指令（如常開(kāi)互鎖、常閉互鎖）：防止電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)切換時(shí)出現(xiàn)短路故障，保證電路安全。

（三）程序設(shè)計(jì)講解（20分鐘）1.控制要求分析明確三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的要求：通過(guò)按鈕控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，并且要有互鎖保護(hù)。2.I/O分配確定PLC的輸入輸出端口與控制電路各元件的連接關(guān)系：輸入信號(hào)：正轉(zhuǎn)按鈕（SB1）、反轉(zhuǎn)按鈕（SB2）、停止按鈕（SB3），分別連接到PLC的輸入端口I0.0、I0.1、I0.2。輸出信號(hào)：正轉(zhuǎn)接觸器線(xiàn)圈（KM1）、反轉(zhuǎn)接觸器線(xiàn)圈（KM2），分別連接到PLC的輸出端口Q0.0、Q0.1。3.程序設(shè)計(jì)思路按照控制要求，逐步編寫(xiě)PLC控制程序：初始狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)停止，所有輸出線(xiàn)圈為OFF狀態(tài)。正轉(zhuǎn)控制：按下正轉(zhuǎn)按鈕SB1，正轉(zhuǎn)接觸器KM1線(xiàn)圈得電并自鎖，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；同時(shí)，反轉(zhuǎn)接觸器KM2線(xiàn)圈通過(guò)常閉互鎖觸點(diǎn)被鎖定不能得電。反轉(zhuǎn)控制：按下反轉(zhuǎn)按鈕SB2，反轉(zhuǎn)接觸器KM2線(xiàn)圈得電并自鎖，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；同時(shí)，正轉(zhuǎn)接觸器KM1線(xiàn)圈通過(guò)常閉互鎖觸點(diǎn)被鎖定不能得電。停止控制：按下停止按鈕SB3，正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)接觸器線(xiàn)圈失電，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。在黑板上畫(huà)出程序流程圖，幫助學(xué)生理解程序的執(zhí)行邏輯。4.編寫(xiě)程序打開(kāi)PLC編程軟件，按照I/O分配和程序設(shè)計(jì)思路，逐步輸入程序：```LDI0.0OQ0.0ANII0.2ANIQ0.1SETQ0.0RSTQ0.1

LDI0.1OQ0.1ANII0.2ANIQ0.0SETQ0.1RSTQ0.0

LDI0.2RSTQ0.0RSTQ0.1```講解程序中每一條指令的作用和邏輯關(guān)系，強(qiáng)調(diào)互鎖環(huán)節(jié)的重要性。

（四）硬件連接講解（15分鐘）1.硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)控制要求和I/O分配，畫(huà)出PLC與三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的硬件連接圖。詳細(xì)講解硬件電路的組成部分，包括PLC的輸入輸出端口、按鈕、接觸器、熱繼電器、熔斷器、電源等元件的連接方式。2.硬件連接步驟按照硬件連接圖，逐步進(jìn)行硬件連接演示：連接PLC的電源：將PLC的電源模塊接入合適的電源，確保電源電壓符合要求。連接輸入信號(hào)：將正轉(zhuǎn)按鈕SB1、反轉(zhuǎn)按鈕SB2、停止按鈕SB3分別連接到PLC的輸入端口I0.0、I0.1、I0.2。連接輸出信號(hào)：將正轉(zhuǎn)接觸器線(xiàn)圈KM1、反轉(zhuǎn)接觸器線(xiàn)圈KM2分別連接到PLC的輸出端口Q0.0、Q0.1。連接保護(hù)電路：接入熱繼電器FR用于過(guò)載保護(hù)，熔斷器FU用于短路保護(hù)。強(qiáng)調(diào)硬件連接過(guò)程中的注意事項(xiàng)，如接線(xiàn)的正確性、牢固性，避免短路等問(wèn)題。

（五）實(shí)踐操作（60分鐘）1.學(xué)生分組將學(xué)生分成若干小組，每組45人，明確小組分工，包括硬件連接操作員、程序編寫(xiě)員、調(diào)試員和記錄員。2.硬件連接各小組按照硬件連接圖和講解的步驟，進(jìn)行PLC與三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的硬件連接。教師巡回指導(dǎo)，及時(shí)糾正學(xué)生在硬件連接過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，確保連接的正確性和安全性。3.程序編寫(xiě)與調(diào)試學(xué)生在完成硬件連接后，打開(kāi)PLC編程軟件，按照之前講解的程序設(shè)計(jì)思路編寫(xiě)控制程序，并進(jìn)行調(diào)試。教師指導(dǎo)學(xué)生如何使用編程軟件的調(diào)試功能，如監(jiān)控輸入輸出狀態(tài)、查找程序錯(cuò)誤等，幫助學(xué)生解決程序調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題。4.故障排除設(shè)置一些常見(jiàn)的故障，如按鈕損壞、接觸器故障、接線(xiàn)松動(dòng)等，讓學(xué)生通過(guò)觀察和分析，找出故障點(diǎn)并進(jìn)行排除。培養(yǎng)學(xué)生的故障診斷能力和解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生在實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)。

（六）課堂總結(jié)（10分鐘）1.請(qǐng)各小組代表匯報(bào)實(shí)踐操作的結(jié)果，包括硬件連接是否正確、程序是否實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的控制功能、遇到了哪些問(wèn)題以及如何解決的等。2.教師對(duì)各小組的實(shí)踐情況進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)，肯定學(xué)生的優(yōu)點(diǎn)和進(jìn)步，指出存在的問(wèn)題和不足之處，并提出改進(jìn)的建議。3.回顧本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，包括三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的工作原理、PLC的基本編程指令、程序設(shè)計(jì)方法和硬件連接要點(diǎn)等，強(qiáng)化學(xué)生的記憶。

（七）課后作業(yè)（5分鐘）1.思考：如果要在PLC控制程序中增加一個(gè)過(guò)載保護(hù)功能，應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)？2.拓展：嘗試用PLC實(shí)現(xiàn)一個(gè)更復(fù)雜的電機(jī)控制任務(wù)，如星三角降壓?jiǎn)?dòng)控制，并編寫(xiě)相應(yīng)的程序和畫(huà)出硬件連接圖。

五、教學(xué)資源1.教材：選用相關(guān)的電氣控制與PLC應(yīng)用教材。2.教具：三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)物模型、PLC實(shí)驗(yàn)臺(tái)、按鈕、接觸器、熱繼電器、熔斷器等電氣元件、多媒體教學(xué)設(shè)備。3.軟件：PLC編程軟件（如西門(mén)子S7200SMART編程軟件）。

六、教學(xué)反思通過(guò)本節(jié)課的教學(xué)，學(xué)生對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路有了較為深入的理解，掌握了用PLC實(shí)現(xiàn)該控制的方法和技能。在教學(xué)過(guò)程中，采用多種教學(xué)方法相結(jié)合，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，學(xué)生參與度較高。實(shí)踐操作環(huán)節(jié)讓學(xué)生在親身體驗(yàn)中鞏固了所學(xué)