PLC自動(dòng)化控制課程教案設(shè)計(jì)一、課程基本信息課程名稱PLC自動(dòng)化控制課程代碼（根據(jù)院校實(shí)際填寫）課程性質(zhì)專業(yè)核心課適用專業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)電一體化、電氣工程總課時(shí)64課時(shí)（理論32+實(shí)操32）學(xué)分4學(xué)分先修課程電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)、電機(jī)與拖動(dòng)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(shè)計(jì)理念（一）課程定位本課程是自動(dòng)化類專業(yè)的核心技能課程，旨在培養(yǎng)學(xué)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(yīng)用能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)工業(yè)控制、智能制造等課程奠定基礎(chǔ)。課程以“理實(shí)一體化”為核心，聚焦工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需求，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)、設(shè)備調(diào)試及問題解決能力。（二）設(shè)計(jì)理念遵循“以職業(yè)能力為導(dǎo)向，以項(xiàng)目任務(wù)為載體，以學(xué)生為中心”的設(shè)計(jì)原則：1.職業(yè)需求對(duì)接：緊扣工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)PLC應(yīng)用場(chǎng)景（如機(jī)床控制、流水線分揀、包裝設(shè)備），選取西門子S7-200SMART或三菱FX3U等主流機(jī)型，確保教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)需求一致；2.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)：以“簡(jiǎn)單任務(wù)→復(fù)雜任務(wù)→綜合項(xiàng)目”為主線，將理論知識(shí)融入項(xiàng)目實(shí)施過程，實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)、學(xué)中做”；3.能力分層培養(yǎng)：針對(duì)不同學(xué)生的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)“基礎(chǔ)型任務(wù)（必做）、提升型任務(wù)（選做）、創(chuàng)新型任務(wù)（挑戰(zhàn)）”，滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。三、課程目標(biāo)（一）知識(shí)目標(biāo)1.掌握PLC的定義、特點(diǎn)、分類及工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景；2.理解PLC的硬件結(jié)構(gòu)（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(diǎn)、線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器）、功能指令（數(shù)據(jù)傳送、比較、運(yùn)算）的語法及應(yīng)用；5.了解PLC通信技術(shù)（如MODBUS、PROFINET）的基本概念。（二）能力目標(biāo)1.能根據(jù)控制要求繪制PLC輸入/輸出（I/O）接線圖；2.能獨(dú)立編寫、調(diào)試簡(jiǎn)單PLC程序（如LED循環(huán)、電機(jī)正反轉(zhuǎn)）；3.能利用仿真軟件（如S7-200SMARTSimulator）驗(yàn)證程序邏輯；4.能完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常見設(shè)備（如傳送帶、分揀系統(tǒng)）的PLC控制項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施；5.能分析、解決PLC程序運(yùn)行中的常見問題（如輸入信號(hào)丟失、輸出誤動(dòng)作）。（三）素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力（程序設(shè)計(jì)需嚴(yán)格遵循邏輯規(guī)則）；2.提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力（綜合項(xiàng)目需分工完成接線、編程、調(diào)試）；3.樹立安全生產(chǎn)意識(shí)（實(shí)操中需遵守電工安全規(guī)范，避免設(shè)備損壞或人身傷害）；4.增強(qiáng)工程應(yīng)用意識(shí)（關(guān)注程序的實(shí)用性、穩(wěn)定性及可維護(hù)性）。四、課程內(nèi)容設(shè)計(jì)課程內(nèi)容以“基礎(chǔ)知識(shí)→編程技能→項(xiàng)目應(yīng)用”為邏輯主線，分為5個(gè)模塊，每個(gè)模塊包含“理論講解→仿真練習(xí)→實(shí)操驗(yàn)證”三個(gè)環(huán)節(jié)。模塊一：PLC基礎(chǔ)知識(shí)（8課時(shí)）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(diǎn)（可靠性高、靈活性強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單）；PLC的硬件結(jié)構(gòu)（CPU模塊、輸入模塊（DI）、輸出模塊（DO/AI/AO）、電源模塊、擴(kuò)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(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：PLC的工作原理（掃描周期）、I/O地址分配；難點(diǎn)：掃描周期對(duì)輸入/輸出信號(hào)的影響（如輸入信號(hào)在掃描周期內(nèi)變化的處理）。1.3教學(xué)活動(dòng)案例分析：對(duì)比繼電器控制電路與PLC控制電路的優(yōu)缺點(diǎn)（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(hào)變化→程序執(zhí)行→輸出信號(hào)更新）；實(shí)操練習(xí)：識(shí)別PLC實(shí)訓(xùn)臺(tái)的硬件組件（CPU、輸入/輸出端子），完成I/O地址標(biāo)簽的粘貼。模塊二：PLC編程軟件與基本指令（16課時(shí)）2.1理論內(nèi)容PLC程序的結(jié)構(gòu)（主程序、子程序、中斷程序）；基本指令：觸點(diǎn)類（常開觸點(diǎn)NO、常閉觸點(diǎn)NC）；線圈類（輸出線圈、中間繼電器線圈M）；定時(shí)器（TON通電延時(shí)、TOF斷電延時(shí)、TONR保持型延時(shí)）；計(jì)數(shù)器（CTU增計(jì)數(shù)器、CTD減計(jì)數(shù)器、CTUD增減計(jì)數(shù)器）。2.2重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：基本指令的語法與應(yīng)用（如定時(shí)器的時(shí)間設(shè)定、計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍）；難點(diǎn)：定時(shí)器與計(jì)數(shù)器的組合使用（如用定時(shí)器控制計(jì)數(shù)器的復(fù)位）。2.3教學(xué)活動(dòng)仿真練習(xí)：用仿真軟件編寫“LED燈閃爍程序”（TON定時(shí)器控制Q0.0通斷，周期2秒）；模塊三：典型電路PLC控制（16課時(shí)）3.1理論內(nèi)容電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制（接觸器互鎖、PLC程序互鎖）；星三角降壓?jiǎn)?dòng)控制（時(shí)間繼電器切換、PLC定時(shí)器切換）；LED矩陣循環(huán)控制（移位指令SHR/SHL的應(yīng)用）；按鈕聯(lián)鎖與自鎖電路（如啟動(dòng)按鈕自鎖、停止按鈕聯(lián)鎖）。3.2重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：電機(jī)正反轉(zhuǎn)的PLC程序設(shè)計(jì)（避免主電路短路）；難點(diǎn)：星三角啟動(dòng)的時(shí)間控制邏輯（確保星型運(yùn)行時(shí)間足夠）。3.3教學(xué)活動(dòng)任務(wù)驅(qū)動(dòng)：給出“電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制”任務(wù)要求（啟動(dòng)按鈕→正轉(zhuǎn)，停止按鈕→停止，反轉(zhuǎn)按鈕→反轉(zhuǎn)，具備互鎖功能）；小組討論：學(xué)生分組設(shè)計(jì)I/O接線圖（輸入：?jiǎn)?dòng)/停止/反轉(zhuǎn)按鈕；輸出：正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)接觸器）；模塊四：PLC功能指令與綜合應(yīng)用（16課時(shí)）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(biāo)寄存器）；比較指令（CMP：比較兩個(gè)值的大小，輸出邏輯信號(hào)）；算術(shù)運(yùn)算指令（ADD/Sub：加法/減法運(yùn)算）；邏輯運(yùn)算指令（AND/OR：與/或邏輯運(yùn)算）；中斷指令（如外部中斷、定時(shí)中斷）。4.2重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：功能指令的參數(shù)設(shè)置（如MOV指令的源地址與目標(biāo)地址）；難點(diǎn)：中斷程序的設(shè)計(jì)（如外部信號(hào)觸發(fā)中斷，快速響應(yīng)緊急停止）。4.3教學(xué)活動(dòng)綜合實(shí)操：完成“LED矩陣循環(huán)顯示”項(xiàng)目（用移位指令SHL控制8個(gè)LED燈依次點(diǎn)亮，周期1秒）。模塊五：工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)綜合項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)（8課時(shí)）5.1項(xiàng)目選題（可選）項(xiàng)目1：傳送帶物料分揀系統(tǒng)（檢測(cè)物料顏色→控制氣缸推料→計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)數(shù)量）；項(xiàng)目2：自動(dòng)售貨機(jī)控制（硬幣輸入→按鈕選擇→出貨→找零）；項(xiàng)目3：恒溫水箱控制（溫度傳感器檢測(cè)→PLC調(diào)節(jié)加熱管輸出→保持溫度恒定）。5.2項(xiàng)目實(shí)施流程1.需求分析：明確項(xiàng)目的輸入（傳感器、按鈕）、輸出（執(zhí)行機(jī)構(gòu)、顯示）及控制邏輯；2.方案設(shè)計(jì)：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(jié)匯報(bào)：小組展示項(xiàng)目成果，教師點(diǎn)評(píng)（重點(diǎn)評(píng)價(jià)程序的實(shí)用性、穩(wěn)定性）。5.3重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)能力（從需求到方案的轉(zhuǎn)化）；難點(diǎn)：程序的調(diào)試與優(yōu)化（解決現(xiàn)場(chǎng)干擾、執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)慢等問題）。五、教學(xué)方法與手段（一）教學(xué)方法1.理實(shí)一體化教學(xué)：理論講解與實(shí)操練習(xí)同步進(jìn)行（如講完基本指令后，立即進(jìn)行仿真與實(shí)操）；2.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)：以項(xiàng)目為載體，將理論知識(shí)融入項(xiàng)目實(shí)施過程（如“電機(jī)正反轉(zhuǎn)”項(xiàng)目涵蓋了觸點(diǎn)、線圈、互鎖等知識(shí)）；3.案例教學(xué)：用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)案例（如傳送帶控制、分揀系統(tǒng)）講解知識(shí)點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生的工程應(yīng)用意識(shí)；4.小組協(xié)作學(xué)習(xí)：綜合項(xiàng)目以小組（3-4人）為單位完成，分工負(fù)責(zé)接線、編程、調(diào)試，提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。（二）教學(xué)手段1.仿真軟件：利用S7-200SMARTSimulator、GXWorks2仿真軟件，降低設(shè)備損耗，提高練習(xí)效率；2.多媒體教學(xué)：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(qiáng)直觀性；3.在線資源：建立課程網(wǎng)站，上傳課件、仿真軟件、實(shí)操指導(dǎo)書，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)；4.虛擬實(shí)訓(xùn)：利用虛擬PLC實(shí)訓(xùn)平臺(tái)（如“PLC虛擬仿真系統(tǒng)”），讓學(xué)生在沒有實(shí)物設(shè)備的情況下進(jìn)行練習(xí)。六、課程評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)采用“過程性評(píng)價(jià)+終結(jié)性評(píng)價(jià)”相結(jié)合的評(píng)價(jià)方式，全面反映學(xué)生的知識(shí)掌握、技能水平及素質(zhì)養(yǎng)成情況。（一）過程性評(píng)價(jià)（占40%）評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)內(nèi)容權(quán)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(xí)編程作業(yè)、仿真練習(xí)報(bào)告10%項(xiàng)目過程記錄項(xiàng)目需求分析、方案設(shè)計(jì)、調(diào)試日志10%（二）終結(jié)性評(píng)價(jià)（占60%）評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)內(nèi)容權(quán)重筆試PLC基礎(chǔ)知識(shí)、指令語法、工作原理20%實(shí)操考試給定任務(wù)（如電機(jī)正反轉(zhuǎn)）的程序編寫與調(diào)試30%項(xiàng)目答辯綜合項(xiàng)目的成果展示與問題回答10%七、課程實(shí)施建議（一）課時(shí)安排模塊理論課時(shí)實(shí)操課時(shí)合計(jì)模塊一：PLC基礎(chǔ)知識(shí)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(yīng)用8816模塊五：綜合項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)448**總計(jì)****32****32****64**（二）教材與資源1.主教材：選取工業(yè)主流機(jī)型的教材，如《西門子S7-200SMARTPLC應(yīng)用技術(shù)》（作者：王兆義，機(jī)械工業(yè)出版社）、《三菱FX3UPLC編程與應(yīng)用》（作者：張萬忠，化學(xué)工業(yè)出版社）；2.參考資料：《PLC編程手冊(cè)》（西門子/三菱官方文檔）、《工業(yè)控制案例集》（收集企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目案例）；（三）實(shí)訓(xùn)設(shè)備要求1.PLC實(shí)訓(xùn)臺(tái)：配備西門子S7-200SMART或三菱FX3UPLC主機(jī)、輸入/輸出模塊、電源模塊；2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)：電機(jī)（三相異步電機(jī)）、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(duì)接工業(yè)需求：選取企業(yè)常用的PLC機(jī)型（如S7-200SMART），教學(xué)內(nèi)容緊扣工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（如分揀系統(tǒng)、傳送帶控制）；2.理實(shí)深度融合：每節(jié)課均包含理論講解與實(shí)操練習(xí)，實(shí)現(xiàn)“知識(shí)→技能→應(yīng)用”的轉(zhuǎn)化；3.評(píng)價(jià)方式多元：過程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)結(jié)合，注重學(xué)生的能力發(fā)展（如項(xiàng)目答辯評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力）；4.資源豐富實(shí)用：提供仿真軟件、在線課程、企業(yè)案例等資源，滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。九、課程考核與反饋1.考核結(jié)果分析：每學(xué)期結(jié)束后，對(duì)學(xué)生的考核結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（如筆試通過率、實(shí)操得分分布），找出教學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)（如功能指令應(yīng)用能力不足），調(diào)整后續(xù)教學(xué)內(nèi)容；2.學(xué)生反饋：通過問卷調(diào)查、座談會(huì)等方式，收集學(xué)生對(duì)課程