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1 《PLC 控制系统的构建与维护 II》课程教学设计（情境一）一、教案头授课主题学习情境一传感器的检测与应用授课教师授课学时8学时授课班级授课时间与地点/B1-108能力（技能）目标知识目标学习目标1．掌握单个传感器的接线；2．掌握多个传感器的串并联的连线方式；3．掌握传感器的安装方式；4．掌握中间继电器的使用；5．掌握电气回路的绘制。1．掌握常用工业传感器的工作原理和工作模型；2．掌握常用传感器的安装及应用场合。简介各学习小组观察实训室中各种类型的传感器，通过小组观察、学习、比较、讨论、实训，分析各类传感器的工作原理、检测对象、特点，掌握其接线方法，安装方式。课堂实训数字量传感器的认识与应用项目项目1使用检测模块识别材料属性学习情境要求按要求选择合适的传感器，搭建回路，调试运行，完成项目报告教学方法小组讨论法、项目导入法、行动导向型教学法学习重点与难点重点：（1）传感器选型及应用环境；（2）传感器的安装及接线；（3）传感器检测距离或感应强度的调整；（4）传感器的抗干扰及日常维护。难点：(1)传感器的工作原理或工作模型；(2)PNP或NPN传感器的替换；2 二、教学设计项目1使用检测模块识别材料属性（8课时）考勤、分组（3-4个同学一组，随机分组，培养团队合作精神）课程介绍：专业核心课，目前大部分企业的生产制造过程中都会涉及到传感器与PLC的知识，生活中也必不可少。也为进一步学习后续专业综合课做好扎实的基础。考核方法：过程考核出勤率项目实施过程的考核实训指导手册5S规范终结性考核：理实一体化考核方式步骤一：资讯（2h）教师：公布项目任务.以项目进行教学导入，介绍相应传感器的应用场合及工作原理，明确任务要求，并完成演示。以示范教学法为主,引导教学法为辅。学生：以分组的形式，模仿教师的演示步骤，在实训工作台上实现各任务。布置课堂实训：数字量传感器的认识与应用实训目的：通过实训是学生掌握各类传感器的工作原理和应用。实训说明：每个小组根据实验台上现有的传感器完成实训，要求：辨认出传感器的种类，掌握其检测的对象、安装方式，并总结其特点。步骤二：决策、计划（2h）1．学生分组编制项目控制工作流程；阐述项目设计思路；2．以小组为单位讨论项目控制工作流程；3．制定项目计划及相关文件。4．教师提出相关问题。教师:明确任务，提出建议，引导学生完成元器件的选型，教师时刻关注实施进度，并帮助学生进行可行性分析，并最终确定实施方案。学生:以分组形式设计计划，讨论实施及任务分配方案，项目计划符合目标要求，同时必须考虑生产安全和环保要求。步骤三：实施（3h）1.选用正确的传感器（PNP、NPN）；3 2.设计单个传感器电气控制回路；3.安装、接线及调试；4.传感器检测距离调整；5.传感器抗干扰措施；6.设计传感器的串并联控制回路7.与PLC输入模块的连线及调试；教师：对学生具体实施中出现的问题，组织学生进行讨论，并给予指导，做为咨询者的身份出现，过程中老师要经常获得项目的反馈，与学生交流，提出自己的观点。学生：以小组形式合理分工，合作完成。步骤四：检查、评价（1h）检查项目的完成情况，传感器的使用情况，评价学生的操作情况。教师评价：以教师参评的方式参加——与学生一起按项目任务要求对执行情况进行评价；对学生拓展任务情况进行评分。学生自评、互评：学生目标已完成，每个小组要学会展示成果，并根据事先提出的目标进行自我评估；同时，以小组竞标的方式进行互评，各小组之间可以互评，通过提问作答的方式进一步优化系统。学生以小组为单位，递交实训报告书及小结，所有过程必须以文字形式进行记录，最后上交归档。成果评定：根据项目质量规范标准要求评定成绩：占50%；学生互评：通过组间互相检查给出互评成绩：占20%;教师评价：根据每组学生对任务实施过程中的各个环节和结果，同时结合小组的协作精神和团队意识以及互相帮助情况给出评定成绩；占30%。相关知识点：一、传感器的组成敏感元件——检测物体信息（小块）转换元件——把检测到的信息转换成可用信息辅助元件（架子）——固定、支撑的作用二、传感器的分类 1．按照输出信号的性质分（1）数字量传感器（Digital）（2）模拟量传感器（Anology） 2．按照输出特性分 PNP ——输出线的输出信号为高电平（当检测到有物体存在时） NPN ——输出线的输出信号为低电平 PNP + —信号输出线 +4 PNP 当检测到有物体时，电灯亮 NPN 当检测到有物体时，电灯亮 3．按照工作特性分 Light ON 常亮 Dark ON 常灭 4．按照引脚分二线制红线 DC24V 蓝线 0V 三线制（实物）红蓝黑——信号输出线，常开四线制红蓝黑白——信号输出线，常闭白线与黑线的区别（PNP）检测到有物体存在时黑线输出高电平 DC24V 白线无输出信号无物体黑线无输出信号白线输出高电平 DC24V 三、常见的传感器 1．光电式传感器（Photoelectric Sensor）（1）反射式传感器（Retroreflective Sensor）l工作原理l特点：发送端 S 与接受端 R在同一侧，当有物体存在时，接受端能接收到信号（2）对射式传感器（Thru—beam Sensor） NPN + —信号输出线— NPN B + _ PNP + _ A + —发光二极管，发出光线（Sending）光敏二极管，接受光线（Receiving）5 l工作原理l特点：S 与 R 不同侧，当有物体存在时，接受端接收不到信号（3）比较相同点：都可以用作位置检测区别反射式——检测距离较短，一般小于等于 1m，用于检测高反射率的物体投射式——检测距离小于等于 10m，可以用于检测不透明物体（4）注反射式传感器漫反射式——除了黑色介质都可以检测镜面反射式——检测高反射率物体 2．接近式传感器（Proximity Sensor）（1）磁场式二线制传感器l工作原理当有磁性介质接近时，两片金属片吸合，电路导通l特点：只用作检测磁性介质，可用于位置检测（2）电感式传感器l工作原理根据磁生电，电生磁的原理，当通入高频振荡电流 i，产生一个磁通量j，当有金属介质靠近电感的一面，金属表面会产生涡电流 i1，也同时产生磁场j 1，方向与j相反，从而抑制了j，j被削弱，则有信号输出。l特点：用于检测金属介质，检测距离为0100mm（68mm最适宜），多用作位置检测（3）电容式传感器l工作原理①传感器检测面由两个同轴金属电极构成电容器（敏感元件）并串接在内部 RC 振荡回路内，无被测物体靠近传感器端头检测面时，此电容器电容量不足以使振荡器起振；②当被测物体靠近传感器端头检测面时，引起敏感元件周围的介质介电常数改变，敏感元件将此被测量的变化转换为电容量的变化（变大），使振荡器起振；③传感器的转换元件将振荡器振荡信号转换成开关信号（数字量信号）输出。l特点：电容式接近传感器对被测物材料无要求，但要求被测物有一定厚度，以达到改变介质介电常数而使振荡器起振的目的。有“灵敏度旋钮”可调节传感器的灵敏度。l应用：用于物体的位置检测、行程限位、产品计数等，工作距离很近，和灵敏度有关，一般＜20 毫米。 3．传感器的串并联（1）传感器的串联串联回路：前一个传感器输出控制下一个传感器的电源端 + _ 内部充入惰性气体干簧管 PNP i1 ijj 16 a)2个PNP串联b)2个NPN串联C）1个PNP1个NPN串联（2）传感器的并联并联回路：二级的输出同时控制负载a)2个PNP并联b)2个NPN并联c)一个PNP一个NPN并联7 《PLC 控制系统的构建与维护 II》课程教学设计（情境二）一、教案头授课主题学期情境2：智力抢答显示系统授课教师授课学时20学时授课班级授课时间与地点第3-第7次课/B1-108能力（技能）目标知识目标学习目标1．I/O地址的检测、接线；2．编程软件SIMATICMANAGER的使用；3．基本指令的应用；4．程序的编写，下载及调试1．了解PLC基本原理、结构组成；2．掌握西门子S7PLC硬件组成及硬件配置；3．I/O地址的计算；编程软件SIMATICMANAGER的使用，基本指令的应用，程序的编写，下载及调试简介各学习小组在实验室观察实训室的PLC，通过小组观察、学习、讨论，分析西门子S7-300系列PLC的工作原理和结构组成；掌握输入输出地址的检测及接线方法，SIMATICMANAGER软件的使用及常用的基本指令。项目项目2智力抢答显示系统学习情境要求按项目要求选择合适的传感器，搭建回路调试运行，完成项目报告教学方法小组讨论法、项目导入法、行动导向型教学法学习重点与难点重点：（1）PLC的控制原理；（2）硬件配置；（3）输入/输出地址的计算、接线和检测；（4）软件的使用；（5）基本逻辑指令的应用难点：输入/输出地址的检测及接线8 二、教学设计项目2智力抢答显示系统（20课时）步骤一：资讯（4h）明确项目控制要求，掌握PLC的基本原理和控制过程。教师：以项目进行教学导入，介绍PLC的基本原理，引导学生利用PLC来控制该项目。以示范教学法为主,引导教学法为辅。学生：观察实训室西门子PLC，完成硬件配置，理解PLC的工作原理及控制过程，分组讨论。步骤二：决策、计划（12h）1．学生分组编制项目控制工作流程；阐述项目设计思路；2．以小组为单位讨论项目控制工作流程；3．拟订PLC程序的控制过程，确定控制方法。4．教师提出相关问题。教师:明确任务，提出建议，引导学生完成元器件的选型，教师时刻关注实施进度，并帮助学生进行可行性分析，并最终确定实施方案。学生:以分组形式设计计划，讨论实施及任务分配方案，项目计划符合目标要求，同时必须考虑生产安全和环保要求。步骤三：实施（2h）1．根据实训室实际情况进行硬件配置；2．根据输入/输出地址配置，进行外部接线；3．按照编制的程序进行下载和调试；教师：对学生具体实施中出现的问题，组织学生进行讨论，并给予指导，做为咨询者的身份出现，过程中老师要经常获得项目的反馈，与学生交流，提出自己的观点。学生：以小组形式合理分工，合作完成。步骤四：检查、评价（2h）1．分析工作过程，提出改进措施等；2．完成个人任务报告。撰写小组自评报告。教师评价：以教师参评的方式参加——与学生一起按项目任务要求对执行情况进行评9 价；对学生拓展任务情况进行评分。学生自评、互评：学生目标已完成，每个小组要学会展示成果，并根据事先提出的目标进行自我评估；同时，以小组竞标的方式进行互评，各小组之间可以互评，通过提问作答的方式进一步优化系统。学生以小组为单位，递交实训报告书及小结，所有过程必须以文字形式进行记录，最后上交归档。成果评定：根据项目质量规范标准要求评定成绩：占50%；学生互评：通过组间互相检查给出互评成绩：占20%;教师评价：根据每组学生对任务实施过程中的各个环节和结果，同时结合小组的协作精神和团队意识以及互相帮助情况给出评定成绩；占30%。相关知识点一、PLC 全称 P —— Programmable 可编程的（adj.） L —— logic （逻辑的） C —— controller 控制器（n.）à全称为可编程序逻辑控制器二、PLC 的产生、发展 1．发展历程（1）1968 年，美国GM（General Motor）——美国通用汽车公司，提出最初的设想；（2）1969 年，美国DEC（Digital Equipment Cor. / Corporation）——数字设备公司，开发研制出第一台 PLC，当时称之为 PC——Programmable Controller；（3）90 年代，PC（Personal Computer）——个人电脑出现，美国 Rockwell Automate 公司旗下的 AB（Allen Bradly）提出把 PC 改名为 PLC 2．常用产品西门子(总部：德国慕尼黑)，博世(德国)，AB(美国)，三菱(日本)，欧姆龙(OMROM)，富士，松下三、分类 1．按照结构形式分整体式三菱组合式西门子——实验室中的都是组合式 2．按照控制规模分微