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《气动机械手的PLC控制》设计方案课程名称机电设备的安装与调试教学项目项目二气动机械手安装与调试任务二气动机械手的PLC控制授课日期2015年3月28日授课时间4课时教学班级13机电2、3班教学方法任务驱动型教学、演示法、项目教学法、启发式教学、仿真教学教学媒体（含教具）多媒体电脑、投影仪、摄像头、机械手模型、任务书、评价表教学目标【知识目标】1．通过对步进指令的研究，了解指令的组成、各操作数范围的设置、指令的输入、指令执行后各操作数的变化以及带来程序的变化，从而熟悉指令的作用和使用方法。2．通过步进指令指令应用的训练及实训习题的编程练习，观察程序执行结果，分析指令执行的过程原理，从而熟悉指令的具体应用。【能力目标】1．能理会各气动元器件的功能。2．会设计气动回路图并分析工作原理。3．会设计PLC外部接线图。4．能运用步进指令编制PLC控制程序。5．培养学生合作学习、互相协助解决问题的能力。【素质教育】1．培养学生实事求是的科学态度、一丝不苟的严谨作风和勇于探索的精神。2．培养学生的热爱、追求、奋斗、奉献的精神境界。【总体目标】1．专业能力：能对任务进行独立客观地分析，从专业角度认识与理解，并系统运用所学的知识进行处理及解决问题。2．合作能力：培养与他人协作、交流，最终共同完成任务，德育教育完全融化在教学过程中。3．个人能力：激发学生创新精神和创造思维，以达到知识探索、能力培养、素质提高、协调发展的目的。教学重点1．使学生了解实施一个项目的全流程。2．综合运用知识解决实际问题。3．熟练运用相关指令编制PLC控制程序。教学难点1．学生综合运用知识来解决实际问题的能力。2．分工合作完成整个项目。3.编制机械手拓展功能的PLC控制程序。1教材分析本教材采用“任务驱动、案例教学”的方式编写，但本教材实际操作性、学生跟随学习性不强，学习起来较为枯燥；根据学生的接受情况，同时，为提高学生的学习兴趣，教师通过“一体化课程设计”，使学生在“做中学”，“学中做”在掌握知识点的同时，培养其实际专业技能。学生分析本班学生已经掌握了PLC的基本命令和气动控制技术的相关知识，能够熟练使用这些知识解决较简单的气动系统控制要求。上次课进行了《气动机械手安装》课题的学习，按照安装工艺的要求已将机械手散件安装成型，已能熟练掌握气动回路调试的操作技能。基本掌握了电磁阀控制气缸运动的方法，但还需巩固强化。针对现在技校学生普遍基础较差，在授课时应采用任务驱动和基于工作过程导向，发挥学生的主观能动性，让学生主动地去思考、去探求；尽可能地多利用多媒体、教具、实物，采用讲、练结合，帮助学生建立理论与实际相结合的思维模式，使其真正掌握操作技能并可以活学活用。教学思路本次课以企业工作项目为引领，通过设问引起学生的求知欲望，分组讨论得出解决方法，引导学生操作验证，理论指导与实践操作交叉进行。教师努力做到引导学生思考，激发学生学习兴趣，利用多媒体投影、现场摄像、动画演示、展台展示等多种教学手段，解决巡回指导不便的困难。同时为学生营造一个自主学习的课堂氛围，培养他们创新精神和相互协作的能力。实训场地布置教学准备1．气动实训一体化装置6台（含气动机械手套件），常用电工工具、六角扳手各6套。2．计算机12套，多媒体投影仪1台，云台摄像头系统1套。3．课堂练习项目任务书及评价表（每位学生一份）。投影仪摄像头2教学安排表阶段学习内容活动主体教学方法时间分配第一阶段知识回顾与任务引入教师引导，学生思考设疑、引导、归纳15分钟第二阶段分析系统设计流程学生为主体，教师辅导项目教学法45分钟第三阶段系统硬件、软件设计与调试学生为主体，教师辅导项目教学法60分钟项目教学流程图引入任务计划准备交流决定实施阶段评估阶段收集信息讨论做法、原因及预测可能的结果分析问题确定解决方法材料的准备计划实施步骤计划确定收集信息，信息整理、加工、对比与筛选了解项目内容思考问题答案明确目标检验评价整理项目报告讲述、讨论修正计划按照计划作操材料的使用记录操作过程项目的确定提出问题合理组织咨询、顾问、补充协助组成项目小组提供信息源纠正偏差鼓励不同做法顾问和导向材料的准备概括总结提出建议必要时参与整理项目报告评估学生活动教师活动3第一阶段教学内容教学设计一、组织教学考勤、填写教学日志，调节课堂气氛，调动学生主动参与课堂，创造和谐活泼课堂，做好接受新知识的准备工作。二、复习回顾（任务一安装气动机械手）（1）气动机械手系统主要由哪些气动元件组成？小组（学生）回答：旋转气缸气爪气缸悬臂气缸阀岛手臂气缸（2）让某一小组手动控制阀岛演示机械手的动作。教师总结并提出问题：以上的方法只能手动控制实现相应功能，对于这种比较复杂的气动系统，用传统的继电器控制系统来实现，有何优缺点？三、任务引入（任务二气动机械手的PLC控制）通过播放气动机械手动作视频，细致演示气动机械手的整个动作流程。引出今天的任务。启发学生思考，并倡导学生主动参与学习和同学交流合作，用不同的方式来学习知识。通过自己的讨论交流进行探索和实现问题的解决，形成一定的知识解决模型，最终解决实际生活问题。让学生把下课的心放到课堂上来。学生讨论之后各个小组派代表上黑板写出答案，并可重复改正。教师引导学生住正确方向思考。合理提出针对性强的问题引导学生从多种角度去思考导入要解决的重点问题—PLC编程方法及工程实例4第二阶段教学内容教学设计分析PLC控制系统的一般设计流程(为开展项目教学作准备)开始分析控制要求PLC硬件系统配置确定I/O设备分配I/O点绘制流程图软件测试设计梯形图程序输入PLC编制技术文件修改程序结束测试正常？YESNO教师充分运用各种教学方法●通过设疑提高学生的兴趣●通过学生的讨论形成互动●理论联系实际通过巩固练习，进一步加深学生对所学知识的理解，同时教师也能得到及时反馈。为开展项目教学法作好准备★深入了解和分析被控对象的基本方式、应完动作、自动工作循环的组成、必要保护和联锁。★确定系统所需的用户输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。★选择合适的PLC类型，包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块选择等。★分配PLC的输入输出点★描述控制过程。★根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。整个应用系统设计最核心工作★使用计算机输入程序。★排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。★在PLC软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，可采取局部调试或分段调试的方法。★系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、PLC梯形图。5第三阶段教学流程教师活动学生活动教学方法引入课题确定作务：气动机械手的PLC控制向学生提出控制要求：气动机械手的动作顺序如下：初始位置→启动→悬臂伸出→手臂下降→气爪夹紧→手臂上升→悬臂缩回→机械手向右旋转→悬臂伸出→手臂下降→气爪放松→手臂上升→悬臂缩回→机械手向左旋转→初始位置。向教师咨询项目的有关细节：1、在编程时是否考虑程序的可读性和最优性。2、明确学习方式。3、明确完成时间。4、明确评分标准含义。全体学生思考如何完成项目的要求，并和教师进行讨论和交流。任务驱动法收集信息播放气动机械手的动作视频，让学生直观了解机械手通过程序控制得到的实际效果。指导学生查阅资料：1、上网搜索，提供网址。2、图书馆查阅。3、书店查阅。4、引导学生确定编程方法。【目标】培养学生学会如何收集、整理、归纳信息的能力。1、学生查阅教师所提供的网址：(1)、目的：了解可编程控制器系统设计方法(2)、目的：了解气动机械手的相关知识，包括气动元件和传感器的原理、种类、优点、接线方式等，筛选出对完成项目有用的知识。(3)目的：下载三菱FX系列编程手册，了解指令的相关知识。2、学生去图书馆查阅相关书籍。如《PLC编程实用指南》。3、了解典型的编程方法(1)图解法编程：包括梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。(2)经验法编程(3)计算机辅助设计编程确定采用何种方法编程。视频演示法启发式教学6教学流程教师活动学生活动教学方法计划准备采用以下两个原则进行分组:1、组间求同，组内存异2、角色互换，优势互补根据学习内容与班集体规模可分4人为一组，考虑学生的性别、家庭环境、能力高低、文化基础、爱好特长、性格等各方面因素，并设置教学情境。【目标】培养学生合作学习能力及计划制定能力。1、分析问题分析项目是具有顺控的特点，每一步的转移条件均为气缸动作到位的信号。2、确定解决方法确定顺控的转移的条件，采用步进指令编制PLC控制程序可实现线圈双重输出。3、准备材料系统配置：FX2N－48MRPLC一台；启、停按钮二只，传感器和导线若干。4、计划实施步骤◆分配输入点和输出点◆程序设计◆PLC外部接线图◆画出气动回路图◆程序运行及调试5、制定计划由小组成员制定计划，分配小组成员的分工，确定完成时间。项目活动法交流决定师生进行专业交流。重点：学生说明怎样做？为什么这样做？结果会怎样？特别要注意程序的多样性和最优性，尽量拓展学生的视野，开发学生的思维，教师仅纠正偏差。引导学生可在以下两个方面作思考：1、基本指令＋置位/复位指令2、置位/复位指令＋步进顺控指令，并比较两者之间的不同点。【目标】培养学生发散性思维。◆各成员根据自己的任务收集相应的资料并提出建议供其它同学论证。◆各小组成员进行分工，确定每一个人所负责的具体内容，并注意个人与集体的相互关系。◆由小组成员讨论计划的可行性，并进行修改至完善。注意和教师的交流。◆讨论表格的设计、接线方式、图形的绘制等。大脑风暴法7教学流程教师活动学生活动教学方法实施阶段引导学生加强合作关系学生操作工序，要不断进行工序间的检测，教师以巡视及指出学生操作错误为主。某小组的项目实施阶段过程1、分配输入点和输出点输入信号输出信号启动按钮X0夹紧电磁阀线圈YV1Y1复位按钮X1上升电磁阀线圈YV5Y2手臂气缸上限位传感器X2下降电磁阀线圈YV4Y3手臂气缸下限位传感器X3伸出电磁阀线圈YV7Y4悬臂气缸前限位传感器X4缩回电磁阀线圈YV6Y5悬臂气缸后限位传感器X5左移电磁阀线圈YV2Y6旋转气缸左限位传感器X6右移电磁阀线圈YV3Y7旋转气缸右限位传感器X7气爪气缸夹紧到位传感器X102、气动回路图分析法作图法8■运行程序，并进行以下训练，接通(X0)，观察输出继是器的变化，是否实现了控制要求?■如发现程序运行与控制要求不符，仔细分析，找出原因，重新修改，直到程序运行与控制要求相符为止。■要求学生记录运行调试过程？(因教材没有表格，需要教师设计)。■启发学生能否使程序更为简洁、实用、易读。如：步返回指令有多少种方法实现，哪一种更巧妙？3、PLC外部接线图4、程序设计项目活动法持续改进法9■布置实训思考练习题(提高学生的拓展能力)拓展1：系统上电或按下停止按钮，气动机械手悬臂气缸缩回、手臂气缸上升、气爪气缸放松、旋转气缸左转回到初始位置。拓展2：将悬臂气缸的伸出和手臂气缸的下降这二个动作同时进行；将悬臂气缸的缩回和手臂气缸的上升这二个动作同时进行，提高械械手搬运效率。【目标】培养学生设计程序及举一反三的能力。105、程序运行及调试运行观察输出结果与控制要求是否相符，及时调整有关器件，最终完成系统的正常运行。教学流程教师活动学生活动教学方法11评估阶段对各个小组的项目完成情况作一个总结，主要针对项目报告，总结出各自的优缺点，并提出改进的意见和建议。填写实训考核表，对各小组实训项目进行打分。【目标】合理评价能力分为以下几个阶段：1、各个小组组长组织讨论，各个成员对学习项目作最后的总结。2、整理好项目作务书(注意规范性)。3、学生填写教师提供的评价量表，评价自己在本次活动中的表现和收获。4、成果展示。5、小组之间互相评价打分，选出本次活动的优秀者。并给予奖