【教学设计案例名称】

【教学设计案例名称】“液体混合控制系统”教学设计案例【课时安排】2课时【教学目标分析】1．教学目标知识目标：（1）掌握状态继电器的功能及步进顺控指令的功能及应用。（2）掌握单序列结构状态转移图（SFC）的画法，并会通过状态转移图进行步进顺序控制的设计。能力目标：（1）会根据控制要求，画出状态转移图，并能灵活地运用以转换为中心的状态流程图转换成梯形图，实现液体混合控制系统的程序设计。（2）能通过三菱GX-Developer编程软件，采用状态转移图输入法进行编程，并通过仿真软件采用软元件测试的方法，进行仿真。2．教学重点分析由于本任务控制是典型的较复杂的步进顺序控制，在进行这种控制类型的步进顺序控制时程序设计，如果采用前面任务所介绍的步进逻辑公式法进行设计，将较为困难。为了提高设计的有效性和缩短设计的时间周期，使用最简单和最有效的编程设计方法一般都是使用专门的步进指令进行设计。由于三菱FX系列的PLC具有可以通过以转换为中心的状态转移图（SFC）的编程方法实现对步进顺序控制，这是其他型号的PLC所无法比拟的。而以转换为中心的状态流程图编程方法主要有单序列结构状态转移图（SFC块）编程方法，选择性序列结构状态转移图（SFC块）编程方法和并行性序列结构状态转移图（SFC块）编程方法。根据对任务控制要求分析，该任务的控制程序设计宜采用以转换为中心的单序列结构状态转移图（SFC块）编程方法。因此，本次教学的重点是以转换为中心的单序列结构状态流程图编程方法的介绍。3．教学难点分析运用以转换为中心的单序列结构状态转移图（SFC块）编程方法进行程序设计的难点首先是状态转移图中步的确定与绘制，然后是必须很清楚地知道每个活动步的动作内容，以及的活动步和非活动步之间的转换条件，即每个程序步之间的相互联系，因此，该任务教学的难点是步的划分和每个活动步和非活动步之间转换条件的确立。【教学过程（方法）设计】1．组织教学（1）学生应按时整队，进入一体化教室，师生互相问候。（2）检查出勤情况。（3）检查学生装束（工作服、安全帽、绝缘鞋等）。（4）宣布本节课的内容和任务。2．复习旧课引出新课以提问等方式，带领学生复习上一任务中所学的顺序设计法，及顺序功能图的组成要素及画法，为后面的教学内容做准备。3．讲解新课（1）目标描述教学资源及工具：液体混合控制系统多媒体课件、成品实物展示、任务书。教学方法：讲授法、演示法。在下发工作任务书后，通过播放和操作液体混合控制系统多媒体课件，进行本次工作任务描述，并让学生通过观察熟悉本工作任务的控制要求。表1液体混合控制系统任务书典型工作任务名称液体混合控制系统的设计与安装调试学习环境PLC实训教室学习方法以工作过程为导向学习目的1．熟悉药剂混合机（液体自动混合装置）的结构和工作特点；2．熟悉步进顺控指令的用法；3．掌握状态流程图（SFC）的画法；4．掌握GXDeveloper三菱编程软件的SFC块在计算机编程和仿真运行的方法；5．掌握三菱PLC程序下载及接线安装，并进行调试的方法；工作任务内容有一台药剂混合机，如图1所示。其以前的控制曾采用继电器或分立的电子线路来实现。现需要设计一种以PLC为核心的集多物料合成、混合、反应自动控制系统对其进行改造。具体控制要求如下：（1）根据药剂混合机（液体自动混合装置）的控制原理，运用顺序控制设计法进行设计。其控制原理如下：1）液体自动混合装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，容器为放空关闭状态，如图2所示。图2液体自动混合装置初始状态的模拟画面2）按下启动按钮，可观察到液体A的控制阀YV1打开，液体A（红色）流入流入容器，液位上升，如图3所示。图3液体自动混合装置液体A流入的画面3）当液体A（红色）的液面上升到SL2时，SL2导通，关闭液体A阀门，同时打开液体B阀门，液体B开始流入容器，如图4所示。注意观察液体的颜色：此时在画面上可以看到，当在红色的液体中渗入绿色液体，将变成橙色液体。图4液体自动混合装置液B流入的画面4）当液位上升到SL1时，关闭液体B阀门，搅拌电机开始搅拌，如图5所示。注意观察液体的颜色：通过搅拌后，液体的颜色由橙色转为黄色。图5液体自动混合装置混合液体搅拌的画面5）当搅拌电机工作20s后停止搅拌，混合液阀门打开，放出混合液体。如图6所示。图6液体自动混合装置搅拌结束混合液流出的画面6）当液位下降到SL3时，开始计时，且装置继续放液，将容器放空，计时满20s后，混合液阀门关闭，自动开始下一个周期，如图7所示。注意观察混合液电磁阀的计时画面。图7液体自动混合装置混合液体流出计时的画面7）运行过程中，按下停止按钮后，可以观察到控制系统没有立即停止工作，系统在完成当前的工作循环后才停止工作。任务实施步骤（或技术要点）步骤1：现场观摩液体混合机。（无条件的可通过多媒体仿真课件实现）步骤2：熟悉液体混合机的工作原理，编制PLC程序设计及线路安装计划。步骤3：准备电工工具、仪表以及辅助器材。步骤4：检查并选择本任务所需的元器件及所需规格的导线。步骤5：绘制(I/O地址分配表、状态流程图、I/O接线图、梯形图、平面布置图)图纸。步骤6：根据I/O地址分配表、状态流程图和梯形图利用编程软件在计算机上进行编程设计，再按图纸安装和调试电路。步骤7：编制技术文件，进行检查评估。（2）相关理论知识讲授教学资源及工具：PLC多媒体学习资料、投影仪、编程计算机、三菱GX-Developer编程软件、仿真软件。教学方法：讲授法、演示法。1）编程元件——状态继电器（S）利用多媒体课件创设环境，详细讲授状态继电器的分类、功能及使用方法。讲解时要重点突出状态继电器的分类和使用注意事项。2）步进顺控指令（STL和RET）利用PLC步进顺控指令多媒体课件创设环境，通过编程实例详细讲授步进顺控指令（STL和RET）的指令功能和使用方法。注意要讲清楚STL触点激活的条件是：通过置位指令SET进行激活。同时，要避免学生在使用STL触点时，使用常闭触点的错误。3）步进顺控指令的单序列结构的编程方法利用PLC步进顺控多媒体课件创设环境，详细讲授通过顺序功能图采用步进顺控指令的单序列结构的编程方法。在开展步进顺控指令的单序列结构的编程方法教学时，先进行课堂讲授，然后让学生进行课堂练习，学会单序列结构的顺序功能图的画法和梯形图的转换方法。单序列结构的顺序功能图的画法和梯形图的转换练习，可结合教材“巩固与提高”环节中的P242页分析题2小车自动往返控制系统设计进行。4）程序设计利用PLC学习多媒体课件配合编程操作详细讲授本工作任务PLC的编程方法，重点讲解运用状态流程图（SFC）的编程方法，实现本工作任务的编程方法和步骤，讲解过程中可以本工作任务为核心，教师上机利用三菱GX-Developer编程软件进行编程教学。在讲述和示范运用状态流程图（SFC）的编程方法来实现本工作任务的编程设计时，首先要深刻了解生产流程或对控制的要求，然后根据单序列结构的状态流程图（SFC）的画法原则，正确处理好各步之间的关系，输入正确的逻辑转换关系，最后画出所需要的状态流程图（SFC）。（3）操作技能训练教学资源及工具：计算机、网络资源、三菱GX-Developer编程软件、仿真软件、液体混合控制（PLC控制系统）控制配电盘。教学方法：分析法、讲授法、演示法、小组讨论法、动手操作及交流学习等。1）分组练习。由班委负责发放相关资料，教师进行分组，并讲清管理要求。2）控制系统硬件设计（PLC的I/O接线图和地址分配表）。由学生自行设计，教师进行完善。设计中注意绘图中的文字符号和图形符号的准确性。3）控制系统软件设计（单序列结构状态流程图和梯形图的设计）。在进行梯形图的设计时，首先让学生通过任务分析，绘制出本任务控制的状态流程图，然后在编程电脑和PLC实训台上进行设计及仿真调试运行。操作过程中，每位学生结合工作任务独立完成，各小组检查对错。4）教师巡回指导。在巡回指导过程中，教师应注意学生在进行采用状态流程图（SFC）转换成梯形图设计时，普遍最容易犯的错误是将初始化脉冲指令M8002的编程在“SFC块”下进行，如图8所示。正确的方法是应在“梯形图逻辑”下进行编程，如图9所示。图8初始状态错误编程方法图9初始状态正确的编程方法5）任务检查。在整个任务实施过程中，为了保证学生能很好地完成任务，让学生将任务实施的过程检查结果填入表2所示的任务检查单中。表2任务检查单任务检查单产品型号和名称项目承接人编号检查人检查开始时间检查结束时间检查内容是否一、硬件和软件程序的设计1．根据设计要求，正确设计主电路2．正确设计PLC控制I/O口接线图并列出PLC控制I/O口元件地址分配表3．根据控制要求正确绘制状态流程图，并设计PLC梯形图4．根据梯形图列出程序指令表5．画电路图规范清晰、元器件文字代号准确完整二、硬件安装接线1．合理选择电气元件并检查元件质量2．能按照元件布置图进行PLC输入输出安装固定元器件3．正确进行控制电路的接线4．紧固件规格、型号选用正确5．机械连接正确6．无导线、塑料件、外壳等丢失、损伤现象7．能正确使用万用表或验电笔检查线路三、PLC控制程序的输入及调试1．熟练操作PLC，能正确地将所编程序输入PLC2．能正确使用编程软件进行程序的修改、插入等程序的编辑3．正确按照被控设备的动作要求利用按钮、限位开关（传感器）等器件进行调试，达到设计要求4．能正确操作PLC按照任务控制要求进行控制5．能正确使用编程软件进行PLC的监控和测试6．能根据PLC运行故障进行常见故障的检查7．能排除PLC程序常见故障8．能排除PLC外围控制器件的常见故障四、安全1．必须穿戴劳动防护用品文明操作2．遵守劳动纪律，注意培养一丝不苟的敬业精神3．注意安全用电，严格遵守本专业操作规程4．保持工位文明整洁，符合安全文明生产5．工具仪表摆放规范整齐，仪表完好无损五、请简练描述你本任务的整个工作过程六、指导教师审核项目承接人签名检查人签名老师签名6）交流与评价。根据具体情况先由学生进行自我评价和小组评价，然后由教师评价，并将结果填入表3中表3教学效果评价表考核点（%）建议考核方式评价标准成绩优良中及格PLCI/O分配表15教师评价正确设计PLCI/O分配表，输入、输出量表述清楚，布局合理正确设计PLCI/O分配表，输入、输出量表述清楚，在教师的指导下完成PLCI/O分配表的设计，输入、输出量，布局合理在教师的指导下完成PLCI/O分配表的设计PLC系统接线图20教师评价+自评+互评正确设计PLC系统接线图，条理清楚，布局合理能够设计PLC系统接线图，条理清楚，布局合理在教师的指导下设计PLC系统接线图，条理清楚，布局合理在教师指导下基本完成PLC系统接线图PLC控制系统程序20教师评价根据控制要求，正确编写本任务的状态流程图，并转换成PLC控制系统程序，条理清楚，无错误根据控制要求，能够正确编写本任务的状态流程图，并转换成PLC控制系统程序，条理清楚，无重根据控制要求能够编写状态流程图和PLC控制系统程序，有较大错误，经教师指导后改在教师指导下基本完成本任务的状态流程图和PLC控制系统程序的编写大错误正仿真操作35教师评价正确录入状态流程图和PLC程序，进行正确仿真操作，效果明显，结论正确能够正确录入状态流程图和PLC程序，进行正确仿真操作，结论正确能够正确录入状态流程图和PLC程序，进行正确仿真操作，操作不过熟练，结论正确在教师的指导下能够录入状态流程图和PLC程序，进行正确仿真操作，操作不够熟练，结论正确综合表现10教师评价+自评积极参与；团队合作全意识强；按时完成任务；愿意帮助同学；服从指导教师的安排主动参与；团队合作意识较强；在教师的指导下完成任务；服从指导教师的安排能够参与；团队合作意识较强；在同学的帮助下完成任务；服从指导教师的安排能够参与；团队合作意识一般；在教师的帮助下完成任务；服从指导教师的安排【教学效果与反思】经过本任务教学，在任务结束前要进行总结：1.总结本任务训练情况即每个学生对本任务实施的掌握情况和存在问题。2.总结实训课堂的纪律情况。3.总结