PLC及变频器应用实训课程设计.doc

《PLC及变频器应用实训》
整体教学设计

所属分院： 汽车工程学院
专业名称： 楼宇智能化工程技术
制定人：
合作人：
制定时间： 2014年2月24日

课程整体教学设计

一、课程基本信息
课程名称：PLC及变频器应用技术
课程代码：（可空）
学分：4
学时：104
授课时间：第3学期
授课对象：大二学生
课程类型：
□人文素养及职业素质课程
专业能力课程
□专业能力拓展课程

先修课程:电工技术及实训、传感器检测技术及实训
后续课程:楼宇智能化系统及维护、综合实训

二、课程定位
1. 岗位分析
就业方向
职业及工作领域
初次就业岗位
发展就业岗位
主要就业方向：
消防工程安装及维护
安防工程安装及维护
楼宇智能化工程设计及施工
智能小区及智能楼宇管理
物业管理

其它电气自动化技术领域安装及调试或运行及维护。

1、建筑电气系统运行及维护
2、楼宇智能化控制系统技术实施
3、楼宇安全防范技术实施及维护
4、楼宇智能化系统规划及简易设计
5、楼宇设备施工及管理
施工员
物业管理员
质检员
安全员
资料员

电气设计助理
楼宇智能管理师

注册电气工程师
注册建造师（机电工程）
网络工程师
物业管理师（3-8年发展，从事智能楼宇系统集成、编程、调试、故障处理；电气弱电系统高级维修、管理和改造升级）

相近就业方向：
建筑设备安装工程预结算
安装工程质量管理
安装工程资料管理
安装工程监理

建筑电气设计。
造价员
资料员
监理员
管理员
电气设计助理
技术员

注册建造师（机电工程）
注册监理工程师
造价工程师
高级技师

故障是否排除
否
否
故障
控制电路设计、程序设计
控制系统要求
元件选择
系统安装
调试
故障是否排除

电气设计助理能够根据要求进行变频恒压供水系统初步设计、进行元器件选择及PLC程编写和变频器参数设定。
2. 课程分析

表1 楼宇专业课程体系
楼宇建筑消防技术、智能楼宇综合布线、楼宇智能化系统运行与维护、楼宇系统集成及组态技术实训
PLC及变频器应用实训
电工技术及实训、电子技术及实训、建筑电气控制技术
传感器与检测技术实训
单片机控制技术

表2 本课程在课程体系中位置及作用

3.及普通高校、中职（高职）、培训班同类课程异同
(1)共同点：培养学生PLC安装及程序编写、变频器安装及参数设置.
(2)区别：
中职：面向一线施工员岗位，侧重培养识图及设备安装能力；
高职：面向电气设计助理岗位，侧重培养元件选择及变频器参数设置能力；
普通高校：面向工程师和建造师岗位，侧重系统设计及PLC程序编写能力。
三、课程目标设计
总体目标：
本课程以西门子S7-200系列PLC为学习载体，重点掌握梯形图编程方法，将控制系统常用到各种输入元件、输出元件、及被控对象一起构成应用项目，进行工学结合式学习，从而使学生掌握梯形图语言编程基本规则及方法，外围接口元件及设备及PLC连接。掌握可编程控制系统应用开发方法，能利用PLC资源实现一些基本测量及控制。进一步掌握一些基本信号检测、处理、变送方法。为专业课程打下学习基础和能力训练基础。
能力目标：
(1)能进行变频器恒压供水系统初步设计
(2)能进行编程器和变频器等器件选型
(3)能进行PLC编程及变频器参数设置
知识目标：
(1)掌握变频控制技术
(2)了解自动控制理论
(3)了解计算机控制理论
(4)掌握传感器工作原理
(5)了解流体力学

素质目标：
(1)具有良好职业态度、工作责任心、价值观、道德观、身心健康等综合素质；
(2)具有楼宇专业独立学习和继续学习能力；
(3)具有较强楼宇智能施工决策能力。
(4)具有适应电气控制类职业岗位变化能力；

四、课程内容设计：
序号
模块（或子模块）名称
学时
1
PLC编程控制技术应用
52
2
变频器控制技术应用
26
3
小区5号楼恒压供水系统设计
26

合 计
104

五、能力训练项目设计
编号
能力训练项目名称
子项目编号、名称
能力目标
知识目标
训练方式、手段及步骤
可展示结果
1
小区5号楼恒压供水控制系统设计
1－1 PLC编程控制技术应用
能够进行PLC选型及程序编写
(1)了解自动控制理论
(2)了解计算机控制理论
1、分组学习PLC基础知识，包括：组成结构、优点、基础软元件作用及功能。
2、通过两地灯PLC控制电路安装及调试试熟悉PLC选型、控制电路设计、安装。掌握PLC编程基本方法。
3、学生分组按照要求完成加压泵PLC控制系统设计安装及调试。
4、通过扩展训练让学生了解更多软元件用途及使用方法。
5、互相检查PLC控制系统电路安装及编写好程序。
搭建出模拟电路及上交设计文档
1－2变频器控制技术应用
能够进行变频器选型及参数设置
(1)掌握变频控制技术
1、分组学习变频器基础知识，包括：各种危险事项和注意事项、使用环境、安装方法等。
2、通过电动机变频启动熟悉变频器选型、电路连接、参数设置基本方法。
3、学生分组按照要求完成一拖二消防系统设计安装及调试。
4、通过扩展训练让学生了解更多参数及使用方法。
5、互相检查一拖二消防系统电路安装及参数设定。
搭建出模拟电路及上交设计文档
1－3小区5号楼恒压供水系统设计
小区5号楼恒压供水系统设计
(1)掌握传感器工作原理
(2)了解流体力学
1、分组学习传感器基础知识：传感器用途、分类、工作原理等。
2、组织学生同一学习简单流体力学知识。
3、结合上两个项目知识设计小区5号楼恒压供水系统。
搭建出模拟电路及上交设计文档
六、项目情境设计
楼宇智能化XX班XX同学到辽XX设计院进行顶岗实习，主要负责小区5号楼恒压供水系统设计工作。

34 / 34

表3 项目情境设计

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
总情境1万科物业楼宇智能化系统运行及维护
项目1小区5号楼恒压供水控制系统设计
情境1.1 PLC编程控制技术应用
子项目1.1
情境1.2变频器控制技术应用
子项目1.2
情境1.3小区5号楼恒压供水系统设计
子项目1.3
情境1.1.1按要求组装电动机连续运行控制系统。
情境1.2.1XX拿到变频恒压供水系统设计。
情境1.3.1要求XX设计PLC及变频器联合控制恒压供水系统。
任务1.1.1设计电机连续运行控制电路，安装并调试。
任务1.2.1.1该系统需要那些元器件，型号如何选择
任务1.3.1.1该系统需要那些元器件，型号如何选择。
情境1.1.2设计PLC控制电机连续运行控制系统。
任务1.2.1.2控制电路设计
任务1.3.1.2PLC及变频器如何连接
任务1.1.2.1查找资料了解PLC硬件结构及编程方法。
任务1.2.1.3控制系统连接
任务1.3.1.3控制电路设计，PLC程序编写及变频器参数设置。
任务1.1.2.2设计PLC控制电路及控制程序。
任务1.2.1.4变频器参数设定
情境1.3.2该系统未按照规定方式运行。
任务1.1.2.3选择元器件并连接控制电路，输入控制程序。
情境1.2.2供水系统未能按照要求供水？
任务1.3.2检查电路连接，检查变频器参数设置是否正确，检查PLC是否有故障。
情境1.1.3按下起动按钮电机没有反应，如何处理。
任务1.2.2检查电路连接是否正确，变频器参数设置是否正确。
情境1.3.3突发火灾供水系统应怎样工作
任务1.1.3检查程序是否有错误，检查外部电路连接是否正确，检查PLC出点是否有故障。

任务1.3.3在原有系统附加消防供水系统设计
情境1.1.4XX拿到PLC供水系统设计要求。

任务1.1.4.1该系统需要那些元器件？如何选型？报价。

任务1.1.4.2设计该系统电路图。

任务1.1.4.3编写PLC控制程序

任务1.1.4.4安装并调试系统

情境1.1.5供水系统没有按照要求工作怎么办？

任务1.1.5检查电路是否有问题，检查PLC硬件是否有问题。

项目考核
设计PLC控制电动机正反转控制系统
一拖二消防系统设计
加压泵PLC变频控制系统设计

七、课程进程表
第×次
周次
学时
单元
标题
项目
编号
能/知
目标
师生活动
其它（含考核内容、方法）
1
3
6
设计电机连续运行控制电路，安装并调试
1.1.1
（1）能进行交流电动机使用
（2）能初步掌握控制电路分析能力

通过分组学习，讨论在教师引导下完成电机连续运行控制系统设计安装及调试工作。接下来由学生自己组内根据加压泵控制要求讨论、确定控制方案并实施。最后给出一些控制要求，让学生编写程序扩展思路。
课堂参及情况、设计文档、模拟电路搭建情况、组内互评、小组间互评。
2
3
6
查找资料了解PLC硬件结构及编程方法
1.1.2.1
(1)能够进行PLC选型及程序编写。
(2)了解自动控制理论
(3)了解计算机控制理论。
组织学生查找相应资料了解PLC硬件组成和各部分作用。
课堂参及情况、问题回答情况、组内互评、小组间互评。
3
3
4
设计PLC控制电路及控制程序
1.1.2.2
(1)能够进行PLC选型及程序编写。
(2)了解自动控制理论
(3)了解计算机控制理论。
组织学生查找相应资料了解PLC编程易语言和常用指令作用。
课堂参及情况、问题回答情况、组内互评、小组间互评。
4
3
6
选择元器件并连接控制电路，输入控制程序
1.1.2.3
(1)能够进行PLC选型及程序编写。
(2)了解自动控制理论
(3)了解计算机控制理论。
通过分组学习，讨论在教师引导下完成电动机PLC控制系统设计安装工作。
课堂参及情况、设计文档、模拟电路搭建情况、组内互评、小组间互评。
5
3
4
检查程序是否有错误，检查外部电路连接是否正确，检查PLC出点是否有故障。
1.1.3
(1)能够进行PLC选型及程序编写。
(2)了解自动控制理论
(3)了解计算机控制理论。
通过电动机连续运行交流接触器控制电路转化成PLC控制程序。
课堂参及情况、设计文档、组内互评、小组间互评。
6
4
6
该系统需要那些元器件？如何选型？报价。
1.1.4.1
能够根据控制系统要求选择相应元件种类。
根据控制要求，提示学生需要什么元器件，每种元器件需要多少个。
课堂参及情况、设计文档、问题回答情况、组内互评、小组间互评。
7
4
6
设计该系统电路图
1.1.4.2
根据控制系统数据选择元件型号。
根据控制系统数据计算出所需元器件参数。
课堂参及情况、设计文档、问题回答情况、组内互评、小组间互评。
8
4
4
编写PLC控制程序
1.1.4.3
(1)能够进行PLC选型及程序编写。
(2)了解自动控制理论
(3)了解计算机控制理论。
通过分组学习，讨论在教师引导下完成PLC供水控制系统设计工作。
课堂参及情况、设计文档、组内互评、小组间互评。
9
4
6
安装并调试系统
1.1.4.4
(1)能够进行PLC选型及程序编写。
(2)了解自动控制理论
(3)了解计算机控制理论。
通过分组学习，讨论在教师引导下完成PLC供水控制系统安装工作。
课堂参及情况、设计文档、模拟电路搭建情况、组内互评、小组间互评。
10
4
4
检查电路是否有问题，检查PLC硬件是否有问题
1.1.5
(1)能够进行PLC选型及程序编写。
(2)了解自动控制理论
(3)了解计算机控制理论。
通过分组学习，讨论在教师引导下完成PLC供水控制系统程序编写及调试工作。
课堂参及情况、设计文档、组内互评、小组间互评。
11
5
6
该系统需要那些元器件，型号如何选择
1.2.1.1
能够根据控制系统要求选择相应元件种类。
通过分组学习，讨论在教师引导下完成电动机变频启动工作任务。接下来由学生自己组内根据一拖二消防系统控制要求讨论、确定控制方案并确定所需元器件种类和数量。
课堂参及情况、问题回答情况情况、组内互评、小组间互评。
12
5
6
控制电路设计
1.2.1.2
根据控制系统数据选择元件型号。
根据系统要求和数据计算所需各种元器件规格型号。
课堂参及情况、问题回答情况情况、组内互评、小组间互评。
13
5
4
控制系统连接
1.2.1.3
(1)掌握变频控制技术(2)能够进行变频器选型及参数设置
通过分组学习，讨论在教师引导下完成电动机变频启动工作任务。接下来由学生自己组内根据一拖二消防系统控制要求讨论、确定控制方案并设计控制电路。
课堂参及情况、设计文档、组内互评、小组间互评。
14
5
6
变频器参数设定
1.2.1.4
(1)掌握变频控制技术(2)能够进行变频器选型及参数设置
根据设计控制电路进行安装。
课堂参及情况、设计文档、模拟电路搭建情况、组内互评、小组间互评。
15
5
4
检查电路连接是否正确，变频器参数设置是否正确
1.2.2
(1)掌握变频控制技术(2)能够进行变频器选型及参数设置
通过分组学习，讨论在教师引导下完成电动机变频启动工作任务。接下来由学生自己组内根据一拖二消防系统控制要求讨论、确定控制方案并实施。最后通过一拖二给排水系统设计 让学生明确同一种控制方式应用在不同环境下参数设定有一定差异。
课堂参及情况、设计文档、模拟电路搭建情况、组内互评、小组间互评。
16
6
6
该系统需要那些元器件，型号如何选择
1.3.1.1
能够根据控制系统要求选择相应元件种类。
组织学生学习传感器相关知识和流体力学知识。分组讨论小区5号楼恒压供水系统控制要求确定所需元器件种类。
课堂参及情况、问题回答情况、组内互评、小组间互评。
17
6
6
PLC及变频器如何连接
1.3.1.2
根据控制系统数据选择元件型号。
根据系统要求和数据计算所需各种元器件规格型号。
课堂参及情况、问题回答情况、组内互评、小组间互评。
18
6
4
控制电路设计，PLC程序编写及变频器参数设置
1.3.1.3
(1)掌握传感器工作原理
(2)了解流体力学
(3)小区5号楼恒压供水系统设计
组织学生学习传感器相关知识和流体力学知识。分组讨论小区5号楼恒压供水系统控制要求确定控制方案并设计控制电路。
课堂参及情况、设计文档、组内互评、小组间互评。
19
6
6
检查电路连接，检查变频器参数设置是否正确，检查PLC是否有故障。
1.3.2
(1)掌握传感器工作原理
(2)了解流体力学
(3)小区5号楼恒压供水系统设计
根据控制系统设计方案实施。
课堂参及情况、设计文档、模拟电路搭建情况、组内互评、小组间互评。
20
6
4
在原有系统附加消防供水系统设计
1.3.3
(1)掌握传感器工作原理
(2)了解流体力学
(3)小区5号楼恒压供水系统设计
组织学生学习传感器相关知识和流体力学知识。分组讨论小区5号楼恒压供水系统控制要求确定控制方案并实施。
课堂参及情况、设计文档、模拟电路搭建情况、组内互评、小组间互评。

八、第一次课设计（面向全课，力争体验）。
项目一：围绕第一次课能力目标（能够进行PLC选型及程序编写），布置第一个项目：假设学生是PLC控制系统设计员，要求其按照客户要求完成相应PLC控制系统设计安装及调试工作。学生分组讨论，分析任务：
任务1：两地灯PLC控制系统设计安装及调试。
实战问题：1、需要那些元器件？如何选择？
2、按照控制要求设计控制电路、输入给定程序。
通过小组讨论、代表发言、总结解决以上问题。
任务2：加压泵PLC控制系统设计及、安装及调试。
1、 程序编写方法。
2、 编程练习：两台电机M1和M2，M1运行5分钟停3分钟，M2停5分钟运行3分钟。
3、 强化训练：三台电机顺启逆停；
4、 小组合作，完成项目；
5、 代表小组展示，互相修改完善。
九、最后一次课设计

PLC编程控制
技术及应用
变频器控制技术应用
小区5号楼恒压供水系统设计

小区5号楼恒压供水控制系统设计
PLC与变频器联合控制方法
PLC编程方法
PLC安装注意事项
PLC编程语言
变频器应用范围
变频器参数设定方法
变频器安装注意事项
变频器参数功能
安装调试注意事项
系统控制电路设计原则
PLC程序编写及变频器参数设定
PLC结构

十、考核方案
本课程以教师评价和学生互评相结合，过程评价和结果评价相结合。具体考核方式见表8。

表8 《PLC变频器应用实训》课程考核方式
考核项目
考核方法
考核比例
过程考核
出勤状况
以100 分为基础，按出勤评定成绩，抽查缺一次扣10分，该项目如扣40分以上则记0分
25%
项目完成情况
以100 为基础，小组互评40 分、教师评价60 分评定成绩，在操作过程中出现严重事故，该项记0分。
25%
结果考核
课程(笔试)考核
统一试卷考核
50%
综合评价考核
通过过程考核和终结考核评价总体学习效果

合 计
100
表9 项目完成情况考核标准
考核点
评分标准
评价标准
学习态度
考核学生参及课程学习态度、敬业精神、团队协作精神、安全规定执行等方面情况
20%
以100 分为基础，按小组评价30 分、教师评价50 分、学生自评20 分评定成绩
能力目标
考核学生理论知识和实际操作能力学习效果
50%
表达沟通
陈述清楚，回答问题正确等
20%
创新表现加分
有独立分析、解诀问题能力，合理化建议被采纳，实训成果有创新等
10
以10 分为上限，奖励在学习、实践上有突出表现和特色做法学生
合 计
100

表10 《PLC变频器应用实训》课程(笔试)考核标准
序号
教学模块或单元
笔试考核知识点
成缋
1
学习情境一：PLC编程控制技术应用
PLC控制电动机正反转控制电路；接线图；梯形图。
30分
2
学习情境二：变频器控制技术应用
变频器控制一拖二控制电路；接线图；变频器参数设置步骤。
30分
3
学习情境三：小区5号楼恒压供水系统设计
恒压供水系统控制电路；接线图；PLC及变频器联合控制方法。
40分
十一、教学材料（指教材或讲义、参考资料、所需仪器、设备、教学软件等）
教材
《可编程控制器安装及调试》校本教材
参考资料：
《机电控制及可编程控制器》《三菱PLC编程手册》《西门子S7-300应用技术》《深入浅出西门子S7-200 PLC》《深入 浅出西门子LOGO》《西门子PLC编程手册》
实验中需配备物品有：
PLC实训台（每组一个）
西门子S7-200PLC（每组一台）
交流接触器（每组9个）
热继电器（每组3个）
变频器（每组1台）
螺丝刀（一字、十字每种每组一1把）
剥线钳（每组1把）
斜口钳（每组1把）
导线若干
十二、需要说明其他问题
课堂演练及课后项目相结合，教师起到引导和指导作用，同时借助于网络中资源得到自我提升。
课程设计摒弃了以往纯粹教师讲授课形式，引入了情境任务教学，由于设计和应用仍处于试验阶段，所以该设计仍存在一些不成熟之处。

十三、本课程常用术语中英文对照
序号
英文词汇
中文对照
1
absolute
绝对
2
absolute output
绝对最大输出
3
actuator
执行器
4
against
对比
5
alter
改变
6
ambient
环境 周围
7
analog
模拟
8
assign
分配
9
back up battery
备用电池
10
buffer memory
缓冲存储
11
bus
总线
12
case
外壳
13
characteristic
特征
14
child-station
子站
15
common terminal
公共端
16
compatible
兼容
17
condition
条件
18
configuration
组态
19
control level
控制级
20
convenient
方便
21
conversion
转换
22
conveyor
传送
23
debug
调试
24
dedicated
屏蔽
25
design
设计
26
diagnosis
诊断
27
erase
清除
28
execute
执行
29
expand
扩展
30
faulty
故障站
31
flexibly
灵活
32
hardware manual
硬件手册
33
input
输入
34
input point
输入点数
35
instruction
指令
36
insulation
隔离
37
interlocking
互锁
38
mandatory
强制
39
mantenance
维护
40
momentary power failure
瞬时断电
41
monitor
监视
42
observation
观察
43
occupy
占用
44
occur
发生
45
parameter
参数
46
path
路径
47
perform
进行
48
peripheral
外围
49
phase
相
50
power line
电源线
51
power on/off
上电断电
52
precaution
注意事项
53
print board
印刷电路板
54
procedure
过程
55
programing interface
编程口
56
protocol
协议
57
range
范围
58
rated input voltage
额定输入电压
59
recommend
建议
60
reduce
减少
61
resistor
电阻
62
resolution
分解，解析
63
scan
扫描
64
screw
螺丝
65
seamless network
无缝网络
66
short
短路
67
start up
起动

附：课程整体设计体会
在这次课程设计过程中，我又一次学习戴教授以能力为导向职业教育，学习并借鉴了历年青骨班老师学习心得和成果，根据授课对象学习目标及课程要求，我对《PLC及变频器应用实训》课程进行了又一次设计。这不仅是一个学习过程，更是我能力又一次提升。
通过这次设计对戴教授提出以能力为导向职业教育有了更深入了解，对“什么是一堂好课”有了更深理解。课程教学设计有三大原则，即突出课程能力目标、能力要以项目任务来训练、课程评价要以学生为中心。当今高职教育目标不应当仅仅是知识传授，而是以能力提高作为最终目标，因此课堂教学设计必须坚持“以能力为本位”，而能力只能通过训练获得提高，其载体就是项目和任务。课程整体教学改革必须遵循六个原则、两个渗透。六个原则为：一是课程内容必须是职业活动导向、工作过程导向；二是突出能力目标；三是教学以项目和任务为主要载体；四是用任务训练职业岗位能力；五是课程必须以学生为主体；六是课程整体知识、理论、实践必须要一体化。两个渗透为：把外语、道德、素质教育渗透到所有课程中；把职业核心能力渗透到教学中。高等教育课程应符合高职教育特点，从高职院校学生实际情况出发，遵循高职教育规律，以职业能力为导向，以素质为基础，以学生为主体，实行模块化教学。古语说：“授人以鱼，三餐之需；授人以渔，终生之用”，传授知识并不等于拥有能力。高职教育课程重点不是力求把知识讲清楚，而是要训练和提高学生能力，将知识点融入能力训练中，将理论和时间紧密地结合在一起。高职教育如此，高职院校中英语教学更是如此。
教学设计围绕能力目标展开，每一次课都有其具体能力目标，而每一个具体能力目标结合起来，就是该课程整体能力目标。因此，我们也可以为整个课程设计一条主线，每一个单元就是其具体一项工作活动，以此来实现大能力目标项目。同时，解决交际时涉及到语言知识和文化背景，如：掌握相关词汇、句型、语法，了解相关文化习俗等，即完成课程知识目标。这样就是一个完整课程整体设计,也是以能力为导向教学模式在课程整体设计中体现。所谓以能力为导向教学模式，就是先确定课程能力目标，围绕能力目标制定课程项目、任务等具体内容，将知识点学习体现在训练项目中，边做边学，从而知识和能力一体化，它包括：能力目标设计：明确具体，可检验课程能力目标，即“能用…做…”，其中“能用…”中“…”就是课程主要知识目标，将知识体现在训练任务中；围绕能力目标精心设计课程项目、任务、课题、习题；强化课程中实践环节，边做边学，以训练为主，知识和理论以够用为度，以任务需要来确定讲授知识，并紧紧围绕学生能力训练和提高；确定训练任务，准备大量训练题目，反复进行训练。以学生为主体，让学生参及。以专业为导向，对不同专业方向安排不同实例和训练内容；注重知识一体化，实践、知识和训练有机结合。知识掌握要遵循从模糊到清晰，从具体到抽象。在新课程设计中，以学生为主体，以能力为导向，以效果为评价标准。教学过程中，学生积极参及，有操练，有听说读写，有展示讨论，有能力提高，有积极互动，有课堂成果。新高职教育课程标准不是“教师讲好为准”,而是以“教学效果——学生能力提高为准”。因此，无论是一堂课设计，还是一门课程整体设计都要“以能力为导向”。以能力为导向教学设计，要注意以下几个要点：对象明确、需求清楚、能力目标明确；以学生为主体，使学生在用中学知识；以能力为导向，知识不应先学后用，而是要边学边用；以贯穿课题（项目）为核心线索；考核要将过程性考核及终结性考核结合，重点考核学生能力。