《PLC應用技術（S7-1200PLC--LAD）》課程標準第一部分課程說明課程代碼：030115課程名稱：PLC應用技術課程學分：課程學時：課程類型：專業核心課課程性質和任務：《PLC應用技術》是電氣自動化、機電一體化、工業機器人等智能制造類專業的的一門專業核心課程。掌握PLC應用技術基本理論知識和實踐方法，為后續學習專業課程好堅實基礎；培養以PLC為核心的自動控制系統、智能制造設備等分析、安裝、調試、運行和維護的高技術、技能型人才。本課程的任務是：以西門子公司S7-1200PLC在生產實踐中的典型應用為載體，以基于工作過程的項目化內容為主要介紹對象，使學生掌握PLC工作原理、TIA博圖軟件以及仿真軟件的使用；S7-1200PLC的系統配置、硬件和網絡組態方法、硬件設計與調試、基本指令及其應用、程序設計的方法；圍繞G120變頻器、觸摸屏和步進/伺服電機等在生產線中的典型應用案例講述PLC的運動控制技術、以太網通信技術以及PID控制技術。培養學生的PLC綜合應用能力和創新實踐能力。課程目標：1．知識目標（1）S7-1200PLC的工作原理（2）博圖軟件的基礎知識和基本應用（3）S7-1200PLC的基本指令、編程方法和應用（4）順序控制設計方法和程序的經驗經驗設計方法（5）結構化程序的設計的基本知識和方法，面向對象的程序設計基本方法。（6）函數的概念、編輯、調用以及在程序設計中的基本方法（7）函數塊的概念、編輯、調用以及在程序設計中的基本方法（8）中斷組織塊的概念、分類以及常用中斷組織塊應用（9）模擬量的基本概念、模擬信號的處理以及程序設計方法（10）HMI的基本概念、常用控件的組態方法以及PLC與HMI的通信連接（11）G120變頻器的參數設置；G120變頻器的組態；PLC控制G120變頻器調速的基本方法以及應用（12）S7-1200PLC的以太網通信的基本概念、開放式用戶通信、S7通信以及分布式I/O以太網通信網絡組態、通信指令以及程序設計的方法（13）高速脈沖輸出和高速計數器指令及其應用；工藝對象的組態、常用指令及應用；步進/伺服電機控制的基本概念、PLC控制步進/伺服電機的方法；平面二維運動控制軟硬件的設計(14)PID控制的基本概念；S7-1200PLCPID_Compact指令算法、參數整定及編程；旋轉編碼器及高速計數器指令的測頻應用、模擬量信號處理及在PID中的應用以及PID對象仿真函數庫的應用2.能力目標（1）博圖軟件的使用能力（2）S7-1200PLC控制系統硬件安裝、調試和故障排除能力（3）S7-1200PLC典型工程應用，面向對象的結構化編程能力（4）HMI硬件維護及故障排除能力（5）步進電動機和伺服電動機在運動控制中的調試與故障排除能力（6）S7-1200PLC以太網通信的硬件架構、安裝和調試能力（7）S7-1200PLC控制G120變頻器基本應用的硬件安裝、接線和故障排除能力（8）PID控制系統的硬件設計、安裝和調試能力，PID參數整定方法和能力（9）PLC軟硬件綜合設計與調試能力及故障排除能力3.素質目標（1）良好的職業道德和職業素養（2）文安、全明生產的責任意識（3）團隊合作、樂于奉獻的品質（4）勇于探索、創新實踐的精神本門課程與其他課程關系：前導課程：《電工電子技術》、《電機與電氣控制技術》、《傳感器技術》、《單片機原理及應用技術》等后續課程：根據不同專業定推薦教材及參考書：《西門子S7-1200PLC應用技術項目教程（第3版）》編者吳繁紅出版社：電子工業出版社出版年月：2024年12月第二部分教學內容綱要一、教學內容及要求項目1：認識S7-1200PLC教學內容：PLC概述、組成及工作原理；S7-1200PLC簡介；S7-1200PLC的程序結構和工作過程；S7-1200PLC的擴展模塊及功能。（☆）重點：PLC的基本組成結構、PLC的循環掃描工作原理（△）難點：PLC的循環掃描工作原理項目2：博圖軟件的使用教學內容：TIA博圖集成軟件開發平臺組成；TIA博圖集成軟件簡介及基本應用；通過入門實例，掌握博圖軟件的使用步驟和方法。（☆）重點：TIA博圖集成軟件使用方法；在線硬件組態和離線硬件組態（△）難點：監控與強制表的使用項目4：八路搶答器教學內容：1、項目導入：8路搶答功能，并數碼顯示搶答的編號（1~8數字）；2、相關知識：存儲器、數據類型及其尋址、位邏輯指令及其應用；3、項目實施：硬件原理圖及接線圖；軟件：“起-保-停-互鎖”程序應用、軟件譯碼；調試：硬件設備上調試；SIM仿真軟件調試；4、項目拓展：加時間控制的8路搶答器設計（☆）重點：存儲器：輸入/輸出映像寄存器、位存儲器、數據塊存儲器、臨時堆棧；“起-保-停”程序設計方法及應用；軟件譯碼。（△）難點：數據塊尋址方式；優化的塊訪問/非優化的塊訪問；程序的經驗設計方法。項目5：三相異步電動機的星-三角降壓啟動教學內容：1、項目導入：具有“正-停-反”控制的星-三角降壓啟動；2、相關知識：四種定時器指令及其應用；3、項目實施：1）硬件：原理及接線圖；2）軟件：“起-保-停-互鎖”程序應用、定時器延時程序設計；3）調試：用監控表程序調試；SIM仿真調試；4、項目拓展：項目3八路搶答器中，增加時間延時功能，復雜的邏輯控制程序設計方法。（☆）重點：1）定時器指令的特點：背景數據塊；2）定時器指令的功能：四種定時器的功能及其應用場合。定時器的構成的基本應用單元：周期性脈沖信號、周期和脈寬可調的矩形波信號。3）定時器指令更新（△）難點：定時器指令更新方法，用經驗設計法實現復雜功能的程序設計項目6：運料小車控制教學內容：1、項目導入：循環次數可控的小車往返運動；2、相關知識：三種計數器指令及其應用、順序控制的程序設計方法；4、項目實施：1）硬件：原理圖、接線；2）軟件：循環次數可控的小車往返運動程序設計；5、項目拓展：復雜功能的順序控制程序設計方法。（☆）重點：1）順序功能圖與順序控制設計法；2）計數器指令及其應用：計數器指令的特點：背景數據塊、計數器指令的計數范圍；計數器指令的功能：三種計數器的功能及典型應用場合：（產品計數、累計循環次數、多功能按鍵）；計數器背景數據塊，采用多重背景數據塊。（△）難點：順序功能程序的設計方法；計數器的自復位程序設計項目7：十字路口交通燈教學內容：1、項目導入：十字路口交通信號燈的控制；2、相關知識：程序結構、組織塊、功能指令及其應用、函數的編輯和調用；3、項目實施：1）硬件：原理圖、接線；2）軟件：交通信號燈的控制程序設計、函數的編輯與調用；4、項目拓展：復雜函數的編輯與調用。（☆）重點：軟件設計的整體架構；函數的設計原則、編輯及其調用方法。（△）難點：軟件設計的整體架構；函數設計原則項目8：電動機組控制教學內容：1、項目導入：三臺電機順序啟動/逆序停止，啟動時，每臺電機要滿足星三角降壓啟動；2、相關知識：函數塊（接口參數的概念及其使用、函數塊的編輯與調用）；3、項目實施：1）硬件：原理圖；2）軟件：三臺電機順序啟動/逆序停止程序設計；4、項目拓展：多重背景數據塊、函數塊的嵌套調用。（☆）重點：軟件設計的整體架構；函數塊的設計原則、編輯及其調用方法。多重背景數據塊的概念及其應用方法；FC與FB的比較，理解兩者的異同。（△）難點：靜態變量和多重背景數據塊的函數塊的調用及編程方法；PLC數據類型的定義和使用。項目9：基于HMI液體混合系統教學內容：1、項目導入：液位高度的檢測，實現兩種液體的混合，并進行液位顯示；2、相關知識：1）模擬量模塊及其處理；2）運算指令及其應用；3）中斷事件及其常用中斷組織塊及其應用；3、項目實施：復雜程序設計（模擬量處理程序設計、順序控制程序設計）；4、項目拓展：HMI為輸入/輸出設備，控制液體混合。（☆）重點：復雜功能程序設計的整體架構；模擬量采樣及處理的硬件和程序設計；常用中斷組織塊的概念及應用；HMI基本應用。（△）難點：模擬量硬件的接線、模擬量采樣程序的設計方法項目10：G120變頻器的電動機控制教學內容：1、項目導入：通過觸摸屏設置電機的轉速、控制電動機的啟停及正反轉，并在觸摸屏上顯示電動機的實際轉速、電壓、電流、功率等運行參數和運行狀態；2、相關知識：G120變頻器常用參數的含義、參數設置方法、G120報文格式；S7-1200PLC控制G120變頻器轉速的典型應用；3、項目實施：1）硬件組態（G120）；2）通過Startdriver軟件實現G120變頻器的快速調試；3）PLC與G120采用自由報文通信方式的程序設計；4）HMI與PLC的通信及HMI界面組態。（☆）重點：G120變頻器的常用參數及其應用；采樣IOP和Startdriver兩種方法對G120變頻器進行參數設置與調試；采樣S7-1200PLC控制G120變頻器轉速的基本調速方法（硬件設計及軟件設計）。（△）難點：G120變頻器中宏的概念及其應用項目11：S7-1200PLC以太網通信技術教學內容：1、項目導入：由一臺HMI、兩臺S7-1200PLC控制傳送帶上的瓶子計數和箱子打包裝置。其中HMI與PLC_1連接，通過HMI界面控制傳送帶手/自動運行，并顯示當前的箱子中的瓶子數和已經完成裝箱的箱子總數；PLC_2用作現場PLC，用于連接計數傳感器B0、傳送帶電動機M，以及統計瓶子數和箱子數。2、相關知識：S7-1200PLC以太網通信的基本概念；2）開放式用戶通信（TCP）及其應用舉例；3）S7通信及應用舉例；4）S7-1200PLC與PROFINETIO設備通信及應用舉例。3、項目實施：1）網絡拓撲結構；2）采用開放式用戶通信（ISO-on-TCP），兩臺PLC的程序設計；3）HMI與PLC的通信及HMI界面組態；4）HMI與兩臺PLC的聯機調試。（☆）重點：TCP（ISO-on-TCP）、S7協議以及S7-1200與PROFINETIODevice概念、通信指令及編程方法。（△）難點：復雜項目的軟、硬件整體設計構架（即設計方案）項目12：平面二維運動控制教學內容：1、項目導入：項目通過觸摸屏控制完成將一個物件由原點搬運到HMI任意指定的位置的任務，這包括兩部分的運動：一部分是十字平臺X軸和Y軸的移動；另一部分是真空吸盤吸、放物件和氣缸的升、降運動（氣路和磁性開關、接近開關）。2、相關知識：1）高速脈沖與高速計數器指令；2）步進/伺服電機及其驅動；3）軸的組態、調試及診斷；4）軸運動控制指令及應用舉例。3、項目實施：1）系統硬件原理、接線圖；2）根據控制要求和步進/伺服電機的參數完成軸的組態；3）平面二維運動控制程序設計方法；4）HMI與PLC的通信和HMI界面組態；5）聯機調試。（☆）重點：高速計數器指令及其應用（光電編碼器測量轉速和位移）；軸的組態與調試；常用軸指令參數含義及其應用方法。（△）難點：回原點的方法及其應用；伺服驅動的參數設置方法及硬件接線；復雜項目的軟、硬件整體設計構架（即設計方案）；運動控制系統的維護及故障排除。項目13：PID實現恒溫控制教學內容：1、項目導入：采用PID實現恒溫控制；2、相關知識：PID控制基本原理；S7-1200PLC的PID_Compact：1）指令介紹；2）指令算法框圖；3）PID_Compact指令引腳參數含義；4）PID_控制系統參數的整定；5）應用舉例：轉速PID控制；3、項目實施：1）硬件原理及接線；2）硬件組態；模擬量輸入信號板、模擬量輸出模塊組態以及端口地址；3）軟件設計；4）PID組態及參數的整定：5）HMI畫面組態；6）調試運行。（☆）重點：閉環系統PID_Compact參數的自整定方法；HMI中趨勢圖組態方法（△）難點：閉環系統PID_Compact參數的自整定方法；使用仿真函數庫79047707_LSim_LIB_V3_0_0中FB“LSim_PT3”實現PID控制。二、學時分配項目課題內容總課時理論課時實踐課時項目1：認識S7-1200PLC440項目2：博圖軟件的使用404項目4：八路搶答器844項目5：三相異步電動機的星-三角降壓啟動844項目6：運料小車控制844項目7：十字路口交通燈844項目8：電動機組控制844項目9：基于HMI液體混合系統1266合計603030項目10：G120變頻器的電動機控制1688項目11：S7-1200PLC以太網通信技術1666項目12：平面二維運動控制1666項目13：PID實現恒溫控制1266合計1125656總計112三、主要教學方法與媒體要求項目教學：在實驗室教室中采用項目教學，采用理-實一體的七階段教學方法媒體要求：采用多媒體教學，必須包括電腦和投影四、考核方法與要求見考試大綱《PLC應用技術》（S7-1200PLC）--LAD考試大綱課程考核方式：理論閉卷考試、實踐操作調試考試時間：理論60分鐘，實踐90分鐘成績組成：1）平時成績：包括出勤、課堂提問、作業情況等。10%2）實驗成績：實驗報告、平時練習考核等。20%3）理論考試成績：70％（考核筆試成績）4）實踐成績：50％（期中20%+期末（實踐成績）30%）課程綜合成績：理論（（平時成績+實驗成績）×30%+理論考試成績×70%）×50％＋實踐50％考試內容和要