《电气控制与S7-1200 PLC应用技术》教学大纲

《电气控制与S7-1200 PLC 应用技术》课程教学大纲
《电气控制与S7-1200 PLC 应用技术》是测控技术与仪器专业的一门专业选修课程，是一门理论性较深实践性较强的专业基础课，任务是使学生掌握工程上常用的PLC 控制系统的设计思想、设计步骤、设计方法及调试方法。

使学生掌握可编程控制器原理及在自动控制系统中的应用，培养学生使用可编程控制器改造继电控制系统，维护与管理自动化生产线的基本能力，并对今后从事现代软生产线控制技术的应用与开发打下良好的基础。

一、课程目标
通过本课程的学习，使学生掌握PLC
的基本工作原理、硬件结构、指令、梯形图编程的基本方法，以及开发PLC 控制生产过程的基本方法，为学生毕业后从事工业生产过程自动化打下良好的基础。

1. 理解电磁式低压电器的基本结构，掌握其工作原理，了解主要参数的定义；熟悉开关电器、熔断器、主令电器的定义、分类、参数及使用场合。

2. 了解电气控制线路图的图形、文字符号，理解电气控制线路图的绘制原则；掌握三相笼形电机的基本控制线路的原理及绘制方法，并达到熟练设计和应用的能力。

3. 了解PLC 的产生与发展状况、基本组成结构、基本工作原理；理解PLC 的编程方法和规则、各种指令的功能和作用；掌握PLC 的硬件接线、各种指令的实际应用；能阅读和分析实际应用程序与梯形图，以及进行简单的程序设计，运行、调试控制系统。

4. 达到能借助产品说明书和相关手册，查阅有关数据、功能和使用方法，在生产现场完成正确安装、接线与调试，培养学生勤于思考、刻苦钻研、勇于探索的良好作风。

表1 课程目标支撑的毕业要求/指标点
二、课程教学设计
表2 课程重点内容及教学设计
三、课程单元及学时建议
（一）课程学时计划建议
表3 课程单元学时分配表
（二）课堂教学
1. 绪论
（1）可编程序控制器的发展历史；
（2）理解PLC的特点、应用及发展。

2. 常用低压电器
（1）电磁式低压电器的基本结构和工作原理；
（2）接触器、继电器的结构及工作原理，以及主要的工作参数；
（3）开关电器、熔断器、主令电器、信号电器的定义、分类、参数及使用场合。

3. 电气控制电路基础
（1）电气控制线路图的图形、文字符号，电气控制线路图的绘制原则；
（2）三相笼形电机的基本控制线路的原理及绘制方法，包括全压启动包括点动控制、长动控制、正反转控制、多点控制、顺序控制和自动循环控制等电路；降压起动包括星三降压起动、自耦变压器降压起动等；制动电路包括反接制动、能耗制动等；
（3）电气控制线路的一般设计法；
（4）典型生产机械电气控制线路分析。

4. S7-1200 PLC基础
（1）PLC的定义和特点、分类、系统组成、编程语言及程序结构，理解PLC与继电器控制系统的区别；
（2）S7-1200 PLC的硬件组成、工作原理、程序结构与语言和软件环境；
（3）掌握系统存储区及数据类型；
（4）S7-1200 PLC的基本指令、扩展及工艺指令，以及PLC编程的规则和常用的典型程序。

5. S7-1200基本指令
（1）S7-1200 PLC的基本指令，如位逻辑指令、定时器与计数器指令、比较指令、移动指令、移位指令、数学与运算指令、程序控制指令等；
（2）PLC编程的规则，常用的典型程序；
（3）PLC程序的对象约束设计法。

6. S7-1200扩展及工艺指令
（1）S7-1200 PLC的扩展指令，如日期和时间指令、字符与字符串指令等；
（2）S7-1200 PLC的中断与中断组织块；
（3）S7-1200 PLC的高速计数器；
（4）S7-1200 PLC的运动控制及轴；
（5）S7-1200 PLC的模拟量闭环控制。

7. S7-1200编程设计方法
（1）功能图的基本概念和构成规则；
（2）顺序控制指令，功能图的绘制原则及方法；
（3）单流程、可选择的分支和连接、并行分支和连接、跳转和循环等主要类型的功能图使用。

8. S7-1200 PLC通信
（1）工业网络结构概念，例如数据编码、数据通信方式、数据传输方式、差错控制、传输介质、拓扑结构、串行通信接口、通信协议等基础知识；
（2）S7-1200 PLC的通信与网络配置；
（3）S7-1200 PLC的S7通信、开放式用户通信、PROFINET IO通信、点对点通信、Modbus协议通信、USS协议通信与WEB服务器通信。

9. PLC控制系统综合设计
（1）PLC控制系统的设计步骤；
（2）HMI分类及使用；
（3）变频器及使用；
（4）S7-1200 PLC控制系统综合设计。

（三）实验教学内容及要求
1．目的及要求
通过实验使学生进一步将所学内容与实际问题结合起来，加深对所学内容的理解，掌握本课程中的基本实验方法，增强学生的动手能力和解决实际问题的能力。

2．主要仪器设备：
计算机、西门子S7-1200 PLC实验台
3．承担实验室：
机械工程学院实验中心。

4．实验项目与内容提要
表4 实验项目一览表
四、成绩评定
课程的考核以考核学生能力培养目标的达成为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为重要内容，总评成绩由平时成绩（10%）、实验成绩（20%）和结课考试（70%）三个考核环节构成。

各考核环节的具体要求及成绩评定方法如下：（一）平时成绩
平时成绩考核学生出勤/平时表现和作业完成情况。

课程要求每一位学生全程参与所有教学环节，授课教师应详细记录学时的出勤情况。

作业全批全改，按照百分制给成绩，作业
成绩为多次作业的平均成绩，作业成绩评分标准参考《机械工程学院课程作业通用评分指导性标准》。

平时成绩占课程总成绩的10%，平时成绩中出勤/平时表现占20%，作业占70%。

（二）实验成绩
实验成绩评分办法参考《机械工程学院实验成绩通用评分指导性标准》。

（三）考试成绩
采用笔试考核，结课考试占总成绩的70%。

试卷（100分制）蓝图如下：
表5 试卷明细表
（四）成绩评定
学生的课程总评成绩=试卷成绩×70%+实验成绩×20%+平时成绩×10%。

五、课程目标达成评价
（一）评价依据
平时作业、实验、结课考试学习成果。

（二）评价内容
课程各目标的达成度。

（三）评价对象
课程全体参与结课考核学生。

（四）评价方法
课程目标达成度评价具体计算方法如下：
i i i =
总评成绩中支撑课程目标相关考核环节得分之和
课程目标达成度总评成绩中支撑课程目标相关考核环节目标总分
达成度评价值计算的具体说明及示例如下表所示。

其中： i=[1 2 3 4]；
A i0、
B i0、
C i0分别表示作业成绩、实验成绩和试卷成绩中支撑课程目标i 的目标分值； A i 、B i 、C i 分别表示作业成绩、实验成绩和试卷成绩中支撑课程目标i 的实际平均得分。

表6 课程目标达成度评价示例
六、教材的选编与使用
教材的选用及编写要体现本课程的性质、价值、基本理念、课程目标以及内容标准。

课程组根据我校专业特色和课程大纲，推荐使用教材：王明武主编. 电气控制与S7-1200 PLC 应用技术. 机械工业出版社。

教学参考书：
[1] 廖常初主编．S7-1200 PLC 编程及应用（第3版）[M]．北京：机械工业出版社，2018 [2] 王淑芳编著．电气控制与S7-1200 PLC 应用技术[M]．北京：机械工业出版社，2017 [3] 段礼才主主编．西门子S7-1200 PLC 编程及使用指南[M]．北京：机械工业出版社，2018
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修订时间： 年 月 日。