《交通信号灯的PLC控制》教学设计

《交通信号灯的PLC控制》教学设计

一、教学目标

知识目标：

1、进一步学习PLC的编程。

2、掌握交通信号灯的控制原理。

能力目标：

培养学生的动手操作能力和自主探究能力。

情感目标：

通过“工学一体化”的课堂教学，让学生边学边做，体验学习的充实与快乐。在小组合作学习中，互相交流促进，增强学生合作意识。

二、教学重点与难点

重点：交通灯PLC控制电路的组装与工作过程。

难点：交通灯PLC程序设计、调试运行。

三、教法与学法

教法：项目教学法（确定项目、制定计划、实施计划、检查评估、记录归档、知识延伸）

学法：小组学习法（将学生分为六个小组，每个小组设工段长、操作工等不同岗位，让学生分别明确自己的任务和职责。）

四、课时

2课时

五、教学准备

PLC与变频器实训室（集PLC编程电路安装、教室功能于一体，

并具有多媒体演示功能）；主要设备：S7-200 PLC、计算机、万用表。

六、设计理念

本次项目实施设置了六个环节，如图所示：

七、教学过程

（一）确定项目（约10分钟）

采用创设工作情境的方式引入项目：

假设道路上没有交通灯，世界将变成什么样子？实际生活中交通灯是如何控制的？如果用我们所学的PLC知识，应该如何完成？

一组同学展示：

1、彩色图片展示：搜集十字路口交通灯图片。

2、交通灯工作演示：通过多媒体展示交通灯工作示意图，各组同学在操作中认识交通灯工作原理。

项目任务描述：

1、启动：当按下启动按钮时，信号灯系统开始工作。

2、停止：当需要信号灯系统停止工作时，按下停止按钮即可。

3、信号灯正常时序：

(1)信号灯系统开始工作时，南北红灯亮，同时东西绿灯亮。

(2)南北红灯亮维持25s，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮并维持20s，20s后，东西绿灯闪亮3s（亮0.5s。熄0.5s），绿灯闪亮3s后熄灭，东西黄灯亮并维持2s，2s后，东西红灯亮，南北绿灯亮。

(3)东西红灯亮维持30s，南北绿灯亮维持25s，到25s时南北绿灯闪亮3s后熄灭，南北黄灯亮，并维持2s，到2s时，南北黄灯熄，南北红灯亮，同时东西红灯熄，东西绿灯亮，开始第二个周期的动作。

(4)以后周而复始地循环，直到停止按钮被按下为止。

（二）制定计划（约10分钟）

学生分小组讨论列出元器件清单，制定实施项目的步骤和操作程序，最后由老师审核确定项目计划。

项目实施步骤：电路安装、程序设计、运行调试

（三）实施计划

1、电路安装（约25分钟）

二组工段长在此环节带领同学作好组装前的准备工作，教师引导学生分析电路连接中应注意的问题。并利用交通灯示意图，列出交通灯闪亮表，通过闪亮表画出交通灯工作时序图。

交通灯闪亮表 黄灯亮绿灯亮红灯亮信号

红灯亮信号2S 3S 25S 25S

时间绿灯闪南北30S 2S 3S 20S 时间黄灯亮绿灯闪绿灯亮东西

交通灯工作时序图

2、工艺准备

学生认识、清点元器件并检测，保证元器件质量。

教师提问如下问题：

（1）启动按钮和停止按钮如何接线？

（2）东西南北信号指示灯有什么位置安装规律？

（3）PLC 电源短路保护如何接线？

（4）线路安装应遵循的原则？

各组回答，教师总结强调。

3、动手安装

学生结合交通灯工作时序图，写出I/O 地址分配表和、画出PLC 接线图

I/O 地址分配表 输出输入Q0.5南北黄灯HL6Q0.4南北绿灯HL5

Q0.3东西红灯HL4

Q0.2东西黄灯HL3

Q0.1东西绿灯HL2

I0.1停止开关SB2Q0.0南北红灯HL1I0.0启动开关SB1

继电器功能名称继电器功能名称

输出信号输入信号

PLC 接线图

（1）每个学生都根据PLC 输入/输出接线图完成电路安装。

（2）安装完毕后，不通电工段内互查。

（3）接通电源，观察PLC 工作情况。

（四）程序设计（约15分钟）

此环节要完成控制电路的程序设计，由三组同学负责。

1、探讨原理

利用学生在这种情况下对电路的急切探究心理，三组学生在教师的帮助下设计以下问题：

（1）如何实现电路连续运行？

（2）使用定时器如何设定相应时间？

在理解了电路的整体工作情况后，又提出：

（3）程序一共需要几个定时器？

（4）如何使用定时器实现循环？

（5）绿灯闪烁控制可以用几种方法实现？

突破难点：教师提示，学生实验探究

提示一：什么条件下，第一个定时器重新开始计时，以实现循环控制？

提示二：每个信号灯什么时间启动，什么时间停止工作，用定时器如何去控制的？

2、运用提高

教师通过几个修改后的程序用几个实际问题引发学生深入思考，学以致用。

（1）如果在启动控制中，不加自锁电路会如何？

（2）若定时器采用断电延时，程序会如何运行？

（3）若将SM0.5改成SM0.4，绿灯又将如何变化？

学生讨论、交流，各抒己见，教师演示改装程序结果。

（五）运行调试（约15分钟）

本环节完成电路运行调试、电路故障的分析、排除任务。教师指导，小组讨论，以优带差，第四组总结分析

1、教师引导

教师提出排除故障的两种思路：

（1）原理分析法：据工作原理分析故障结果。

（2）逐步排除法：利用万用表先检查电路硬件接线、再通过仿真软件及程序监控分别检查启保停程序、时间控制电路、负载输出电路三部分，找出接线故障和程序错误。

2、小组讨论，排除故障

3、第四组总结各种故障产生原因

（1）交通灯不能循环工作原因：

（a）没有自锁电路

（b）定时器类型选择不对

（c）没有常闭触点

（2）绿灯不能闪亮：没有加秒脉冲