传感器与PLC编程技术基础教学指南.docx
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传感器与PLC编程技术基础教学指南
中等职业学校教材
传感器与PLC编程技术基础
电子教学资料
主编
PublishingHouseofElectronicsIndustry
北京·BEIJING
前言
为了配合《传感器与PLC编程技术基础》课程的教学，体现教材的编写特色，更好地为读者服务，编写了此教学资料。
教学资料内容有三个部分：
第一部分是教学指南，包括了课程性质与任务、课程内容和要求、教学建议、教学时间分配。
第二部分是电子教案，采用PowerPoint课件形式。
教师可以根据不同的教学要求按需选取和重新组合。
第三部分是习题答案，给出了每道习题的详细解答过程。
限于编著者水平，教学资料中有错误或不妥之处，请读者给予批评指正。
编者
《传感器与PLC编程技术基础》教学指南
一、课程的性质与任务
本课程是数控应用技术专业一门专业技术基础课程。
针对专业特点，将传感器和PLC编程技术结合在一起，在保证课程内容体系的相对完整和系统的基础上，按掌握知识的思维规律，对原理性内容的叙述不作烦琐的理论介绍，将重点放在应用知识的介绍上，注意内容的精选和提炼，注重对学生职业能力和创新精神、实践能力的培养。
通过本课程的学习，使学生掌握传感器的概念、种类、结构、工作原理和应用实践能力，重点放在数控机床上常用的传感器；同时使学生掌握PLC概念、组成、工作原理和常用编程指令，针对数控机床控制特点，培养学生基本的编程能力和应用实践能力。
二、教学提要、课程内容、教学要求
第1章传感器基础知识
本章教学提要
教学重点：
传感器的概念和基本组成；
传感器的分类和特性参数；
了解传感器在数控机床中的应用；
电阻应变式传感器、电容式传感器、自感式传感器的结构、工作原理和应用。
教学难点：
电阻应变式传感器测量电路；
变隙式电感传感器、差动变压器式传感器、电涡流式传感器工作原理。
本章教学内容
●1·1传感器的概念和基本组成
●1·1·1传感器的概念
传感器定义：
能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。
●1·1·2传感器的基本组成
组成
作用
敏感元件
感受被测量并产生非电量
传感元件
对非电量转换成电参量
转换电路
对电参量进行处理成便于测量显示的电量
●1·2传感器的分类及其特性参数
●1·2·1传感器的分类
按被测物理量划分：
温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。
按工作原理划分：
电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、光电式传感器、压电式传感器、光栅传感器、磁栅传感器、电化学式传感器。
●1·2·2传感器的特性参数
传感器的特性参数有静态特性参数和动态特性参数，这里介绍静态特性参数。
静态特性参数：
灵敏度；
线性度；
迟滞；
环境特性；
重复性。
●1·3传感器的发展趋势及其在数控机床中的应用
●1·3·1传感器的发展方向
1、采用新材料和探究新理论来发展传感器；
2、发展数字式和智能型传感器；
3、采用新技术新工艺；
4、向小型化、集成化方向发展；
5、发展“仿生传感器”；
6、开发研制高性能的敏感元件。
●1·3·2传感器在数控机床中的应用
1、环境量的测量
2、位置量的测量
3、力和加速度测量
4、机械位移、角位移的测量
●1·4工业控制中常用的传感器
常用的传感器有三类：
电阻式传感器、电容式传感器和电感式传感器。
●1·4·1电阻式传感器
利用某种导电材料的电阻对某一非电物理量具有较强的敏感特性，就可制成测量该物理量的电阻式传感器。
1、电阻应变式传感器
应变效应；
电阻应变式传感器的工作原理；
电阻应变式传感器的测量电路。
2、热电阻和热敏电阻传感器
热电阻效应；
热电阻传感器；
热敏电阻传感器。
●1·4·2电容式传感器
电容式传感器的概念和特点；
电容式传感器工作原理、类型和结构；
电容式传感器应用。
●1·4·3电感式传感器
电感式传感器概念和特点；
电感式传感器分类；
变隙式电感传器；
自感式传感器结构、工作原理和应用
变截面式电感传感器；
差动变压器式传感器结构、工作原理和应用（工作原理公式推导过程可不做要求）；
电涡流式传感器结构、工作原理和应用（工作原理公式推导过程可不做要求）。
第2章数控机床中常用的传感器
本章教学提要
教学重点：
光电式编码器、霍尔传感器、旋转变压器、感应同步器、光栅位移传感器和磁栅位移传感器的特点、结构、工作原理和应用。
教学难点：
旋转变压器工作原理；
感应同步器信号处理方式；
莫尔条纹原理。
本章教学内容
●2·1旋转编码器
旋转编码器概念及其分类
●2·1·1接触式码盘
接触式码盘结构；
接触式码盘工作原理；
接触式码盘特点。
●2·1·2光电式编码器
光电式编码器的结构；
光电式编码器的工作原理；
光电式编码器的特点。
●2·1·3电磁式编码器
电磁式编码器工作原理（一般了解）；
电磁式编码器应用（一般了解）。
●2·2霍尔传感器
霍尔元件结构及工作原理；
霍尔元件主要特性（一般了解）；
霍尔传感器分类及其特点（开关型霍尔传感器特点重点）；
霍尔传感器在数控机床上的应用。
●2·3旋转变压器
旋转变压器概念与结构；
旋转变压器的工作原理（定性了解，学生可不要求掌握公式推导）；
旋转变压器在数控机床中的应用。
●2·4感应同步器
感应同步器概念与结构；
感应同步器工作原理；
感应同步器的信号处理方式（定性了解，学生可不要求掌握公式推导）；
感应同步器在数控机床中的应用（结合图2·21，一般了解）；
感应同步器的安装要求（一般了解）。
●2·5光栅位移传感器
光栅位移传感器的概念与结构；
直线型透射光栅位移传感器的工作原理；
光栅位移传感器在数控机床中的应用（结合图2·21，一般了解）；
光栅位移传感器的安装要求（一般了解）。
●2·6磁栅位移传感器
直线型磁栅位移传感器的组成和结构；
直线型磁栅位移传感器的工作原理；
直线型磁栅位移传感器的安装要求（一般了解）。
建议本章讲完后，教师结合自己教学情况以表格形式，归纳总结六种数控机床常用的传感器在结构、工作原理、检测量、特点等方面做一比较，使学生建立一个比较完整的知识体系。
第3章传感器综合实验
本章教学提要
教学重点：
掌握光电式旋转编码器在数控机床中的测速原理，熟悉光电式旋转编码器引脚，掌握光电式旋转编码器在机床中的装卸技术与要求。
掌握开关型霍尔传感器在数控车床电动刀架中的换刀控制原理，掌握数控机床中开关型霍尔传感器的接线技术。
教学难点：
在机床上组织教学实验，既要保证完成教学目标，又要尽量避免器件的损坏。
本章教学内容
●3·1光电式旋转编码器实验
一、明确实验目的；
二、介绍实验设备；
三、实验原理：
1、四工位电动刀架自动换刀原理；
2、霍尔接近开关传感器接线；
四、实验步骤；
五、思考题。
●3·2光电式旋转编码器实验
一、明确实验目的；
二、介绍实验设备；
三、实验原理：
1、光电式旋转编码器测速原理
2、旋转编码器的接线
四、实验步骤；
五、思考题。
第4章PLC基础知识
本章教学提要
教学重点：
PLC概念和主要特点；
PLC基本单元的型号和输入输出端子；
PLC的基本结构；
PLC工作原理和工作方式；
梯形图语言的基本规则；
PLC内重要软元件；
PLC常用编程指令；
三菱FXGP/WIN-C编程软件的使用。
教学难点：
PLC工作原理和工作方式；
MPS、MRD、MPP指令。
本章教学内容
●4·1PLC概述
●4·1·1PLC的概念及其主要特点
PLC概念；
PLC主要特点。
●4·1·2PLC基本单元的型号及其组成
PLC基本单元的型号；
PLC基本单元的组成；
PLC基本单元输入输出端子。
●4·1·3PLC的基本结构
中央处理单元；
存储器；
输入电路；
输出电路；
电源。
●4·1·4PLC工作原理和工作方式
PLC工作原理；
PLC工作方式。
●4·1·5PLC的性能指标
输入/输出点数；
扫描速度；
内存容量；
指令功能；
内部寄存器；
特殊功能模块。
●4·1·6PLC在数控机床中的应用
数控机床中PLC两种结构形式：
内装型和独立型；
内装型PLC；
独立型PLC。
●4·2PLC编程语言和格式
PLC编程语言种类：
梯形图语言、指令表语言、流程图语言和布尔代数语言；
梯形图语言的基本规则。
●4·3三菱FX2N系列PLC的重要软件
输入继电器；
输出继电器；
辅助继电器；
计时器；
计数器；
数据寄存器；
常数寄存器。
●4·4常用的基本编程指令
1、LD、LDI、OUT指令；
2、AND、ANI指令；
3、OR、ORI指令；
4、ORB指令；
5、ANB指令；
6、MPS、MRD、MPP指令；
7、SET、RST指令；
8、OUT、RST指令；
9、OUT、RST指令；
10、PLSY指令；
11、END指令。
●4·5三菱FXGP/WIN-C编程软件的使用
●4·5·1程序输入
基本操作步骤
●4·5·2程序编辑
1、剪切；
2、拷贝；
3、粘贴；
4、行删除；
5、删除；
6、行插入；
7、块选择。
●4·5·3程序管理
1、建立新文件；
2、打开；
3、保存；
4、打印；
5、页面设置。
●4·5·4运行监控
1、程序传送；
2、寄存器传送；
3、元件监控。
●4·5·5通讯参数设置
1、串口设置；
2、端口设置。
第5章PLC编程训练
本章教学提要
教学重点：
PLC编程的概念和步骤；
PLC编程基本原则和技巧；
典型应用程序和编程举例，培养学生编程能力。
教学难点：
培养学生编程能力。
本章教学内容
●5·1编程基础知识
●5·1·1编程的步骤
1、程序设计阶段；
2、程序调试阶段。
●5·1·2编程的基本原则和技巧
1、编程的基本原则；
2、编程技巧。
●5·2数控机床中典型的PLC应用程序
1、启动和自锁程序；
2、互锁程序；
3、延时接通程序；
4、延时断开程序；
5、报警程序。
●5·3编程举例
●5·3·1信号灯控制
1、控制要求；
2、I/O分配表；
3、软元件选择；
4、梯形图程序。
●5·3·2Y-△降压启动控制
1、控制要求；
2、I/O分配表；
3、软元件选择；
4、梯形图程序。
●5·3·3运料小车控制
1、控制要求；
2、I/O分配表；
3、软元件选择；
4、梯形图程序。
第6章PLC综合实验
本章教学提要
教学重点：
熟悉PLC控制系统建立和调试一般步骤；
掌握数控机床中三种常见的PLC控制，培养学生独立编程能力。
教学难点：
培养学生综合实践能力。
本章教学内容
●6·1PLC控制系统的建立与调试
实验目的；
实验设备；
实验内容；
实验要求；
实验步骤。
●6·2双速电机PLC控制
实验目的；
实验设备；
实验要求；
实验步骤；
思考题。
●6·3步进电机PLC控制
实验目的；
实验设备；
实验要求；
实验步骤；
思考题。
●6·4数控机床液压尾座PLC控制
实验目的；
实验设备；
实验要求；
实验步骤；
思考题。
三、教学建议
教学中应尽量收集和展示传感器实物，加强学生感性认识，加深学生对知识的理解。
传感器部分，以第二章、第三章为重点。
有条件的学校，可以组织学生在机床上实地观察，在机床上完成两个实验项目。
也可以根据本校特点自制实验装置，落实实验项目。
对教材中少数传感器，因其工作原理涉及的相关理论知识较深，只要求学生定性掌握，无需掌握推倒过程。
如：
差动变压器式传感器工作原理涉及向量数学知识。
PLC部分，第四章是基础，第五章重点培养学生的编程能力，第六章目的在于培养学生综合实践能力，为学生今后发展奠定基础。
应根据本校特点自制实验装置，落实实验项目，为学生提供动手的条件。
鉴于目前中职学校中PLC的品牌有三菱、松下、欧姆龙、西门子、AB公司等，PLC部分教学应结合本校PLC品牌特点，灵活调整教学内容。
四、教学时间分配
内容
建议教学时数
第1章传感器基础知识
10
第2章数控机床中常用的传感器
12
第3章传感器综合实验
6
第4章PLC基础知识
10
第5章PLC编程训练
8
第6章PLC综合实验
10
复习考查
4
注：
以上课时分配仅供参考，教学中可根据实际情况再做调整。
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