《相交流异步电动机单按钮启停控制》优秀教学案例.docx
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《相交流异步电动机单按钮启停控制》优秀教学案例
《三相交流异步电动机单按钮启停控制》教学课例
常州刘国钧高等职业技术学校杨欢
一、项目名称确定：
《三相交流异步电动机单按钮启停控制》4课时
二、课例背景介绍：
可编程序控制器（PLC）技术是一门实用性很强的专业课，注重实践教学环节的学习演练，是掌握PLC技术的根本。
本课程是以三菱FX2N系列PLC为核心，采用“项目导向、任务驱动"的课程模式，来实施和引领课堂教学。
在PLC项目课程的实践中，分别通过项目教学、理实一体、任务驱动、行动导向等多种教学方法，起到了很好的效果，大大提高了学生学习的积极性。
本课例是项目一《三相交流异步电动机的PLC控制》中的任务四《三相交流异步电动机单按钮启停控制》。
课程的实施是在可编程控制器实验室进行的，学生通过理论学习与实践操作一体化的综合训练方式，逐步学会三菱可编程序控制器的相关知识和技能，并为后续课程打下了扎实的基础。
三、学习目标的设定：
课程的总目标：
1、通过对本课程的学习和训练，使学生进一步熟悉PLC的基础知识，掌握PLC梯形图、指令语句以及SFC图三种方式的编程方法，并能够应用三菱FX2N系列PLC完成实际控制系统的设计、安装、调试及监控。
2、通过该项目课程的学习，努力培养学生分析、解决生产实际问题的能力，提高学生的职业技能和专业素质。
提高学生学习的能力，养成良好的思维和学习习惯。
3、积极发展好奇心和求知欲，培养坚持真理、勇于创新、实事求是的科学态度与科学精神，形成科学的价值观。
培养学生的团队合作精神。
本课例的目标：
1、知道什么是时序图，会画出单按钮控制电动机启停的时序图。
2、能运用微分脉冲输出指令（PLS、PLF）、置位/复位指令（SET/RST）进行简单的编程。
3、会根据控制要求熟练分配PLC输入/输出点，并能画出PLC电路原理图和安装接线图。
4、能利用梯形图和指令语句两种方式完成该项目程序的编写。
5、能独立完成三相交流异步电动机单按钮启停PLC控制的安装、调试和监控。
6、努力培养学生勤于思考、善于动手的良好习惯以及团队合作、理论联系实际的能力。
四、学习任务描述：
本课例的学习任务是应用三菱FX2N-48MRPLC来实现三相交流异步电动
机单按钮启停的控制。
在传统控制系统中通常需要使用一个启动、一个停止按钮分别控制电动机的启动和停止，在PLC的控制系统中这就要占用两个输入点，而在PLC系统设计时，设法减少使用的输入/输出点数就可以降低控制系统的成本，提高经济效益。
因此本项目是利用PLC技术来实现单按钮控制电动机的启停。
在教学实施过程中,首先提出用单按钮控制的原因→进行控制系统分析→分配I/O点→画出PLC接线图→编写程序→调试和监控，最终完成整个项目。
五、学习内容组织：
在学习内容的组织上，首先由教师引领学生对所做的项目进行具体的分析，要注意处理项目控制要求上的细节问题。
其次根据控制要求，学生应熟练地进行输入/输出点的分配。
根据I/O分配表，学生立刻就能画出PLC的电路原理图以及接线图，这是学生在平时的训练中必需掌握的知识和技能。
然后学生根据接线图认真、细致地完成电路的安装，并学会用万用表检查电路的正确性，至此PLC控制系统的硬件部分已经完成。
下一个环节便是程序的编写，程序的编写对于学生而言，难度比较大，因此必须在教师的引领下，将编程所需要用到的细节知识补充完善后，即学习相关的指令后，学生才能独立的完成程序的编写。
在程序编写的过程中，学生应熟练的进行梯形图与指令语句两种编程方式，应会进行互换。
在整个PLC控制系统实现的过程中，要充分调动学生的积极性，让他们能独立的进行系统的调试与监控。
最后通过项目实现的最终结果，对学生进行合理的评价，并对所做的项目进行更深入的拓展与提高。
具体可见下图所示。
当然也可以采取表格的形式，见下面的表格。
序号
能力
训练
项目
名称
对应
单项
任务
名称
拟实现的
能力目标
相关支撑
知识
训练方式手段及步骤
学习成果
1
项目一：
三相交流异步电动机的PLC控制
任务四、
三相交流异步电动机单按钮启停的控制
1．能独立完成三菱FX2N-48MR可编程序控制器与计算机的通信连接以及输入/输出回路的连接。
2.会使用FXGP编程软件进行程序的编写、下载、调试和监控。
3.能熟练应用基本逻辑指令以及用梯形图与指令语句两种方式进行PLC简单程序的设计。
4、能运用脉冲输出指令以及置位/复位指令进行简单程序的编写。
5、能独立完成该项目的安装、调试与监控。
6．按操作规程进行操作并完成报告
1．知道三菱
FX2N-48MR可编程控制器的输入端子、输出端子及通信接口。
2．进一步熟悉FXGP编程软件的使用方法。
3．了解什么是时序图以及它的基本概念。
4．理解微分脉冲输出指令（PLS、PLF）的使用方法。
5．理解置位/复位指令（SET/RST）的使用方法。
课件演示、讲解
操作演示
动手操作、点评
概念讲解
实践操作
成果点评
1.PLC实现三相交流异步电动机单按钮启停的控制。
六、教学情境创设：
1、通过教材的图文并茂以及动画的演示，提高学生的学习兴趣。
2、通过介绍电动机单按钮启停的控制、以及在生产中的广泛应用和演示控制系统的工作过程激发学生学习的兴趣。
3、通过指导学生完成整个项目的操作过程，使学生树立自信心。
4、在问题探究中使学生理解操作过程中遇到的问题，为学生完成独立操作打下扎实的基础。
5、通过指导学生练习激发学生潜力，实现学习目的。
七、教学资源准备：
1、元器件准备：
序号
名称
型号规格
数量
单位
备注
1
安装板
600×800mm
1
块
木板或铁板
2
PLC
FX2N-48MR
1
台
3
导轨
DIN
0.4
米
4
空气断路器
Multi9C65ND20
1
只
5
熔断器
RT28-32
6
只
6
接触器
NC3—09/220V
1
只
7
热继电器
NR4—63（1-1.6A）
1
只
8
三相异步电动机
JW6324-380V250W0.85A
1
只
9
控制变压器
JBK3-100380V/220V
1
只
10
按钮
LA4-3H
1
只
11
端子
D-20
2
只
12
铜塑线
BV1/1.37mm2
10
米
主电路
13
BV1/1.13mm2
15
米
控制电路
14
BVR7/0.75mm2
10
米
16
紧固件
M4*20螺杆
若干
只
17
M4*12螺杆
若干
只
18
Φ4平垫圈
若干
只
19
Φ4弹簧垫圈及Φ4螺母
若干
只
20
号码管
φ1.5
若干
米
21
号码笔
小号
1
支
2、电工工具：
尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、螺丝刀（“+”、“一”字）。
3、仪表：
MF47型万用表。
八、教学过程实施（以4堂课为例）
教学步骤1：
新项目的引入（教师讲授）
在传统的继电器控制系统中通常需要使用一个启动和一个停止按钮分别控制三相交流异步电动机的启动和停止。
这样在PLC的控制系统中就需要占用两个输入点。
而在PLC系统设计时，减少输入/输出点数就可以降低PLC控制系统的成本，从而提高经济效益。
因此我们想能否用一个按钮来控制电动机的启停呢？
答案是肯定的，这就是今天所要学习的项目：
三相交流异步电动机单按钮启停控制。
教学步骤2：
展示学习目标（放幻灯片）
1、知道什么是时序图，会画出单按钮控制电动机启停的时序图。
2、能运用微分脉冲输出指令（PLS、PLF）、置位/复位指令（SET/RST）进行简单的编程。
3、会根据控制要求熟练分配PLC输入/输出点，并能画出PLC电路原理图和安装接线图。
4、能利用梯形图和指令语句两种方式完成该项目程序的编写。
5、能独立完成三相交流异步电动机单按钮启停PLC控制的安装、调试和监控。
教学步骤3：
指出本项目的学习过程（放幻灯片）
项目学习过程
教学步骤4：
分析项目控制任务（教师引领，学生分析）
1、任务要求介绍
（1）按下按钮SB1奇数次时，交流接触器KM1得电，电动机M1启动运转。
（2）按下按钮SB1偶数次时，交流接触器KM1失电，电动机M1停止运转。
（3）具有短路保护和过载保护。
2．任务要求分析
利用一个按钮控制电动机的启停，类似于开关型轻触按键，但它要求内部必须具有自锁的功能。
在第一次按下时置ON并保持，第二次按下时翻转并保持，以后每按下一次按钮都会进行一次翻转。
在整个的工作过程中，电动机的启停频率是按钮按下的频率的一半，因此要实现控制要求实际上只需将按钮信号的频率进行二分频。
教学步骤5：
根据项目控制任务，分配I/O点（学生分配，写出输入/输出分配表，教师点评）
1、输入/输出分配表
三相交流异步电动机的单按钮开关控制电路的输入/输出分配表如下所示。
输入
输出
元件
作用
输入点
输出点
元件
作用
SB1
启/停控制按钮
X0
Y0
KM
电动机启停控制
FR
过载保护
X1
输入/输出分配表
教学步骤6：
根据I/O分配表，绘制三相交流异步电动机单按钮启停PLC电路原理图（学生单独绘制，教师循回指导并点评）
1、用三菱FX2N-48MR型可编程序控制器实现三相交流异步电动机单按钮启停控制的电路原理图，如下图所示。
主电路与控制电路的绘制由学生独立完成，教师循回指导。
PLC电路原理图
教学步骤7：
根据PLC电路原理图，进行元器件的布局，并绘制PLC接线图。
（学生独立布局，并绘制接线图）
1、元器件的布局如下图所示：
元器件的布局
2、PLC接线图如下图所示。
PLC接线图
教学步骤8：
根据PLC接线图，安装电路，并用万用表进行检测，并通电试验，完成下列表格。
（学生操作，教师循回指导）
1、安装好的PLC控制系统如下图所示。
PLC控制系统
2、检查布线。
对照PLC电路图检查是否掉线、错线；是否漏编、错编，接线是否牢固等。
3、用万用表检测电路。
万用表检测过程见下表所示。
如测量阻值与正确阻值不符，应根据线路图检查是否有错线、掉线、错位、短路等。
序号
检测内容
操作情况
正确阻值
测量阻值
备注
1
检测判别FU1、FU2、FU3和FU4的好坏
两表棒分别搭接在FU的上下接线端子上
均为0Ω
R×1Ω档、调零
2
测量L1－L2之间的绝缘电阻
合上断路器，两表棒分别搭接在接线端子XT的L1和L2上
∞
R×10kΩ档、调零
3
测量L1—L3之间的电阻
两表棒分别搭接在接线端子XT的L1和L3上
TC初级绕组的阻值
R×10Ω档、调零
4
测量L2—L3之间的绝缘电阻
两表棒分别搭接在接线端子XT的L2和L3上
∞
R×10kΩ档、调零
5
分别测量L1、L2、L3与PE之间的绝缘电阻
两表棒分别搭接在接线端子XT的L1、L2、L3与PE上
均为∞
6
测量PLC的各输入端子与（COM）之间的阻值
分别动作输入设备，两表棒搭接在PLC各输入接线端子与（COM）上
均为0Ω
R×1Ω档、调零
7
测量PLC的各输入端子与电源输入端子（L）之间的阻值
两表棒分别搭接在PLC各输入接线端子与电源输入端子（L）上
均为∞
R×10kΩ档、调零
8
测量PLC的输出端子Y0与公共端子（COM0）之间的阻值
两表棒分别搭接在PLC的输出接线端子Y0与公共端子（COM0）上
TC次级绕组和KM线圈的阻值之和
R×100Ω档、调零
4、通电试验，判断PLC是否运行正常，并观察PLC的指示LED灯是否和输
入端一致。
步骤
操作内容
LED
正确结果
观察结果
备注
1
先插上电源插头，再合上断路器
POWER
点亮
点亮
LED点亮，说明电源正常
2
拨动RUN/STOP开关，打置“RUN”位置
RUN
点亮
点亮
LED点亮，说明PLC运行正常
3
拨动RUN/STOP开关，打置“STOP”位置
RUN
熄灭
熄灭
4
按下SB1
X001
点亮
点亮
LED点亮，说明输入电路正常
5
按下FR测试按钮（Test）
X002
点亮
点亮
6
按下FR复位按钮（Reset）
X003
熄灭
熄灭
X003复位
教学步骤9：
PLC电路安装检查无误后，学习相关知识点。
（教师讲授，学生分析、回答、解决问题）
知识点1、理解时序图的概念，学生画出三相交流异步电动机单按钮启停的时序图。
如下图所示。
单按钮控制电动机启停时序图
知识点2、学习微分脉冲输出指令（PLS、PLF）的用法。
（1）PLS：
上升沿微分脉冲输出指令，在触发信号的上升沿时使操作元件产生一个扫描周期的脉冲输出。
（2）PLF：
下降沿微分脉冲输出指令，在触发信号的下降沿时使操作元件产生一个扫描周期的脉冲输出。
（3）应用举例：
学生根据梯形图写出指令语句，画出左图X1、M0、M1的时序图。
并根据右图梯形图判断能实现三相交流异步电动机的什么控制。
左图右图
微分脉冲指令用法
知识点3、学习置位/复位指令（SET/RST）的用法
（1）SET：
置位指令，在触发信号接通时，使操作元件接通并保持（置1）。
（2）RST：
复位指令，在触发信号接通时，使操作元件断开复位（置0）。
（3）应用举例：
学生根据梯形图写出指令语句，并画出X0、X1、M0、M1、Y0的时序图。
梯形图时序图
教学步骤10：
学生利用以上所学的PLC知识，来解决三相交流异步电动机单按扭启停控制的编程。
（教师引导，学生编程）
1、梯形图程序以及对应的指令语句如下图所示。
梯形图指令语句
教学步骤11：
系统的调试与监控（学生独立完成）
1、打开软件SWOPC-FXGP/WIN-C→新建文件→选择FX2N系列PLC→编写梯形图程序。
如下图所示。
2、将编写好的程序写入PLC，并启动程序监控，如下图所示。
3、在教师现场监护下进行通电调试，验证系统控制功能是否符合要求。
将PLC的RUN/STOP开关拨至“RUN”位置后，按以下操作步骤运行，让学生填写下表。
步骤
操作内容
观察内容
指示LED
接触器
电动机
正确结果
观察结果
正确结果
观察结果
正确结果
观察结果
1
第一次按下SB1
Y000点亮
KM吸合
运转
2
第二次按下SB1
Y000熄灭
KM释放
停转
3
第三次按下SB1
Y000点亮
KM吸合
运转
4
按FR测试按钮
Y000熄灭
KM释放
停转
5
按下FR复位按钮，将FR复位
教学步骤12：
对学生所完成的PLC项目进行质量评价，具体评价方式如下表。
（学生操作，教师评分）
考核项目
考核要求
配
分
评分标准
扣
分
得
分
系
统
安
装
1．会安装元件
2．按图完整、正确及规范接线
3．按照要求编号
30
1．元件松动一处扣2分，损坏一处扣4分
2．错、漏线每处扣2分
3．反圈、压皮、松动，每处扣2分
4．错、漏编号，每处扣1分
编
程
操
作
1．会建立程序新文件
2．正确输入梯形图
3．正确保存文件
4．会传送程序
5．会转换梯形图
30
1．不能建立程序新文件或建立错误扣4分
2．输入梯形图错误一处扣2分
3．保存文件错误扣4分
4．传送程序错误扣4分
5．转换梯形图错误扣4分
运
行
操
作
1．正确操作运行系统，分析运行结果
2．会编辑修改程序，验证输入输出控制
3．会编辑修改程序，验证自锁保持控制
30
1．系统通电操作错误一步扣3分
2．分析运行结果错误一处扣2分
3．编辑修改程序错误一处扣2分
4．分析验证结果错误一处扣2分
安全生产
自觉遵守安全文明生产规程
10
1．漏接接地线一处扣5分
2．每违反一项规定，扣3分
3．发生安全事故，0分处理
时间
4小时
提前正确完成，每5分钟加5分
超过定额时间，每5分钟扣2分
开始时间：
结束时间：
实际时间：
项目评价表
教学步骤13：
拓展与提高
1、除以上编程方式外，还有其它编程方法吗？
如可不用SET/RST指令，而直接使用OUT指令进行线圈的驱动。
2、若要将按钮信号的频率进行四分频，程序又该如何编写呢？
时序图如下。
教学步骤14：
布置作业，完成课例报告
九、教学评价设计：
1、评价内容：
检查学生是否能独立完成相应PLC控制系统的安装、调试与监控。
在实践操作的过程中，检查学生是否养成了文明、规范操作的好习惯，例如工具是否摆放整齐，而不随便乱扔等。
2、评价方法：
争对不同的PLC控制项目可分别以不同的角度来恒量学生的学习效果，本项目通过系统安装、编程操作、运行操作以及安全生成这四个维度，给学生以客观、公正的打分。
详细可见下表所示。
考核项目
考核要求
配
分
评分标准
扣
分
得
分
系
统
安
装
1．会安装元件
2．按图完整、正确及规范接线
3．按照要求编号
30
1．元件松动一处扣2分，损坏一处扣4分
2．错、漏线每处扣2分
3．反圈、压皮、松动，每处扣2分
4．错、漏编号，每处扣1分
编
程
操
作
1．会建立程序新文件
2．正确输入梯形图
3．正确保存文件
4．会传送程序
5．会转换梯形图
30
1．不能建立程序新文件或建立错误扣4分
2．输入梯形图错误一处扣2分
3．保存文件错误扣4分
4．传送程序错误扣4分
5．转换梯形图错误扣4分
运
行
操
作
1．正确操作运行系统，分析运行结果
2．会编辑修改程序，验证输入输出控制
3．会编辑修改程序，验证自锁保持控制
30
1．系统通电操作错误一步扣3分
2．分析运行结果错误一处扣2分
3．编辑修改程序错误一处扣2分
4．分析验证结果错误一处扣2分
安全生产
自觉遵守安全文明生产规程
10
1．漏接接地线一处扣5分
2．每违反一项规定，扣3分
3．发生安全事故，0分处理
时间
4小时
提前正确完成，每5分钟加5分
超过定额时间，每5分钟扣2分
开始时间：
结束时间：
实际时间：
十、课例的亮点：
本课例是根据江苏联合职业技术学院五年制高职PLC技术的培养目标，并结合五年制高职的教学改革和课程改革，本着基于“项目导向，任务驱动”的课程模式而采取“教、学、做”一体化的原则设计的。
在课程实施的过程中，打破了原有教材的将“基本原理、基本指令、基本应用”的传统编排方式，而是以项目为载体，学生通过完成任务为主线，通过设计和完成不同的项目任务和实例，来引导学生由实践到理论再到实践，将理论和知识融入到每一个实践操作中。
具体的亮点可概括为以下几个方面。
1、围绕培养学生获得知识和技能这条主线来设计该课例的。
2、合理地安排了PLC基础知识和实践知识的比例。
基础知识以“必需、够用”为度，强调专业技术应用能力的训练，注重实训的环节。
3、课例实施的过程符合高职学生的学习特点和认知规律。
对基本理论和方法的论述容易理解、清晰简洁，并多用图和表格来表达相关的信息。
强调PLC技术在生产中的应用实例，能引导学生主动地学习。
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