可编程逻辑控制器 四川大学制造科学与工程学院本科课程 《可编程逻辑控制器》教学大纲 课程编号： B302098020 课程类型： 选修课 Course Code: B02098020 Course Tyepe: Elective 课程名称： 可编程逻辑控制器 股课对象： 本科三年级学生 Course Name: Programmable Logic Controller Audience: The juniors 学时/学分： 32D 授课语言： 中文 Credit 22 Language of Chinese mandarin Hours/Credits Instruction 先修课程： 数字电子技术基础（Ⅱ）、模拟电子技术开课院系： 机根工程系 Prerequisite: 基础（Ⅱ）、微机原理及接口技术（全英Course offered by:Department of Mechanical Eng Digital Electronic Technology (II).Analog lectronie Technology (I),Microcomputer rinciple and Interface Technology 适用专业： 机械设计制造及其自动化专业 授课教师： Intended for: Mechanical Design,Manufacturing and Instructor: utomation 大纲执笔人： 张春雷 大纲审核人： 专业负贵人 Edited by: Zhang Chunlei Inspected by: Course Leader 一、课程简介 可编程逻辑控制器(PLC)是设备自动化控制关键技术之一，它是当今电气自动化领域中不可 替代的中心控制器件。作为一种先进控制技术，可编程逻辑控制器自20世纪60年代问世以来发 展迅速，并在工程领域得到广泛应用。该技术以微处理器为核心，利用简洁、成熟的梯形图编程 等可编程语言以及仿真调试软件，快速构建各种设备的自动控制系统，从而缩短新产品开发的周 期。该技术可用于所有的工业领域，现在己经扩展到商业、农业、民用和职能建筑等领域。 本课程以开关量逻辑控制为基础、软硬件结合为重点：以电气接口元部件、PLC模块单元私 指令体系、梯形图经验设计与功能图表设计、典型PLC产品及其应用实例为主要内容，对PLC结 构和工作原理、功能模块与接口电路、指令与编程方法等作了较详细的介绍。 二、学习目标
可编程逻辑控制器 四川大学制造科学与工程学院本科课程 《可编程逻辑控制器》教学大纲 课程编号： Course Code: 302098020 302098020 课程类型： Course Tyepe: 选修课 Elective 课程名称： Course Name: 可编程逻辑控制器 Programmable Logic Controller 授课对象： Audience: 本科三年级学生 The juniors 学时/学分： Credit Hours/Credits 32/2 32/2 授课语言： Language of Instruction 中文 Chinese Mandarin 先修课程： Prerequisite: 数字电子技术基础（Ⅱ）、模拟电子技术 基础（Ⅱ）、微机原理及接口技术（全英 文） Digital Electronic Technology (Ⅱ), Analog Electronic Technology (Ⅱ), Microcomputer Principle and Interface Technology 开课院系： Course offered by: 机械工程系 Department of Mechanical Eng. 适用专业： Intended for: 机械设计制造及其自动化专业 Mechanical Design, Manufacturing and Automation 授课教师： Instructor: 大纲执笔人： Edited by: 张春雷 Zhang Chunlei 大纲审核人： Inspected by: 专业负责人 Course Leader 一、 课程简介 可编程逻辑控制器（PLC）是设备自动化控制关键技术之一，它是当今电气自动化领域中不可 替代的中心控制器件。作为一种先进控制技术，可编程逻辑控制器自 20 世纪 60 年代问世以来发 展迅速，并在工程领域得到广泛应用。该技术以微处理器为核心，利用简洁、成熟的梯形图编程 等可编程语言以及仿真调试软件，快速构建各种设备的自动控制系统，从而缩短新产品开发的周 期。该技术可用于所有的工业领域，现在已经扩展到商业、农业、民用和职能建筑等领域。 本课程以开关量逻辑控制为基础、软硬件结合为重点；以电气接口元部件、PLC 模块单元和 指令体系、梯形图经验设计与功能图表设计、典型 PLC 产品及其应用实例为主要内容，对 PLC 结 构和工作原理、功能模块与接口电路、指令与编程方法等作了较详细的介绍。 二、学习目标 1
以本专业毕业要求为依据，制定《可编程逻辑控制器》课程的学习目标。课程学习目标有： 1、能够掌握并运用电气、电子计算机、逻辑控制、编程语言规则等专业知识，准确描述逻辑 控制过程问题。（侧重于电气、PLC控制的工程基础知识和专业知识） 2、能够针对自动化过程及特性，运用逻辑控制工程的思维和设计方法，判断输入输出变量的 逻辑关系与流程，进行控制流程的设计和程序编制。 (侧重于运用电气、PLC专业知识，掌握控 制电路和PLC程序设计) 3、能够运用专业软件工具进行编程、操作，并实施与逻辑控制相关的功能和性能实验，分析 仿真和实验结果，验证或模拟自动化过程，获取有效结论。（侧重于设计实验并掌握PLC程序编 制、编译、仿真、调试等技能，以及归纳、总结能力) 三、学习目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 单业要求指标点 课程目标 (1)能够将数学、自然科学、机械 程基础知识和专业知识用于解决机械工程 12具有解决机械工程领域设计、 制造、运行等过程中的复杂工程问题 领域设计、制造、运行等方面的复杂工程 学习目标1 所需的工程基础知识和专业知识： 问题。 (3)能够设计满足特定需求的机械产 品功能原理方案、零部件及机械系统，或 33针对机械工程领域设计、制 针对机械工程领域设计、制造、运行等方 造 运行中的复杂工程问题，能够设 面的复杂工程问题，拟定相应的设计、制 计满足特定需求的系统、单元（部件） 学习目标2 造、运行方案，并能够综合考虑社会、健 或机械制造工艺流程，并能够在设计 康、安全、法律、文化以及环境因素，体 环节中体现创新意识。 现创新意识。 (4)能够基于科学原理并采用科学方 法，针对机械工程领域设计、制造、运行 4.2对于机械工程领域设计、制造、运 等方面的复杂工程问题进行研究，通过设 行中的复杂工程问题，能够制定实验 学习目标3 计、实施实验，获取、分析和解释数据 流程并实施实验： 并通过信息综合，获得合理有效的结论 四、学习基本内容 第一章常用低压电器 主要通过介绍电气控制领域中常用低压电器的工作原理、用途、型号、规格及符号等知识， 为后继章节的学习打下基础。 】低压电器的概述，介绍低压电器的定义和作用等 2
以本专业毕业要求为依据，制定《可编程逻辑控制器》课程的学习目标。课程学习目标有： 1、能够掌握并运用电气、电子计算机、逻辑控制、编程语言规则等专业知识，准确描述逻辑 控制过程问题。（侧重于电气、PLC 控制的工程基础知识和专业知识） 2、能够针对自动化过程及特性，运用逻辑控制工程的思维和设计方法，判断输入输出变量的 逻辑关系与流程，进行控制流程的设计和程序编制。（侧重于运用电气、PLC 专业知识，掌握控 制电路和 PLC 程序设计） 3、能够运用专业软件工具进行编程、操作，并实施与逻辑控制相关的功能和性能实验，分析 仿真和实验结果，验证或模拟自动化过程，获取有效结论。（侧重于设计实验并掌握 PLC 程序编 制、编译、仿真、调试等技能，以及归纳、总结能力） 三、学习目标与毕业要求的对应关系 四、 学习基本内容 第一章 常用低压电器 主要通过介绍电气控制领域中常用低压电器的工作原理、用途、型号、规格及符号等知识， 为后继章节的学习打下基础。 1 低压电器的概述，介绍低压电器的定义和作用等； 毕业要求 毕业要求指标点 课程目标 （1）能够将数学、自然科学、机械工 程基础知识和专业知识用于解决机械工程 领域设计、制造、运行等方面的复杂工程 问题。 1.2 具有解决机械工程领域设计、 制造、运行等过程中的复杂工程问题 所需的工程基础知识和专业知识； 学习目标 1 （3）能够设计满足特定需求的机械产 品功能原理方案、零部件及机械系统，或 针对机械工程领域设计、制造、运行等方 面的复杂工程问题，拟定相应的设计、制 造、运行方案，并能够综合考虑社会、健 康、安全、法律、文化以及环境因素，体 现创新意识。 3.3 针对机械工程领域设计、制 造、运行中的复杂工程问题，能够设 计满足特定需求的系统、单元（部件） 或机械制造工艺流程，并能够在设计 环节中体现创新意识。 学习目标 2 （4）能够基于科学原理并采用科学方 法，针对机械工程领域设计、制造、运行 等方面的复杂工程问题进行研究，通过设 计、实施实验，获取、分析和解释数据， 并通过信息综合，获得合理有效的结论。 4.2 对于机械工程领域设计、制造、运 行中的复杂工程问题，能够制定实验 流程并实施实验； 学习目标 3 2
2开关电器，主要包括闸刀、组合开关、光电开关、断路器： 3熔断器，主要技术参数、常见类型： 4接触器，工作原理和作用、结构、选用依据、常见故障分析： 5继电器，包括中间继电器、时间继电器、热继电器等： 6主令电器，各种按钮、行程开关等： 要求学生 能够熟悉并掌握常用低压电器的工作原理、用途和符号等，并了解型号和规格的选择依据。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标1，支撑毕业要求指标点12。 第二章典型电气控制线路 1.基本控制环节，包括自锁与互锁的控制、点动与连续运转的控制、自动循环控制等： 2. 三相异步电动机的启动及制动，降压启动和制动的常见电路及其工作原理： 3.电气控制线路设计，电气控制线路中的常见问题分析、逻辑设计方法 4.电气控制设计举例 要求学生： 要求学生能够掌握典型的电气控制线路，并根据控制要求绘制继电接触器逻辑控制电路原理 图。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标1和2，支撑毕业要求指标点1.2和3.3。 第三章可编程控制器概述 1.简介可编程控制器的产生与定义、发展、特性、应用领域 2.详细解析可编程控制器的结构组成及其各部分作用： 3.重点分析可编程控制的循环扫描工作原理： 4.介绍可编程控制器的软元件类型和CPU存储区域的寻址方式。 要求学生： 理解了解可编程控制器的产生、定义、发展、特性、应用领域，重点掌握可编程控制器的结 构组成、工作原理和软元件类型。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标1，支撑毕业要求指标点12。 第四章S7-200PLC的硬件介绍 1.可编程控制器的分类 2.S7-200PLC系统硬件组成，包括CPU主机、VO模块、功能模块等等： 3.S7-200PLC主机技术规范，主要包括CPU类型、输入输出规范等： 4.S7-200PLC扩展模块，包括数字或模拟输入输出扩展模块、温度模块、位控模块等 5.CPU224及其扩展模块的应用 3
2 开关电器，主要包括闸刀、组合开关、光电开关、断路器； 3 熔断器，主要技术参数、常见类型； 4 接触器，工作原理和作用、结构、选用依据、常见故障分析； 5 继电器，包括中间继电器、时间继电器、热继电器等； 6 主令电器，各种按钮、行程开关等； 要求学生： 能够熟悉并掌握常用低压电器的工作原理、用途和符号等，并了解型号和规格的选择依据。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标 1，支撑毕业要求指标点 1.2。 第二章 典型电气控制线路 1. 基本控制环节，包括自锁与互锁的控制、点动与连续运转的控制、自动循环控制等； 2. 三相异步电动机的启动及制动，降压启动和制动的常见电路及其工作原理； 3. 电气控制线路设计，电气控制线路中的常见问题分析、逻辑设计方法 4. 电气控制设计举例 要求学生： 要求学生能够掌握典型的电气控制线路，并根据控制要求绘制继电-接触器逻辑控制电路原理 图。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标 1 和 2，支撑毕业要求指标点 1.2 和 3.3。 第三章 可编程控制器概述 1．简介可编程控制器的产生与定义、发展、特性、应用领域 2. 详细解析可编程控制器的结构组成及其各部分作用； 3. 重点分析可编程控制的循环扫描工作原理； 4. 介绍可编程控制器的软元件类型和 CPU 存储区域的寻址方式。 要求学生： 理解了解可编程控制器的产生、定义、发展、特性、应用领域，重点掌握可编程控制器的结 构组成、工作原理和软元件类型。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标 1，支撑毕业要求指标点 1.2。 第四章 S7-200 PLC 的硬件介绍 1. 可编程控制器的分类 2. S7-200PLC 系统硬件组成，包括 CPU 主机、I/O 模块、功能模块等等； 3. S7-200PLC 主机技术规范，主要包括 CPU 类型、输入/输出规范等； 4. S7-200PLC 扩展模块，包括数字或模拟输入/输出扩展模块、温度模块、位控模块等； 5. CPU224 及其扩展模块的应用 3
要求学生： 了解PLC类型、扩展模块及其功能，重点掌握S7-200PLC的硬件组成、作用。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标1，支撑毕业要求指标点12。 第五章S7-200PLC的基本指令及应用 1.基本逻辑指令，主要包括取指、与、或、非等逻辑运算指令：梯形图与语句表指令 之间的对应关系 2.程序控制指令，包括跳转、循环、子程序、停止、结束等指令： 3.PLC初步编程指导，重点讲解梯形图的结构规则： 4.基本指令应用实例，结合实例，解析梯形图的编程方法： 要求学生： 理解并掌握PLC的基本指令，熟练掌握基本指令的应用实例，并会正确使用编程和仿真软件 设计实验方案，完成实验 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标1和目标2，支撑毕业要求指标点12和3.3。 第六章S7-200PLC的特殊功能指令 1.传送功能指令 2.数学运算功能指令 3.转换功能指令 4.字符串操作指令 5.表功能指令 6.时钟指令 7.中断指令 8.高速计数器指令 9.高速脉冲输出指令 10.PID回路指令 要求学生 了解PLC的特殊功能指令及其应用示例，能够分析指令运行条件和结果。 半业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标1，支撑毕业要求指标点12。 第七章梯形图程序的设计方法 1.梯形图的分析设计法，结合实例，解析分析设计法的应用： 2 梯形图的时序设计法，结合实例，解析时序设计法的应用： 3.顺序控制设计法，结合实例，详细讲解顺序功能图设计法，并介绍使用SC℉指令和 启保停电路完成顺序控制编程：
要求学生： 了解 PLC 类型、扩展模块及其功能，重点掌握 S7-200PLC 的硬件组成、作用。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标 1，支撑毕业要求指标点 1.2。 第五章 S7-200 PLC 的基本指令及应用 1. 基本逻辑指令，主要包括取指、与、或、非等逻辑运算指令；梯形图与语句表指令 之间的对应关系； 2. 程序控制指令，包括跳转、循环、子程序、停止、结束等指令； 3. PLC 初步编程指导，重点讲解梯形图的结构规则； 4. 基本指令应用实例，结合实例，解析梯形图的编程方法； 要求学生： 理解并掌握 PLC 的基本指令，熟练掌握基本指令的应用实例，并会正确使用编程和仿真软件， 设计实验方案，完成实验。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标 1 和目标 2，支撑毕业要求指标点 1.2 和 3.3。 第六章 S7-200 PLC 的特殊功能指令 1. 传送功能指令 2. 数学运算功能指令 3. 转换功能指令 4. 字符串操作指令 5. 表功能指令 6. 时钟指令 7. 中断指令 8. 高速计数器指令 9. 高速脉冲输出指令 10. PID 回路指令 要求学生： 了解 PLC 的特殊功能指令及其应用示例，能够分析指令运行条件和结果。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标 1，支撑毕业要求指标点 1.2。 第七章 梯形图程序的设计方法 1. 梯形图的分析设计法，结合实例，解析分析设计法的应用； 2. 梯形图的时序设计法，结合实例，解析时序设计法的应用； 3. 顺序控制设计法，结合实例，详细讲解顺序功能图设计法，并介绍使用 SCR 指令和 启保停电路完成顺序控制编程； 4
要求学生： 了解PLC梯形图设计方法和应用案例，能够熟练掌挥顺序控制设计法完成PLC控制程序设计 和编制。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标2，支撑毕业要求指标点3.3 第十一章可编程控制器系统综合设计 设计PLC控制系统是一项综合性非常强的工作，将前面所学的PLC硬件和PLC指令等基本 知识进行运用的同时，要综合其他方面知识，这些知识包括电机学、传感器和机械设计等方面知 识。设计完成一个PLC系统，必须经过调试以后才能应用在实际生产中。以PLC为核心的控制 系统在调试中有其特殊性，必须先经过模拟调试后再进行现场调试。 要求学生： 了解LC控制系统的设计、模拟仿真、调试过程，以及PLC控制系统中常见问题和处理方法， 毕业要求对应关系 本章学习内容对应学习目标1，支撑毕业要求指标点12。 课带实验环节 本课程课带实验包括以下两项主要内容： 1.可编程逻辑控制器基础编程实验 (1)熟悉可编程逻辑控制器S7-200,掌握基本逻辑指令的特点和功能，并能够熟练编辑 编译程序，以及逻辑程序的仿真： (2)了解Step7 MicroWin软件的编程环境和使用方法，为后续的综合性实验做好准备。 2.PLC两轴运动控制实验 (1)掌握可编程逻辑控制器的系统组成和应用过程，深入认识软件的编程环境和使用方法： (2)能够熟练的应用可编程逻辑控制器和高级指令，完成两轴运动控制的编程、调试、下 载、运行实验。 详细参考：《可编程逻辑控制实验指导书-2014.doc》、《PLC两轴运动控制实验指导书.doc》。 毕业要求对应关系： 实验环节内容对应学习目标3，支撑毕业要求指标点42。 五、建议教学进度 章节名称 学时数 第一章常用低压电器 2学时 第二章典型电气控制线路 4学时 第三章可编程控制器概述 2学时 第四章S7-200PLC的使件介绍 2学时 5
要求学生： 了解 PLC 梯形图设计方法和应用案例，能够熟练掌握顺序控制设计法完成 PLC 控制程序设计 和编制。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标 2，支撑毕业要求指标点 3.3。 第十一章 可编程控制器系统综合设计 设计 PLC 控制系统是一项综合性非常强的工作，将前面所学的 PLC 硬件和 PLC 指令等基本 知识进行运用的同时，要综合其他方面知识，这些知识包括电机学、传感器和机械设计等方面知 识。设计完成一个 PLC 系统， 必须经过调试以后才能应用在实际生产中。 以 PLC 为核心的控制 系统在调试中有其特殊性，必须先经过模拟调试后再进行现场调试。 要求学生： 了解 PLC 控制系统的设计、模拟仿真、调试过程，以及 PLC 控制系统中常见问题和处理方法。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标 1，支撑毕业要求指标点 1.2。 课带实验环节 本课程课带实验包括以下两项主要内容： 1．可编程逻辑控制器基础编程实验 （1）熟悉可编程逻辑控制器 S7-200，掌握基本逻辑指令的特点和功能，并能够熟练编辑、 编译程序，以及逻辑程序的仿真； （2）了解 Step 7 MicroWin 软件的编程环境和使用方法，为后续的综合性实验做好准备。 2. PLC 两轴运动控制实验 （1）掌握可编程逻辑控制器的系统组成和应用过程，深入认识软件的编程环境和使用方法； （2）能够熟练的应用可编程逻辑控制器和高级指令，完成两轴运动控制的编程、调试、下 载、运行实验。 详细参考：《可编程逻辑控制实验指导书-2014.doc》、《PLC 两轴运动控制实验指导书.doc》。 毕业要求对应关系： 实验环节内容对应学习目标 3，支撑毕业要求指标点 4.2。 五、建议教学进度 章节名称 学时数 第一章 常用低压电器 2 学时 第二章 典型电气控制线路 4 学时 第三章 可编程控制器概述 2 学时 第四章 S7-200 PLC 的硬件介绍 2 学时 5
第五章S7-200PLC的基本指令及应用 6学时 第六章S7-200PLC的特殊功能指令 2学时 第七章梯形图程序的设计方法 8学时 第十一章可编程控制器系统综合设计 2学时 实验环节 4学时 六、教学策略与方法 1、采用多媒体课件和传统教学相结合进行教学，阐述常用低压电器和可编程逻辑控制器的基 本原理和具体的应用方法，理论联系实际。 2、通过案例分析，使学生能够认识到继电-接触控制系统和可编程逻辑控制系统的特点、优势 和不足。 3、理论教学与实验训练相结合，使学生能够在分析、研究和使用现代工具等方面，得到培养 和锻炼。 七、考核方式 过程考核和期末闭卷考试综合评价。 过程考核包括日常考勤、课堂/课后作业、单元测试、实验环节、小组研讨等多样化考核形式。 平时考核次数（含实验次数）不少于6次，平时考核成绩占总成绩比例不低于50%。具体考核办 法和内容由各任课教师选择并在行课前三周内告知本班同学。 实验环节的考核包括实验表现和实验报告。 期末考试命题包含非标准答案试题，检查学生独立思考、综合应用所学知识的能力。 八、成绩评定方法 按照最新教务系统的总成绩计算方法，本课程的成绩评定方法为： 总成绩=考勤成绩*8%+平时成绩*24%+实验成绩*20%+期末成绩*48% 其中，平时成绩由任课教师根据各自的过程考核项目进行统计计算，或者进一步分解以符合 教务系统的要求。 九、教学参考书与其他相关教学资源（如网上教学资源等） [川范永胜、徐鹿眉，《可编程控制器应用技术》北京：中国电力出版社，2010年1月： [2]汪道辉，《逻辑与可编程控制系统》，北京：机械工业出版社，2004年7月： [3]西门子相关PLC产品的软硬件手册、指南等
第五章 S7-200 PLC 的基本指令及应用 6 学时 第六章 S7-200 PLC 的特殊功能指令 2 学时 第七章 梯形图程序的设计方法 8 学时 第十一章 可编程控制器系统综合设计 2 学时 实验环节 4 学时 六、教学策略与方法 1、采用多媒体课件和传统教学相结合进行教学，阐述常用低压电器和可编程逻辑控制器的基 本原理和具体的应用方法，理论联系实际。 2、通过案例分析，使学生能够认识到继电-接触控制系统和可编程逻辑控制系统的特点、优势 和不足。 3、 理论教学与实验训练相结合，使学生能够在分析、研究和使用现代工具等方面，得到培养 和锻炼。 七、考核方式 过程考核和期末闭卷考试综合评价。 过程考核包括日常考勤、课堂/课后作业、单元测试、实验环节、小组研讨等多样化考核形式。 平时考核次数（含实验次数）不少于 6 次，平时考核成绩占总成绩比例不低于 50%。具体考核办 法和内容由各任课教师选择并在行课前三周内告知本班同学。 实验环节的考核包括实验表现和实验报告。 期末考试命题包含非标准答案试题，检查学生独立思考、综合应用所学知识的能力。 八、成绩评定方法 按照最新教务系统的总成绩计算方法，本课程的成绩评定方法为： 总成绩 = 考勤成绩*8% + 平时成绩*24% + 实验成绩*20% +期末成绩*48% 其中，平时成绩由任课教师根据各自的过程考核项目进行统计计算，或者进一步分解以符合 教务系统的要求。 九、教学参考书与其他相关教学资源（如网上教学资源等） [1] 范永胜、徐鹿眉，《可编程控制器应用技术》北京：中国电力出版社，2010 年 1 月； [2] 汪道辉，《逻辑与可编程控制系统》，北京：机械工业出版社，2004 年 7 月； [3] 西门子相关 PLC 产品的软硬件手册、指南等。 6