课程简介
本课程以西门子S7-300、S7-1200为控制器,以典型项目案例为载体,与实际工程直接接轨理论与实际操作相结合,以“任务引导,任务驱动”为中心,讲解智能产品控制系统开发过程,从工程应用出发,学习PLC、变频器、触摸屏等知识、技能的综合应用。
课程目录
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项目1 控制技术新篇章-全集成自动化
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项目2 电动葫芦控制系统改造
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项目3 C620车床电气改造
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项目4 天塔之光控制系统
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项目5 交通灯控制系统设计
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项目6 倒计时交通灯控制系统设计
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项目7 自动售货机控制系统设计
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项目8 变频恒压供水控制系统
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拓展专题
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电机专题
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X证书专题
课程标准
《现代电气控制技术》课程标准
一、课程性质与任务
(一)课程性质
《现代电气控制技术》课程是智能控制技术专业的一门重要的、具有较强实践性的专业技能课程,课程建设依托“智能控制技术专业”为中心实施,辐射至“机电一体化技术”、“电气自动化技术”、“工业机器人技术”等其它专业,形成“智能制造专业群”的技能核心课程。
先修课程:电工技术、电子技术、电机与电气控制技术等;
后续课程:电气控制系统安装与调试、现场总线技术。
(二)课程任务
本课程主要任务是培养学生具有对电气控制系统进行基本环节初步设计、分析与故障排除的专业能力,以西门子S7-300PLC、变频器(MM440)、触摸屏、电气控制、电机等相关工业控制知识和技能的综合应用为主线,以实际工程项目的过程为导向,按照电气设备控制系统所需知识及技能组织教学内容,引导学生能够正确运用相关工控产品,融合1+X职业技能等级证书标准,使学生在控制系统设计中获取PLC、变频器、特种电机、传感器等相关工业控制的知识和技能。
二、课程核心素养与目标
在理论课程教学基础上,通过任务驱动加强训练,使学生具备本专业高素质技术技能人才所需的电气控制系统设计的知识和基本技能。同时培养学生规范意识、敬业勤业和团结写作的职业精神。具体目标为:
(一)课程核心素养
本课程通过培养学生PLC、变频器(MM440)、电气控制、电机等相关工业控制知识和技能,使学生具备典型电气控制系统线路初步设计、分析与故障排除的专业能力;具有对PLC控制系统进行I/O分配与系统程序设计的分析能力;具有良好的职业素养和合作共事、随机应变的协作能力;以实现“学以致用”的教学目标。
(二)课程目标
1.素质目标
⑴ 具有良好的与人合作能力:即适应新环境能力、与人沟通和交流能力、团队合作能力、安全操作意识信息处理能力;
⑵ 具有良好的自我学习能力,具有一定的分析问题和解决问题能力;
⑶ 具有随机应变能力:即能根据控制要求的变化,合理设计控制系统;
⑷ 具有良好的创新能力:即学习中能提出不同见解,工作中能提出多种解决问题的思路、完成任务的方法和途径等方面的能力等;
⑸ 具有良好的诚信品质和责任意识,即做人诚实守信、工作踏实肯干,具有较强的工作质量意识,勇于承担责任。
2.知识目标
⑴ 了解工业智能产品控制系统设计的原则、流程;
⑵ 掌握工业智能产品控制系统中常用工控器件的特性、选型和应用;
⑶ 掌握S7-300PLC、S7-1200PLC的硬件组态、编程方法;
⑷ 掌握PLC与变频器(MM440)、电机、传感器等常用工控设备的通讯、系统的配置、连接方式、及控制应用;
⑸ 掌握变频器的选择、接线、参数设置、调试运行的常用方法;
⑹ 根据工程要求选用合适的工业组态软件并完成工业现场的监控系统设计。
3.能力目标
⑴ 能根据工业智能产品控制要求,进行工控器件的合理选型;
⑵ 能够根据工业智能产品的控制要求选择可编程控制器并完成硬件配置、编程与调试;
⑶ 能进行变频器的选择、接线、参数设置、调试;
⑷ 初步具备工业网络系统和现场总线系统的设计和组建能力;
⑸ 能合理选择人机界面或组态软件,编制监控程序,并用于生产过程控制。
三、课程结构
(一)课程模块
本课程以相关专业学生的就业为导向,根据行业专家对有关专业所涵盖的岗位群进行的任务和职业能力分析,以电气设备控制系统设计为主线,以本专业应共同具备的岗位职业能力为依据,遵循学生认知规律,按照由浅入深,从简单到复杂的原则,整合、序化教学项目,实现能力递进。
《现代电气控制技术》课程模块
通过电动葫芦控制系统改造、C620车床电气改造、天塔之光控制系统、交通信号灯控制系统设计、倒计时交通信号灯控制系统设计、自动售货机控制系统设计、变频恒压供水控制系统等几个基础项目及运动控制、工业网络等几个拓展项目,将所有相关联的知识点、技能点串接在一起,倡导学生边做边学,学做合一,逐步培养学生的学习能力、工作能力、专业能力和职业能力,以达到职业教育的最终目标。
(二)学时安排
模块 | 认证单元 | 认证内容 | 建议学时 | 学分值 |
基础篇 | 项目1 现代电气控制技术新篇章 | 1.1 全集成自动化 | 4 | 0.25 |
1.2 认识全集成自动化开发平台—博途 | ||||
1.3 TIA博途操作基础 | ||||
1.4 博途软件操作训练 | ||||
应用篇 | 项目2 电动葫芦控制系统改造 | 2.1 PLC基础 | 4 | 0.25 |
2.2 S7-300系列PLC硬件与地址分配 | ||||
2.3 S7-300 PLC存储区及数据类型 | ||||
2.4 电动葫芦控制系统设计 | ||||
项目3 C620车床电气改造 | 3.1 PLC位逻辑指令综合应用 | 4 | 0.25 | |
3.2 PLC自动控制场合的综合应用 | ||||
3.3 C620车床电气改造 | ||||
项目4 天塔之光控制系统 | 4.1 S7-300系列PLC计数指令 | 8 | 0.5 | |
4.2 S7-300系列PLC比较指令 | ||||
4.3 天塔之光控制系统设计 | ||||
项目5 交通灯控制系统 | 5.1 时钟存储器 | 20 | 1.25 | |
5.2 S7-300系列PLC定时指令 | ||||
5.3 交通灯控制系统设计 | ||||
5.4 S7-300系列PLC转换指令 | ||||
5.5 S7-300系列PLC逻辑运算指令 | ||||
5.6 S7-300系列PLC移位指令 | ||||
5.7 LED数码管显示器控制 | ||||
5.8 倒计时交通信号灯控制系统设计 | ||||
项目6 自动售货机控制系统 | 7.1 S7-300系列PLC算术运算指令 | 6 | 0.375 | |
7.2 自动售货机控制系统设计 | ||||
提高篇 | 项目7 变频恒压供水控制系统 | 8.1 变频器基础知识 | 18 | 1.125 |
8.2 变频器的基本应用 | ||||
8.3 变频器的高级应用 | ||||
8.4 变频恒压供水控制系统设计 | ||||
合计 | 64 | 4 |
四、课程内容
(一)基础篇
1.现代电气控制技术新篇章
【内容要求】
(1)了解电气控制技术的历史发展过程及未来前景
(2)掌握电气控制系统的组成
(3)熟练掌握全集成自动化开发平台——TIA博途软件的操作
【教学提示】主要教学方法:讲授法、演示法、信息化及实物教学;主要教学手段:提问、举例、等。
(二)应用篇
2.电动葫芦控制系统改造
【内容要求】
(1)掌握三相异步电机常用的控制及接线方法;
(2)能够正确选用常用低压电器;
(3)掌握常见电器控制线路的装接,检测与维修;
(4)了解PLC的发展历史、PLC的结构和工作原理;
(5)掌握S7-300系列PLC硬件与地址分配;
(6)掌握S7-300 PLC存储区及数据类型;
(7)能熟练使用PLC进行电机的点动、正反转控制。
【教学提示】主要教学方法:讲授法、信息化及实物教学;主要教学手段:提问、举例、讨论等。
3.C620车床电气改造
【内容要求】
(1)掌握C620电路原理
(2)熟练掌握PLC位逻辑指令综合应用;
(3)能采用不同指令实现控制要求,并调试项目,控制成功;
(4)掌握C6200车床的PLC控制方法;
(5)具有团队合作的能力及专业技术交流与表达的能力;
(6)具有安全、责任意识和勇于创新、敬业乐业的工作作风。
【教学提示】主要教学方法:讲授法、信息化及实物教学;主要教学手段:提问、举例、讨论等。
4.天塔之光控制系统
【内容要求】
(1)熟练应用S7-300 PLC的定时指令;
(2)熟练进行I/O接线;
(3)熟练应用博途软件进行PLC项目的建立、硬件组态、变量表设置、程序编写与调试运行;
(4)具有对立思考、自主学习的能力;
(5)团队合作的能力及专业技术交流与表达的能力。
(6)具有对比学习,创新钻研的能力。
【教学提示】主要教学方法:讲授法、信息化及实物教学;主要教学手段:提问、举例、讨论等。
5.交通灯控制系统
【内容要求】
(1)能熟练应用时钟存储器;
(2)熟练掌握传送指令、比较指令、移位指令、计数指令。
(3)掌握算术逻辑运算指令。
(4)学会控制LED数码管动态显示数字。
(5)熟练应用博途软件进行PLC项目的建立、硬件组态、变量表设置、程序编写与调试运行。
(6)能采用不同指令实现控制要求,并调试项目,控制成功。
(7)具有对比学习,创新钻研的能力。
(8)具有安全、责任意识和勇于创新、敬业乐业的工作作风。
【教学提示】主要教学方法:讲授法、信息化及实物教学;主要教学手段:提问、举例、讨论等。
6.自动售货机控制系统
【内容要求】
(1)熟练掌握计数器指令、算术运算指令;
(2)熟练掌握顺序功能图的组成与绘制。
(3)根据顺序功能图编写PLC梯形图。
(4)团队合作的能力及专业技术交流与表达的能力。
(5)具有对比学习,创新钻研的能力。
【教学提示】主要教学方法:讲授法、信息化及实物教学;主要教学手段:提问、举例、讨论等。
(三)提高篇
7.变频恒压供水控制系统
【内容要求】
(1)掌握变频器的工作原理
(2)掌握变频器参数设置的方法;
(3)掌握变频器的使用。
(4)能用PLC与变频器综合控制
(5)了解电位器、拨码开关和变频器的运用
(6)能采用不同指令实现控制要求,并调试项目,控制成功。
(7)具有对比学习,创新钻研的能力。
(8)具有安全、责任意识和勇于创新、敬业乐业的工作作风。
【教学提示】主要教学方法:讲授法、信息化及实物教学;主要教学手段:提问、举例、讨论等。
五、学业质量
(一)学业质量内涵
《现代电气控制技术》课程核心素养及表现
核心素养 | 具体表现 |
现代电气控制系统连接 | 1.能够正确连接PLC电源,使得PLC正常进入上电状态。 2.能够将有源输入信号正确接入PLC,使得 PLC 能够正常获取信号状态。 3.能够根据PLC类型选择NPN或PNP信号接入 PLC。 4.能够正确连接 PLC 的公共端,使得输入信号正常工作。 5.能够正确连接直流负载。 6.能够正确连接交流负载。 7.能够根据负载正确选择导线。 8.能够根据要求正确连接负载电源。 9.能够正确连接扩展模块。 10.能够正确连接人机界面。 11.能够正确连接变频器。 12.能够正确连接步进、伺服运动控制系统。 |
现代电气控制系统配置 | 1.能够正确选择 PLC 机型,使输入输出规格、数量、功能符合要求。 2.能够正确选择上位机通讯端口,保证端口和软件配置的一致性。 3.能够正确配置 PLC 通讯参数,使 PLC与上位机成功通讯。 4.能够正确配置 PLC 通讯参数,使 PLC与 HMI 成功通讯。 5.能够正确完成输入模块的配置。 6.能够正确完成输出模块的配置。 7.能够正确完成输入输出集成模块的配置。 8.能够正确完成通讯模块的配置。 |
可编程控制器系统编程 | 1.能够正确创建新的 PLC 程序。 2.能够使用常开/常闭指令完成程序编写。 3.能够使用上升沿/下降沿指令完成程序编写。 4.能够使用输出/置位/复位指令完成程序编写。 5.能够使用定时/计数指令完成程序编写。 6.能够使用触点比较指令完成程序编写。 7.能够使用数据传送指令完成程序编写。 8.能够使用数据运算指令完成程序编写。 9.能够使用数据比较指令完成程序编写。 |
现代电气控制系统调试 | 1.能够完成有源输入信号的调试。 2.能够完成无源输入信号的调试。 3.能够完成阻性负载的调试。 4.能够完成感性负载的调试。 5.能够完成 PLC 程序的调试。 6.能够完成 PLC 与各输入设备的联机调试。 7.能够完成 PLC 与各执行机构的联机调试。 |
(二)学业质量水平
水平等级 | 基本描述 | 具体质量描述 |
水平一 | 电气控制器件操作、安装、调试、PLC简单编程。 | 1.能遵守安全操作规范,正确连接可编程控制器及外围设备,并进行参数设定; 2.能按照任务要求熟练使用基本指令,采集开关量传感器信号,输出触点动作,完成简单的逻辑及算术编程; 3.可以在相关工作岗位从事可编程控制器的安、基础维护、简单调试等工作。 |
水平二 | 电气控制器件操作、安装、调试、PLC高级编程、多 PLC 工作站系统的通讯方法。 | 1.能遵守安全操作规范,根据任务要求设计独立轴运动控制系统及自整定的过程控制系统; 2.合理配置伺服、步进、变频器及各扩展模块的常规参数; 3.掌握运动控制及过程控制指令,完成程序编写; 4.掌握多 PLC 工作站系统的通讯方法; 5.可以在相关工作岗位从事可编程控制器的系统设计、程序编写、可视化仿真、测试等工作。 |
说明: 对于高职高专学生,应达到“水平二”。
六、课程实施
(一)教学要求
教学设计注重改革教学方法和手段,根据“智能控制技术”专业的人才培养模式,确定了《现代电气控制技术》课程的教学模式,以核心职业能力培养为主线,以学生为主体,实施以“教、学、做一体化”和“任务驱动,项目导向”为行动导向的基于工作过程的教学模式。教师的任务是对整个学习或工作的过程进行发动、监督、帮助、控制和评估,教学形式主要通过学生自行组织学习过程,学习多以小组进行,留给学生尝试新的行为方式的实践空问。教学中,注重学生专业能力、方法能力和社会能力三方面综合职业能力的培养,课程始终围绕职业能力中专业能力、方法能力、社会能力三个方面重点实施,并且每一项教学活动都要融入到专业能力、方法能力、社会能力的范畴中,在课程实施过程中三项能力的培养不能截然分开的,以专业能力培养为主,和方法能力、社会能力培养交叉进行。
在课堂上,采用信息化教学手段,采用“启发式”教学方法,由浅入深地讲解有关概念、定义和分析方法,积极引导学生主动思考问题;因材施教,根据不同层次的学生适当调整讲课内容和深度;同时还注意将自动化领域最新进展适时地介绍给学生等等。并要求学生课前预习,带着问题来听课;课后要在阅读大量参考书和做一些概念性强的习题的前提下,领会本课程的要点,以利于消化课程内容。教师在教学计划与课程标准指导下,进行教学过程, 根据学生的课堂表现、考试成绩、问卷调查,教师及时调整讲课内容和方法。
在授课过程当中,随时布置一定量的课后作业题,使学生巩固对课堂上所学知识的理解和掌握,并且对学生也有一定的约束力和督促作用。教师对作业进行定期检查,以便了解学生对已学内容的理解和掌握情况,并依此及时纠正学生在对基本概念和方法理解上的偏差、调整课堂教学的进度。我们在授课过程当中还采用了课堂练习的方式,即先进行阶段性随堂测验,然后再集体答疑,集中解决具有共性的问题,收到了良好的效果。
(二)学业水平评价
对学生实行以职业能力为中心的考核,通过各种不同的考试形式激发学生自主学习的积极性,解决实际问题的工作能力;获取新知识、新技能的学习能力;团队活动的合作能力;职业语言表达能力等方面得到体现。
⑴ 采用阶段评价,过程性评价与目标评价相结合。
⑵ 关注评价的多元性,结合课堂提问、学生作业、平时测验、学生实践教学体会、基本技能竞赛及考试情况,综合评价学生。
⑶ 应注重学生实践中分析问题、解决问题能力的考核,对在学习和应用上有创新的学生应予特别鼓励,全面综合评价学生能力。
⑷ 考核知识点与技能点全面开放,以任务带动知识点的学习。
1.对学生的评价
以定量方式呈现评价结果,采用平时成绩和期末考试(闭卷)成绩相结合的形式。本课程以实践为导向、任务化的教学方式展开教学活动:基本原理考核,实验考核。考核形式多样,分散与集中相结合,笔试与操作相结合,期末与平时相结合。课程总成绩化整为零,减轻期终考试负担,注重平时学习的考核。根据行为向导型教学法(行动导向型教学法,又为实践导向、行动引导、活动导向、行为引导型等说法,代表了当今世界上的一种先进的职业教学理念。其目标是培养学生的关键能力,让学生在活动中培养兴趣,积极主动地学习,让学生学会学习。因而行动导向型教学法是要求学生在学习中不只用脑,而且是脑、心、手共同参与学习,提高学生的行为能力的一种教学法。
整个教学过程可分为收集信息阶段、独立制定工作计划阶段、决定阶段、实施阶段、检查阶段和评估阶段。在整个教学中学生始终占据主体地位,教学质量的高低最终通过学生的综合素质得到反映和体现。采用行动导向式教学法进行教学,学生在获取真知的过程中,必然会引起素质的变化。这个素质指的是学生的思维和行为方法、动手能力和技能、习惯和行动标准及直觉经历、需求调节、团队合作等方面的综合。)的“质量控制”要求,就是要把总结性评价与形成性评价结合起来,全面提高本课程的教学效果。具体分值如下:
平时测试: 20%
实验测验 50%
期末考试: 30%
平时成绩的评价主要通过课堂提问、课外作业、阶段考查成绩、平时的出勤率等形式去完成。
2.对教师的评价
按照学校相关规定进行。
3.对课程体系的评价
按照《课程建设工作条例》评价。
(三)教材编写要求与选用建议
1、教材应将本专业职业活动,分解成若干典型的工作项目,按完成工作项目的需要和岗位操作规程,结合职业技能证书考证组织教材内容。要以实际控制线路为载体,引入必须的专业知识,增加实践内容,强调理论在实践过程中的应用。
2、构建网络课程资源库,通过搭建多维、动态、活跃、自主的课程训练平台,使学生的主动性、积极性和创造性得以充分调动。
3、搭建校企合作平台,充分利用企业的设备未学生提供实习机会。
4、充分利用实验实训室,在学生学习过程中关注学生职业能力的发展和教学内容的调整,积极编写校本教材。
5、积极利用电子书籍、电子期刊、数字图书馆、各大网站等网络资源,使教学内容从单一化向多元化转变,尽力拓展学生的知识和能力。
6、教材内容应体现先进性、通用性、实用性,要将本专业新技术、新技能、新设备及时地纳入教材,使教材更贴近本专业的发展和实际需要。
(四)课程资源开发与学习环境创设
根据课程目标、学生实际以及本课程实践性、开放性等特点,本课程的教学资源建设应该有:教材(鼓励选用云教材、数字教材)、精品在线开放课程、网络课程、多媒体课件、多媒体素材等信息化教学资源。
(五)教师团队建设
授课教师建议配备具有PLC设计、变频器、触摸屏等电气控制经验的“双师型”教师,授课教师必须不断学习新知识,关心科技发展新动态,跟上时代发展步伐。
同时,建立一支适应本专业的、稳定的、开放性的、具有丰富实践经验的兼职教师,实现理论教学与实践教学合一、专职教师与兼职教师合一、课堂教学与生产现场教学合一,满足学生综合职业能力培养的要求。
(六)对实施本课程的建议
1、强调课程理论的系统性和递进性,通过线上线下混合式教学手段优化课堂教学过程,实现高效教学。
2、以知识层次结构为基础,采用项目引领,任务驱动的行动导向教学模式,充分发挥学生的积极主动性。
3、根植于“教、学、做一体化”、“举一反三”的教学模式,调动学生的主观能动性,注重学生独立思考能力和创新意识与能力的培养。
4、以职业能力为主线,突出学生为主体,加大技能实训比重,培养学生的职业能力。
5、在教学内容上,要重视本专业领域的新技术、新设备、新工艺并及时吸收为教学内容,培养学生的职业生涯发展能力。
7、产学合作开发课程资源,充分利用本行业典型的生产企业的资源,进行产学合作,建立实习实训基地,实践“工学”交替,满足学生的实习实训,同时为学生的就业创造机会。
符合以下情况的学习成果可以认定和转换本课程的学分。
1.参加职业院校技能大赛高职组“现代电气控制系统安装与调试”、“机电一体化项目”等与本课程相关赛项,可可以认定和转换本课程的学分;
2.通过“可编程控制器系统应用编程”、“工业机器人应用编程(中级)”等与PLC相关的1+X职业技能等级证书,及《可编程控制系统设计师》等认证考试的可以认定和转换本课程的学分。
具体认定与转换办法按学校相关规定实施。
附录 教学设备设施配备要求
一、《现代电气控制技术》课程教学设备设施配备要求
建议配置PLC理实一体化教室和电气装调工业控制实训室
⑴ PLC理实一体化教室。确保能够对教学项目进行软硬件设计、制作,建议配备:多媒体教学设备1套、PLC、触摸屏、变频器实训系统25套(包括:PLC、计算机、变频器、触摸屏、电动机、实训面板),根据班级人数分组教学,每组2人,不超过3人。
⑵ 电气装调工业控制实训室。自行设计、安装、调试、运行实现涵盖继电-接触器、PLC、变频器、触摸屏、电动机的综合控制工业项目,提高学生创新意识与能力。
(四)师资配备建议
授课教师建议配备具有PLC设计经验的“双师型”教师,授课教师必须不断学习新知识,关心科技发展新动态,跟上时代发展步伐。
同时,建立一支适应本专业的、稳定的、开放性的、具有丰富实践经验的兼职教师,实现理论教学与实践教学合一、专职教师与兼职教师合一、课堂教学与生产现场教学合一,满足学生综合职业能力培养的要求。
二、学习资源
1.智能控制技术专业教学资源库门户网:http://zyk.jssvc.edu.cn
2.《现代电气控制技术》在线课程资源:
http://wzk.36ve.com/index.php/CourseCenter/course/b-course-info?courseId=d355de07-4ea2-3774-b7e4-5f2807a453a0
三、相关标准
1.全国职业院校技能大赛“机电一体化”赛项规程:
http://www.chinaskills-jsw.org/_img/2021/05/25/20210525095544721.pdf
2.全国职业院校技能大赛“现代电气控制系统安装与调试”赛项规程:
http://www.chinaskills-jsw.org/_img/2021/05/25/20210525141824448.pdf
3.“可编程控制器系统应用编程”1+X证书职业技能等级标准:
https://vslc.ncb.edu.cn/csr-certificate?orgCode=1111&type=1
4.“工业机器人应用编程(中级)”1+X证书职业技能等级标准
https://vslc.ncb.edu.cn/csr-certificate?orgCode=1111&type=1