项目五 水塔水位控制（教案）《PLC应用技术》（机械工业出版社）同步精品课堂

《PLC应用技术》教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 项目五 水塔水位控制 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 学生普遍对实际操作兴趣浓厚，具备一定动手能力，为理解水塔水位控制这类实操性强的课程奠定基础。此前，他们已接触过基础电路知识，对电气设备运行有初步认知，有助于理解输入、输出设备及 I/O 点分配。然而，辅助继电器和定时器的不同类型及复杂功能，对他们而言较为抽象，理解梯形图执行原理也颇具挑战。同时，分析控制要求需较强逻辑思维，这恰是部分学生短板。所以教学时，要多结合直观案例与实操演示，助力学生掌握知识。 背景分析 在现代工业与生活场景中，自动化水位控制至关重要，水塔水位控制便是典型应用。于工业生产，稳定水位保障设备冷却、工艺用水等环节正常运转；在日常生活里，关乎千家万户的用水供应。对于职高学生而言，学习这一内容意义重大。一方面，契合职业教育对接实际岗位需求的导向，让学生掌握未来从事电气控制、自动化运维等工作必备技能；另一方面，通过对水塔水位控制深入探究，可深化对电气自动化知识体系理解，为后续复杂控制系统学习筑牢根基，提升学生就业竞争力。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 培养学生对电气自动化专业的学习兴趣，激发其探索精神与创新意识，主动投入到专业知识学习中； 树立严谨认真的工作态度，在操作与分析过程中注重细节，提升职业素养，为未来职业发展奠定良好基础。 准确阐述通用型、掉电保持型辅助继电器以及 100ms 定时器、10ms 定时器的功能与特性； 熟练确定水塔水位控制系统中的输入、输出设备； 合理进行 I/O 点分配，列出详细的 I/O 分配表； 完整绘制水塔水位控制系统梯形图，且能条理清晰地讲解其执行原理。 通过小组讨论、案例分析，提升学生分析问题、解决问题的能力，学会从实际需求中提炼关键信息； 在实践操作环节，增强学生动手操作能力，熟练掌握设备连接、程序编写与调试技能，提高应对实际问题的技巧。 学习任务 描述 准确阐述通用型、掉电保持型辅助继电器以及 100ms 定时器、10ms 定时器的功能与特性 熟练确定水塔水位控制系统中的输入、输出设备 合理进行 I/O 点分配，列出详细的 I/O 分配表 完整绘制水塔水位控制系统梯形图，且能条理清晰地讲解其执行原理 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 辅助继电器与定时器 教学难点 复杂控制要求分析 教学难点突破方法 引入大量实际案例，从简单到复杂逐步剖析，引导学生分组讨论，绘制控制流程图，梳理各工况下的信号流向和控制逻辑；教师实时指导，帮助学生总结分析方法和规律 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《PLC应用技术》，主编：周建清，第3版；机械工业出版社出版。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识复习与回顾（2分钟） [引入主题]（2分钟） 任务引入：准确阐述通用型、掉电保持型辅助继电器以及 100ms 定时器、10ms 定时器的功能与特性 提出问题，认真回答问题。 接收并查看本节课堂任务书。查看并记住本节任务的学习目标。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.下发和展示任务，让学生明确课堂任务，学习课堂知识。 新 课 导 入 （3分钟） [新课引入]（3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。 2.学生分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（2分钟） 一、辅助继电器 辅助继电器的用途与继电器电路中的中间继电器相似，常用于中间状态的存储及信号类型的变换，用作程序辅助运算，例如通用型辅助继电器和掉电保持型辅助继电器。 (1)通用型辅助继电器 1)编号范围。三菱FX3U系列PLC通用型辅助继电器 的编号范围为MO~M499(500点)、采用十进制编号。 2)符号。辅助继电器的符号如图4-3所示。 与输出继电器一样，辅助继电器的线圈只能由程序驱动。编程时，其触点可以任意使用，但不能用它直接驱动输出设备。 3)应用举例。以图4-4为例，X000动合触点接通，M5动作且保持，Y000动作。X001动作，M5失电复位，Y000复位。一旦PLC掉电，通用型辅助继电器的状态复位。 (2)掉电保持型辅助继电器 掉电保持型辅助继电器具有记忆功能，即PLC掉电时它保存原有的状态；待恢复供电后，它继续保持掉电前的状态。 1)编号范围。三菱FXu系列PLC掉电保持型辅助继电器的编号范围为M500~M7679(7180点)，采用十进制编号。 2)应用举例。以图4-5为例，PLC的电源正常时，掉电保持型辅助继电器M500与通用型辅助继电器的应用功能一样。不同的是，M500具有掉电保持功能。如图4-5b动作时序所 示，PLC掉电后，M500保存掉 电前的动作状态，当PLC恢复 供电后，M500仍接通(无需重 新起动 X001)，继续驱动 Y000 动作。 上课前老师收集相关的新专业、职业、技能等知识。 学生对新专业了解后，再上网查一下新专业所涉及的知识点。 使用学生对新专业有个大概了解，自己再去收集相关资料补充自己的知识面。 学 习 新 知（14分钟） 二、定时器 定时器相当于继电器电路中的时间继电器，在程序中主要用作时间控制。(1)100ms 定时器 1)编号范围。三菱 FX3U系列 PLC的 100ms定时器编号 范围为TO~T199(200点)，采用十进制编号。 2)符号。定时器的符号如图 4-6所示。 3)定时时间的计算。定时时间t=100ms*K?(K?称为设定值)，其中K?的设定范围为0~32767。如设定值为K20，则定时时间t=100ms*20=2s。 (2)10ms定时器 1)编号范围。三菱FX;u系列 PLC的10ms定时器编号范围为T200~T245(46点)，采用十进制编号。 2)定时时间的计算。定时时间(=10msxK?(K?为设定值)，其中K?的设定范围为0~32767。如设定值为K20，则定时时间t=10msx20=0.2s。 主要讲解定时器。 学生在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 通过直观教学法，使用电教媒体PPT的形式，不仅能进一步激发学生的兴趣，也有利于加深学生对知识的理解和对内容的掌握。 三、系统梯形图 图 4-9是水塔水位控制系统梯形图，其执行原理如下： 1.水池进水及计时。当水池的水低于低水位界时，X003为ON，Y001动作打开阀放水，T0开始计时4s。X002为ON或4s后，Y001复位停止放水。 2.进水及报警显示。M2为报警显示的中间状态。 4s时间到且SL3不动作，X002为OFF，M2动作， 启动振荡报警程序。定时器T1和T2组成0.5s 脉 冲振荡器，其动作时序如图 4-10 所示。Y001动作，Y002动作，驱动HL显示正常进水;若出现故障，T以0.5s周期间断控制 Y002 接通与断开，HL按0.5s闪烁报警。 3.水塔抽水。当SL4为OFF且水塔水位低于低水位界时，X001为ON，X003为OFFY000动作抽水。X000动作，Y000复位，抽水完毕。 四、系统线路图 1.电路图。图4-11是水塔水位控制系统电路图，其电路组成及元件功能见表4-3。 2.接线图。图4-12是水塔水位控制系统接线图。 教师根据课本内容讲解系统梯形和线路图。 学生跟上老师的思路； 抽取学生回答老师的提问； 让学生能够快速的掌握学习内容，突破了课程内容难点。 五、操作指导 1.安装电路 2.输入梯形图 启动 GX Developer 编程软件，输入梯形图。 (1)启动GX Developer 编程软件；(2)创建新文件，选择PLC的类型为FX3U；(3)输入元件按照项目二所学的方法输人元件，新元件的输入方法如下：① 定时器线圈的输入。单击功能图窗口中的线圈按钮，在弹出的对话框中输入“TO K40”后回车确认。②竖连线的输入。将光标移至竖连线处，单击功能图窗口中的竖连线按钮即可完成；(4)转换梯形图；(5)保存文件将文件赋名为“项目4-1.pmw”后确认保存。 3.通电调试、监控系统 4.学习指令 5.改变报警显示频率 改变振荡器的振荡频率，实现报警显示 HL 以点亮 2s、熄灭 1s 的周期闪烁。 1)打开文件“项目4-1.pmw”的梯形图，将梯形图中的定时器T1的设定值修改为K20，定时器T2的设定值修改为K10。 2)转换梯形图后，将文件赋名为“项目4-2.pmw”确认另存。 3)将程序“项目4-2.pmw”写人PLC，运行、监控系统，观察报警显示频率。 6.操作要点 1)PLC使用时，不同电源类别或等级的负载不能共用同一组输出端。 2)由于T2的动作时间只有一个扫描周期，时间非常短，所以监控不到T2 动断触点的断开状态。 3)改变振荡器T1和T2的设定值，可以得到不同频率的脉冲输出。 4)通电调试操作必须在教师的监护下进行。 5)训练项目应在规定的时间内完成，同时做到安全操作和文明生产。 教师讲解操作指导，通过展示图片和理论相结合的形式，更形象的记忆 学生跟上老师的思路； 图片展示更加直观 学生再练习（6分钟） 4、分配任务：（6分钟）（思政导入：团队合作，培养学生学会思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题：说明 100ms 定时器和 10ms 定时器在水塔水位控制中的应用场景有何不同。 2）、每组派出代表回答老师提问 4）、学生分组相互评价 5）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） 在这堂课里，我们深入探究了水塔水位控制。明白了辅助继电器中通用型和掉电保持型各自的用途，以及 100ms 和 10ms 定时器计时原理。面对水塔水位控制要求，学会确定像水位传感器这类输入设备、水泵电机这类输出设备，并合理做 I/O 点分配。绘制梯形图时，掌握了基本逻辑单元，能依据控制要求构建逻辑流程。大家通过理论学习和实操体验，对自动化控制有了更真切认知。课后要巩固这些知识，为后续学习复杂控制系统筑牢根基。 布置下节课任务（40分钟） 布置下节课任务（40分钟） 预习下节课内容 布 置 作业（13分钟） [完成作业]（13分钟） (1)分析水塔水位控制要求时，需要考虑哪些方面？ (2)简述 I/O 点分配在水塔水位控制系统中的作用及步骤。 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 在本次水塔水位控制课程教学中，有得亦有失。我以生活中常见的水塔为例，学生对课程兴趣较高，在讲解辅助继电器与定时器时，通过实物演示，大部分学生能初步理解。但在分析复杂控制要求时，部分学生难以将实际需求转化为逻辑思路，I/O 点分配也出现混淆。实操环节，学生对梯形图执行原理理解不足，导致程序调试问题较多。后续教学应增加案例分析，引导学生从简单到复杂逐步梳理控制逻辑。多组织小组讨论，加强学生间的交流，提升他们分析问题、解决问题的能力，让学生更好地掌握知识，提高教学效果。 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$