1.3 PLC工作过程及特点（教案）《PLC技术及应用》（高教版·第2版）同步精品课堂

《PLC技术及应用》教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 任务1.3 PLC工作过程及特点 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 学生更倾向于 “直观化、实操化” 的学习方式，对工业场景案例、实物演示、仿真操作的接受度高于纯理论讲解，这与本节课 “动态演示输入映像区机制”“实物拆解 PLC 模块” 等教学环节适配度较高。学生抽象逻辑思维能力较弱，对 “输入映像区冻结信号”“扫描周期与阶段耗时关联” 等需动态推导、数据计算的内容，易出现 “理解碎片化” 问题；同时，学生在对比分析（如 PLC 与继电器控制系统的多维度差异）时，易遗漏关键维度（如维护成本、灵活性），需教师引导梳理。 背景分析 当前制造业正朝着 “智能制造 2025”“工业 4.0” 方向推进，企业对具备 PLC 技术能力的技能人才需求激增。从岗位需求来看，设备运维工程师需通过理解 PLC 工作过程（如公共处理、程序扫描）判断设备故障（如程序卡死、硬件异常）；自动化设计工程师需依据 PLC 本体特点（如模块化扩展、抗干扰能力）选型设计控制系统；生产线调试人员需对比 PLC 与继电器控制系统的差异，优化控制方案。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 通过理解 PLC“循环扫描 + 映像区” 的工作机制，认识工业控制系统中 “稳定性、实时性” 的核心需求，培养从工程实际角度分析技术设计逻辑的思维习惯。 能根据 PLC 工作阶段的流程，判断特定场景下的信号流向（如输入信号从端子到输入映像区、输出信号从输出映像区到端子的传递路径），并解释 “输入映像区冻结输入信号” 对程序执行稳定性的作用。 能根据 PLC 故障表现（如故障灯亮、程序停止执行），关联公共处理阶段的硬件自检功能，初步判断故障类型（如 CPU 故障、I/O 接口故障），并说明 PLC 故障保护措施（暂停程序、报警、锁定输出）的作用。 学习任务 描述 准确掌握 PLC 工作过程的核心阶段，能清晰描述公共处理阶段（硬件自检、清除 watchdog 定时器）、用户程序扫描阶段（顺序执行指令、读取输入映像区状态、运算结果暂存输出映像区）的具体操作内容。 明确扫描周期的定义（完成 “输入采样 - 用户程序扫描 - 输出刷新” 一次循环的总时间），能列举 3 个及以上影响扫描周期的因素。 系统梳理 PLC 本体的 4 个核心特点，能结合具体硬件组成（如 CPU、存储器、I/O 接口）说明特点的实现原理。 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 确掌握公共处理阶段（硬件自检、清除 watchdog 定时器）和用户程序扫描阶段（按程序顺序执行、读取输入映像区状态）的具体操作，理解 “输入采样 - 用户程序扫描 - 输出刷新” 的循环逻辑。 教学难点 难以将 “输入采样、程序扫描、输出刷新” 的阶段流程与扫描周期的时间构成结合，无法准确理解 “各阶段耗时共同决定扫描周期”，尤其对 “程序扫描阶段耗时占比最高” 的认知较模糊。 教学难点突破方法 绘制 “输入采样 - 程序扫描 - 输出刷新” 循环流程图，在每个阶段旁标注典型耗时（如输入采样 0.5ms、程序扫描 5ms、输出刷新 1.5ms），并绘制时间轴，将各阶段耗时对应到时间轴上，直观呈现 “各阶段耗时共同构成扫描周期”，强化 “周期 = 各阶段耗时总和” 的认知。 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技术及应用》，主编：曹拓 高月宁，第2版；高等教育出版社出版。 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：准确掌握 PLC 工作过程的核心阶段，能清晰描述公共处理阶段（硬件自检、清除 watchdog 定时器）、用户程序扫描阶段（顺序执行指令、读取输入映像区状态、运算结果暂存输出映像区）的具体操作内容。 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、PLC 工作过程的具体操作 (1)PLC公共处理 ① 内部处理 PLC通电后，将对其内部进行自诊断，如电源检测、内部硬件是否正常、程序语法是否有错等。一旦有错或异常，根据其类型和程度发出信号，或进行相应的出错处理，使PLC停止扫描或强制变成 STOP 状态。 ② 通信服务 在这一阶段，PLC完成与其他外部设备的通信，即检查是否有编程器、计算机或上位 PLC 等通信请求，若有，则进行相应处理，完成数据通信任务。 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） (2)PLC用户程序扫描 ① 输入处理 如图 1-9所示，PLC 首先扫描所有的输入端子，并按顺序将所有输入端子的 ON(1)/0FF(0)状态读人(图中①)输人映像区:完成上述输人刷新后，关闭输人通道，接着转人程序执行阶段。 程序执行过程中即使输人发生变化，输入映像区的内容也不会变化，而是在执行下一个循环的输人处理时再读取该变化。 ② 程序执行 PLC按顺序从0步开始，逐条执行用户程序，直到END/FNED指令才结束。 在程序执行过程中根据程序执行需要，从输入映像区和其他软元件映像区中，将有关元件的状态、数据读出(②)，按程序要求进行运算，并将运算结果写人(③)软元件映像区中。因此，各软元件映像区随着程序的执行逐步改变其内容。 ③ 输出处理 当程序中所有指令执行完毕，输出映像区中的0N/0FF状态会传送(④)至输出锁存器中，并通过一定方式输出(⑤)，驱动外部负载，这就形成了 PLC 的实际输出。 主要讲解PLC用户程序扫描。 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。 二、扫描周期 PLC在运行状态时，执行1次扫描操作(如图1-8中，①所示的“5 个阶段”)所需的时间称为1个“扫描周期”。一般来说，1个“扫描周期”中，自检、通信、输人取样和输出刷新所占时间较少，程序执行的时间是影响“扫描周期”长短的主要因素，而它取决于 CPU 执行速度、程序长短和程序执行情况。 三、PLC 的特点 PLC技术的高速发展，除了得益于工业自动化的客观需求外，主要是由于它具有许多适合工业控制的独特优点，较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。 (1)PLC本体的特点(如图1-10所示) ① 可靠性高、抗干扰能力强 可靠性高、抗干扰能力强是 PLC最重要的特点之一，这主要是由于它采用了一系列硬件和软件结合的抗干扰措施。 ②编程简单、使用方便 考虑到企业中一般电气技术人员和技术工人的传统读图习惯与微机应用水平，PLC均采用在继电器控制原理图基础上产生的梯形图语言。这是一种直接面向生产、面向用户的图形编程语言，操作人员只需几天的简单培训，就可以熟悉并编制用户程序。 ③ 功能完善、通用性好 现代 PLC 除了具备逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制等功能，还能完成模拟量的处理、数据通信、人机对话、记录和显示等功能，使设备控制水平大大提高，应用范围更广泛。 教师根据课本内容讲解扫描周期。 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。 (2)PLC与继电器控制系统相比较(如图1-11所示) ① 体积小、重量轻、能耗低 由于 PLC 采用了半导体集成电路，因此具有结构紧凑、体积小、重量轻的特点，易于装人机械设备内部，组成机电一体化的设备。同时，PLC一般采用低压供电，硬件耗电少，与传统的继电器相比能耗更低。 ②设计、安装容易，维护工作量少 PLC采用软件功能取代了继电器控制系统中的各类继电器，使控制柜的设计、安装和接线工作量大大减少。同时，大部分用户程序可以在实验室进行模拟调试，调试完成后再进行现场联机调试使控制系统设计及建造的周期大为缩短。 当PLC或外部的输人装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或在线编程器上提供的信息，迅速地查明原因维护极为方便。 教师讲解PLC与继电器控制系统相比较，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：为什么说 PLC 的抗干扰能力比继电器控制系统更强？ 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） 本节课我们重点学习了三大核心内容：一是 PLC 工作过程，需牢记公共处理（硬件自检、清看门狗）、用户程序扫描（按序执行、读输入映像区）两大关键操作，以及 “输入采样 - 程序扫描 - 输出刷新” 的循环逻辑；二是扫描周期，明确其为一次完整循环的时间，且受指令数量、指令类型影响；三是 PLC 特点，本体具备模块化、高可靠等优势，与继电器控制系统相比，在逻辑修改（改程序无需接线）、抗干扰能力等方面更突出。大家需掌握这些要点，为后续 PLC 编程与应用打下基础，若对映像区、周期计算有疑问，可课后进一步探讨。 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)简述 PLC 输出刷新阶段的工作过程及其意义。 (2)当 PLC 检测到硬件故障时（如 CPU 故障），通常会采取哪些措施？这些措施有何作用？ 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 本节课围绕 PLC 工作过程与特点展开教学，整体达成预设目标：通过工业场景导入，有效激发学生兴趣，多数学生能清晰描述 PLC 公共处理、用户程序扫描的核心任务，理解扫描周期的影响因素；对比 PLC 与继电器控制系统时，结合实例分析抗干扰、灵活性等差异，学生接受度较高。但教学中也存在不足：一是讲解 “输入映像区冻结信号” 时，仅靠理论阐述，部分学生对 “为何不实时读取输入端子” 理解不深；二是扫描周期计算未结合具体案例（如不同指令数量下的周期差异），学生缺乏直观认知。后续需改进：可增加 PLC 仿真演示，动态展示输入采样、程序扫描、输出刷新的过程，让映像区机制更具象；补充简单程序的扫描周期计算实例，强化学生对影响因素的理解，进一步提升教学的直观性与实用性。 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 $