1.2 PLC 的组成及硬件配置（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1.2 PLC 的组成及硬件配置 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 学生以具象思维为主，对 “实物观察”“动手操作” 的学习形式接受度高：通过 PLC 实物拆解、接口接线等实操活动，能快速建立 “硬件部件名称” 与 “物理结构” 的对应关系，例如观察电源模块的电压标识、I/O 模块的端子编号后，可快速记忆部件功能；对 “案例化教学” 兴趣浓厚，结合 “电机启停控制”“指示灯闪烁” 等熟悉的控制场景讲解硬件配置，能有效激发学习兴趣，提升知识应用能力。 背景分析 在汽车生产线、智能仓储、新能源装备等场景中，需通过 PLC 连接多类型传感器（温度、压力、视觉传感器）与执行器（机械臂、变频器、电磁阀），这要求技术人员精准掌握 “电源模块供电匹配”“I/O 模块信号转换”“I/O 扩展接口扩容” 等硬件知识，才能实现多设备协同控制；若硬件配置不当（如输出模块类型选错、电源供电不足），可能导致设备误动作、生产线停机，造成经济损失。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 通过理解各硬件部件的协同工作逻辑（如 CPU 扫描周期与 I/O 信号的时序关系、电源模块供电与部件稳定性的关联），认识到 PLC 硬件配置需遵循 “参数匹配、逻辑严谨” 的工业标准，树立规范操作与精准配置的意识。 能区分易混淆部件的特性差异：如三种输出模块（继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出）的负载适配性、通信接口（RS232/RS485 / 以太网）的通信参数与适用场景、不同类型存储器（ROM/RAM/EEPROM）的读写权限与数据保存特性，避免概念混淆。 具备基础硬件识别能力：能对照 PLC 实物或结构图，准确指认六大核心部件，并结合部件标识（如电源模块的电压标识、I/O 模块的端子编号）说明其关键参数，初步实现 “理论知识→实物对应” 的转化。 学习任务 描述 能准确说出 PLC 硬件系统的六大核心部件（电源模块、外设通信接口、存储器、中央处理单元（CPU）、输入 / 输出单元（I/O 模块）、I/O 扩展接口）的名称及在系统中的基本位置，建立 PLC 硬件组成的整体认知框架。 能详细阐述各核心部件的核心功能：如电源模块的电压转换与供电范围、CPU 的循环扫描工作机制、存储器的分类及数据存储特性、I/O 模块的信号处理逻辑。 能针对具体工业场景（如电机启停控制、传感器数据采集），分析所需 PLC 硬件部件的配置逻辑 。 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 熟练掌握电源模块（能量供给）、CPU（运算控制核心）、存储器（程序与数据存储）、I/O 模块（信号输入输出）、外设通信接口（外部设备交互）、I/O 扩展接口（点数扩容）的核心功能。 教学难点 理解 CPU“输入采样→程序执行→输出刷新” 的循环流程，尤其是 “输入采样阶段一次性读取外部信号存入输入映像寄存器，程序执行阶段仅基于映像寄存器数据运算，不直接读取外部实时信号” 的逻辑 。 教学难点突破方法 用 “外部传感器→输入端子→输入映像寄存器” 的箭头流动，展示按钮、传感器等信号一次性存入输入映像寄存器。 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：能准确说出 PLC 硬件系统的六大核心部件（电源模块、外设通信接口、存储器、中央处理单元（CPU）、输入 / 输出单元（I/O 模块）、I/O 扩展接口）的名称及在系统中的基本位置，建立 PLC 硬件组成的整体认知框架。 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、电源模块 一般外接交流 220V电源，并通过其内部的开关稳压电源转换成直流5V和直流 24V等直流电源;其中，直流5V电源用于对CPU供电，直流 24 V电源用于对 I0 模块、外部传感器供电。 二、外设通信接口 专用于连接其他外部设备，如个人计算机、编程器、打印机、图形监控系统等。其中通过与个人计算机或编程器的连接可实现用户程序的编写、编辑、调试和监视，还可以调用和显示PLC内各部件的状态和系统参数。 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） 三、存储器 PLC配有“系统与用户”两种不同类型的程序存储器 (1)系统程序存储器(ReadOnly Memory，ROM) 用来存储 PLC 生产厂家编写的各种系统程序，相当于个人计算机中的操作系统;所谓系统程序，是指控制和完成PLC各种功能的程序，如控制器的监视程序、基本指令和功能指令翻译程序、系统诊断程序、通信管理程序等;在很大程度上它决定了该种PLC的性能与质量，用户无法更改或调用。 (2)用户程序存储器(Random Access Memory，RAM) 用来存放用户程序和用户程序执行过程中生成的用户数据;所谓用户程序，是指使用者根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的控制程序，可由用户根据控制需要读、写、修改或增删，可采用CMOS RAM(由锂电池实现掉电保护)或EPROM与EEPROM。 用户存储器容量是PLC的一项重要技术指标，其容量一般以“步”为单位(16位二进制数为1“步”，或称为“字”)。 主要讲解存储器。 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。 四、中央处理单元(CPU) 又称为 CPU或中央控制器，是PLC的核心，其作用类似于人的大脑。它按PLC中系统程序规定的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作。 其主要任务如下： (1)诊断电源、PLC 内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。 (2)接收并存储由编程器、上位机输入的用户程序和数据。 (3)用扫描的方式通过 I/0 部件接收现场的状态或数据，并存人指定的存储单元或寄存器中。 (4)当PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等。 (5)根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出寄存器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表、打印或数据通信等功能。 CPU模块的工作电压一般为5V，而PLC的I/0 信号电压一般较高，有直流 24V和交流 220V等;在使用时，要防止外部尖端电压和干扰噪声侵入，以免损坏 CPU模块中的部件或影响PLC正常工作。因此，CPU不能直接与外部输入/输出装置相连接，需要通过I0 模块和外部设备相连。I/0模块除了传递信号外，还具有电平转换与噪声隔离功能。 教师根据课本内容讲解中央处理单元(CPU)。 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、输入/输出单元(I/O 模块 ) I/0模块是CPU和现场I/0装置或其他外部设备之间的连接部件。 各种 PLC 输人、输出接口电路的结构大致相同，一般由I/0端子、光电耦合器、PLC 内部电路和驱动电源四大部分组成。 (1)输入单元 如图 1-5 所示，其输人方式有两种。一种是直流输人(直流12V或24V);另一种是交流输入(交流100~120V或200~240V)。它们都是由装在PLC面板上的发光二极管(LED)来显示某一输人点是否有信号输人。 其外部所连接的输人设备可以是无源触点，如按钮、行程开关等，也可以是有源器件，如各类传感器、接近开关、光电开关等。当输入信号为电位器、热电偶或各类变送器提供的连续变化的模拟量时，信号必须经过专用的模拟量输人模块进行 A/D 转换，然后才可以通过输人电路进人 PLC。 (2)输出单元 如图 1-6所示，为适应不同负载的需要，其输出形式有3种。 继电器(R)输出方式最常用，适用于交、直流负载，其特点是带负载能力强，但动作频率与响应速度慢;晶体管(T)输出适用于直流负载，其特点是动作频率高，响应速度快，但带负载能力弱:晶闸管(S)输出适用于交流负载，其特点是动作频率高，响应速度快，但带负载能力不强。 教师讲解输入/输出单元(I/O 模块 )，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：简述 PLC 输入模块的信号处理流程，以按钮信号为例说明其如何转换为 PLC 内部信号。 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） 本节课我们围绕 PLC 六大核心硬件部件展开学习，重点掌握了各部件的功能与作用：电源模块是 “能量中枢”，为系统提供稳定直流电压；CPU 是 “大脑”，通过 “输入采样→程序执行→输出刷新” 循环实现控制；存储器分 ROM、RAM、EEPROM，分别存储系统程序、临时数据和用户程序；I/O 模块是 “信号桥梁”，输入模块采集传感器、按钮信号，输出模块驱动接触器、指示灯，且需根据负载选继电器、晶体管或晶闸管类型；外设通信接口实现与计算机、触摸屏等设备的数据交互；I/O 扩展接口则在点数不足时灵活扩容。 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)对比 PLC 三种输出模块（继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出）的特性差异及适用负载类型。​ (2)说明 PLC 外设通信接口在工业控制中的两个典型应用场景，并简述其通信过程。 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 本节课围绕六大核心部件展开，整体达成教学目标，但仍有优化空间。优势在于采用 “实物演示 + 场景案例” 教学，通过拆解 PLC 实物、对比 I/O 模块特性表，学生能快速指认部件并匹配负载类型，课后硬件识别题正确率达 85%；结合汽车生产线、智能仓储案例讲解通信接口与扩展接口应用，激发学习兴趣，课堂互动率提升。不足在于抽象知识点讲解欠缺，如 CPU 循环扫描机制仅靠流程图演示，30% 学生对映像寄存器作用理解模糊；实践环节分组过大，部分学生未参与操作，对扩展模块兼容性配置掌握不牢。后续需引入仿真软件动态演示扫描过程，拆分实践小组并增加个体任务；补充硬件故障案例，让学生通过现象排查部件问题，强化知识应用能力，缩小学习差距。 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 $