變頻調(diào)速與伺服驅(qū)動技術 課程標準

編寫：郭艷萍校對：鄭益審核：朱開波課程代碼：02150174課程類型：專業(yè)核心課B（理實一體化課）學時/學分：80學時/5學分適用專業(yè)：電氣自動化技術1課程概述1.1課程性質(zhì)本課程是電氣自動化技術專業(yè)的一門專業(yè)核心必修課程，是在學習了《電機與電氣控制》和《PLC應用技術》（見表1）課程、具備了電氣控制和PLC編程能力的基礎上開設的一門理實一體化課程，其功能是對接專業(yè)人才培養(yǎng)目標，面向變頻調(diào)速及伺服運動控制崗位以及新職業(yè)“智能制造工程技術人員”工作崗位，通過對變頻器、步進驅(qū)動器、伺服驅(qū)動器的工作原理、參數(shù)設置、運行操作以及運動控制系統(tǒng)設計與選型、編程及調(diào)試等內(nèi)容的學習，培養(yǎng)德技并修，能對調(diào)速和伺服設備、生產(chǎn)線進行設計、安裝、調(diào)試、運維和管理的能力，為后續(xù)《自動生產(chǎn)線安裝調(diào)試》和《工業(yè)控制網(wǎng)絡》（見表1）等課程學習奠定基礎。12序號需要本課程支撐的主要能力121.2課程定位本課程對接的工作崗位是自動控制設備或智能生產(chǎn)線的調(diào)速及運動控制系統(tǒng)設計、安裝、調(diào)試、運維和管理，通過學習，培養(yǎng)學生對變頻及伺服控制技術專業(yè)知識和專業(yè)技能的認識與理解，使學生具備掌握變頻調(diào)速、步進和伺服控制系統(tǒng)的基本專業(yè)技能，也是后續(xù)專業(yè)課程、畢業(yè)設計及頂崗實習的重要支撐課程。2課程目標通過本課程的學習，使學生掌握變頻調(diào)速、步進和伺服控制應用方面的基本知識和技能，培養(yǎng)學生的質(zhì)量、標準、安全意識和工匠精神；畢業(yè)后能結(jié)合企業(yè)實際應用，勝任自動化類行業(yè)的專業(yè)技術崗位工作，并具有誠實、守信的良好職業(yè)道德；同時也為中、高級電工職業(yè)技能資格證書的考核起到良好的支撐作用。具體目標如下：2.1知識目標（1）掌握變頻器功率模塊、控制單元的接線圖和操作面板的功能；學會使用Startdrive軟件調(diào)試變頻器；掌握變頻器常用功能及參數(shù)設置；（2）學會用PLC控制變頻器端子及通信控制的系統(tǒng)構(gòu)建、硬件接線圖和簡單程序設計；（3）了解步進電機、伺服電機的結(jié)構(gòu)及工作原理；掌握步進驅(qū)動器和伺服驅(qū)動器的端子功能及參數(shù)設置；學會利用PLC的運動控制功能進行工藝組態(tài)、控制面板調(diào)試，掌握運動控制指令并能編寫簡單單軸控制和雙軸控制的PLC程序。（4）學會利用PLC構(gòu)建小型伺服控制系統(tǒng)的硬件接線、編程及系統(tǒng)調(diào)試。2.2技能目標（1）能夠查找變頻器及伺服驅(qū)動器使用手冊并對變頻器和伺服驅(qū)動器進行操作；（2）能夠使用Satartdrive軟件進行變頻器的參數(shù)預置和基本運行操作方式的設置；（3）能夠使用變頻器和PLC構(gòu)建簡單控制系統(tǒng)并能夠進行系統(tǒng)的安裝和調(diào)試，故障排除；（4）能夠使用步進和伺服電機構(gòu)建簡單控制系統(tǒng)并進行安裝、調(diào)試、故障排除。2.3素質(zhì)目標（1）踐行“勞動光榮、技能寶貴”的社會主義核心價值觀，厚植愛國情懷和民族自豪感。牢固樹立四個自信。（2）養(yǎng)成誠實守信、愛崗敬業(yè)、團結(jié)協(xié)作、吃苦耐勞的職業(yè)精神與創(chuàng)新設計意識和嚴謹求實的科學態(tài)度。（3）具有質(zhì)量意識、標準意識、安全意識、環(huán)保意識、創(chuàng)新思維。（4）培養(yǎng)學生信息查詢、收集與整理的能力，發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力；（5）培養(yǎng)學生獨立學習、獲取新知識并具有終身學習與專業(yè)發(fā)展能力；（6）培養(yǎng)學生方案設計與評估決策能力，養(yǎng)成良好的交往與溝通表達能力和良好的團隊合作精神。3課程實施和建議3.1課程內(nèi)容和要求本課程是以電氣自動化技術專業(yè)學生的就業(yè)為導向，結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)方案中培養(yǎng)目標、人才規(guī)格要求、中高級電工職業(yè)資格等級標準以及高職院校學生的認知特點等方面的要求，以變頻器、步進驅(qū)動器和伺服驅(qū)動器使用和設計過程涉及到的專業(yè)知識學習單元為課程主線，以變頻及運動控制系統(tǒng)實際崗位職業(yè)能力為依據(jù)，以西門子G120變頻器和V90伺服驅(qū)動器為平臺，結(jié)合典型的工作任務，以“項目引導、任務驅(qū)動”的行動導向設計教學過程，以突出課程的職業(yè)性、實踐性和開放性為前提，采用由簡單到復雜、由單軸到雙軸的循序漸進的典型學習工作任務來展現(xiàn)教學內(nèi)容。同時根據(jù)學生的認知特點，結(jié)合職業(yè)能力培養(yǎng)的基本規(guī)律，以工作過程為主線，將陳述性知識與過程性知識整和、理論知識與實踐知識整和，科學設計學習型工作任務，以企業(yè)真實化工作任務為載體，由簡單到復雜整合、序化課程內(nèi)容。課程項目任務學時分配、學分與開課學期安排詳見表2，課程項目任務與教學內(nèi)容見表3。項目（情景/模塊/章節(jié)/單元）學時開課學期學時/學分/學期理論實踐小計項目1變頻器的運行與常用功能1410248054項目2變頻器與PLC在工程中的典型應用101222項目3步進控制系統(tǒng)的應用8816項目4伺服控制系統(tǒng)的應用10818合計423880項目任務教學內(nèi)容和要求素質(zhì)目標知識目標技能目標項目1變頻器的運行與常用功能任務1.1認識變頻器1.厚植愛國精神和民族自豪感；2.培養(yǎng)學生心懷使命、刻苦學習、科技報國的擔當精神。1.了解三相異步電動機的調(diào)速方法；2.了解變頻器的結(jié)構(gòu)。3.掌握變頻調(diào)速原理；★■4.掌握變頻器的控制單元和功率模塊的分類及接線圖。★1.能分析變頻器的工作原理；★■2.會拆裝變頻器；3.能根據(jù)控制要求選擇控制單元和功率模塊的型號?！?.教師：引導、講授、演示、評價；2.學生：模仿、討論、練習、互評、反饋、改進。任務1.2BOP-2操作面板控制變頻器運行1.培養(yǎng)學生的標準意識和規(guī)范意識；2.培養(yǎng)學生學思踐悟，知行合一的職業(yè)素養(yǎng)。1.了解變頻器常用參數(shù)的功能；2.掌握變頻器快速調(diào)試步驟?！?.能用BOP-2操作面板修改參數(shù)；2.能用BOP-2操作面板控制變頻器正反轉(zhuǎn)運行?！?.教師：引導、講授、演示、評價；2.學生：模仿、討論、練習、互評、反饋、改進。任務1.3模擬量給定調(diào)節(jié)變頻器的速度1.了解G120變頻器的BICO功能；■2.掌握變頻器輸入輸出端子的功能；★3.學會預定義接口宏的接線及參數(shù)設置。★1.能用Startdrive軟件調(diào)試變頻器；★2.能對模擬量給定調(diào)節(jié)變頻器速度進行安裝與調(diào)試。任務1.4電動電位器給定調(diào)節(jié)變頻器的速度1.具有發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，并具有終身學習與專業(yè)發(fā)展能力；2.具有誠實守信、敢于擔當?shù)木瘢軌蚝霌P中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化；3.具有工匠精神、勞動精神，能夠樹立社會主義核心價值觀。1.掌握升降速端子功能的接線圖；2.掌握升降速端子功能參數(shù)設置。1.學會使用升降速端子功能實現(xiàn)水泵的恒壓供水控制。1.教師：引導、講授、演示、評價；2.學生：模仿、討論、練習、互評、反饋、改進。任務1.5固定轉(zhuǎn)速給定調(diào)節(jié)變頻器的速度1.培養(yǎng)學生的大局意識、愛崗敬業(yè)和團結(jié)協(xié)作精神；2.培養(yǎng)學生嚴謹細致、耐心專注的工匠精神。1.了解G120變頻器多段速控制的兩種方法；2.學會變頻器多段速控制宏命令的接線圖和參數(shù)設置；★■3.能進行變頻器多段速控制的參數(shù)設置?！?.能使用Startdrive軟件對多段速功能進行軟件調(diào)試?！锶蝿?.6變頻器的PID控制功能1.具有團隊協(xié)作能力和溝通表達能力。1.了解PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成；2.學會變頻器PID控制時的接線方法和參數(shù)設置?！铩?.能進行變頻器PID控制功能的調(diào)試?！镯椖?變頻器與PLC在工程中的典型應用任務2.1離心機多段速變頻控制1.掌握變頻器與PLC的連接方式；2.掌握離心機的硬件電路和軟件編程?！?.學會離心機多段速變頻控制的安裝與調(diào)試方法?！铩?.教師：引導、講授、演示、評價；2.學生：模仿、討論、練習、互評、反饋、改進。任務2.2風機的變頻/工頻自動切換控制1.掌握變頻器輸出端子轉(zhuǎn)速到達功能的設置；2.學會利用變頻器轉(zhuǎn)速到達功能控制變頻/工頻切換的方法。1.能完成風機變頻/工頻切換硬件電路的安裝并能調(diào)試程序。1.教師：引導、講授、演示、評價；2.學生：模仿、討論、練習、互評、反饋、改進。任務2.3驗布機本地/遠程無級調(diào)速切換控制1.了解S7-1200PLC模擬量模塊的特點及接線；2.掌握PLC模擬量模塊控制變頻器的程序編寫方法。★1.能完成驗布機硬件電路的安裝并能調(diào)試程序?！?.教師：引導、講授、演示、評價；2.學生：模仿、討論、練習、互評、反饋、改進。任務2.4G120變頻器的通信1.具有良好的專業(yè)精神、職業(yè)精神和工匠精神；2.具有產(chǎn)品質(zhì)量控制意識、安全生產(chǎn)意識、環(huán)保意識、創(chuàng)新思維、信息素養(yǎng)。1.了解G120變頻器通信接口的特點及接線；2.掌握G120變頻器的報文類型及結(jié)構(gòu)；★■3.會編寫G120變頻器的通信程序?！?.學會S7-1200PLC與G120變頻器的PROFIBUSDP通信系統(tǒng)的構(gòu)建和調(diào)試；■1.學會S7-1200PLC與G120變頻器的PROFINET通信系統(tǒng)的構(gòu)建和調(diào)試?！?.教師：引導、講授、演示、評價；2.學生：模仿、討論、練習、互評、反饋、改進。項目3步進控制系統(tǒng)的應用任務3.1單軸步進電機的控制1.厚植愛國精神和民族自豪感；2.培養(yǎng)學生嚴謹認真、注重細節(jié)的工匠精神。1.了解步進電機的工作原理；2.掌握步進驅(qū)動器的端子功能；★3.學會設置步進驅(qū)動器的工作電流（動態(tài)電流）、細分精度和靜態(tài)電流；4.掌握PLC控制步進電機的硬件接線圖；★5.能夠構(gòu)建S7-1200PLC的運動控制系統(tǒng)并能組態(tài)運動軸，編寫運動控制程序?！铩?.學會步進電機和步進驅(qū)動器的選型；2.能使用軸控制面板調(diào)試運動軸；★3.能用PLCOpen標準程序塊編寫單軸步進電機的控制程序并進行調(diào)試?！铩?.教師：引導、講授、演示、評價；2.學生：模仿、討論、練習、互評、反饋、改進。任務3.2雙軸行走機械手的控制1.培養(yǎng)學生心懷使命、刻苦學習、科技報國的擔當精神；2.培養(yǎng)學生的節(jié)能意識，踐行綠色發(fā)展觀；3.培養(yǎng)學生的規(guī)則意識和契約精神。1.掌握PLC控制雙軸步進電機的硬件接線圖；2.能用運動控制指令編寫雙軸步進電機的控制程序?！铩?.能夠構(gòu)建S7-1200PLC的雙軸運動控制系統(tǒng)并進行調(diào)試?！?.教師：引導、講授、演示、評價；2.學生：模仿、討論、練習、互評、反饋、改進。項目4伺服控制系統(tǒng)的應用任務4.1伺服控制系統(tǒng)的認識1.厚植愛國精神和民族自豪感；2.培養(yǎng)學生嚴謹認真、注重細節(jié)的工匠精神。1.了解伺服電機的結(jié)構(gòu)及工作原理；2.理解伺服驅(qū)動器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及控制原理；3.掌握V90伺服控制系統(tǒng)的配置；4.理解V90PTI伺服驅(qū)動器和V90PN版伺服驅(qū)動器的異同。5.掌握V90伺服驅(qū)動器的接線方式?！?.掌握V90伺服驅(qū)動器輸入輸出引腳的功能?！?.能進行伺服電機和伺服驅(qū)動器的選型；2.能說出伺服驅(qū)動器關鍵引腳的功能?！?.教師：引導、講授、演示、評價；2.學生：模仿、討論、練習、互評、反饋、改進。任務4.2V90PTI伺服驅(qū)動器的應用1.培養(yǎng)學生的歷史使命感和責任擔當；2.培養(yǎng)學生的工程意識和質(zhì)量觀念；3.培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。1.能用V-ASSISTANT軟件調(diào)試V90伺服驅(qū)動器；2.掌握V90PTI版伺服驅(qū)動器的位置控制和速度控制的接線、參數(shù)設置?！?.能用S7-1200PLC進行工藝對象組態(tài)并用通過PLCOpen標準程序塊編寫PTI伺服驅(qū)動器的控制程序并進行調(diào)試。■1.會進行PLC與V90PTI伺服驅(qū)動器的位置控制和速度控制的接線；★2.會構(gòu)建簡單的伺服控制系統(tǒng)并能安裝和調(diào)試?！?.教師：引導、講授、演示、評價；2.學生：模仿、討論、練習、互評、反饋、改進。任務4.3V90PN伺服驅(qū)動器的應用1.培養(yǎng)學生的質(zhì)量意識、標準意識、安全意識；2.繼承和發(fā)展馬克思主義的實踐觀；3.遵守職業(yè)規(guī)范，具有良好的專業(yè)精神、職業(yè)精神和工匠精神。1.了解V90PN伺服驅(qū)動器速度控制和位置控制支持的報文類型。2.掌握V90PN伺服驅(qū)動器的速度控制和位置控制的接線、參數(shù)設置?！?.學會使用標準報文3和工藝對象對V90PN伺服驅(qū)動器進行位置控制；★4.學會使用西門子報文111和FB284對V90PN伺服驅(qū)動器進行EPOS控制；■5.學會使用標準報文1和SINA_SPEED對V90PN進行速度控制；■6.學會使用PLC通過IO地址直接控制V90PN伺服驅(qū)動器的速度。1．會使用標準報文3對V90PN伺服驅(qū)動器進行TO控制；★2．會使用西門子報文111對V90PN伺服驅(qū)動器進行EPOS控制?！?.教師：引導、講授、演示、評價；2.學生：模仿、討論、練習、互評、反饋、改進。3.2教學方法和教學手段3.2.1教學方法（1）采用任務驅(qū)動式教學方法，加強對學生職業(yè)能力的培養(yǎng)，注重以工作任務為導向型任務或項目激發(fā)學生學習熱情，使學生在任務分析或項目活動中獲得職業(yè)技能。（2）采用行動導向的線上線下混合式教學方法，以學生為中心、學習成果為導向，按照“課前啟化、課中內(nèi)化、課后轉(zhuǎn)化”三階段、通過溫故知新→導入咨詢→示范模仿→引領應用→評價匯報→回顧總結(jié)“六環(huán)節(jié)”組織線上線下混合式教學。通過選用典型任務應用項目，由教師進行操作性示范，并組織學生進行實際操作活動，讓學生在任務應用項目教學活動中明確學習領域的知識點，并掌握本課程的核心專業(yè)技能。（3）采用案例教學方法，不斷將前沿技術和最新成果的案例納入課程，及時更新課程資源；在教學過程中教師要不斷豐富思政案例，浸潤學生心靈，積極引導學生提升職業(yè)素養(yǎng)，提高職業(yè)道德。3.2.2教學手段（1）依托本課程在智慧職教MOOC學院的在線開放課程平臺，給學生建構(gòu)多維學習空間，破解教學難點和痛點，提升教學質(zhì)量。（2）在教學過程中，通過虛擬仿真技術創(chuàng)設工作場景，同時應加大實踐實操的數(shù)量，要緊密結(jié)合職業(yè)技能，實操項目的訓練，提高學生的崗位適應能力。（3）注重專業(yè)案例的積累與開發(fā)，以多媒體、錄像與光盤、案例分析、在線答疑等方法提高學生分析和解決生產(chǎn)問題的專業(yè)技能。（4）在教學過程中，要強調(diào)校企合作、工學結(jié)合，要重視本專業(yè)領域新技術、新工藝、新設備發(fā)展趨勢，貼近生產(chǎn)現(xiàn)場。為學生提供職業(yè)生涯發(fā)展的空間，努力培養(yǎng)學生參與社會實踐的創(chuàng)新精神和職業(yè)能力。3.3教學評價3.3.1學生成績的認定包括2個方面，一是平時過程性考核，滿分50分；二是按照課程考核標準進行的期未考核，滿分50分。兩項分之和，即為學生最終成績。課程考核應符合有關管理規(guī)定，具體要求如表4?？己祟悇e平時過程性考核50%期末終結(jié)性考核50%考核形式考核要求平時表現(xiàn)30%（考勤、作業(yè)、實驗（踐）等）+任務考核20%，具體見表4理論考試、實踐考核、課題報告、答辯等方式，可選擇一種或多種方式，要明確各部分分數(shù)占比。具體見表5過程考核以實操完成質(zhì)量打分，期末筆試本課程按照百分制進行考核，考核主要包括平時過程性考核和期末終結(jié)性考核兩大方面，過程性考核占50%，期末終結(jié)性考核占50%。（1）過程性考核包括學習態(tài)度、學習水平和實踐動手能力三個方面。學習態(tài)度——學生學習紀律與態(tài)度、學習活動中參與的積極性、學習交流與團隊協(xié)作能力占10%。采用課堂學習活動評比、學習效果自評、互評、問卷調(diào)查等形式，主要由學生與學生團隊給予評價。學習水平——教學各單元模塊知識結(jié)構(gòu)與技能的訓練占20%。以各學習單元的理論與實踐項目活動鑒定為依據(jù)進行考核，主要由教師與學生互評給予評價。實踐動手能力——項目綜合訓練、創(chuàng)新能力占20%。以綜合項目設計內(nèi)容為依據(jù)進行綜合項目考核，對查閱與應用設計手冊、掌握設計軟件能力以及創(chuàng)新設計能力進行評定，主要由教師與學生團隊給予評價。（2）期末終結(jié)性考核以試卷考核形式進行評定，試卷從知識、技能、素質(zhì)三維度對學生最終成績進行評價。知識評價占25%，技能評價占20%，素質(zhì)評價占5%。課程考核評價內(nèi)容與標準見表5、表6。項目內(nèi)容分值學習態(tài)度（10分）出勤情況（5分）5(優(yōu)秀)4(良好)3（合格）0(不合格)聽課態(tài)度（5分）5(優(yōu)秀)4(良好)3（合格）0(不合格)學習水平（30分）課堂提問（5分）5(優(yōu)秀)4(良好)3（合格）0(不合格)討論課發(fā)言（5分）5(優(yōu)秀)4(良好)3（合格）0(不合格)線上課件學習（20分）20優(yōu)秀)16(良好)12（合格）0(不合格)實踐動手能力（10分）查閱與應用設計手冊、掌握設計軟件能力以及創(chuàng)新設計能力（10分）10(優(yōu)秀)8(良好)6（合格）0(不合格)項目考核內(nèi)容與標準分值試卷考試（50分）變頻器基本知識考核7變頻器功能設置、PLC與變頻器的綜合應用15步進控制系統(tǒng)10伺服控制系統(tǒng)15課程思政，工匠精神、職業(yè)素養(yǎng)考核3共計50（智慧職教MOOC-變頻及伺服應用技術()（西門子下載中心-西門子官網(wǎng)技術文檔資料下載中心-西門子工業(yè)技術支持中心-西門子中國()）本課程為理實一體化課程，要求課程授課教師應具有良好的理論水平和較強的實踐動手能力，課程教學團隊由專任教師和兼職教師組成。通過人才引進、聘請兼職教師等手段，確保師資數(shù)量；通過教師職業(yè)能力和職業(yè)技能培訓，提高師資隊伍的“