西門子S7-1200PLC應(yīng)用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(LAD+SCL)

《PLC應(yīng)用技術(shù)》（S7-1200PLC-LAD+SCL）課程標(biāo)準(zhǔn)第一部分課程說明課程代碼：030115課程名稱：PLC應(yīng)用技術(shù)課程學(xué)分：課程學(xué)時：課程類型：專業(yè)核心課課程性質(zhì)和任務(wù)：《PLC應(yīng)用技術(shù)》是電氣自動化、機電一體化、工業(yè)機器人等智能制造類專業(yè)的的一門專業(yè)核心課程。掌握PLC應(yīng)用技術(shù)基本理論知識和實踐方法，為后續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)課程好堅實基礎(chǔ)；培養(yǎng)以PLC為核心的自動控制系統(tǒng)、智能制造設(shè)備等分析、安裝、調(diào)試、運行和維護的高技術(shù)、技能型人才。本課程的任務(wù)是：以西門子公司S7-1200PLC在生產(chǎn)實踐中的典型應(yīng)用為載體，以基于工作過程的項目化內(nèi)容為主要介紹對象，使學(xué)生掌握PLC工作原理、TIA博圖軟件以及仿真軟件的使用；S7-1200PLC的系統(tǒng)配置、硬件和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)方法、硬件設(shè)計與調(diào)試、基本指令及其應(yīng)用、程序設(shè)計的方法；圍繞G120變頻器、觸摸屏和步進/伺服電機等在生產(chǎn)線中的典型應(yīng)用案例講述PLC的運動控制技術(shù)、以太網(wǎng)通信技術(shù)以及PID控制技術(shù)。培養(yǎng)學(xué)生的PLC綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新實踐能力。課程目標(biāo)：1．知識目標(biāo)（1）S7-1200PLC的工作原理（2）博圖軟件的基礎(chǔ)知識和基本應(yīng)用（3）S7-1200PLC的基本指令、編程方法和應(yīng)用（4）順序控制設(shè)計方法和程序的經(jīng)驗經(jīng)驗設(shè)計方法（5）結(jié)構(gòu)化程序的設(shè)計的基本知識和方法，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計基本方法。（6）函數(shù)的概念、編輯、調(diào)用以及在程序設(shè)計中的基本方法（7）函數(shù)塊的概念、編輯、調(diào)用以及在程序設(shè)計中的基本方法（8）中斷組織塊的概念、分類以及常用中斷組織塊應(yīng)用（9）模擬量的基本概念、模擬信號的處理以及程序設(shè)計方法（10）HMI的基本概念、常用控件的組態(tài)方法以及PLC與HMI的通信連接（11）G120變頻器的參數(shù)設(shè)置；G120變頻器的組態(tài)；PLC控制G120變頻器調(diào)速的基本方法以及應(yīng)用（12）S7-1200PLC的以太網(wǎng)通信的基本概念、開放式用戶通信、S7通信以及分布式I/O以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、通信指令以及程序設(shè)計的方法（13）高速脈沖輸出和高速計數(shù)器指令及其應(yīng)用；工藝對象的組態(tài)、常用指令及應(yīng)用；步進/伺服電機控制的基本概念、PLC控制步進/伺服電機的方法；平面二維運動控制軟硬件的設(shè)計(14)PID控制的基本概念；S7-1200PLCPID_Compact指令算法、參數(shù)整定及編程；旋轉(zhuǎn)編碼器及高速計數(shù)器指令的測頻應(yīng)用、模擬量信號處理及在PID中的應(yīng)用以及PID對象仿真函數(shù)庫的應(yīng)用2.能力目標(biāo)（1）博圖軟件的使用能力（2）S7-1200PLC硬件安裝調(diào)試和故障排除能力（3）S7-1200PLC典型工程應(yīng)用，面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化編程能力（4）HMI硬件維護及故障排除能力（5）步進電動機和伺服電動機在運動控制中的調(diào)試與故障排除能力（6）S7-1200PLC以太網(wǎng)通信的硬件架構(gòu)、安裝和調(diào)試能力（7）S7-1200PLC控制G120變頻器基本應(yīng)用的硬件安裝、接線和故障排除能力（8）PID控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計、安裝和調(diào)試能力，PID參數(shù)整定方法和能力（9）PLC軟硬件綜合設(shè)計與調(diào)試能力及故障排除能力3.素質(zhì)目標(biāo)（1）良好的職業(yè)道德和職業(yè)素養(yǎng)（2）文安、全明生產(chǎn)的責(zé)任意識（3）團隊合作、樂于奉獻(xiàn)的品質(zhì)（4）勇于探索、創(chuàng)新實踐的精神本門課程與其他課程關(guān)系：前導(dǎo)課程：《電工電子技術(shù)》、《電機與電氣控制技術(shù)》、《傳感器技術(shù)》、《C語言程序設(shè)計》、《單片機原理及應(yīng)用技術(shù)》等后續(xù)課程：根據(jù)不同專業(yè)定推薦教材及參考書：《西門子S7-1200PLC應(yīng)用技術(shù)項目教程（第3版）》編者吳繁紅出版社：電子工業(yè)出版社出版年月：2024年12月第二部分教學(xué)內(nèi)容綱要一、教學(xué)內(nèi)容及要求項目1：認(rèn)識S7-1200PLC教學(xué)內(nèi)容：PLC概述、組成及工作原理；S7-1200PLC簡介；S7-1200PLC的程序結(jié)構(gòu)和工作過程；CPU的擴展模塊及功能。（☆）重點：PLC的基本組成結(jié)構(gòu)、PLC的循環(huán)掃描工作原理（△）難點：PLC的循環(huán)掃描工作原理項目2：博圖軟件的使用教學(xué)內(nèi)容：TIA博圖集成軟件開發(fā)平臺組成；TIA博圖集成軟件簡介及基本應(yīng)用；通過入門實例，掌握博圖軟件的使用步驟和方法。（☆）重點：在線硬件組態(tài)和離線硬件組態(tài)（△）難點：監(jiān)控與強制表的使用項目3：SCL程序設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容：SCL語言基礎(chǔ)；SCL基本語句及其應(yīng)用；入門實驗：以素數(shù)的判斷為例，介紹博圖軟件中SCL程序的編輯和調(diào)試方法步驟（☆）重點：SCL基本語句及其應(yīng)用（△）難點：博圖軟件中SCL程序的調(diào)試方法項目4：八路搶答器教學(xué)內(nèi)容：項目導(dǎo)入：8路搶答功能，并數(shù)碼顯示搶答的編號（1~8數(shù)字）；相關(guān)知識：存儲器、數(shù)據(jù)類型及其尋址、位邏輯指令及其應(yīng)用；項目實施：硬件原理圖及接線圖；軟件：“起-保-停-互鎖”程序應(yīng)用、軟件譯碼；調(diào)試：硬件設(shè)備上調(diào)試；SIM仿真軟件調(diào)試項目拓展：SCL實現(xiàn)項目設(shè)計要求（☆）重點：存儲器：輸入/輸出映像寄存器、位存儲器、數(shù)據(jù)塊存儲器、臨時堆棧；“起-保-?！背绦蛟O(shè)計方法及應(yīng)用；軟件譯碼。（△）難點：數(shù)據(jù)塊尋址方式；優(yōu)化的塊訪問/非優(yōu)化的塊訪問；程序的經(jīng)驗設(shè)計方法；SCL的間接尋址指令及其編程項目5：三相異步電動機的星-三角降壓啟動教學(xué)內(nèi)容：項目導(dǎo)入：具有“正-停-反”控制的星-三角降壓啟動；相關(guān)知識：四種定時器指令及其應(yīng)用（LAD及SCL兩種格式）；項目實施：1）硬件：原理及接線圖；2）軟件（LAD及SCL兩種格式）：“起-保-停-互鎖”程序應(yīng)用、定時器延時程序設(shè)計；3）調(diào)試：用監(jiān)控表程序調(diào)試；SIM仿真調(diào)試；項目拓展：項目3八路搶答器中，增加時間延時功能，復(fù)雜的邏輯控制程序設(shè)計方法（LAD及SCL兩種格式）。（☆）重點：1）定時器指令的特點：背景數(shù)據(jù)塊；2）定時器指令的功能：四種定時器的功能及其應(yīng)用場合。定時器的構(gòu)成的基本應(yīng)用單元：周期性脈沖信號、周期和脈寬可調(diào)的矩形波信號。3）定時器指令更新（△）難點：1）定時器指令更新方法；2）用經(jīng)驗設(shè)計法實現(xiàn)復(fù)雜功能的程序設(shè)計；3）采用SCL完成復(fù)雜功能的程序設(shè)計。項目6：運料小車控制教學(xué)內(nèi)容：項目導(dǎo)入：循環(huán)次數(shù)可控的小車往返運動；相關(guān)知識：三種計數(shù)器指令及其應(yīng)用、順序控制的程序設(shè)計方法；項目實施：1）硬件：原理圖、接線；2）軟件：循環(huán)次數(shù)可控的小車往返運動程序設(shè)計；3）項目拓展：復(fù)雜功能的順序控制程序設(shè)計方法；順序控制的SCL程序設(shè)計方法。（☆）重點：1）順序功能圖與順序控制設(shè)計法；用狀態(tài)機完成SCL的順序功能程序的設(shè)計方法；2）計數(shù)器指令及其應(yīng)用：計數(shù)器指令的特點：背景數(shù)據(jù)塊、計數(shù)器指令的計數(shù)范圍；計數(shù)器指令的功能：三種計數(shù)器的功能及典型應(yīng)用場合：（產(chǎn)品計數(shù)、累計循環(huán)次數(shù)、多功能按鍵）；計數(shù)器背景數(shù)據(jù)塊，采用多重背景數(shù)據(jù)塊。（△）難點：用狀態(tài)機完成SCL的順序功能程序的設(shè)計方法；；計數(shù)器的自復(fù)位程序設(shè)計項目7：十字路口交通燈教學(xué)內(nèi)容：項目導(dǎo)入：十字路口交通信號燈的控制；相關(guān)知識：程序結(jié)構(gòu)、組織塊、功能指令及其應(yīng)用、函數(shù)的編輯和調(diào)用；項目實施：1）硬件：原理圖、接線；2）軟件：交通信號燈的控制程序設(shè)計、函數(shù)的編輯與調(diào)用；項目拓展：復(fù)雜函數(shù)的編輯與調(diào)用（☆）重點：軟件設(shè)計的整體架構(gòu)；函數(shù)的設(shè)計原則、編輯及其調(diào)用方法。（△）難點：軟件設(shè)計的整體架構(gòu)；基于SCL函數(shù)設(shè)計和調(diào)用方法項目8：電動機組控制教學(xué)內(nèi)容：項目導(dǎo)入：三臺電機順序啟動/逆序停止，啟動時，每臺電機要滿足星三角降壓啟動；相關(guān)知識：函數(shù)塊（接口參數(shù)的概念及其使用、函數(shù)塊的編輯與調(diào)用）；項目實施：1）硬件：原理圖；2）軟件：三臺電機順序啟動/逆序停止程序設(shè)計；項目拓展：多重背景數(shù)據(jù)塊、函數(shù)塊的嵌套調(diào)用；用SCL編程實現(xiàn)項目功能（☆）重點：軟件設(shè)計的整體架構(gòu)；函數(shù)塊的設(shè)計原則、編輯及其調(diào)用方法（LAD及SCL）。多重背景數(shù)據(jù)塊的概念及其應(yīng)用方法；FC與FB的比較，理解兩者的異同。（△）難點：靜態(tài)變量和多重背景數(shù)據(jù)塊的函數(shù)塊的調(diào)用及編程方法；PLC數(shù)據(jù)類型的定義和使用。項目9：基于HMI液體混合系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容：項目導(dǎo)入：液位高度的檢測，實現(xiàn)兩種液體的混合，并進行液位顯示；相關(guān)知識：1）模擬量模塊及其處理；2）運算指令及其應(yīng)用；3）中斷事件及其常用中斷組織塊及其應(yīng)用；項目實施：復(fù)雜程序設(shè)計（模擬量處理程序設(shè)計、順序控制程序設(shè)計）；項目拓展：1）HMI為輸入/輸出設(shè)備，控制液體混合；2）用SCL編程完成項目設(shè)計要求。（☆）重點：復(fù)雜功能程序設(shè)計的整體架構(gòu)；模擬量采樣及處理的硬件和程序設(shè)計；常用中斷組織塊的概念及應(yīng)用；HMI基本應(yīng)用。（△）難點：模擬量硬件的接線、模擬量采樣程序的設(shè)計方法；用狀態(tài)機實現(xiàn)順序控制的SCL程序設(shè)計方法項目10：G120變頻器的電動機控制教學(xué)內(nèi)容：項目導(dǎo)入：通過觸摸屏設(shè)置電機的轉(zhuǎn)速、控制電動機的啟停及正反轉(zhuǎn)，并在觸摸屏上顯示電動機的實際轉(zhuǎn)速、電壓、電流、功率等運行參數(shù)和運行狀態(tài)；相關(guān)知識：G120變頻器常用參數(shù)的含義、參數(shù)設(shè)置方法、G120報文格式；S7-1200PLC控制G120變頻器轉(zhuǎn)速的典型應(yīng)用；項目實施：1）硬件組態(tài)（G120）；2）通過Startdriver軟件實現(xiàn)G120變頻器的快速調(diào)試；3）PLC與G120采用自由報文通信方式的程序設(shè)計；4）HMI與PLC的通信及HMI界面組態(tài)；5）采樣SCL編程實現(xiàn)項目功能。（☆）重點：G120變頻器的常用參數(shù)及其應(yīng)用；采樣IOP和Startdriver兩種方法對G120變頻器進行參數(shù)設(shè)置與調(diào)試；采樣S7-1200PLC控制G120變頻器轉(zhuǎn)速的基本調(diào)速方法（硬件設(shè)計及軟件設(shè)計）。（△）難點：G120變頻器中宏的概念及其應(yīng)用；采樣SCL編程，實現(xiàn)項目功能。項目11：S7-1200PLC以太網(wǎng)通信技術(shù)教學(xué)內(nèi)容：項目導(dǎo)入：由一臺HMI、兩臺S7-1200PLC控制傳送帶上的瓶子計數(shù)和箱子打包裝置。其中HMI與PLC_1連接，通過HMI界面控制傳送帶手/自動運行，并顯示當(dāng)前的箱子中的瓶子數(shù)和已經(jīng)完成裝箱的箱子總數(shù)；PLC_2用作現(xiàn)場PLC，用于連接計數(shù)傳感器B0、傳送帶電動機M，以及統(tǒng)計瓶子數(shù)和箱子數(shù)。相關(guān)知識：S7-1200PLC以太網(wǎng)通信的基本概念；2）開放式用戶通信（TCP）及其應(yīng)用舉例；3）S7通信及應(yīng)用舉例；4）S7-1200PLC與PROFINETIO設(shè)備通信及應(yīng)用舉例。項目實施：1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；2）采用開放式用戶通信（ISO-on-TCP），兩臺PLC的程序設(shè)計；3）HMI與PLC的通信及HMI界面組態(tài)；4）HMI與兩臺PLC的聯(lián)機調(diào)試（☆）重點：TCP（ISO-on-TCP）、S7協(xié)議以及S7-1200與PROFINETIODevice概念、通信指令及編程方法（LAD及SCL兩種方法）。（△）難點：復(fù)雜項目的軟、硬件整體設(shè)計構(gòu)架（即設(shè)計方案）；采樣SCL編程，實現(xiàn)項目功能。項目12：平面二維運動控制教學(xué)內(nèi)容：項目導(dǎo)入：項目通過觸摸屏控制完成將一個物件由原點搬運到HMI任意指定的位置的任務(wù)，這包括兩部分的運動：一部分是十字平臺X軸和Y軸的移動；另一部分是真空吸盤吸、放物件和氣缸的升、降運動（氣路和磁性開關(guān)、接近開關(guān)）。相關(guān)知識：1）高速脈沖與高速計數(shù)器指令；2）步進/伺服電機及其驅(qū)動；3）軸的組態(tài)、調(diào)試及診斷；4）軸運動控制指令及應(yīng)用舉例。項目實施：1、系統(tǒng)硬件原理、接線圖；2、根據(jù)控制要求和步進/伺服電機的參數(shù)完成軸的組態(tài)；3、平面二維運動控制程序設(shè)計方法；4、HMI與PLC的通信和HMI界面組態(tài)；5、聯(lián)機調(diào)試。（☆）重點：高速計數(shù)器指令及其應(yīng)用（光電編碼器測量轉(zhuǎn)速和位移）；軸的組態(tài)與調(diào)試；常用軸指令參數(shù)含義及其應(yīng)用方法。（△）難點：回原點的方法及其應(yīng)用；伺服驅(qū)動的參數(shù)設(shè)置方法及硬件接線；復(fù)雜項目的軟、硬件整體設(shè)計構(gòu)架（即設(shè)計方案）；采樣SCL編程，實現(xiàn)項目功能。運動控制系統(tǒng)的維護及故障排除。項目13：PID實現(xiàn)恒溫控制教學(xué)內(nèi)容：1、項目導(dǎo)入：采用PID實現(xiàn)恒溫控制；2、相關(guān)知識：PID控制基本原理；S7-1200PLC的PID_Compact：1）指令介紹；2）指令算法框圖；3）PID_Compact指令引腳參數(shù)含義；4）PID_控制系統(tǒng)參數(shù)的整定；5）應(yīng)用舉例：轉(zhuǎn)速PID控制；3、項目實施：1）硬件原理及接線；2）硬件組態(tài)；模擬量輸入信號板、模擬量輸出模塊組態(tài)以及端口地址；3）軟件設(shè)計；4）PID組態(tài)及參數(shù)的整定：5）HMI畫面組態(tài)；6）調(diào)試運行。（☆）重點：閉環(huán)系統(tǒng)PID_Compact參數(shù)的自整定方法；HMI中趨勢圖組態(tài)方法（△）難點：閉環(huán)系統(tǒng)PID_Compact參數(shù)的自整定方法；使用仿真函數(shù)庫79047707_LSim_LIB_V3_0_0中FB“LSim_PT3”實現(xiàn)PID控制；采用SCL實現(xiàn)復(fù)雜程序的設(shè)計。二、學(xué)時分配項目課題內(nèi)容總課時理論課時實踐課時項目1：認(rèn)識S7-1200PLC440項目2：博圖軟件的使用404項目3：SCL編程基礎(chǔ)844項目4：八路搶答器844項目5：三相異步電動機的星-三角降壓啟動844項目6：運料小車控制844項目7：十字路口交通燈844項目8：電動機組控制844項目9：基于HMI液體混合系統(tǒng)1266合計683434項目10：G120變頻器的電動機控制1688項目11：S7-1200PLC以太網(wǎng)通信技術(shù)1266項目12：平面二維運動控制1266項目13：PID實現(xiàn)恒溫控制1266合計52總計120三、主要教學(xué)方法與媒體要求項目教學(xué)：在實驗室教室中采用項目教學(xué)，采用理-實一體的七階段教學(xué)方法媒體要求：采用多媒體教學(xué)，必須包括電腦和投影四、考核方法與要求見考試大綱《PLC應(yīng)用技術(shù)》（S7-1200PLC）--LAD+SCL考試大綱課程考核方式：理論閉卷考試、實踐操作調(diào)試考試時間：理論120分鐘，實踐90分鐘成績組成：1）平時成績：包括出勤、課堂提問、作業(yè)情況等。10%2）實驗成績：包括出勤、實驗報告等。20%3）理論考試成績：70％（筆試成績）4）實踐成績：50％（期中20%+期末（實踐成績）30%）課程綜合成績：理論（（平時成績+實驗成績）×30%+理論考試成績×70%）×50％＋實踐5