三相交流异步电动机单按钮启停控制教学案例

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1、三相交流异步电动机单按钮启停控制教学课例常州刘国钧高等职业技术学校 杨欢一、项目名称确定：三相交流异步电动机单按钮启停控制 4 课时二、课例背景介绍：可编程序控制器（PLC技术是一门实用性很强的专业课，注重实践教学环节的学习演练，是掌握PLC技术的根本。本课程是以三菱FX2N系列PLC为核心， 采用“项目导向、任务驱动的课程模式，来实施和引领课堂教学。在 PLC项目 课程的实践中，分别通过项目教学、理实一体、任务驱动、行动导向等多种教学 方法，起到了很好的效果，大大提高了学生学习的积极性。本课例是项目一三相交流异步电动机的PLC控制中的任务四三相交流异步电动机单按钮启停控制 。课程的实施是在可

2、编程控制器实验室进行的， 学生通过理论学习与实践操作一体化的综合训练方式， 逐步学会三菱可编程序控 制器的相关知识和技能，并为后续课程打下了扎实的基础。三、学习目标的设定：课程的总目标：1、 通过对本课程的学习和训练，使学生进一步熟悉 PLC的基础知识，掌握 PLC梯形图、指令语句以及SFC图三种方式的编程方法，并能够应用三菱 FX2N 系列PLC完成实际控制系统的设计、安装、调试及监控。2、通过该项目课程的学习， 努力培养学生分析、 解决生产实际问题的能力， 提高学生的职业技能和专业素质。 提高学生学习的能力， 养成良好的思维和学习 习惯。3、积极发展好奇心和求知欲，培养坚持真理、勇于创新、

3、实事求是的科学 态度与科学精神，形成科学的价值观。培养学生的团队合作精神。本课例的目标：1、知道什么是时序图，会画出单按钮控制电动机启停的时序图。2、 能运用微分脉冲输出指令（PLS、PLF）、置位復位指令（SET/RST）进 行简单的编程。3、会根据控制要求熟练分配 PLC 输入/输出点，并能画出 PLC 电路原理图 和安装接线图。4、能利用梯形图和指令语句两种方式完成该项目程序的编写。5、能独立完成三相交流异步电动机单按钮启停 PLC 控制的安装、调试和监 控。6、努力培养学生勤于思考、善于动手的良好习惯以及团队合作、理论联系 实际的能力。四、学习任务描述：本课例的学习任务是应用三菱 FX

4、2N-48MR PLC 来实现三相交流异步电动 机单按钮启停的控制。 在传统控制系统中通常需要使用一个启动、 一个停止按钮 分别控制电动机的启动和停止，在 PLC 的控制系统中这就要占用两个输入点， 而在 PLC 系统设计时，设法减少使用的输入 /输出点数就可以降低控制系统的成 本，提高经济效益。因此本项目是利用 PLC 技术来实现单按钮控制电动机的启停。在教学实施过程中，首先提出用单按钮控制的原因进行控制系统分析 分配I/O点 画出PLC接线图 编写程序 调试和监控，最终完成整个项目。五、学习内容组织：在学习内容的组织上，首先由教师引领学生对所做的项目进行具体的分析， 要注意处理项目控制要求

5、上的细节问题。 其次根据控制要求，学生应熟练地进行 输入/输出点的分配。根据I/O分配表，学生立刻就能画出 PLC的电路原理图以 及接线图，这是学生在平时的训练中必需掌握的知识和技能。然后学生根据接线图认真、细致地完成电路的安装，并学会用万用表检查电路的正确性， 至此PLC 控制系统的硬件部分已经完成。下一个环节便是程序的编写，程序的编写对于学生而言，难度比较大，因此 必须在教师的引领下，将编程所需要用到的细节知识补充完善后， 即学习相关的 指令后，学生才能独立的完成程序的编写。在程序编写的过程中，学生应熟练的 进行梯形图与指令语句两种编程方式，应会进行互换。在整个PLC控制系统实现的过程中，

6、要充分调动学生的积极性，让他们能独立的进行系统的调试与监控。 最后通过项目实现的最终结果，对学生进行合理的评价，并对所做的项目进行更 深入的拓展与提高。具体可见下图所示。当然也可以采取表格的形式，见下面的 表格。分祈控制要求分配I/O点画PLC电路原理團画fllws接线国*，安装电路*学习相关指令*用梯砒團编程*用指令语句编程十调试监挖系猊拓展与延伸序 号能力 训练 项目 名称对应 单项 任务 名称拟实现的 能力目标相关支撑 知识训练方 式手段 及步骤学习成果1项目一： 三相交流 异步电动机的PLC控 制任务 四、 三相 交流 异步 电动 机单 按钮 启停 的控 制1. 能独立完成三 菱 FX

7、2N-48MR 可编程序控制器 与计算机的通信 连接以及输入/ 输出回路的连 接。2. 会使用 FXGP 编程软件进行程 序的编写、下载、 调试和监控。1 .知道三菱FX2N-48MR 可编程 控制器的输入端子、 输出端子及通信接 口。2. 进一步熟悉FXGP 编程软件的使用方 法。3. 了解什么是时序图 以及它的基本概念。4. 理解微分脉冲输出课件演 示、讲解操作演示动手操 作、点评概念讲 解1.PLC 实 现三相交 流异步电 动机单按 钮启停的 控制。3. 能熟练应用基 本逻辑指令以及 用梯形图与指令 语句两种方式进 行PLC简单程序 的设计。4、能运用脉冲输 出指令以及置位/复位指令进行

8、 简单程序的编 写。5、能独立完成该 项目的安装、调 试与监控。6. 按操作规程进 行操作并完成报指令（PLS、PLF ）的 使用方法。5 .理解置位/复位指 令（SET/RST ）的使 用方法。实践操 作成果点 评六、教学情境创设:1通过教材的图文并茂以及动画的演示，提高学生的学习兴趣。2、通过介绍电动机单按钮启停的控制、以及在生产中的广泛应用和演示控制系统的工作过程激发学生学习的兴趣3、通过指导学生完成整个项目的操作过程，使学生树立自信心。4、在问题探究中使学生理解操作过程中遇到的问题，为学生完成独立操作 打下扎实的基础。5、通过指导学生练习激发学生潜力，实现学习目的。七、教学资源准备：1

9、 、兀器件准备：序号名称型号规格数量单位备注1安装板600 x 800mm1块木板或铁板2PLCFX2N-48MR1台3导轨DIN0.4米4空气断路器Multi9 C65N D201只5熔断器RT28-326只6接触器NC 09/220V1只7热继电器NR4- 63 (1-1.6A )1只8三相异步电动机JW6324-380V 250W 0.85A1只9控制变压器JBK3-100 380V/220V1只10按钮LA4-3H1只11端子D-202只12BV1/1.37mm10米主电路13铜塑线BV1/1.13mm15米控制电路14BVR7/0.75mm10米16M4*20螺杆若干只17紧固件M

10、4*12螺杆若干只184平垫圈若干只194弹簧垫圈及4螺母若干只20号码管 1.5若干米21号码笔小号1支2、 电工工具：尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、螺丝刀（“+”、“一”字）3、仪表：MF47型万用表。八、教学过程实施（以4堂课为例）教学步骤1:新项目的引入（教师讲授）在传统的继电器控制系统中通常需要使用一个启动和一个停止按钮分别控制三相交流异步电动机的启动和停止。这样在PLC的控制系统中就需要占用两个输入点。而在PLC系统设计时，减少输入/输出点数就可以降低PLC控制系统 的成本，从而提高经济效益。因此我们想能否用一个按钮来控制电动机的启停 呢？答案是肯定的，这就是今天所要学习的项目：三相交流

11、异步电动机单按钮启 停控制。教学步骤2:展示学习目标（放幻灯片）1、知道什么是时序图，会画出单按钮控制电动机启停的时序图。2、 能运用微分脉冲输出指令（PLS、PLF）、置位復位指令（SET/RST）进 行简单的编程。3、会根据控制要求熟练分配 PLC输入/输出点，并能画出PLC电路原理图 和安装接线图。4、能利用梯形图和指令语句两种方式完成该项目程序的编写。5、能独立完成三相交流异步电动机单按钮启停 PLC控制的安装、调试和监 控。教学步骤3:指出本项目的学习过程（放幻灯片）分析控制要求安装电路用梯形图编程学习相关指令调试监控系统分配I/O点用指令语可编程画时电路斥養画PLC电路接线图養与延

12、ffi项目学习过程教学步骤4:分析项目控制任务（教师引领，学生分析）1、任务要求介绍（1）按下按钮SB1奇数次时，交流接触器KM1得电，电动机M1启动运转。（2）按下按钮SB1偶数次时，交流接触器KM1失电，电动机M1停止运转。（3）具有短路保护和过载保护。2. 任务要求分析利用一个按钮控制电动机的启停，类似于开关型轻触按键，但它要求内部必 须具有自锁的功能。在第一次按下时置 ON并保持，第二次按下时翻转并保持， 以后每按下一次按钮都会进行一次翻转。在整个的工作过程中，电动机的启停频 率是按钮按下的频率的一半，因此要实现控制要求实际上只需将按钮信号的频率 进行二分频。教学步骤5:根据项目控制任

13、务，分配I/O点（学生分配，写出输入/输出 分配表，教师点评）1、输入/输出分配表三相交流异步电动机的单按钮开关控制电路的输入 /输出分配表如下所示。输入输出元件作用输入点输出点元件作用SB1启/停控制按钮X0Y0KM电动机启停控制FR过载保护X1输入/输出分配表教学步骤6:根据I/O分配表，绘制三相交流异步电动机单按钮启停 PLC电路原理图（学生单独绘制，教师循回指导并点评）1、用三菱FX2N-48MR型可编程序控制器实现三相交流异步电动机单按钮启停控制的电路原理图，如下图所示。主电路与控制电路的绘制由学生独立完成, 教师循回指导。PLC电路原理图教学步骤7:根据PLC电路原理图，进行元器件

14、的布局，并绘制PLC接线图（学生独立布局，并绘制接线图）1、元器件的布局如下图所示：元器件的布局2、PLC接线图如下图所示wiFUTiln il1!iiEinS3SU 一 k.IsIB鬥社耳丄ttEi再、口1J#1空:鱼亘西匕L何丹阴鬥| CDFCJEIo p O!oFX2N-48MRIW=*1+1 丨I教学步骤8:根据PLC接线图，安装电路，并用万用表进行检测，并通电试 验，完成下列表格。（学生操作，教师循回指导）1、安装好的PLC控制系统如下图所示。PLC控制系统2、检查布线。对照PLC电路图检查是否掉线、错线；是否漏编、错编，接 线是否牢固等。3、用万用表检测电路。万用表检测过程见下表所

15、示。如测量阻值与正确阻值不符，应根据线路图检查是否有错线、掉线、错位、短路等。序号检测内容操作情况正确阻值测量阻值备注1检测判别FU1、FU2 FU3和FU4的好坏两表棒分别搭接在FU的 上下接线端子上均为0QRX 1 Q档、调零2测量L1- L2之间的绝缘电阻合上断路器，两表棒分 别搭接在接线端子XT的L1和L2上OORX 10kQ档、调零3测量L1 L3之间的电阻两表棒分别搭接在接线端子XT的L1和L3上TC初级绕 组的阻值RX 10Q档、调零4测量L2 L3之间的绝缘电阻两表棒分别搭接在接线端子XT的L2和L3上OORX 10kQ档、调零5分别测量L1、L2、L3 与 PEN间的绝缘电阻

16、两表棒分别搭接在接线 端子 XT 的 L1、L2、L3与PE上均为O6测量PLC的各 输入端子与（COM之间的 阻值分别动作输入设备，两 表棒搭接在PLC各输入 接线端子与（COM 上均为0QRX 1 Q档、调零7测量PLC的各 输入端子与电 源输入端子（L） 之间的阻值两表棒分别搭接在 PLC 各输入接线端子与电源 输入端子（L） 上均为ORX 10kQ档、调零8测量PLC的输 出端子丫0与公 共端子（COM）之间的阻值两表棒分别搭接在 PLC 的输出接线端子丫0与公 共端子（COM）上TC次级绕 组和KM线 圈的阻值 之和RX 100Q档、调零4、通电试验，判断PLC是否运行正常，并观察P

17、LC的指示LED灯是否和输 入端一致。步骤操作内容LED正确结果观察结果备注1先插上电源插头，再合上断路器POWER点亮点亮LED点亮，说明电源正常2拨动RUN/STO开关，打置“ RUN位置RUN点亮点亮LED点亮，说明PLC运行正常3拨动RUN/STO开关，打置“ STOP位置RUN熄火熄火4按下SB1X001点亮点亮LED点亮，说 明输入电路正 常5按下FR测试按钮（Test ）X002点亮点亮6按下FR复位按钮（Reset）X003熄火熄火X003复位教学步骤9： PLC电路安装检查无误后，学习相关知识点。（教师讲授，学生分析、回答、解决问题）知识点1、理解时序图的概念，学生画出三相交

18、流异步电动机单按钮启停的时序图。如下图所示。YC单按钮控制电动机启停时序图知识点2、学习微分脉冲输出指令（PLS、PLF）的用法。（1）PLS： 上升沿微分脉冲输出指令，在触发信号的上升沿时使操作元件产生一个扫描周期的脉冲输出。（2）PLF：下降沿微分脉冲输出指令，在触发信号的下降沿时使操作元件产生一个扫描周期的脉冲输出。（3） 应用举例：学生根据梯形图写出指令语句，画出左图XI、M0、M1的时序图。并根据右图梯形图判断能实现三相交流异步电 动机的什么控制。右图左图微分脉冲指令用法知识点3、学习置位/复位指令（SET/RST）的用法（1）SET:置位指令，在触发信号接通时，使操作元件接通并保持

19、（置 1）（2） RST：复位指令，在触发信号接通时，使操作元件断开复位（置0）。（3）应用举例：学生根据梯形图写出指令语句， 并画出X0、X1、M0、M1、Y0的时序图M1V-4-TJD100 xofflofllYOy 一牛扌琥周閘厂个捣周期I(LI时序图梯形图教学步骤10:学生利用以上所学的PLC知识，来解决三相交流异步电动机 单按扭启停控制的编程。（教师引导，学生编程）XOOD-I PPLiHDH卜YJ&OTl-MlhCUrsr步号扌旨令0xaoo1PLSUDI31DMO4ANIyioo5OUTMl6LDMO7ANDyooo5OUTM29LDMl10AN IKJ0111SETyaoo1I

20、TM213OSMOOl14ESTYUOO15END指令语句梯形图1、梯形图程序以及对应的指令语句如下图所示教学步骤11：系统的调试与监控（学生独立完成）1、打开软件SWOPC-FXGP/WIN-（新建文件 选择FX2N系列PLC编写梯形 图程序。如下图所示0刘牺删E二工兰比! 躍卫虱：遲竺!盘曲AM倒塞Q 0M 时锄Qkd S ingn .邓圖司圖乖丘| g|网2、将编写好的程序写入PLC并启动程序监控，如下图所示3、在教师现场监护下进行通电调试，验证系统控制功能是否符合要求。将PLC的RUN/STO开关拨至“ RUN位置后，按以下操作步骤运行，让学生填写下步骤操作内谷观察内容指示LED接触器

21、电动机正确结 果观察结果正确结果观察结 果正确结果观察结 果1第一次按下SB1Y000 点亮KM吸合运转2第二次按下SB1Y000 熄灭KM释放停转3第三次按下SB1Y000 点亮KM吸合运转4按FR测试 按钮Y000 熄灭KM释放停转5按下FR复位按钮，将FR复位教学步骤12:对学生所完成的PLC项目进行质量评价，具体评价方式如下 表。（学生操作，教师评分）考核 项目考核要求配 分评分标准扣 分得分系 统 安 装1 .会安装元件2按图完整、正确及规 范接线3按照要求编号301. 元件松动一处扣 2分，损坏一 处扣4分2. 错、漏线每处扣 2分3反圈、压皮、松动，每处扣2分4错、漏编号，每处扣

22、 1分编程 操 作1会建立程序新文件2正确输入梯形图3.正确保存文件4会传送程序5.会转换梯形图301. 不能建立程序新文件或建立错 误扣4分2. 输入梯形图错误一处扣2分3保存文件错误扣 4分4传送程序错误扣 4分5转换梯形图错误扣 4分运 行 操 作1 .正确操作运行系统， 分析运行结果2 会编辑修改程序，验 证输入输出控制3 会编辑修改程序，验 证自锁保持控制301. 系统通电操作错误一步扣3分2. 分析运行结果错误一处扣2分3. 编辑修改程序错误一处扣2分4. 分析验证结果错误一处扣2分安全生产自觉遵守安全文明生产规 程101. 漏接接地线一处扣 5分2. 母违反一项规疋，扣 3分3.

23、 发生安全事故，0分处理时间4小时提前正确完成，每 5分钟加5分超过定额时间，每 5分钟扣2分开始时间：结束时间：实际时间:项目评价表教学步骤13：拓展与提高1、除以上编程方式外，还有其它编程方法吗？如可不用SET/RST旨令，而直接使用OUT旨令进行线圈的驱动。2、若要将按钮信号的频率进行四分频，程序又该如何编写呢？时序图如下rLJ1nO1KW2一教学步骤14:布置作业，完成课例报告九、教学评价设计：1、评价内容：检查学生是否能独立完成相应PLC控制系统的安装、调试与监控。在实践操 作的过程中，检查学生是否养成了文明、规范操作的好习惯，例如工具是否摆放 整齐，而不随便乱扔等。2、评价方法：争

24、对不同的PLC控制项目可分别以不同的角度来恒量学生的学习效果， 本项 目通过系统安装、编程操作、运行操作以及安全生成这四个维度，给学生以客观、 公正的打分。详细可见下表所示。考核项目考核要求配 分评分标准扣 分得 分系统安装1 .会安装元件2 按图完整、正确及规 范接线3按照要求编号301. 元件松动一处扣 2分，损坏一 处扣4分2. 错、漏线每处扣 2分3反圈、压皮、松动，每处扣2分4错、漏编号，每处扣 1分编程 操 作1会建立程序新文件2正确输入梯形图3.正确保存文件4会传送程序5.会转换梯形图301. 不能建立程序新文件或建立错 误扣4分2. 输入梯形图错误一处扣2分3保存文件错误扣 4

25、分4传送程序错误扣 4分5转换梯形图错误扣 4分运 行 操 作1 .正确操作运行系统， 分析运行结果2 会编辑修改程序，验 证输入输出控制3 会编辑修改程序，验 证自锁保持控制301. 系统通电操作错误一步扣3分2. 分析运行结果错误一处扣2分3. 编辑修改程序错误一处扣2分4. 分析验证结果错误一处扣2分安全生产自觉遵守安全文明生产规 程101. 漏接接地线一处扣 5分2. 母违反一项规疋，扣 3分3. 发生安全事故，0分处理时间4小时提前正确完成，每 5分钟加5分超过定额时间，每 5分钟扣2分开始时间：结束时间：实际时间:十、课例的亮点：本课例是根据江苏联合职业技术学院五年制高职 PLC技

26、术的培养目标，并结合五年制高职的教学改革和课程改革，本着基于“项目导向，任务驱动”的课程 模式而采取“教、学、做”一体化的原则设计的。在课程实施的过程中，打破了原有教材的将“基本原理、基本指令、基本应 用”的传统编排方式，而是以项目为载体，学生通过完成任务为主线，通过设计 和完成不同的项目任务和实例， 来引导学生由实践到理论再到实践， 将理论和知 识融入到每一个实践操作中。具体的亮点可概括为以下几个方面。1、围绕培养学生获得知识和技能这条主线来设计该课例的。2、合理地安排了 PLC基础知识和实践知识的比例。基础知识以“必需、够用” 为度，强调专业技术应用能力的训练，注重实训的环节。3、课例实施的过程符合高职学生的学习特点和认知规律。对基本理论和方法的论述容易理解、清晰简洁，并多用图和表格来表达相关的信息。 强调PLC技术在 生产中的应用实例，能引导学生主动地学习。