《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全技術(shù)與實(shí)踐》教案 CH3-可編程控制器

PAGE12PAGE第3-4次課程教學(xué)方案備課時(shí)間備課教師教學(xué)時(shí)間教學(xué)地點(diǎn)周次3課時(shí)數(shù)6教學(xué)內(nèi)容（章、節(jié)）模塊/單元1、PLC相關(guān)原理2、開放的自動(dòng)化技術(shù)3、PLC相關(guān)實(shí)訓(xùn)教學(xué)目標(biāo)和要求了解PLC的基本概念，掌握PLC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及硬件組態(tài)掌握IEC61131-3編程語言的基本應(yīng)用了解PLCNext相關(guān)軟件與基本操作掌握PLC程序的開發(fā)與應(yīng)用的基本方法教學(xué)重點(diǎn)PLC硬件組態(tài)與基本設(shè)置、PLC程序開發(fā)與應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)PLC程序的開發(fā)教學(xué)方法頭腦風(fēng)暴、互動(dòng)、講授、引導(dǎo)、演示、案例、小組活動(dòng)等使用媒體資源√紙質(zhì)材料√多媒體課件√網(wǎng)絡(luò)資源□其他資源：使用教具、設(shè)備、設(shè)施等多媒體教學(xué)設(shè)備作業(yè)練習(xí)完成電子版實(shí)訓(xùn)報(bào)告課后記使用真實(shí)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，很多同學(xué)感覺很不適應(yīng)，后續(xù)就增加練習(xí)的機(jī)會

教學(xué)內(nèi)容（板書）教學(xué)步驟、方法及學(xué)生活動(dòng)時(shí)間一、安全教育〖發(fā)生火災(zāi)時(shí)的應(yīng)對措施〗1、發(fā)生火災(zāi)后第一時(shí)間報(bào)告老師，老師立即上報(bào)領(lǐng)導(dǎo)。2、火災(zāi)發(fā)生后，學(xué)生要保持冷靜不要慌張更不要擁擠，在火勢較大的情況下想辦法立即逃離現(xiàn)場。如需要應(yīng)迅速撥打119火警電話3、在火勢較大，煙大，樓道擁擠的情況下，滯留在樓內(nèi)的學(xué)生應(yīng)大聲呼救或用濕毛巾捂住嘴迅速逃生?！紝?shí)訓(xùn)室日常安全措施〗1、不要隨意更換鼠標(biāo)和鍵盤，機(jī)器使用有問題請及時(shí)向老師反映。2、嚴(yán)禁在實(shí)訓(xùn)室吃各種食物，請將水杯擰緊放好，注意不要將水潑灑在鍵盤上。3、未經(jīng)允許不得隨意使用實(shí)訓(xùn)室電源給手機(jī)充電或使用其他電子設(shè)備。4、發(fā)現(xiàn)有安全隱患的電子設(shè)備應(yīng)及時(shí)報(bào)告老師，不要擅自動(dòng)手。5、下課后請整理好桌面雜物、將機(jī)器正常關(guān)閉后再離開。6、每天課后安排2名學(xué)生整理實(shí)訓(xùn)室，打掃衛(wèi)生、關(guān)閉電源、關(guān)好門窗。特別注意關(guān)閉靠窗的三組電閘。二、理論知識介紹1、PLC簡介可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicalController）簡稱PLC，是一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。2.PLC功能特點(diǎn)1）可靠性高2）編程容易3）組態(tài)靈活4）輸入/輸出功能模塊齊全5）安裝方便6）運(yùn)行速度快3、PLC基本結(jié)構(gòu)1）電源2）中央處理單元（CPU）3）存儲器4）輸入單元5）輸出單元6）其他部分教育引導(dǎo)學(xué)生重視安全問題，掌握遇到安全問題時(shí)的應(yīng)對措施。理論部分以教師講授為主。學(xué)生可以提問，由教師進(jìn)行進(jìn)一步的解釋和說明。5分鐘25分鐘4、IEC61131-3編程語言簡介IEC61131是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集，涵蓋了PLC的硬件、軟件、通信、安全等方方面面，并隨著時(shí)間的發(fā)展添加了一些新的子集，IEC61131-3是IEC61131標(biāo)準(zhǔn)的第三部分，該部分明確了PLC的編程語言、語法、程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、指令、函數(shù)等關(guān)于編程的方方面面，為PLC編程提出了明確的、可操作的指導(dǎo)。IEC61131-3提供了5種PLC的標(biāo)準(zhǔn)編程語言，其中有3種圖形語言：梯形圖（LD）功能塊圖（FBD）順序功能圖（SFC）；兩種文本語言：結(jié)構(gòu)化文本（ST）指令表（IL）三、實(shí)驗(yàn)環(huán)境及設(shè)備介紹1、\t"/article/202004/_blank"PLCnext技術(shù)簡介\t"/article/202004/_blank"PLCnext是PhoenixContact最新推出的自動(dòng)化平臺，涵蓋新型PLC控制器產(chǎn)品、PROFICLOUD服務(wù)、\t"/article/202004/_blank"PLCnextStore等產(chǎn)品與服務(wù)，是IT迅猛發(fā)展時(shí)代背景下的新型自動(dòng)化解決方案。\t"/article/202004/_blank"PLCnext總體架構(gòu)分為五大部分：硬件與操作系統(tǒng)、中間件、\t"/article/202004/_blank"PLCnext核心組件、內(nèi)部用戶組件、外部用戶組件。2、菲尼克斯PLCnextAXCF21523、PLCnextEngineer的基本操作我們所使用的軟件是PLCnextEngineer，它是由菲尼克斯公司所開發(fā)的，用于菲尼克斯電氣自動(dòng)化控制器的工程軟件平臺，PLCnextEngineer符合IEC61131-3，并可利用插件擴(kuò)展其功能性。PLCnextEngineer界面劃分為四個(gè)區(qū)域：實(shí)例區(qū)（系統(tǒng)）：包括本項(xiàng)目所用到的所有元素。如果配置正確，此處存儲的所有內(nèi)容也會進(jìn)行調(diào)試。理論部分以教師講授為主。學(xué)生可以提問，由教師進(jìn)行進(jìn)一步的解釋和說明。30分鐘類型區(qū)（組件）：包括理論上可用于系統(tǒng)調(diào)試和編程的所有元素和組件，除了編程塊、程序和HMI對象，還包含PLC、總線耦合器和IO模塊等設(shè)備。編輯區(qū)：用于編輯實(shí)例和類型。選擇實(shí)例或類型后，可在編輯器區(qū)域中配置相應(yīng)的對象。消息窗口+附加功能：顯示編譯期間檢測到的警告和錯(cuò)誤，并提供其他功能，如邏輯分析，斷點(diǎn)控制和監(jiān)視窗口。四、實(shí)驗(yàn)講解及演示1、設(shè)置PLC的IP地址打開軟件PLCnextEngineer，新建一個(gè)工程在右側(cè)搜索框中輸入2152，在彈出的下拉框中選擇“AXCF2152Rev.>=00/2019.0.0”點(diǎn)擊Project，再點(diǎn)擊Settings設(shè)置項(xiàng)目的IP地址范圍點(diǎn)擊axc-f-2152:AXCF2152，然后點(diǎn)擊Settings為PLC設(shè)置IP地址點(diǎn)擊Project，然后點(diǎn)擊OnlineDevices，將本地連接選成以太網(wǎng)（更改PC機(jī)IP的以太網(wǎng)）然后點(diǎn)擊以太網(wǎng)右邊的圖標(biāo)，最終將項(xiàng)目IP具體應(yīng)用在在線設(shè)備上2、開發(fā)PLC跑馬燈程序添加數(shù)字模塊：在搜索框中輸入DI16，選擇AXLFDI16/1DO16/12H，添加模塊，按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)到左邊AxiolineF下添加模擬模塊：在搜索框中輸入AI2，選擇AXLFAI2AO21H，添加模塊，按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)到左邊AxiolineF下定義全局變量：雙擊選擇PLC，點(diǎn)擊DataList，在全局變量Default中創(chuàng)建新的變量，DO16新建程序：在右側(cè)選擇Programming，右鍵選擇Programs，點(diǎn)擊AddProgram，建立一個(gè)新的程序項(xiàng)目點(diǎn)擊Code，添加程序段，分別添加程序教師邊講解邊演示實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生可以提問，由教師進(jìn)行進(jìn)一步的解釋和說明。30分鐘將程序下載到PLC：右鍵點(diǎn)擊axc-2152-1:AXCF2152，點(diǎn)擊WriteandStartProject，進(jìn)行程序的下載3、數(shù)字量——實(shí)現(xiàn)“與”門邏輯步驟1創(chuàng)建全局變量。雙擊左側(cè)的PLC，在DataList下的Default添加兩個(gè)變量：GlobalBool、GlobalBoolOut，步驟2應(yīng)用全局變量。變量創(chuàng)建完成后，在PLC的DataList標(biāo)簽下分別完成GlobalBool過程數(shù)據(jù)項(xiàng)（dio-1/IN）設(shè)置和GlobalBoolOut過程數(shù)據(jù)項(xiàng)（dio-1/OUT）設(shè)置。步驟3新建程序Main。步驟4新建局部變量。在Main標(biāo)簽下的Variables下的Default中添加一個(gè)變量LocalBool，步驟5在Main下的Code中的空白地方構(gòu)建程序框架步驟6添加任務(wù)并應(yīng)用程序雙擊左側(cè)的\t"/article/202004/_blank"PLCnext（2）步驟7將程序?qū)懭隤LC設(shè)備。4、模擬量——實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換步驟1設(shè)置輸入通道值。步驟2新建并應(yīng)用全局變量。在PLC的DataList標(biāo)簽下添加一個(gè)全局變量GlobalWord，并將GlobalWord的類型（Type）改為WORD。步驟3新建功能塊。步驟4分別將“input”和“Output”定義為“input”和“Output”類型步驟5把input的類型改為WORD，Output改為REAL步驟6把功能塊Analog_1拖進(jìn)Main程序中步驟7重新將程序?qū)懭氲絇LC，并查看運(yùn)行時(shí)參數(shù)的變化情況教師邊講解邊演示實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生可以提問，由教師進(jìn)行進(jìn)一步的解釋和說明。60分鐘5、PLC復(fù)位操作（1）在\t"/article/202004/_blank"PLCnextEngineer內(nèi)對PLC程序執(zhí)行復(fù)位操作（2）通過PLC面板上的復(fù)位按鈕執(zhí)行復(fù)位操作這種復(fù)位會刪除以下數(shù)據(jù)：（1）所有程序：包括IEC61131-3程序和高級語言編寫的程序（2）總線配置（3）網(wǎng)絡(luò)配置（但不復(fù)位IP地址）執(zhí)行此種復(fù)位操作步驟如下：步驟1將PLC斷電，同時(shí)按住復(fù)位按鈕；步驟2將PLC重新上電，這個(gè)過程一直按住復(fù)位按鈕；步驟3等RUN燈和FAIL燈一起亮起來，再松開復(fù)位按鈕，表示復(fù)位成功。五、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)1、按照實(shí)驗(yàn)拓?fù)溥M(jìn)行硬件連接。2、按各自組號完成PLC和電腦IP地址的配置，測試二者之間的連通性，測試通過IE瀏覽器訪問到PLC。3、開發(fā)PLC程序，將程序下載到PLC中，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。4、完成PLC復(fù)位操作（1）熟悉PLCnext