中職教育二年級(jí)下學(xué)期裝備制造大類《S7-1200編程基礎(chǔ)》教學(xué)設(shè)計(jì)

PAGEPAGEPAGE1編號(hào)：授課班級(jí)：工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用班任課教師：項(xiàng)目名稱第四章第二節(jié)S7-1200PLC編程基礎(chǔ)學(xué)時(shí)：教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.了解PLC的工作員2.掌握西門子PLC的程序結(jié)構(gòu)3.熟悉西門子PLC的編程方法和編程語言技能目標(biāo)1.能夠熟練的運(yùn)用西門子PLC的程序結(jié)構(gòu)2.學(xué)會(huì)西門子PLC的編程方法3.熟悉西門子PLC不同的編程語言情感態(tài)度培養(yǎng)學(xué)生熱愛學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣，通過知識(shí)的收集和總結(jié)，提高學(xué)生理解能力，通過實(shí)際操作，提高學(xué)生的操作技能。教學(xué)內(nèi)容1.PLC的工作原理2.西門子PLC的程序結(jié)構(gòu)3.西門子PLC的編程方法和編程語言重點(diǎn)1.PLC的工作原理2.PLC的的程序結(jié)構(gòu)難點(diǎn)PLC的編程方法以及編程語言的應(yīng)用教學(xué)策略利用現(xiàn)有西門子1215C整體式PLC進(jìn)行操作，采用仿真+現(xiàn)場教學(xué)的方式，按照一體化教學(xué)的步驟實(shí)施教學(xué)計(jì)劃，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)際操作能力，在做中學(xué)，同時(shí)充分利用學(xué)?，F(xiàn)有的教學(xué)資源庫，最大限度的收集更多更好的網(wǎng)絡(luò)資源，使課堂教學(xué)更生動(dòng)。教學(xué)資源準(zhǔn)備一、PLC的工作原理基本工作原理PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式，稱為循環(huán)掃描工作方式，其運(yùn)行模式下的掃描過程如右圖所示當(dāng)plc上電或者從停止模式轉(zhuǎn)為運(yùn)行模式時(shí)CPU執(zhí)行啟動(dòng)操作，消除沒有保持功能的位存儲(chǔ)器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，清除中斷堆棧和塊堆棧的內(nèi)容，復(fù)位保存的硬件中斷等。此外還要執(zhí)行用戶可以編寫的啟動(dòng)組織塊，完成用戶初始化設(shè)定，然后進(jìn)入周期性循環(huán)。一個(gè)掃描過程周期可以分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。輸入采樣階段為PLC讀取輸入信號(hào)的狀態(tài)，并存儲(chǔ)在輸入映像區(qū)。輸入采樣結(jié)束后，進(jìn)入到程序執(zhí)行階段，PLC按照從左到右、從上到下的順序執(zhí)行OB1和中斷程序。程序執(zhí)行完成后，就進(jìn)入到輸出刷新階段，PLC將輸出映像區(qū)中的內(nèi)容送到寄存輸出狀態(tài)的輸出鎖存器中，驅(qū)動(dòng)實(shí)際的設(shè)備。PLC工作模式S7-1200PLC有以下三種工作模式:STOP模式，CPU不執(zhí)行用戶程序，過程映像也不會(huì)自動(dòng)更新。只有在CPU處于STOP模式時(shí)，才能下載項(xiàng)目。RUN模式，重復(fù)執(zhí)行掃描周期，即重復(fù)執(zhí)行程序循環(huán)組織塊OB1。中斷事件可能會(huì)在程序循環(huán)階段的任何點(diǎn)發(fā)生并進(jìn)行處理。處于RUN模式下時(shí)，無法下載任何項(xiàng)目。STARTUP模式，（此處插入視頻）STARTUP模式在由STOP轉(zhuǎn)為RUN過程中，執(zhí)行一次啟動(dòng)組織塊。在RUN模式的啟動(dòng)階段，不處理任何中斷事件二、程序結(jié)構(gòu)S7編程采用塊的概念，即將程序分解為獨(dú)立的、自成體系的各個(gè)部件，塊類似于子程序的功能，但類型更多，功能更強(qiáng)大。在工業(yè)控制中，程序往往是非常龐大和復(fù)雜的，采用塊的概念便于大規(guī)模程序的設(shè)計(jì)和理解，還可以設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的塊程序進(jìn)行重復(fù)調(diào)用，使程序結(jié)構(gòu)清晰明了、修改方便、調(diào)試簡單。采用塊結(jié)構(gòu)顯著地增加了PLC程序的組織透明性、可理解性和易維護(hù)性。S7程序提供了四種不同類型的塊，分別是組織塊、函數(shù)塊、函數(shù)和數(shù)據(jù)塊組織塊組織塊（OB）是CPU中操作系統(tǒng)與用戶程序的接口，由操作系統(tǒng)調(diào)用，用于控制用戶堡序掃描循環(huán)和中斷程序的執(zhí)行、PLC的啟動(dòng)和錯(cuò)誤處理等函數(shù)和函數(shù)塊函數(shù)（Function，F(xiàn)C）和函數(shù)塊（FunctionBlock，F(xiàn)B）為子程序塊，需要被OB1調(diào)用，內(nèi)部的用戶程序才會(huì)被執(zhí)行數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊（DataBlock，DB）是用于存放執(zhí)行用戶程序時(shí)所需的變量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)三、編程方法S7提供了三種程序設(shè)計(jì)的方法，即線性化編程、模塊化編程和結(jié)構(gòu)化編程線性化編程線性化編程類似于硬件繼電器接觸器控制電路，整個(gè)用戶程序放在循環(huán)控制組織塊OB1中，循環(huán)掃描時(shí)不斷地依次執(zhí)行OB1中的全部指令。當(dāng)有相同或類似的操作時(shí)，線性化編程就需要重復(fù)編寫相同和類似的程序。通常不建議采用線性化編程方式，除非程序非常簡單模塊化編程模塊化編程是用函數(shù)來完成功能，每個(gè)函數(shù)包含完成某部分任務(wù)的功能指令，組織塊OB1中的指令決定函數(shù)的調(diào)用和執(zhí)行，被調(diào)用的函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后，返回到OB1中程序塊的調(diào)用點(diǎn)，繼續(xù)執(zhí)行OB1。結(jié)構(gòu)化編程結(jié)構(gòu)化編程是通過抽象的方式將復(fù)雜的任務(wù)分解成一些能夠反映過程的工藝、功能或可以反復(fù)使用的可單獨(dú)解決的小任務(wù)，這些任務(wù)由相應(yīng)的程序塊（或稱邏輯塊）來表示，程序運(yùn)行時(shí)所需的大量數(shù)據(jù)和變量存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)塊中。某些程序塊可以用來實(shí)現(xiàn)相同或相似的功能。這些程序塊是相對(duì)獨(dú)立的，它們被OB1或其它程序塊調(diào)用四、編程語言IEC（國際電工委員會(huì)）1994年5月公布的可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)（IEC1131)的第三部分（IEC1131-3）編程語言部分說明了5種編程語言的表達(dá)方式，即順序功能圖（SequentialFunctionchart，SFC)、梯形圖（LadderDiagram，LAD)、功能塊圖（FunctionBlockDiagram,FBD)、指令表(InstructionList）和結(jié)構(gòu)文本(StructuredText，ST)梯形圖梯形圖（LAD）是國內(nèi)使用最多的PLC編程語言。梯形圖與繼電接觸器控制電路圖很相似，直觀易懂，很容易被工廠熟悉繼電接觸器控制的電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制功能塊圖功能塊圖是一種類似于數(shù)字邏輯門電路的編程語言，有數(shù)字電路基礎(chǔ)的人很容易掌握指令表是一種與微機(jī)的匯編語言中的指令相似的助記符表達(dá)式，類似于機(jī)器碼。梯形圖、功能塊圖、指令表這三種語言之是間可以相互轉(zhuǎn)換的。右鍵點(diǎn)擊程序塊，在切換編程語言欄可以切換語言SCLSCL是按照國際電工技術(shù)委員會(huì)IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)定義的高級(jí)的文本語言，語言結(jié)構(gòu)類似于PASCAL類型語言，在編寫諸如回路和條件分支時(shí)，用其高級(jí)語言指令要比STL編程語言容易。因此，SCL適合于公式計(jì)算，復(fù)雜的最優(yōu)化算法、管理大量的數(shù)據(jù)或重復(fù)使用的功能等GraphGraph是用于編制順序控制的編程語言，它包括將工業(yè)過程分割為步，即生成一系列順序步，確定每--步的內(nèi)容，即每-步中包含控制輸出的動(dòng)作，以及步與步之間的轉(zhuǎn)換條件等主要內(nèi)容。Graph編程語言中編寫每一步的程序要用特殊的類似于語句表的編程語言課后記教學(xué)過程序號(hào)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖一新課導(dǎo)入1.PLC的工作原理2.西門子PLC的程序結(jié)構(gòu)3.西門子PLC的編程方法和編程語言1.介紹PLC的工作原理2.介紹PLC的程序結(jié)構(gòu)3.介紹PLC的編程方法和編程語言參與、討論，思考1.突出所學(xué)知識(shí)與實(shí)際生活的聯(lián)系；2.吸引學(xué)生注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。二計(jì)劃決策通過教師示范操作、講解，了解PLC的基本工作原理，掌握PLC的程序結(jié)構(gòu)、學(xué)會(huì)創(chuàng)建不同編程語言的程序講解、示范操作培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。三教學(xué)實(shí)施教學(xué)活動(dòng)1PLC的基本工作原理課件講解筆記記錄使學(xué)生了解PLC的工作原理教學(xué)活動(dòng)2西門子PLC的程序結(jié)構(gòu)課件講解筆記記錄使學(xué)生了解西門子PLC的程序結(jié)構(gòu)教學(xué)活動(dòng)3西門子PLC的編程方法和編程語言完成對(duì)本任務(wù)的評(píng)價(jià)展示評(píng)價(jià)內(nèi)容，完成西門子模塊化編程和結(jié)構(gòu)化編程完成任務(wù)的新知識(shí)四檢查評(píng)估對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過程和結(jié)果進(jìn)行小組內(nèi)、小組間和教師評(píng)價(jià)。完成對(duì)本任務(wù)的評(píng)價(jià)。按分組情況，分別利用模塊化或結(jié)構(gòu)化編程完成指令功能程序的編寫。1.培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)、表達(dá)的能力；2.樹立正確的評(píng)價(jià)意識(shí)。五總結(jié)反思對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過程和結(jié)果進(jìn)行小組