《機(jī)電傳動(dòng)控制與PLC》教學(xué)大綱

《機(jī)電傳動(dòng)控制與PLC》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：01140101課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：3學(xué)分學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)（理論40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)）先修課程：電工與電子技術(shù)、機(jī)械控制工程、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)后續(xù)課程：企業(yè)技術(shù)改造創(chuàng)新適用專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化開(kāi)課單位：機(jī)械工程學(xué)院一、課程說(shuō)明《機(jī)電傳動(dòng)控制與PLC》課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)選修課程，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)能力。通過(guò)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、電動(dòng)機(jī)的工作原理及機(jī)械特性，常用的低壓電器、接觸器控制、可編程序控制器（PLC）控制、交直流調(diào)速系統(tǒng)等內(nèi)容學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生解決與生產(chǎn)機(jī)械的電氣自動(dòng)控制有關(guān)的工程問(wèn)題的能力和專業(yè)素養(yǎng)，并具備職業(yè)道德和社會(huì)責(zé)任意識(shí)。二、課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握各類電機(jī)、低壓電器、PLC等主要機(jī)電系統(tǒng)元件的工作原理，能夠?qū)C(jī)電傳動(dòng)控制問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化、建模，分析其運(yùn)動(dòng)規(guī)律從而設(shè)計(jì)出控制方案；課程目標(biāo)2：根據(jù)繼電器、接觸器等常用低壓電器和PLC、變頻器等對(duì)復(fù)雜的機(jī)電傳動(dòng)控制問(wèn)題進(jìn)行主要技術(shù)參數(shù)、性能指標(biāo)的分析計(jì)算，設(shè)計(jì)出多種解決方案；課程目標(biāo)3：針對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的功能原理和特點(diǎn)，提出合理的控制要求，制定電氣控制方案，并完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。形成積極進(jìn)取、勇于創(chuàng)新的時(shí)代精神和服務(wù)社會(huì)的意識(shí)。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《機(jī)電傳動(dòng)控制與PLC》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見(jiàn)表1。

表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識(shí)1.3掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，能夠?qū)C(jī)械工程領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)和數(shù)學(xué)模型用于推演和分析，并將該能力用于解決機(jī)械工程中的復(fù)雜問(wèn)題。課程目標(biāo)1：掌握各類電機(jī)、低壓電器、PLC等主要機(jī)電系統(tǒng)元件的工作原理，能夠?qū)C(jī)電傳動(dòng)控制問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化、建模，分析其運(yùn)動(dòng)規(guī)律從而設(shè)計(jì)出控制方案。H2.問(wèn)題分析2.2能基于機(jī)械工程基本原理和數(shù)學(xué)模型方法正確表達(dá)復(fù)雜機(jī)械工程問(wèn)題。課程目標(biāo)2：根據(jù)繼電器、接觸器等常用低壓電器和PLC、變頻器等對(duì)復(fù)雜的機(jī)電傳動(dòng)控制問(wèn)題進(jìn)行主要技術(shù)參數(shù)、性能指標(biāo)的分析計(jì)算，設(shè)計(jì)出多種解決方案。H3.設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案3.1能夠針對(duì)具備不同特點(diǎn)機(jī)械工程中的復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行分析和提煉，設(shè)計(jì)解決方案。課程目標(biāo)3：針對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的功能原理和特點(diǎn)，提出合理的控制要求，制定電氣控制方案，并完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。形成積極進(jìn)取、勇于創(chuàng)新的時(shí)代精神和服務(wù)社會(huì)的意識(shí)。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.機(jī)電控制概述1.1機(jī)電控制技術(shù)的目的和任務(wù)；1.2機(jī)電控制技術(shù)及系統(tǒng)的發(fā)展概況。教學(xué)要求：（1）理解機(jī)電控制技術(shù)的目的和任務(wù)；（2）掌握機(jī)電控制技術(shù)及系統(tǒng)的發(fā)展概況；（3）了解新時(shí)代背景我國(guó)目前所處的，機(jī)械制造領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r，了解中國(guó)在新時(shí)代第四次工業(yè)革命中通過(guò)自主創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)的核心技術(shù)，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和民族自信心。重點(diǎn)：機(jī)電控制技術(shù)及系統(tǒng)組成。難點(diǎn)：機(jī)電控制技術(shù)及系統(tǒng)組成。212．機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)基礎(chǔ)2.1機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方程式；2.2折算的基本原則和方法；2.3典型生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性；2.4機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件。教學(xué)要求：（1）掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方程，并學(xué)會(huì)用來(lái)分析與判別機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；（2）理解在多軸拖動(dòng)系統(tǒng)中為了列出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式，必須將轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行折算，掌握其折算的基本原則和方法；（3）掌握幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性；（4）掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件，并學(xué)會(huì)用它來(lái)分析與判別系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。（5）了解如何抓住主要矛盾解決問(wèn)題的能力以及透過(guò)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)本質(zhì)的能力以及增加文化自信。重點(diǎn)：機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方程式；折算的基本原則和方法；典型生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性；機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件。難點(diǎn)：機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件。213.直流電機(jī)3.1直流電機(jī)的基本工作原理、轉(zhuǎn)矩方程式、電勢(shì)方程式和電壓平衡方程式，協(xié)調(diào)發(fā)展思想；3.2機(jī)械特性、人為機(jī)械特性；3.3啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的各種方法。教學(xué)要求：（1）掌握直流電機(jī)的基本工作原理，特別應(yīng)掌握轉(zhuǎn)矩方程式、電勢(shì)方程式和電壓平衡方程式；（2）掌握直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，特別是人為機(jī)械特性；（3）掌握直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的各種方法以及各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合；（4）掌握根據(jù)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌技術(shù)數(shù)據(jù)，確定電動(dòng)機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)；（5）理解協(xié)調(diào)發(fā)展的思想，掌握探究科學(xué)運(yùn)用底線思維的方法；（6）了解我國(guó)控制領(lǐng)域杰出科學(xué)家的事跡，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷和民族自豪感，激勵(lì)學(xué)生樹(shù)立為中華之崛起而努力奮斗的雄心壯志。重點(diǎn)：直流電機(jī)的基本工作原理、機(jī)械特性、啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的各種方法。難點(diǎn)：機(jī)械特性、啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的各種方法。51、24.交流電動(dòng)機(jī)的工作原理及其特性4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生；4.2異步電動(dòng)機(jī)的工作原理，機(jī)械特性；4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)的各種方法、特點(diǎn)與應(yīng)用；4.4用機(jī)械特性的四個(gè)象限來(lái)分析異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；4.5單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理和啟動(dòng)方法。教學(xué)要求：理解異步電動(dòng)機(jī)的工作原理，機(jī)械特性；掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)的各種方法、特點(diǎn)與應(yīng)用；（3）掌握單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理和啟動(dòng)方法；（4）理解同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、運(yùn)行特性及啟動(dòng)方法；（5）了解傳統(tǒng)文化與科技發(fā)展的交織關(guān)系，增強(qiáng)文化自信；了解交流電動(dòng)機(jī)在高鐵中的應(yīng)用及發(fā)展，加深愛(ài)國(guó)主義情懷、提高民族自豪感，樹(shù)立創(chuàng)新意識(shí)。重點(diǎn)：異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理、機(jī)械特性、啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的各種方法。難點(diǎn)：機(jī)械特性、啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的各種方法。41、2控制電機(jī)5.1機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)中一些常用控制電機(jī)；5.2常見(jiàn)控制電機(jī)的基本工作原理、主要運(yùn)行特性及特點(diǎn)；5.3常見(jiàn)控制電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)所，正確選用和使用電機(jī)。教學(xué)要求：（1）理解機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)中一些常用控制電機(jī)；（2）掌握常見(jiàn)控制電機(jī)的基本工作原理、主要運(yùn)行特性及特點(diǎn)；（3）理解常見(jiàn)控制電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)所，以便正確選用和使用電機(jī)；（4）領(lǐng)會(huì)“核心技術(shù)要掌握在自己手里”的深刻內(nèi)涵，樹(shù)立科技創(chuàng)新意識(shí)。重點(diǎn)：控制電機(jī)的基本工作原理、主要運(yùn)行特性及特點(diǎn)。難點(diǎn)：控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)。41、26.電器控制技術(shù)6.1常用開(kāi)關(guān)電器的結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握其作用、特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)所和表示符號(hào)；6.2電器控制電路設(shè)計(jì)規(guī)范，責(zé)任擔(dān)當(dāng)精神；6.3電器控制電路中的基本控制環(huán)節(jié)和常用自動(dòng)控制方法。教學(xué)要求：（1）理解常用開(kāi)關(guān)電器的結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握其作用、特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)所和表示符號(hào)；（2）掌握電器控制電路設(shè)計(jì)規(guī)范；（3）掌握電器控制電路中的基本控制環(huán)節(jié)和常用自動(dòng)控制方法；（4）鍛煉職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)能力，培養(yǎng)一絲不茍的工作作風(fēng)和責(zé)任擔(dān)當(dāng)精神，技術(shù)精湛的工匠精神。重點(diǎn)：常用開(kāi)關(guān)電器的作用、特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)所；電器控制電路中的基本控制環(huán)節(jié)和常用自動(dòng)控制方法。難點(diǎn)：電器控制電路中的基本控制環(huán)節(jié)和常用自動(dòng)控制方法。721、27.可編程控制器（PLC）7.1可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)；7.2PLC內(nèi)部等效繼電器概念；7.3PLC的指令系統(tǒng)；7.4PLC應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)步驟及編程工具。教學(xué)要求：（1）掌握PLC基本工作原理；（2）掌握PLC的編程方法；（3）掌握PLC簡(jiǎn)單應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試。重點(diǎn)：PLC基本工作原理；PLC的指令系PLC應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)步驟及編程方法。難點(diǎn)：PLC簡(jiǎn)單應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。1441、2、38.交、直流調(diào)速系統(tǒng)8.1機(jī)電傳動(dòng)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)；8.2交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本原理及主要方法；8.3脈寬調(diào)制（PWM）變換器的工作原理、脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)。教學(xué)要求：（1）理解交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本原理及主要方法；（2）理解異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特性、原理及應(yīng)用領(lǐng)域；重點(diǎn)：交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本原理及主要方法；脈寬調(diào)制型變頻調(diào)速的基本原理、調(diào)速特性及應(yīng)用范圍。難點(diǎn)：脈寬調(diào)制型變頻調(diào)速的基本原理、調(diào)速特性及應(yīng)用范圍。221、2、3合計(jì)4082.實(shí)驗(yàn)部分、實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.電動(dòng)機(jī)的起、保、?？刂茖?shí)驗(yàn)內(nèi)容：交流電機(jī)的控制電路設(shè)計(jì)、安裝實(shí)驗(yàn)要求：理解電氣設(shè)計(jì)、安裝的規(guī)范和基本應(yīng)用方法，能用常用低壓電器實(shí)現(xiàn)三相交流異步電機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制電路的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試。21、22.可編程控制器的基本使用實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：I/O端子的連接方法，編程軟件的基本使用和操作；實(shí)驗(yàn)要求：掌握編程器、編程軟件的使用及編制程序的方法，可編程序控制器的操作方法；掌握基本指令的使用方法，進(jìn)一步加深對(duì)基本指令的理解和使用，程序設(shè)計(jì)方法。21、23.交流電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：變頻器的使用方法，PLC與變頻器的控制方式；實(shí)驗(yàn)要求：掌握交流變頻調(diào)速裝置的基本操作與參數(shù)設(shè)定；掌握可編程序控制器（PLC）控制變頻調(diào)速裝置，實(shí)現(xiàn)速度控制。21、24.傳送帶定量輸送實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：傳送帶定量輸送安裝調(diào)試；實(shí)驗(yàn)要求：掌握電機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)以及正反轉(zhuǎn)控制方法；掌握光電傳感器、接近傳感器等傳感器的使用方法；掌握傳送帶系統(tǒng)的PLC控制方法。22、3合計(jì)8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)方法，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地掌握各種電機(jī)的工作原理和控制原理以及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。使學(xué)生對(duì)機(jī)電工程中電控技術(shù)部分有全面、系統(tǒng)的了解和掌握。重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)分析能力、綜合設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)踐能力，進(jìn)而強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論課的內(nèi)容，掌握三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)、基本繼電器-接觸器控制環(huán)節(jié)原理、PLC的簡(jiǎn)單編程方法以及變頻器的使用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用教師講授和學(xué)生動(dòng)手操作的方法；在實(shí)驗(yàn)前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)；在實(shí)驗(yàn)中要嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律，按操作規(guī)程使用儀器；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，按規(guī)定對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；每完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，要認(rèn)真完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、課程資源1.推薦教材陳冰.機(jī)電傳動(dòng)控制（第六版）[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2022.2.參考書(shū)（1）湯蘊(yùn)璆.電機(jī)學(xué)（第5版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.（2）阮毅.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第5版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.（3）肖維榮.裝備自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021.（4）彭瑜.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件原理及其標(biāo)準(zhǔn)功能塊應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019.3.期刊（1）機(jī)械工程學(xué)報(bào)[J].ISSN:0577-6686.中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì).（2）TheInternationalJournalofRoboticsResearch[J].ISSN:1741-3176.SAGEPublicationsInc.（3）機(jī)電工程[J].ISSN:1001-4551.浙江省機(jī)電集團(tuán)有限公司，浙江大學(xué).（4）機(jī)電工程技術(shù)[J].ISSN:1009-9492.廣東省機(jī)械研究所有限公司，廣東省機(jī)械工程學(xué)會(huì).（5）機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新[J].ISSN:1002-6673.中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì).4.網(wǎng)絡(luò)資源（1）東南大學(xué)《機(jī)電控制技術(shù)》在線開(kāi)放課程./course/SEU-1449637172?%20appId=null（2）華中科技大學(xué)《機(jī)電傳動(dòng)控制》精品課程./course/HUST-1463155164?from=searchPage（3）廈門(mén)大學(xué)《電氣控制實(shí)踐訓(xùn)練》國(guó)家級(jí)精品課程./course/XMU-1001770002?tid=1206745204（4）西門(mén)子官網(wǎng)./cn/zh.html七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過(guò)程性考核成績(jī)和期末考核成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見(jiàn)表4。表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過(guò)程性考核隨堂測(cè)試10（1）根據(jù)隨堂測(cè)試掌握情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）每次測(cè)試單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以隨堂測(cè)試考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√64實(shí)驗(yàn)20（1）根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評(píng)分，滿分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評(píng)分，取各次實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以實(shí)驗(yàn)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)