《变频器及可编程控制器应用》课程标准.docx
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《变频器及可编程控制器应用》课程标准
《变频器及可编程控制器应用》课程标准（试行）
专业名称：
建筑电气工程技术课程名称：
变频器及可编程控制器应用
课程代码：
116B05所属学习领域：
单项职业能力学习领域
课程性质（是否核心课程）：
是
开设学期：
3
学分学时数：
5学分，92学时（理论讲授40学时，实践教学52学时）
修（制）订人：
董霞修（制）订日期：
2011年1月5日
审核人：
（教研室主任签字）审核日期：
年月日
审订人：
（系部主任签字）审订日期：
年月日
1课程定位
《变频器及可编程控制器应用》是建筑电气工程技术专业一个重要的实践性很强的专业学习领域，其前修学习领域是《AUTOCAD绘图》、《电工电路的分析装调与设计》、《电子电路的分析测试与应用》。
本学习领域按照工作任务由简单到复杂的原则，设置了八个项目。
通过完成本学习领域设置的工作任务，能够将前修学习领域所培养的各项能力进一步加强和综合，同时为后续学习领域《建筑电气控制系统安装》、《建筑电气系统故障检测与维护》、《毕业设计》奠定基础。
2课程学习要求
《变频器及可编程控制器应用》是一个理论性较深实践性较强的专业学习领域，本领域的学习要求学生在熟练掌握电工电子等基本知识与技能操作的前提下进行的。
本领域教学的设计思路采用理论教学与实践教学交替或融合在一起的一体化教学方法。
课程在PLC实训室进行，通过项目分解、任务引领达到理论与实操一体化的综合训练方式，使学生能够在较短的时间内达到该领域的目标。
项目贯穿于整个教学中，将每一个项目细分为分析被控对象并确定控制方案、确定输入输出设备、选择PLC、分配I/O点并设计PLC外围硬件线路、程序设计、硬件实施、联机调试、整理和编写技术文件八个步骤，完成培养学生理论与实操的能力，进而完成对应的项目任务。
通过项目培养学生PLC工程设计能力。
3课程目标
通过完成本学习领域由简单到复杂的八个项目，使学生能够正确选择常用的低压电器与PLC；能够进行PLC综合工作任务电气控制系统的设计与安装接线；能够进行整体控制系统的运行与调试；能够进行简单的故障分析及排除；能够进行变频器的安装接线与常用参数的设置。
同时使学生具备较强的发现问题、分析问题、解决问题的工作方法能力以及较强的交流沟通、团队合作和勇于创新的社会能力。
3-1知识目标
1、能识读、绘制中等复杂的PLC电气控制系统图。
2、能正确选用电器元件并能根据现场要求进行调整。
3、能根据工艺要求正确选用PLC。
4、能够进行变频器各种常用参数的设定。
5、使用适当的工具，按照工艺要求，根据电气安装图进行控制盘安装。
6、会使用PLC（S7-200）开发设计中小型控制系统
7、具有程序分析能力，能够根据系统功能要求对PLC控制系统进行调试
3-2能力目标
1、具有一定的查阅图书资料进行自学、分析问题、提出问题的能力。
2、能够通过一种类型PLC的应用迁移到另一种类型的PLC应用，对不同类型PLC的内存分配、输入输出端子及指令系统具有较强的理解运用能力。
3、能够对生产现场的各类设备进行电气控制要求的分析，并能通过分析提出PLC解决方案，开展PLC系统的设计、调试工作。
4、面对PLC控制的各类设备，能够很快了解其工作过程，了解其电气接线，能够诊断、处理各类系统故障。
5、能够根据系统工作情况，提出合理的改造方案，组织技术改造工作、绘制系统电气图、提出工艺要求、编制技术文件。
6、能够根据客户要求，提出合理的技术方案，合理预算成本，保证系统质量，组织生产工作。
3-3素质目标
1、对从事PLC应用设计工作充满热情。
2、有较强的求知欲，乐于、善于使用所学PLC技术解决生产实际问题。
具有克服困难的信心和决心，在战胜困难、实现目标、完善成果中体验喜悦。
3、具有实事求是的科学态度，乐于通过亲历实践检验、判断各种技术问题。
4、在工作实践中，有与他人合作的团队精神，敢于提出与别人不同的见解，也勇于放弃或修正自己的错误观点。
有服务于人类的意识，有理想，有抱负，热爱祖国，有振兴中华的使命感和责任感。
上述三个层面的目标互相渗透、有机联系，共同构成《变频器及可编程控制器应用》的培养目标，在具体的教学活动中，要引导学生在应用PLC技术的过程中，实现知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等不同层面职业素养的综合提升和协调发展。
4课程内容及教学设计
4-1典型工作任务描述
详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，确定控制方案，拟定设计任务书；根据控制要求，确定系统所需的全部输入设备和输出设备，确定I/O点数；正确选用PLC，包括PLC的机型、容量、I/O模块、电源等；分配I/O点并设计PLC外围硬件线路，画出电气原理图；采用合适的设计方法进行程序设计并调试；进行硬件实施；进一步进行联机调试，调试完毕后，交付试运行；整理和编写技术文件，包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序及使用说明书。
4-2典型工作任务分析
4-2-1工作对象
1、常用的电器仪表与工具的使用。
2、电器元件（输入输出设备）的选择。
3、PLC外围硬件线路的设计。
4、PLC的选型。
5、PLC的程序设计。
6、PLC及其模块、输入输出设备、变频器等硬件实施。
7、变频器常用参数的设定。
8、PLC的联机调试。
9、技术文件的整理与编写。
4-2-2工具、方法与组织形式
4-2-2-1工具
1、相关国家标准和行业规范。
2、常用电工工具与仪表。
3、安全操作规程。
4、STEP-7MicroWIN编程、仿真软件；组态软件；绘图软件。
4-2-2-2方法
1、深入现场进行调查研究，收集控制现场及相关先进的国内、国外资料。
2、与现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案。
3、PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量等的选择方法，选择时应考虑适当留有裕量。
4、变频器常用参数的设定方法。
5、采用合适的设计方法设计PLC程序。
程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或子任务的程序，逐步完善系统制定的功能。
6、硬件实施时，设计电器布置图、安装接线图和电气互连图，然后进行现场接线，并进行详细检查。
7、联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备，再接上实际负载等逐步进行调试。
8、可用PLC程序实现故障的自诊断和自处理。
4-2-2-3组织形式
1、与现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员进行交流沟通，拟定控制方案。
2、独立或合作形式完成PLC的硬件设计与软件设计。
3、完成设计所需元器件的购买与检测。
4、与施工人员合作进行现场施工。
5、调试完成后交付需方试运行，并对需方进行培训。
6、与需方保持联系，做好后期的维护维修工作。
4-2-3工作要求
1、能熟练阅读英文资料和图纸；
2、熟悉主要品牌PLC的性能特点和使用方法；
3、能熟练使用CAD或其他电气设计软件,根据客户要求合理设计图纸，独立完成PLC应用系统的总体设计，其中程序设计简单并力求最优；
4、正确选择PLC及各种模块，确定相关元器件的技术规格；
5、熟练进行PLC及其模块、输入输出设备、变频器等硬件的安装及现场接线，要求设备布置美观、接线牢固；
6、熟练进行变频器常用参数的设定；
7、能够进行控制系统的调试与维修维护；
8、工作认真负责，严谨细致，有良好的学习精神、创新精神和团队精神，有较强的思考问题和解决问题的能力；
9、能对现场相关技术问题进行处理。
4-3课程内容选择、教学要求与体系设计
表1：
教学内容及要求分解表
序
号
学习情境
（项目/任务）名称及描述
教学目标（注意形成素质与能力）
教学内容
（与教学目标相衔接支撑目标的完成）
教学要求
参考
学时
思考
与探究
教学
环境
条件
评价建议
认知
要求
技能
要求
1
电动机控制：
利用PLC控制方案取代传统继电器控制方案
1、熟悉PLC发展过程及其硬件结构、工作原理。
PLC的发展历史和定义；西门子PLC的发展过程；PLC硬件结构及编程语言；PLC的工作原理；西门子S7-200PLC配置。
熟悉PLC的定义、用途、结构、工作原理
能识别常用的不同国家、不同厂家、不同型号的PLC。
8
调研实际工程中PLC的应用（包括工程名称、PLC型号、输入输出设备等）。
利用多媒体、PLC实训台教学。
阶段性评价：
结合课堂表现、学生作业、学习态度进行综合评价，以理论考核为主
2、熟悉PLC基本指令。
S7-200系列PLC的编程元件；寻址方式；位逻辑指令；定时器与计数器。
熟悉S7-200梯形图及语句表。
能利用基本指令进行简单程序设计。
6
根据给出的控制要求进行编程。
利用多媒体、PLC实训台教学。
3、会使用Step7-MicroWIN编程软件。
Step7-MicroWIN编程软件的安装及使用。
熟悉Step7-MicroWIN编程软件界面。
能完成S7-200CPU与计算机的连接；
能进行程序的输入、编辑、编译、下载调试等操作。
4
将编写的程序输入、编辑、编译、下载调试。
利用PLC实训台实行教学做一体化。
4、能利用原有的电气控制线路图直接设计出PLC控制系统。
电动机连续转动、正反转、顺序启停控制电路的改造方法、步骤及注意事项。
熟悉电动机传统控制系统的工作原理；能识读常用图形符号及文字符号。
能绘制电动机传统的控制系统电路图；能画出I/O分配表；能绘制PLC硬件接线图；能进行PLC程序设计；会分析、判断、排除控制系统的一般故障。
4
比较PLC控制系统与传统的继电-接触器控制系统，说明PLC控制系统的优点。
利用PLC实训台实行教学做一体化。
技能考核：
考虑学生是否进行安全文明生产、实训态度、编程能力、操作能力、布线工艺、实训效果、汇报总结、技术文件制作整理。
职业素质考核：
考虑学生的职业道德、工作作风、小组沟通协作能力、创新能力等。
2
抢答器控制：
一个四组抢答器，任一组抢先按下按钮后，改组指示灯亮或或显示改组编号，同时锁定抢答器，其他组再按下按钮无效，主持人复位后才可重新抢答。
1、学会在梯形图程序编写中应用互锁的方式解决问题；并且避免双线圈的错误。
互锁的功能及应用；双线圈错误的定义。
认识梯形图中的互锁；认识双线圈错误导致的后果。
利用互锁进行程序设计；编程中能够避免双线圈错误。
2
根据控制要求利用互锁编写程序。
利用PLC实训台实行教学做一体化。
2、学会数码显示管显示不同数字及字母的程序设计。
数码显示管的显示原理；MOVE、SEG功能指令。
认识七段数码管。
能够利用MOVE、SEG功能指令编写数码管显示程序。
4
根据控制要求编写数码管显示程序。
利用PLC实训台实行教学做一体化。
3、能进行抢答器控制系统的设计和调试。
带有抢答按钮和组内指示灯抢答器控制系统、带有抢答按钮和组内显示数码管的抢答器控制系统的设计步骤及注意事项。
认识PLC内部软继电器
能确定输入输出设备；能画出I/O分配表；能绘制PLC硬件接线图；能进行PLC程序设计；能进行PLC与外围设备的接线；能进行联机调试；会分析、判断、排除控制系统的一般故障。
4
输出设备中增加蜂鸣器后的控制系统设计。
利用PLC实训台实行教学做一体化。
3
交通信号灯控制：
按下启动按钮，十字路口交通信号灯根据交通规则进行控制。
1、进一步熟悉各种定时器的分类及应用方法。
TON、TOF、TONR的应用。
熟悉TON、TOF、TONR的工作原理。
能够利用各种定时器进行编程。
2
根据控制要求利用定时器进行编程。
利用PLC实训台实行教学做一体化。
2、能够绘制顺序功能图，并能将顺序功能图转换为梯形图。
顺序功能图的组成、基本结构。
顺序功能图转换为梯形图的方法（起保亭电路）。
认识顺序功能图。
能够绘制单序列、选择序列及并行序列顺序功能图，并将其转换为梯形图。
4
根据控制要求绘制顺序功能图并转换为梯形图。
利用多媒体进行教学。
3、能进行交通信号灯控制系统的设计和调试。
绿灯平光显示十字路口交通信号灯控制系统、绿灯后段闪烁显示十字路口交通信号灯控制系统、绿灯倒计时显示十字路口交通信号灯控制系统设计步骤及注意事项。
熟悉十字路口交通信号灯的工作原理。
能确定输入输出设备；能画出I/O分配表；能绘制PLC硬件接线图；能进行PLC程序设计；能进行PLC与外围设备的接线；能进行联机调试；会分析、判断、排除控制系统的一般故障。
4
不根据顺序功能图，直接用梯形图编写交通信号灯控制程序。
利用PLC实训台实行教学做一体化。
4
通风机监视控制：
有三台通风机分别用各自的启停按钮控制其运行，打开监控开关，指示灯显示三台通风机的运行状态。
1、进一步熟悉各种计数器的分类及应用方法。
CTU、CTD、CTUD的应用。
熟悉CTU、CTD、CTUD的工作原理。
能够利用各种计数器进行编程。
2
根据控制要求利用计数器进行编程。
利用PLC实训台实行教学做一体化。
2、能进行通风机监视控制系统的设计和调试。
通风机监视控制系统的设计步骤及注意事项。
熟悉通风机的工作原理。
能确定输入输出设备；能画出I/O分配表；能绘制PLC硬件接线图；能进行PLC程序设计；能进行PLC与外围设备的接线；能进行联机调试；会分析、判断、排除控制系统的一般故障。
4
进行程序控制状态监控，从而完成对程序进行测试。
利用PLC实训台实行教学做一体化。
5
液体混合装置控制：
将两种液体注入容器后进行搅拌。
1、学会置位复位指令的编程方法；学会正跳变和负跳变指令的编程方法。
置位复位指令的使用方法；正跳变和负跳变指令的应用。
认识置位复位指令、正跳变和负跳变指令的梯形图格式。
能够利用置位复位指令、正跳变和负跳变指令进行编程。
2
根据控制要求利用置位复位指令、正跳变和负跳变指令进行编程。
利用置位复位指令将顺序功能图转换为梯形图。
利用PLC实训台实行教学做一体化。
2、能进行液体混合装置控制系统的设计和调试。
液体混合装置控制系统的设计步骤及注意方法。
熟悉液体混合装置的工作原理。
能确定输入输出设备；能画出I/O分配表；能绘制PLC硬件接线图；能进行PLC程序设计；能进行PLC与外围设备的接线；能进行联机调试；会分析、判断、排除控制系统的一般故障。
4
完成自动定时搅拌机控制系统设计。
利用PLC实训台实行教学做一体化。
6
运料小车控制：
按下启动按钮，小车开始装料，装完后右行，到目的地后卸料，卸完后左行，重复上述过程。
直到按下停止按钮。
1、学会SHRB指令的编程方法。
SHRB指令的使用方法及应用。
熟悉SHRB指令的原理。
能够利用SHRB指令进行编程。
2
根据控制要求利用SHRB指令进行编程。
利用PLC实训台实行教学做一体化。
2、能进行运料小车控制系统的设计和调试。
运料小车的控制系统的设计步骤及注意事项。
熟悉运料小车的工作原理。
能确定输入输出设备；能画出I/O分配表；能绘制PLC硬件接线图；能进行PLC程序设计；能进行PLC与外围设备的接线；能进行联机调试；会分析、判断、排除控制系统的一般故障。
4
增加暂停、左行、右行输入按钮后，运料小车控制系统的设计。
利用PLC实训台实行教学做一体化。
7
电梯控制:
三层电梯控制。
1、学会变频器常用参数设定及接线方法。
交流异步电动机变频调速原理；变频器的型号、外形、基本结构、基本原理及工作端子。
认识MM440或MM420变频器。
能进行变频器常用参数的设定。
2
变频器与电动机的连接。
利用多媒体进行教学。
2、能进行电梯控制系统的设计和调试。
电梯的结构及其控制系统的设计步骤与注意事项。
认识电梯的机械结构及电气结构。
能确定输入输出设备；能画出I/O分配表；能绘制PLC硬件接线图；能进行PLC程序设计；能进行PLC与外围设备的接线；能进行联机调试；会分析、判断、排除控制系统的一般故障。
6
四层电梯控制系统设计。
利用PLC实训台实行教学做一体化。
表2：
集中实践教学环节内容及要求分解表
序
号
实习实验实训项目（任务）名称及描述
教学目标（注意形成素质与能力）
教学内容
（与教学目标相衔接支撑目标的完成）
教学要求
参考
学时
思考
与探究
教学
环境
条件
评价建议
认知
要求
技能
要求
1
变频恒压供水系统实训
1、进一步熟悉变频器常用参数设定及接线方法。
恒压供水控制系统中变频器的接线及参数设定。
熟悉FR-D700变频器的接线，使用注意事项及参数设置。
能进行D700的参数设置及接线。
2
调研不同厂家、不同型号变频器的优缺点。
利用恒压供水训台实行教学做一体化。
技能考核：
考虑学生是否进行安全文明生产、实训态度、编程能力、操作能力、布线工艺、实训效果、汇报总结、技术文件制作整理。
职业素质考核：
考虑学生的职业道德、工作作风、小组沟通协作能力、创新能力等。
2、学会PID控制器的工作原理及其应用。
PID控制器及其指令向导的应用；PID参数的整定方法。
熟悉PID控制器。
能进行PID参数的设定。
4
PID控制器的应用领域。
3、利用组态软件能进行监控系统的设计。
组态软件的使用及设计方法。
熟悉组态软件的使用方法。
能利用组态软件进行监控系统的设计。
8
组态软件的应用。
4、能进行变频恒压供水控制系统的设计及调试。
变频恒压供水系统的设计步骤及注意事项。
熟悉变频恒压供水控制系统的工作原理。
能确定输入输出设备；能画出I/O分配表；能绘制PLC硬件接线图；能进行PLC程序设计；能进行PLC与外围设备的接线；能进行联机调试；会分析、判断、排除控制系统的一般故障。
10
变频恒压供水系统中多个泵工作时（或有备用泵时）的程序设计。
5学习评价
5-1评价目的
评价的目的在于：
判断教学状况，促进教学质量的提高；促使学生改进学习方法，提高学生学习PLC控制系统设计的灵活性与技巧性；检验学习目标的完成程度，判断教学方案设计的科学性和合理性。
5-2评价原则
对学生实行以职业能力为中心的考核，通过各种不同的考核方式激发学生自主学习的积极性，在解决实际问题的工作能力；获取新知识、新技能的学习能力；团队活动的合作能力；职业语言表达能力等方面得到体现。
1、采用阶段评价，过程性评价与目标评价相结合，理论与实践一体化评价模式。
2、关注评价的多元性，结合课堂提问、学生作业、平时测验、学生实践体会、基本技能考核情况，综合评价学生成绩。
3、应注重学生在PLC控制系统设计实践中分析问题、解决问题能力的考核，对在学习和应用上有创新的学生应予特别鼓励，全面综合评价学生能力。
4、考核知识点与技能点全面开放，以项目带动知识点的学习。
5-2评价途径
课程内容按照基于工作过程、行动导向设计，每一个项目的教学过程对学生即是一个完整的工作过程，完成一个项目即完成了现场的一个工作任务。
考核贯穿每个项目的始终，每个项目的考核突出技能考核要求及比例，结合理论知识的考核及职业素质的考核。
理论考核以上交的过程作业文件（学生完成的项目任务书及相关图纸、程序、说明书等技术资料）为主结合课堂提问、项目汇报，另外理论知识采用闭卷形式的终结性考核方式；技能考核即实践考核，主要考核学生的职业规范、安全意识、方案制定能力、实际操作能力、实施效果等。
职业素质考核主要考核学生的职业道德，工作作风及小组沟通协作能力、创新能力。
以过程考核为主的多元化考核方式能调动学生学习过程的积极性，主动性，培养学习乐趣和兴趣，培养创新能力，增加成就感，最终提高学生的职业技能、职业综合素质。
5-3课程考核表格的设计（过程性考核）
（1）各项目占课程考核比例：
表1各项目考核占课程考核的比例
考核项目
所占比分权重
电动机控制
13%
抢答器控制
10%
交通信号灯控制
12%
通风机监视控制
10%
液体混合装置控制
10%
运料小车控制
10%
电梯控制
15%
变频恒压供水系统控制
20%
（2）各部分占课程考核比例：
表2各个部分考核占课程考核的比例
理论考核
技能考核
职业素质考核
合计
30％
50％
20％
100％
（3）理论考核和职业素质考核形式及所占比例如下表：
表3理论考核和职业素质考核形式及所占比例
序号
名称
比例
一
理论
考核
过程作业文件
个人自评
10%
组内互评
10%
小组互评
20%
老师评定
20%
课堂提问、习题解答
10%
项目汇报
10%
闭卷考试
20%
小计
100%
二
职业
素质
职业道德，工作作风
40％
小组沟通协作能力
40％
创新能力
20％
小计
100％
（4）技能考核内容及比例如下表：
表4技能考核内容及比例
姓名
班级
小组
总得分
序号
考核项目
考核内容及要求
配分
评分标准
考核环节
考核人
得分
1
安全文明生产
规范操作
着装规范
10％
现场
考评
实施
自评（10％）互评（20％）、
老师评价70%
总分100分
安全用电
走线规范、合理
工具摆放整齐
工具及仪器仪表使用规范、摆放整齐
任务完成后，进行场地整理，保持场地清洁、有序
2
实训态度
不迟到、早退、旷课
20％
现场
考评
实施与过程作业
实训过程认真负责
组内主动沟通、协作，小组间互助
创新能力
吃苦耐劳、关心集体
3
系统方案制定
工作流程正确合理
10％
现场
考评
计划决策
方案合理
选用指令合理
电气图正确
编程能力
独立完成程序
10％
现场
考评
决策
程序简单、可靠
4
操作能力
正确输入程序并进行程序调试
20％
现场
考评
实施
根据电气图正确接线
根据系统功能进行正确操作演示
5
工艺
接线美观
10％
现场
考评
实施
线路工作可靠
6
实践效果
系统工作可靠
10％
现场
考评
检查
满足工作要求
创新
按规定的时间完成项目
7
汇报总结
工作总结，PPT汇报
5％
现场
考评
评估
填写自我检查表及反馈表
8
技术文件制作整理
技术文件制作整理能力
5％
现场
考评
评估
合计
100％
5-4课程考试成绩的计算
课程考试成绩由过程性考核成绩和综合考核成绩两部分组成。
过程性考核成绩：
由任课老师根据作业质量、表现以学生在自我评价情况综合评定（100分制），占总分的60%，综合（期末）考核由学生在规定时间内完成给任务或进行评定（100分制），占总分40%。
计算公式为：
其中：
Y——课程成绩，满分100分
X——按工作过程各学习情境考核评定成绩，满分100分
Z——综合（期末）考核成绩，满分100分
6教学实施
6-1学习组织形式、方法与手段
1、学习组织形式及对教师的要求
（1）在
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