机电系统计算机控制

中国海洋大学本科生课程大纲

课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修

一、课程介绍

1.课程描述：

机电系统控制是现代机电设备的灵魂，对提升机械制造自动化和智能化具有重要的作用。机电系统计算机控制课程包括传统继电器控制和现代PLC控制两部分，是认识和掌握机电系统控制的关键环节。通过课程的学习和大量的实践，要求学生掌握不同控制系统的参数计算、选型、设计和编程方法，并能够利用这些理论和方法，对机电设备进行控制、升级和改造等。

2.设计思路：

开设依据：通过课程基础知识的学习，掌握机电系统电气控制和PLC控制系统的参数计算、选型和设计的方法，并将以上方法应用到机电产品控制系统设计过程的计算、分析和研究中（支撑毕业要求的能力1.4和1.6），可针对复杂的机电系统控制问题进行分析、开发解决方案及研究（支撑毕业要求的能力2.1、2.2、2.3、2.5和2.6）。在课程的实验环节中，学生将以小组为单位开展控制系统设计、优化、软件实现等任务，将课程的理论知识用于实践中，同时锻炼学生的独立担当与团队协作能力（支撑毕业要求的能力3.1和3.2）。

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课程内容：

（一）绪论：简要介绍机电控制系统的分类、发展历程，并用几个案例进行分析，使得学生对机电系统的控制部分有初步认识。

（二）第一章电气控制系统常用器件：主要讲解常用低压电器（接触器、继电器、开关电器、熔断器等）的作用、工作原理、参数及选型，为后续传统继电器控制打下基础。此部分采用理论讲授和实践相结合的方式进行。

（三）第二章电气控制线路基础：学生将掌握电气控制线路图绘制原则和电气控制线路的图形文字符号及绘制原则，深入学习三相笼型异步电动机的控制线路（起保停控制、降压启动控制、制动控制、速度控制等），并对典型生产机械电气控制线路进行分析。

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（四）第三章可编程序控制器概述：学生将从PLC的产生和定义、发展、应用领域及特点，开始认识PLC。并通过PLC与其他典型控制系统的对比，加深对PLC特点的认识。通过PLC的分类、系统组成、工作原理和编程语言的学习，学生将进一步认识PLC。（五）第四章 S7-200PLC基础知识：学生将认识到西门子S7-200系列PLC的硬件构成，掌握机电控制系统的PLC选型依据。学生将掌握PLC的内部资源（软元件）的种类、特点和作用，并掌握软元件的寻址方式，从而为后续PLC程序开发奠定基础。最后将学习PLC程序的简单设计法，激发学生编程的兴趣。

（六）第五章 PLC的基本指令及程序设计：学生将学习基本逻辑指令（逻辑取及线圈驱动、触点串并联、置位复位、比较指令、定时器、计数器等），并应用这些指令设计典型简单电路和环境的PLC程序（延时脉冲电路、瞬时接通/延时断开电路、延时接通、闪烁电路、报警电路等），最后通过案例加深PLC逻辑指令的认识。

（七）第六章 S7-200 PLC功能指令及应用：主要学习S7-200系列PLC的功能指令（包括传送移位和填充指令、运算和数学指令），并学习高级功能指令（中断指令、高速计数器指令、PID闭环指令等），通过功能指令的学习全面认识PLC的指令系统，并为后续开发大型控制程序打下基础。

（八）第七章 S7-200PLC顺序控制指令及应用：顺序功能图是S7-200PLC的高级功能，可以方便地实现顺序流程控制的需求。主要学习顺序控制指令及顺序功能图的主要类型，通过选择合适类型的功能图（单流程、可选择的分支和连接、并行分支和连接、跳转和循环）实现不同的顺序控制流程，最后通过选择和循环电路举例、并行分支和连接电路举例、选择和跳转电路举例巩固顺序控制指令。

（九）第八章 S7-200网络通信技术及应用：主要学习工业网络结构、网络数据编码/通讯/传输/差错控制/传送介质/拓扑结构/串行通信接口/通讯协议等，然后针对

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S7-200介绍西门子工业网络结构、S7-200支持的通信协议等，最后通过案例学习通信指令。

（十）第九章 PLC控制系统综合设计：主要学习PLC控制系统设计步骤及内容，通过双恒压无塔供水控制系统设计和薄刀式分切压痕机控制系统设计提高PLC控制系统综合设计的能力。

（十一）第十章编程软件及其使用：主要学习S7-200的编程软件STEP 7，通过编程软件与S7-200的连接、编程、调试及运行监控，培养学生的实践能力。本章节为PLC 编程实验的先修知识，因此，将在第五章PLC程序设计之前讲述。

3. 课程与其他课程的关系：

先修课程：机械原理，机械设计，电工电子学，工程测试技术，机械工程控制基础。本课程与这五门课程密切相关，其中机械原理、机械设计和电工电子学是本专业的学科基础课程，帮助学生认识设备的机械传动原理和电子控制器件原理；工程测试技术和机械工程控制基础让学生掌握机电设备的控制和测试的基础知识。本课程是连接前面课程的纽带，通过机电控制技术的学习，实现机械设计和电气控制的融会贯通。

二、课程目标

本课程的目标是培养学生的工程观点和工程设计能力，达到华盛顿公约规定的国际工程师认证的标准，培养符合国家经济发展需要的工程技术人才。

（1）学生将对机电控制系统遵循的电气规范增进认识，树立准确获取和计算工程数据的工程意识。学生将提高查阅资料、使用手册、标准和规范的能力，做到基于规范和设计方法来分析和设计控制系统。

（2）学生将掌握机电控制系统中机电器控制和PLC控制的基本知识，尤其是西门子S7-200系列PLC的控制系统基本指令、控制流程和网络通信等。通过案例分析和程序

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设计，学生可以实现控制功能分析、控制方案设计、控制器件选型和控制程序设计等。在实验环节，学生将理论知识用于实际控制系统中，通过控制程序设计、问题诊断和调试等环境，培养学生的机电控制系统设计能力，力求达到工程教育认证标准。

三、学习要求

机电系统计算机控制是一门应用型综合性的课程。通过本门课程和相关课程的学习，学生可以做为一名机电系统的电气控制工程师。如果要胜任电气控制工程师的职位，在校期间学生不仅要掌握扎实的理论知识和专业技能，而且要有一定的经济常识，做到技术上先进经济上合理。因此，学生务必做到：

（1）按时上课,上课认真听讲，积极参与课堂讨论、作业典型案例分析。本课程将包含较多的课下作业、讨论、小组作业展示等课堂活动。

（2）保质保量的按时完成课下作业。针对机电控制系统设计的各个环节均有书面作业需要提交，只有在作业中才能够不断掌握所学习的内容。

（3）积极搜集和学习各种案例，争取编程实现案例的功能需求。不断的深入练习才能快速地设计出实现各种功能的控制系统。

四、教学进度

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五、参考教材与主要参考书

教材：

《现代电气控制及PLC应用技术（第3版）》王永华主编北京航空航天大学出版社2013年第3版；

参考书：

1．《电气控制与可编程序控制器》林明星主编机械工业出版社 2004年第1版；2．《电气控制与PLC应用》余雷声主编机械工业出版社 2002年第1版；3．《工厂电气控制技术》方承远、张振国编机械工业出版社 2006年第3版；

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六、成绩评定

（一）考核方式 A ：A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他

（二）成绩综合评分体系：

七、学术诚信

学习成果不能造假，如考试作弊、盗取他人学习成果、一份报告用于不同的课程等，均属造假行为。他人的想法、说法和意见如不注明出处按盗用论处。本课程如有发现上述不良行为，将按学校有关规定取消本课程的学习成绩。

八、大纲审核

教学院长：院学术委员会签章：

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