项目课程的理论与实践探讨.ppt

项目课程的理论与实践探讨 PLC课程应用宁夏理工学院张丽杰zhlj788 启动项目教学的原由 对专业方向的盲目 不知道该专业将来在哪些领域就业 入学教育 养成教育 从考试看养成教育 从教学过程看养成教育 从教学方法改革看养成教育 全程与人 人才培养定位 应用型 技能型 技术型 项目课程的理论框架 一 什么是项目课程以基于典型产品或服务的项目为课程设计逻辑主线 让学生学会完成完整工作过程的课程模式 从知识的内在关系结构到知识与行动的产生式结构 学科课程 项目课程 设计一个模块 编制一份课程改革总体规划 设计一个专业的课程体系 设计一门课程 设计一门课程 比如 传感器及自动检测技术 课程 我们将教学过程划分了五个层次 第一层次理论教学要求学生掌握传感器的特性及指标 掌握典型传感器的原理及其应用 共40学时 第二层次实验环节 基础性实验6个 综合 设计性实验2个 共10学时 第三个层次自主创新实验项目20学时 40人分成8组 每2组一个综合项目 开展设计工作 设计一门课程 第四层次考核过程 以项目答辩的方式展开 同一项目的2各小组分别演示自己的设计过程及作品 然后互相问答 这中间体现了小组协同与竞争 开放性 创新性的意见交流 第五层次归纳总结点评 帮助学生梳理所学知识体系 点评学生作品 指出学生的创新点及存在的问题 指出今后提高的方向 引发结论 因为与学科知识存在形式完全不同 作为职业教育课程内容的工作知识是在工作实践中 生产 出来的 它们的产生完全出于工作任务达成的需要 附着于工作过程是其存在的基本形态 从实践效果看 按照工作体系设计课程结构 有利于培养学生的工作思维 增强学生的任务意识 使他们从关注 知道什么 转向 要做什么 从而达到更有效地培养职业能力的目的 项目教学的特征 1 用职业能力表述课程目标 重点关注学生能做什么 而不是知道什么 2 以工作任务为内容 重点是教会学生如何完成工作任务 知识 技能学习结合任务完成过程来进行 3 以典型产品或服务为载体 教学顺序按照项目编排来展开 学习项目设计是跨工作任务的 只要能服务于工作任务的学习就行 不必拘泥于工作任务的逻辑顺序 项目教学中子项目的步骤 第一步教师准备教学文件 在任务书中向学生介绍实验室所配置几种厂家的PLC的特点 在实际工程中的应用情况及发展趋势做详细介绍 由学生自行选择 我们的实验室里有松下 三菱 欧姆龙几种类型 而学生所学教材是西门子 第二步学生分组领取任务书 三天后提交本组的实施方案 要求方案中必须包括 原理图 功能方框图 必要的计算及所需的设备元器件清单 根据各自所选PLC做详细设计方案 第三步教师根据各组提出实施方案 论证其可行性 同时也了解了各组成员在项目中所承担的任务 第四步各组在PLC实验台开始实施方案 教师只负责必要的答疑和检验结果 第五步学生提交总结报告 报告中包括调试过程和结果的分析 实验中遇到的问题及解决方法 通过这种教学形式 使学生学达到了知识的融会贯通 拓展了知识面 四 项目课程的优缺点 优点 能最大限度地培养学生职业能力有利于避免任务本位课程围绕任务讲的状况有利于学生把握任务之间的关系 把握完整的工作过程激发学生学习兴趣缺点 对知识系统性有影响 五 如何设计学习项目 项目课程设计 需要在课程标准编制基础上 设计一份旨在实施课程标准的项目设计参考方案 它是教材编写和教师教学的依据 教学过程中 教师可根据实际情况对项目进行更换 项目类型 1 封闭项目与开放项目封闭项目指有明确的目标 要求按照严格的操作程序与要求进行操作 需要相对确定的知识的项目 开放项目指需要学生自己确定目标 通过查阅资料或小组讨论自己设计工作过程的项目 项目类型 2 单项项目与综合项目单项项目指围绕着局部工作任务所设计的项目 其功能是使学生掌握该专业的基本知识与技能 并发展单项职业能力 综合项目指围绕着完整工作过程所设计的项目 其功能是培养学生综合职业能力 并学习提升的专业知识与技能 课程项目设计项目一模块1模块2模块3项目二模块1模块2模块3 课程知识分析表 加强对细节知识 实践知识的开发 项目 细节知识 理论知识 六 如何编写项目课程教材 项目课程教材编写体例 1 教学目标 2 工作任务 3 实践操作 相关实践知识 4 问题探究 相关理论知识 5 知识拓展 选学内容 6 练习 项目 一 恒压供水控制系统设计 设计任务书设计要求 1 设计一个采用全自动变频恒压控制方式来实现恒压供水的自控系统 2 本系统主要以PLC来控制 按照控制要求选择器件 设计其硬件主控电路 3 根据要求选择相应的传感器 驱动电机 阀门等 4 按照设计要求设计相应算法 PID 编制相应的PLC控制程序 目录 1变频控制系统简介1 1变频调速供水控制系统简介1 2变频调速系统原理及选择1 2变频调速在供水行业中的应用2供水系统的变频调速节能原理2 1水泵调速运行的节能原理2 2本系统总体介绍3系统硬件的工作原理及硬件选择3 1PLC的工作原理及选择3 2PLC编程简介3 3PLC程序解释4附助配件4 1压力传感器的选择4 2水泵的选择5算法5 1PID算法 1变频器 变频器对交流电动机进行调速控制的交流拖动系统有许多优点 如节能 容易实现对现有电动机的调速控制 可以实现大范围内的高效连续调速控制 容易实现电动机的正反转切换 可以进行高频度的起停运转 可以进行电气制动 可以对电动机进行高速驱动 可以适应各种工作环境 可以用一台变频器对多台电动机进行调速控制 电源功率因数大 所需电源容量小 可以组成高性能的控制系统等等 特别是对于工业中大量使用的风扇 鼓风机和泵类负载来说 通过变频器进行调速控制可代替传统上利用挡板和阀门进行的风量 流量和扬程的控制 所以节能效果非常明显 变频调速的原理 由于异步电动机的转速为式中n为电动机转速 r min f为电源频率 Hz p为异步电动机磁极个数 s为转差 所以 理论上说 只要改变f就能改变电机转速n 变频调速控制方式 常见的变频调速模式有两种 一种是开环控制 另一种是速度反馈闭环控制 根据恒压的控制要求 采用的是PID调节方式 内含在变频器中 的闭环控制 变频器的输入输出电路 本系统中变频器的输入信号有两种 一种是控制信号 它包括PLC输给的变频器的信号和VI电压信号 0 5V 由PLC输出的信号 控制变频器的工作开关 VI控制变频器频率 另一种是输入电源信号 本系统采用的三相380V的交流电源 三相电流输入连接在端子L1 L2 L3上 变频器的输入输出电路 变频器的输出信号也有两种 一是送PLC的超压信号 欠压信号和变频器故障信号这三个输出控制信号 另一是送水泵的变频器输出电源信号 送PLC的超压 欠压信号由变频器的Y1 Y2端子送出 Y1的内部功能设定选为频率检测 FDT 功能 幅值为50Hz 滞后值为0 5Hz Y2的内部功能设定选为0速度输出功能 变频器输出频率为0Hz时输出ON信号 水泵调速运行的节能原理 变频式恒压供水自动控制原理图 供水系统的工作原理 自来水管网或其它水源提供的水进入蓄水池经加压水泵进入用户管网管路 通过压力传感器按提供网的压力信号 传送给控制系统的PID 经PID运算后输出信号控制变频器的输出频率 从而控制水泵的转速进而保持供水管道的压力基本恒定 用户用水量大时 管网管路压力下降变频器频率就升高 水泵转速加快 反之频率下降 水泵减速运行 从而维持恒压供水 当用水量大于一台水泵的最大供水量时 通过PLC自动切换电路工作再投入一台水泵 根据最多用水量的大小可投入数台水泵 在供水系统中 控制对象是水泵 控制目标是保持管网水压恒定 控制方法是压力信号的反馈闭环控制 压力传感器 压力传感器有利用弹性元件的 如电感压力传感器 电容压力传感器 水泵的选择 水泵性能参数表 关于PID控制 闭环PID控制PID控制器管理输出数值 以便将偏差 e 为零 使系统达到稳定状态 偏差是给定值 SP 和过程变量 PV 的差 PID算法 PID控制原则以下列公式为基础 其中将输出M t 表示成比例项 积分项和微分项的函数 其中M t 为PID运算的输出 是时间的函数Kp为PID回路的比例系数Ki为PID回路的积分系数Kd为PID回路的微分系数e为PID回路的偏差 给定值和过程变量之差 Minital为PID回路输出的初始值 数字计算机使用下列相应公式为基础的离散化PID运算模型 其中 Mn为采样时刻n的PID运算输出值Kp为PID回路的比例系数Ki为PID回路的积分系数Kd为PID回路的微分系数en为采样时刻n的PID回路的偏差en 1为采样时刻n 1的PID回路的偏差el为采样时刻l的PID回路的偏差Minital为PID回路输出的初始值 在此公式中 第一项叫做比例项 第二项叫积分项 最后一项叫微分项 比例项是当前采样的函数 积分项是从第一采样至当前采样的函数 微分项是当前采样及前一采样的函数 可对上述计算公式进行简化 简化后的公式为 其中 Mn为采样时刻n的PID运算输出值Kp为PID回路的比例系数Ki为PID回路的积分系数Kd为PID回路的微分系数en为采样时刻n的PID回路的偏差en 1为采样时刻n 1的PID回路的偏差MX为积分项前值 计算回路输出值CPU实际使用对上述简化公式略微修改的格式 修改后的公式为 其中 Mn为采样时刻n的回路输出计算值MPn为采样时刻n的回路输出比例项MIn为采样时刻n的回路输出积分项MDn为采样时刻n的回路输出微分项 比例项的计算的公式为 其中 MPn为采样时刻n的输出比例项的值Kc为回路的增益SPn为采样时刻n的设定值PVn为采样时刻n的过程变量值 积分项采用的公式为 其中 MIn为采用时刻n的输出积分项的值Kc为回路的增益Ts为采样的时间间隔Ti为积分时间SPn为采样时刻n的设定值PVn为采样时刻n的过程变量值MX为采样时刻n 1的积分项 又称为积分前项 积分项 MX 是积分项全部先前数值的和 每次计算出MIn以后 都要用MIn去更新MX 其中MIn可以被调整或被限定 MX的初值通常在第一次计算出输出之前被置为Minitai 初值 微分项的计算公式为 其中 MDn为采用时刻n的输出微分项的值Kc为回路的增益Ts为采样的时间间隔Td为微分时间SPn为采样时刻n的设定值SPn 1为采样时刻n 1的设定值PVn为采样时刻n的过程变量值PVn 1为采样时刻n 1的过程变量值 回路控制的选择如果不需要积分运算 即在PID计算中不需要积分运算 则应将积分时间Ti指定为无限大 Ki 0 0如果不需要求导运算 即在PID计算中不需要微分运算 则应将求导时间Td指定为零 Kd 0 0如果不需要比例运算 而需要积分 I 或积分微分 ID 控制 则应将回路增益数值Kc指定为0 0 Kp 0 0因为回路增益 Kc 是计算积分及微分项公式内的系数 将回路增益设定为0 0 将影响积分及微分项的计算 此时 在积分和微分运算中的回路增益取为1 0 此时Ki TS TIKd TD TS PID控制软件1系统结构 OB1 OB35 OB100 FB1 DB1 SFC40 OB35中断 OB100初始化 FB1自制PID SFC40激活OB35 OB100 PID算法的实现 运算框图 谢谢