零基础电路基础课程（PLC）简介

知识掌握目标：学员能够清晰阐述 PLC 的基本概念，深入理解其在工业自动化控制中的重要作用与应用场景。全面熟悉 PLC 的硬件组成部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入模块、输出模块、电源模块等的功能与工作原理，掌握各硬件模块之间的连接方式及信号传输路径。精准识别常见的电路元件，如继电器、接触器、传感器、开关等在 PLC 控制系统中的应用，理解它们与 PLC 之间的信号交互关系。深刻理解 PLC 的工作原理，包括扫描周期、输入采样、程序执行、输出刷新等工作阶段的运行机制。熟练掌握 PLC 编程的基本指令与编程语言，如梯形图、指令表等，能够读懂并编写简单的 PLC 控制程序。

能力培养目标：具备正确选择和使用 PLC 硬件设备的能力，能够根据具体控制需求合理选型，完成 PLC 硬件系统的搭建与接线操作，确保系统硬件连接的准确性与稳定性。熟练运用编程软件，进行 PLC 程序的编写、下载、调试与监控，能够根据实际控制要求对程序进行优化与修改，实现对被控对象的精确控制。掌握基本电路的设计与分析能力，能够结合 PLC 控制原理，设计简单的电气控制电路，实现对电机正反转、顺序控制、定时控制等常见控制任务，并能对电路中的故障进行排查与解决。通过实际项目实践，培养学员的项目规划、实施与管理能力，使其能够将所学知识应用于实际工程场景，独立完成小型 PLC 自动化控制项目的设计、开发与调试工作。

素质提升目标：在课程学习与实践操作过程中，着重培养学员严谨认真、注重细节的科学态度，确保在硬件安装、程序编写等环节中避免因疏忽导致的错误。通过解决实际问题，锻炼学员的逻辑思维能力与创新意识，使其能够灵活运用所学知识，探索更高效、更优化的控制方案。鼓励学员积极参与小组合作项目，培养其团队协作精神与沟通交流能力，让学员明白在实际工程项目中，团队成员之间的紧密协作是项目成功的关键因素。激发学员对工业自动化技术的学习兴趣与热情，使其树立不断学习、持续提升自我专业素养的意识，以适应快速发展的自动化技术领域的需求。

PLC 概述：详细介绍 PLC 的定义、发展历程，从早期简单的继电器逻辑替代装置，逐步发展到如今功能强大、智能化程度高的工业控制器，展示 PLC 在工业自动化进程中的重要变革。深入剖析 PLC 的特点，如高可靠性（采用冗余设计、抗干扰技术等确保在恶劣工业环境下稳定运行）、编程灵活性（多种编程语言满足不同用户需求）、易于扩展（可根据项目需求灵活增加输入输出模块等扩展硬件）等，阐述其在工业控制领域相较于其他控制方式（如传统继电器控制、单片机控制等）的优势，让学员理解为何 PLC 成为现代工业自动化的核心设备。

PLC 的硬件组成：全面讲解 PLC 的硬件架构，包括核心的中央处理器（CPU），如同人的大脑，负责执行用户程序、处理数据；用于存储程序和数据的存储器，分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM），分别存储系统程序和用户程序及运行数据；输入模块，用于采集外部设备（如按钮、传感器等）的信号，并将其转换为 PLC 能够识别的数字信号；输出模块，将 PLC 处理后的控制信号转换为驱动外部执行机构（如接触器、电磁阀等）的功率信号；电源模块，为 PLC 各硬件模块提供稳定的电源。通过实物展示、拆解演示等方式，让学员直观了解各硬件模块的外观、接口及内部结构，并结合实际案例，讲解不同类型 PLC 硬件模块的选型要点，如根据输入输出点数需求选择合适的 I/O 模块，根据控制任务复杂程度选择性能匹配的 CPU 模块等。

PLC 的工作原理：深入解读 PLC 的工作过程，以扫描周期为核心，详细讲解输入采样阶段，PLC 如何一次性读取所有输入端子的状态，并将其存入输入映像寄存器；程序执行阶段，CPU 按照用户程序的指令顺序，对输入映像寄存器、输出映像寄存器及其他内部寄存器中的数据进行逻辑运算和处理；输出刷新阶段，将程序执行结果从输出映像寄存器传送到输出锁存器，进而驱动外部执行机构动作。通过动画演示、实例分析等手段，帮助学员理解扫描周期的概念及其对 PLC 控制系统实时性的影响，以及在程序设计中如何合理安排程序结构，优化扫描周期，提高系统响应速度。

电路基本原理：回顾电路的基本概念，如电流、电压、电阻的定义及它们之间的关系（欧姆定律），讲解串联电路、并联电路的特性，包括电流、电压在不同连接方式下的分配规律。介绍电路中的电能与电功率计算方法，让学员理解电路中能量的转换与消耗。通过实际电路案例分析，如简单的照明电路、电动机控制电路等，帮助学员掌握电路分析的基本方法，能够根据电路原理图计算电路参数，判断电路工作状态。

常用电气元件：全面介绍在 PLC 控制系统中常用的电气元件，如继电器，讲解其电磁式、固态式等不同类型的工作原理、结构特点及在电路中的应用，如实现信号的隔离、放大与切换；接触器，重点介绍其在控制电动机等大功率设备中的作用，讲解其主触点、辅助触点的功能，以及如何根据负载电流选择合适的接触器型号；传感器，介绍常见的传感器类型，如温度传感器（热电阻、热电偶等）、压力传感器、接近传感器等的工作原理、测量范围及输出信号类型，以及如何将传感器信号接入 PLC 输入模块；各类开关，包括按钮开关、行程开关、转换开关等，讲解它们的功能、结构及在控制电路中的应用，如用于手动控制信号输入、设备位置检测等。通过实物展示、实验演示等方式，让学员亲身体验电气元件的操作与应用，掌握其选型、安装与维护要点。

编程语言介绍：重点讲解 PLC 编程中最常用的梯形图语言，通过对比继电器控制电路图，让学员理解梯形图的图形符号（如常开触点、常闭触点、线圈等）与继电器电路元件的对应关系，使其能够快速上手梯形图编程。介绍梯形图的编程规则，如触点应画在水平线上、线圈不能直接与左母线相连等，通过实例演示，让学员掌握梯形图的绘制方法与编程技巧。同时，简要介绍指令表语言，讲解其指令格式、操作码与操作数的含义，以及与梯形图语言之间的相互转换关系，使学员对 PLC 编程语言有更全面的认识，能够根据实际编程需求选择合适的编程语言。

基本指令学习：系统讲解 PLC 的基本指令，包括逻辑取指令（LD、LDI）、触点串联指令（AND、ANI）、触点并联指令（OR、ORI）、电路块串联指令（ANB）、电路块并联指令（ORB）等，通过实际案例分析，让学员理解这些指令在梯形图中的应用，掌握如何使用基本指令实现简单的逻辑控制功能，如电机的点动控制、连续运转控制等。介绍定时器（T）和计数器（C）指令，讲解其工作原理、设定值与当前值的概念，以及在定时控制、计数控制场景中的应用，如实现设备的定时启动、停止，产品数量统计等功能。通过大量的编程练习，让学员熟练掌握基本指令的使用方法，能够根据控制要求编写正确的 PLC 控制程序。

控制系统设计流程：详细介绍 PLC 控制系统的设计步骤，从项目需求分析开始，深入了解被控对象的工艺要求、控制目标及运行环境等，确定系统的输入输出信号数量与类型；进行硬件选型与配置，根据需求选择合适的 PLC 型号、I/O 模块及其他电气设备，并设计系统硬件接线图；开展软件设计，根据控制逻辑编写 PLC 控制程序，绘制梯形图或编写指令表；完成系统调试与优化，对硬件接线和软件程序进行全面检查与测试，通过实际运行调试，发现并解决系统中存在的问题，对程序进行优化，提高系统的稳定性与可靠性。通过实际项目案例，让学员全程参与 PLC 控制系统的设计过程，掌握系统设计的方法与技巧。

实践项目操作：安排多个实践项目，如基于 PLC 的电机正反转控制系统设计，学员需完成硬件搭建（连接 PLC 输入输出端口与电机控制电路中的按钮、接触器等设备）、程序编写（使用基本指令实现电机正转、反转及停止控制逻辑）、调试运行（通过操作按钮，观察电机运行状态，检查程序执行结果）等环节；再如 PLC 控制的自动往返小车系统设计，涉及到行程开关检测小车位置、定时器控制小车停留时间等功能，要求学员综合运用所学知识，完成从项目分析到系统实现的全过程。通过这些实践项目，让学员将理论知识与实际操作紧密结合，提升其解决实际问题的能力与工程实践素养。

理论讲授：在课堂上，通过清晰、系统的讲解，将 PLC 相关的基础理论知识、电路原理、编程概念等传授给学员。采用多媒体课件、动画演示、板书等多种方式相结合，将抽象的知识直观化，帮助学员理解。例如，在讲解 PLC 工作原理时，利用动画详细展示扫描周期的各个阶段，使学员更易掌握。在讲解电路原理时，通过板书推导公式，加深学员对电路基本规律的理解。

实物演示：在教学过程中，展示真实的 PLC 硬件设备、电气元件，让学员直观观察其外观、结构与接口。现场演示 PLC 硬件的组装过程、电气元件的接线方法，以及 PLC 控制程序的运行效果，如通过操作按钮控制电机的启动、停止，让学员亲身体验 PLC 控制系统的工作过程，增强感性认识。

案例分析：引入大量实际的 PLC 应用案例，如工业生产线中的物料分拣系统、智能仓库的货物搬运控制系统等，对案例中的硬件选型、电路设计、程序编写及系统调试等环节进行深入分析，引导学员运用所学知识理解案例中的控制逻辑，学习实际项目的设计思路与解决问题的方法，培养学员的工程思维与应用能力。

小组讨论：针对课程中的重点、难点问题，组织学员进行小组讨论。例如，在学习复杂的 PLC 编程逻辑时，让学员分组讨论不同编程方案的优缺点，鼓励学员发表自己的见解，相互交流学习经验，促进思维碰撞，培养学员的团队协作能力与批判性思维。

实践操作：安排充足的实践课程，让学员在实验室环境中亲自动手操作。从简单的电路连接、PLC 程序下载，到完成完整的控制系统设计项目，在实践过程中，学员能够将理论知识转化为实际技能，提高动手能力与问题解决能力。教师在实践现场进行实时指导，及时纠正学员的操作错误，解答学员的疑问。

多媒体教学资源：制作丰富的多媒体教学资源，包括高清的教学视频、生动的动画演示、详细的电子课件等。教学视频涵盖理论知识讲解、实践操作演示等内容，方便学员在课堂外随时复习巩固；动画演示将抽象的原理、复杂的控制过程直观呈现，如 PLC 内部数据处理过程、电气元件的动作原理等，帮助学员更好地理解；电子课件则系统梳理课程知识点，配以大量的图片、图表，使知识呈现更加清晰明了。

虚拟仿真实验平台：利用专业的 PLC 虚拟仿真实验平台，如三菱 GX Works3 仿真软件、西门子 TIA Portal 仿真工具等，为学员提供虚拟的实验环境。学员可以在仿真平台上进行 PLC 硬件配置、程序编写与调试，模拟各种实际运行场景，观察系统的运行结果。虚拟仿真实验平台不仅降低了实验成本，还为学员提供了更多的实验尝试机会，避免因操作失误对硬件设备造成损坏，同时能够快速验证编程思路的正确性，提高学习效率。

在线学习平台：搭建在线学习平台，为学员提供丰富的学习资源与便捷的交流互动渠道。平台上上传课程相关的电子教材、参考资料、拓展阅读文献等，方便学员自主学习；设置在线测试功能，学员可以随时进行自我检测，了解自己对知识的掌握程度；开设讨论区，学员可以在讨论区提出问题、分享学习心得，教师与其他学员也可以在讨论区进行解答与交流，促进学员之间的共同学习与进步。同时，教师可以通过在线学习平台发布教学通知、布置作业、批改作业，及时了解学员的学习情况，调整教学策略。

平时成绩（40%）：涵盖课堂考勤（10%），通过严格的考勤制度，督促学员按时参与课程学习，培养良好的学习习惯；课堂表现（10%），包括学员在课堂上的提问、回答问题、参与讨论等情况，考查学员的学习积极性与思维活跃度；作业完成情况（10%），布置与课程内容紧密相关的作业，包括理论知识解答、编程练习、电路设计等，通过作业完成质量，检验学员对知识的掌握程度与应用能力；实验报告成绩（10%），要求学员在每次实践操作后撰写实验报告，详细记录实验目的、实验步骤、实验结果及问题分析等内容，通过实验报告评估学员的实践操作能力、数据处理能力与总结归纳能力。

期中考试（20%）：采用闭卷考试的形式，对学员前半学期所学的 PLC 基础知识、电路原理、编程语言等内容进行阶段性考核。考试题型包括选择题、填空题、简答题、编程题等，全面考查学员对知识的理解与记忆，以及简单的应用能力，及时反馈学员的学习情况，帮助学员发现学习中的薄弱环节，为后半学期的学习提供指导。

期末考试（40%）：同样采用闭卷考试方式，对整个学期的课程内容进行综合考核。考试内容不仅包括理论知识的深度考查，还注重学员对知识的综合运用能力，如给定实际控制项目需求，要求学员进行硬件选型、电路设计、程序编写等。题型设置更加多样化，除了常规题型外，增加案例分析题、综合应用题等，全面评估学员对课程知识的掌握程度、分析问题与解决问题的能力，以及是否具备将所学知识应用于实际工程的素养。

知识掌握评价：通过考试成绩、作业完成情况等对学员的知识掌握程度进行量化评价，了解学员对 PLC 基础理论、电路知识、编程指令等内容的理解和记忆情况，分析学员在知识掌握方面存在的问题，为教学改进提供依据。

能力培养评价：根据学员在实践操作、实验报告、小组项目等教学环节中的表现，对学员的实践动手能力、编程能力、系统设计能力、团队协作能力等进行评价。观察学员在实践过程中对硬件设备的操作熟练度、程序编写的规范性与创新性、在小组项目中与团队成员的沟通协作效果等，全面评估学员的能力发展水平，针对学员能力培养中的不足，提供个性化的指导与建议。

学习态度评价：通过课堂考勤、课堂表现等对学员的学习态度进行评价。关注学员的学习积极性、主动性，是否按时出勤、认真听讲、积极参与课堂互动，以及对待作业、实验的认真程度等，鼓励学员树立良好的学习态度，激发学习兴趣，提高学习动力。