南昌八一学校2026电工高级技师模拟量编程课程设计

课程方向完全契合电工高级技师职业技能提升的核心要求，以下是结合南昌八一学校官方课程信息和行业标准整理的模拟量编程课程设计方案。

课程定位与培养目标

定位：面向电工高级技师职业资格考核与工业自动化岗位需求，聚焦PLC模拟量编程核心技术，从原理、编程到项目实战全链条覆盖，助力学员通过国家职业资格一级（高级技师）认证，同时掌握工业现场模拟量应用技能。

目标：掌握主流品牌PLC（西门子、三菱等）模拟量输入输出、PID闭环控制、通信编程等核心技术；能独立完成模拟量控制系统设计、改造项目；具备撰写高级技师论文与答辩的专业能力。

核心教学内容

️ 基础原理模块

模拟量信号类型与转换原理（4-20mA、0-10V等）

PLC模拟量输入输出模块选型与接线规范

模拟量信号滤波与校准技术

编程技术模块

西门子S7-1500 PLC模拟量编程（博途软件）

三菱FX3U PLC模拟量编程（GX Works2软件）

PID闭环控制原理与编程实现

模拟量与触摸屏、变频器的联动编程

故障诊断模块

模拟量信号常见故障排查（干扰、断线、精度误差等）

PLC模拟量模块故障检测与维修

模拟量控制系统优化与调试技巧

项目实战模块

基于PLC的温度控制系统设计与调试

压力闭环控制系统项目实践

流量监测与调节系统开发

多模拟量信号集成控制系统设计

高级技师认证模块

高级技师论文撰写指导（模拟量相关方向）

国家职业资格一级（高级技师）考核高频考点强化

论文答辩技巧与模拟演练

⏰ 教学安排与模式

培训周期：常规班60天（全日制半天理论+半天实操）；基础薄弱学员可申请晚上/周末补课，周期适当延长。

教学模式：

理论课堂：结合工业案例讲解原理与编程逻辑

项目实习：对接企业真实项目，参与模拟量系统调试与维护工作

课程特色：采用模块化教学，未掌握内容可免费重修，确保技能扎实掌握。

教学资源与师资

实训场地：配备专业PLC模拟量实验室，模拟工业现场环境，涵盖温度、压力、流量等多种模拟量传感器与执行器。

教学材料：内部讲义、模块化实训手册、主流品牌PLC原厂资料。

师资力量：拥有20年以上教学经验，具备电工高级技师职业资格与企业项目实战背景的专业教师。

考核与证书

考核方式：理论考试+实践操作考核+系统设计项目答辩+论文评审。

证书对接：直接对接维修电工高级技师（一级）国家职业资格考试，考核通过可获全国通用职业资格证书；同时可考取国家安全生产监督总局IC卡操作证。

南昌八一学校教学体系和工业现场需求整理的每日教学安排表与实训项目指导书：

⏰ 45天电工高级技师模拟量编程课程每日教学安排表

上午（理论教学，4课时）

第1-7天：基础技能模块

第1-2天：电工基础理论（电路原理、电机与变压器、低压电器原理）

第3-4天：电气控制实操基础（电气接线规范、故障排查逻辑、PLC硬件认知）

第5-7天：PLC编程基础（位指令/定时器/计数器编程训练）

第8-22天：模拟量核心模块

第8-10天：模拟量原理与信号转换（4-20mA/0-10V信号原理、AD/DA转换技术）

第11-14天：西门子S7-1500模拟量编程（博途软件操作、模拟量输入输出程序编写）

第15-18天：三菱FX3U模拟量编程（GX Works2软件操作、模拟量模块选型与接线）

第19-22天：PID闭环控制原理与编程（PID参数整定、自整定功能应用）

第23-32天：系统集成模块

第23-26天：模拟量与触摸屏联动编程（HMI画面组态、模拟量数据监控）

第27-30天：模拟量与变频器通信（USS通信实现、多段速与模拟量调速结合）

第31-32天：工业机器人通信编程基础（模拟量信号与机器人联动）

第33-40天：故障诊断与优化模块

第33-36天：模拟量信号故障排查（干扰处理、断线检测、精度校准）

第37-40天：模拟量控制系统优化（滤波算法应用、系统响应速度提升）

第41-45天：高级技师认证模块

第41-43天：高级技师论文撰写指导（模拟量控制系统设计方向）

第44天：国家职业资格一级考核模拟（理论知识串讲、技能操作模拟）

第45天：论文答辩预演与综合考核

下午（实践操作，4课时）

第1-7天：对应上午理论内容完成电气接线、PLC硬件认知与基础编程实操

第8-22天：模拟量模块接线、程序编写与调试，PID控制项目实操

第23-32天：触摸屏与PLC通信、变频器与PLC通信实操，模拟量联动项目训练

第33-40天：模拟量信号故障排查实训，系统优化项目实践

第41-45天：论文项目实操验证，答辩模拟训练

实训项目指导书

实训目标

掌握PLC模拟量控制系统的设计、编程、调试与故障诊断技能，具备工业现场模拟量项目实施能力，满足电工高级技师职业资格要求。

️ 基础实训项目（第1-22天完成）

项目1：PLC模拟量输入输出实训

实训内容：模拟量模块接线、信号采集程序编写、数据转换与显示

实训要求：正确完成4-20mA信号采集，将模拟量数据转换为实际物理量（如温度、压力）并显示

考核标准：接线规范、程序正确、数据转换误差≤2%

项目2：PID闭环控制实训

实训内容：温度/压力闭环控制系统设计、PID参数整定、程序调试

实训要求：实现温度/压力稳定控制，稳态误差≤±1℃/±0.01MPa

考核标准：系统响应时间≤10s、超调量≤5%

综合实训项目（第23-40天完成）

项目3：模拟量与触摸屏联动实训

实训内容：HMI画面组态、模拟量数据实时监控、参数设置界面设计

实训要求：通过触摸屏实时显示模拟量数据，可在线修改PID参数

考核标准：画面布局合理、数据刷新实时、参数修改生效时间≤2s

项目4：模拟量与变频器联动实训

实训内容：PLC与变频器USS通信设置、模拟量调速程序编写、多段速与模拟量结合控制

实训要求：实现变频器转速的模拟量控制，转速精度≤±10r/min

考核标准：通信稳定、调速平滑、转速误差≤2%

项目5：模拟量信号故障诊断实训

实训内容：模拟量信号干扰处理、断线检测程序编写、精度校准方法

实训要求：能够快速定位并排除模拟量信号常见故障

考核标准：故障排查时间≤30分钟、故障排除率100%

高级技师认证项目（第41-45天完成）

项目6：模拟量控制系统设计与论文撰写

实训内容：独立完成工业现场模拟量控制系统设计（如恒压供水、温度控制），撰写高级技师论文

实训要求：系统设计符合工业标准，论文内容完整、逻辑清晰、数据真实

考核标准：系统运行稳定、论文通过专家评审、答辩表现优秀；

聚焦于实训项目操作与考核的思路，完全符合电工高级技师技能培养的实践导向要求。以下是结合南昌八一学校教学标准和行业规范细化的每个实训项目具体操作步骤与评分细则：

️ 基础实训项目（第1-22天完成）

项目1：PLC模拟量输入输出实训

具体操作步骤

设备准备：领取PLC主机、模拟量输入输出模块、4-20mA信号发生器、导线、万用表等工具，检查设备外观与接线端子是否完好。

硬件接线：

将信号发生器的输出端连接到PLC模拟量输入模块的对应端子（如西门子S7-1500的AI0通道）。

将PLC模拟量输出模块的对应端子（如AQ0通道）连接到万用表的测量输入端。

按照设备说明书完成电源线、接地线的连接，确保接线牢固、规范。

软件配置：

打开PLC编程软件（如西门子博途、三菱GX Works2），新建项目并正确配置PLC型号与模拟量模块参数。

在软件中设置模拟量输入通道的信号类型为4-20mA，输出通道的信号类型为对应格式。

程序编写：

编写程序读取模拟量输入通道的数据，并将其转换为实际物理量（如温度、压力）。

编写程序将转换后的数据输出到模拟量输出通道，通过万用表观察输出信号是否正常。

调试运行：

启动PLC，运行编写好的程序，调整信号发生器的输出值，观察PLC程序中输入数据的变化情况。

检查模拟量输出信号是否与程序设定值一致，如有误差进行调整。

数据记录：记录不同输入信号下的PLC读取数据、转换后的数据以及输出信号的测量值，填写实训记录表。

设备整理：关闭PLC与信号发生器电源，拆除接线，整理工具与设备，放回指定位置。

评分细则

考核项目 考核内容 分值 评分标准

设备准备 工具领取与设备检查 10分 工具领取齐全，设备检查仔细，无遗漏问题得10分；每遗漏一项扣2分，扣完为止。

硬件接线 接线规范与牢固性 30分 接线完全符合规范，端子连接牢固，无松动、错接现象得30分；每出现一处错接扣5分，松动扣3分，扣完为止。

软件配置 参数设置正确性 20分 软件参数设置完全正确，模拟量模块配置无误得20分；每出现一处参数设置错误扣5分，扣完为止。

程序编写 程序逻辑与功能实现 20分 程序逻辑清晰，能够正确读取和输出模拟量数据得20分；程序存在逻辑错误导致功能无法实现扣10 - 20分。

调试运行 系统稳定性与误差控制 10分 系统运行稳定，模拟量数据转换误差≤2%得10分；误差每超过1%扣2分，扣完为止。

数据记录与设备整理 记录完整性与设备归位 10分 实训记录完整清晰，工具与设备整理归位得10分；记录不完整扣3分，设备未归位扣5分。

项目2：PID闭环控制实训

具体操作步骤

系统搭建：选择温度或压力控制实训装置，包括PLC、PID控制器、传感器（温度传感器/压力传感器）、执行器（加热器/调节阀）、触摸屏等设备，检查设备是否正常运行。

硬件连接：

将传感器的输出端连接到PLC的模拟量输入通道。

将PLC的模拟量输出通道连接到执行器的控制端。

完成触摸屏与PLC的通信接线，确保通信正常。

参数设置：

在PLC编程软件中配置PID控制器的参数，包括比例系数（P）、积分时间（I）、微分时间（D）的初始值。

在触摸屏上设置控制目标值（如温度设定值、压力设定值），并配置数据显示界面。

程序编写：

编写PLC程序实现PID控制算法，将传感器采集的数据与目标值进行比较，通过PID运算输出控制信号到执行器。

编写程序实现触摸屏与PLC的数据交互，在触摸屏上实时显示传感器数据、目标值、输出控制值等信息。

系统调试：

启动系统，运行PLC程序，观察传感器数据的变化情况，通过调整PID参数，使系统达到稳定状态。

进行PID参数整定，先调整比例系数，使系统响应速度加快，再调整积分时间消除稳态误差，最后调整微分时间抑制超调。

记录不同PID参数下系统的响应曲线、超调量、稳态误差等数据。

性能测试：改变控制目标值，观察系统的跟踪能力和调节时间，测试系统的抗干扰能力（如施加外部干扰信号），记录测试结果。

报告撰写：根据实训数据，分析PID参数对系统性能的影响，撰写PID闭环控制实训报告。

评分细则

考核项目 考核内容 分值 评分标准

系统搭建与硬件连接 设备选型与接线正确性 20分 设备选型合理，接线正确牢固，无错接现象得20分；设备选型不合理扣5分，每出现一处错接扣5分，扣完为止。

参数设置 PID参数与触摸屏配置 20分 PID参数设置合理，触摸屏配置正确得20分；参数设置不合理导致系统无法正常运行扣10 - 20分。

程序编写 PID算法实现与数据交互 20分 程序能够正确实现PID控制算法，触摸屏数据交互正常得20分；程序存在逻辑错误导致功能无法实现扣10 - 20分。

系统调试 参数整定与系统稳定性 20分 能够熟练进行PID参数整定，系统稳态误差≤±1℃/±0.01MPa，超调量≤5%得20分；稳态误差每超过0.5℃/0.005MPa扣2分，超调量每超过2%扣3分，扣完为止。

性能测试与报告撰写 测试完整性与报告质量 20分 性能测试全面，报告内容完整、分析深入得20分；测试不完整扣5分，报告内容不完整或分析不深入扣5 - 10分。

综合实训项目（第23-40天完成）

项目3：模拟量与触摸屏联动实训

具体操作步骤

设备准备：准备PLC、触摸屏、模拟量模块、传感器、导线等设备，检查设备功能是否正常。

通信配置：

按照设备说明书设置PLC与触摸屏的通信参数，包括波特率、数据位、停止位等，确保两者能够正常通信。

在PLC编程软件中配置触摸屏的通信接口，建立数据传输通道。

画面组态：

打开触摸屏组态软件，新建工程，根据实训需求设计监控画面，包括模拟量数据显示界面、参数设置界面、报警提示界面等。

在画面中添加数据显示控件（如数值显示、趋势图），将其与PLC中的模拟量数据变量进行关联。

添加参数设置控件（如输入框、按钮），实现通过触摸屏修改PLC中模拟量相关参数的功能。

程序编写：

编写PLC程序，实现模拟量数据的采集、处理与存储。

编写程序实现触摸屏与PLC之间的实时数据交互，确保触摸屏能够实时显示PLC中的模拟量数据，并且参数修改能够实时生效。

调试运行：

启动PLC与触摸屏，运行程序与组态画面，观察模拟量数据在触摸屏上的显示是否实时、准确。

通过触摸屏修改参数，检查PLC程序中的参数是否相应改变，系统运行是否正常。

测试报警功能，模拟传感器数据超出正常范围的情况，检查触摸屏是否能够及时显示报警信息。

优化完善：根据调试过程中出现的问题，对画面布局、程序逻辑进行优化，提高系统的稳定性与易用性。

实训总结：总结实训过程中遇到的问题与解决方法，撰写模拟量与触摸屏联动实训总结报告。

评分细则

考核项目 考核内容 分值 评分标准

设备准备与通信配置 设备检查与通信参数设置 15分 设备检查仔细，通信参数设置正确，通信正常得15分；设备检查不仔细扣3分，通信参数设置错误导致通信失败扣5 - 10分。

画面组态 界面设计与控件关联 30分 界面布局合理，控件关联正确，功能完善得30分；界面布局不合理扣5分，每出现一处控件关联错误扣5分，扣完为止。

程序编写 数据交互与逻辑实现 25分 程序能够实现模拟量数据的实时交互，逻辑清晰得25分；程序存在逻辑错误导致数据交互异常扣10 - 20分。

调试运行 系统稳定性与功能完整性 20分 系统运行稳定，数据显示实时准确，功能全部正常得20分；数据显示延迟超过2秒扣5分，每出现一项功能异常扣5分，扣完为止。

优化完善与总结报告 问题解决与报告质量 10分 能够有效解决调试中出现的问题，总结报告内容完整得10分；问题解决不彻底扣3分，报告内容不完整扣5分。

项目4：模拟量与变频器联动实训

具体操作步骤

设备选型与检查：选择合适的PLC、变频器、模拟量模块、电动机、传感器等设备，检查设备的型号、规格是否符合实训要求，设备外观与接口是否完好。

硬件接线：

将PLC的模拟量输出模块端子连接到变频器的模拟量输入端子（如变频器的AI1通道）。

将电动机连接到变频器的输出端子，确保接线牢固、相序正确。

完成PLC与变频器的电源线、接地线连接，以及传感器与PLC模拟量输入模块的接线。

参数设置：

在变频器的操作面板上设置相关参数，包括运行模式为模拟量控制、频率给定方式为外部模拟量输入等。

在PLC编程软件中配置模拟量输出模块的参数，设置输出信号的范围（如0 - 10V对应0 - 50Hz的频率）。

程序编写：

编写PLC程序，实现模拟量信号的输出，通过调整输出值控制变频器的输出频率。

编写程序读取传感器的数据（如电动机转速、负载电流），根据数据对变频器的输出频率进行自动调整。

调试运行：

启动PLC与变频器，运行程序，观察电动机的运行情况，通过PLC程序调整模拟量输出值，检查变频器输出频率是否相应变化。

测试电动机在不同频率下的运行稳定性，检查传感器数据的准确性，对程序与参数进行调整。

模拟电动机负载变化的情况，检查PLC程序是否能够根据传感器数据自动调整变频器频率，实现稳定运行。

功能拓展：尝试实现多段速与模拟量结合的控制功能，通过PLC程序切换不同的模拟量输出值，实现电动机的多段速运行。

设备清理与记录：关闭设备电源，拆除接线，清理设备与工具，记录实训过程中的数据与问题，填写实训报告。

评分细则

考核项目 考核内容 分值 评分标准

设备选型与硬件接线 设备选择与接线规范 20分 设备选型合理，接线规范牢固，无错接现象得20分；设备选型不合理扣5分，每出现一处错接扣5分，扣完为止。

参数设置 变频器与PLC参数配置 20分 参数设置正确，变频器能够正常接收模拟量信号得20分；参数设置错误导致变频器无法正常运行扣10 - 20分。

程序编写 模拟量控制与数据读取 25分 程序能够实现模拟量控制变频器频率，准确读取传感器数据得25分；程序存在逻辑错误导致功能无法实现扣10 - 20分。

调试运行 系统稳定性与功能实现 25分 系统运行稳定，电动机转速精度≤±10r/min，能够根据传感器数据自动调整频率得25分；转速精度每超过5r/min扣2分，无法实现自动调整功能扣10 - 15分，扣完为止。

功能拓展与记录 功能拓展情况与报告质量 10分 能够完成多段速与模拟量结合的控制功能，实训报告内容完整得10分；功能拓展未完成扣3分，报告内容不完整扣5分。

项目5：模拟量信号故障诊断实训

具体操作步骤

故障设置：在教师指导下，在模拟量控制系统中设置常见故障，如信号干扰、断线、传感器损坏、模块故障等。

故障排查准备：领取万用表、示波器、信号发生器等工具，熟悉模拟量控制系统的结构与原理，明确故障排查的方法与流程。

故障现象观察：启动系统，观察系统的运行情况，记录故障现象，如模拟量数据显示异常、系统无法正常运行、报警提示等。

故障分析：根据故障现象，结合系统原理，分析可能的故障原因，列出故障排查的步骤与方法。

故障检测：

使用万用表测量模拟量信号的电压、电流值，检查信号是否正常。

使用示波器观察模拟量信号的波形，判断是否存在干扰信号。

检查传感器、模块、接线端子等设备的连接情况与工作状态，排查是否存在断线、损坏等问题。

故障排除：根据检测结果，确定故障点，采取相应的措施进行排除，如更换损坏的传感器、修复断线、调整参数等。

系统验证：排除故障后，启动系统，运行程序，检查系统是否恢复正常运行，模拟量数据是否显示准确。

总结反思：总结故障排查的过程与方法，分析故障产生的原因，撰写故障诊断实训总结报告。

评分细则

考核项目 考核内容 分值 评分标准

故障排查准备 工具领取与原理熟悉 10分 工具领取齐全，熟悉系统原理与排查方法得10分；工具领取不齐全扣3分，原理不熟悉扣5分。

故障现象观察与分析 现象记录与原因分析 20分 故障现象记录详细准确，原因分析合理得20分；现象记录不完整扣5分，原因分析错误扣10 - 15分。

故障检测 检测方法与准确性 30分 检测方法正确，能够准确找到故障点得30分；检测方法错误扣10分，每遗漏一个故障点扣5分，扣完为止。

故障排除 排除措施与效果 20分 排除措施正确有效，系统恢复正常运行得20分；排除措施错误导致故障扩大扣10 - 15分，系统未恢复正常运行扣5 - 10分。

总结反思 报告质量与经验总结 20分 报告内容完整，经验总结深刻得20分；报告内容不完整扣5分，经验总结不深入扣10 - 15分。

高级技师认证项目（第41-45天完成）

项目6：模拟量控制系统设计与论文撰写

具体操作步骤

选题确定：结合工业现场实际需求，确定模拟量控制系统设计的选题，如恒压供水系统、温度控制系统、流量监测系统等。

方案设计：

进行系统需求分析，明确系统的功能要求、性能指标、控制精度等。

设计系统的整体方案，包括设备选型、硬件结构设计、软件编程思路等。

绘制系统原理图、接线图、流程图等设计图纸。

设备采购与搭建：根据设计方案采购所需的设备与材料，搭建模拟量控制系统的硬件平台，完成接线与调试工作。

程序编写与调试：编写PLC程序实现系统的控制功能，进行系统调试，检查系统的运行稳定性与控制精度，对程序与参数进行优化。

论文撰写：

按照高级技师论文的撰写要求，撰写论文的引言、系统设计、程序编写、调试运行、结论等部分。

收集实训过程中的数据与图片，整理到论文中，确保论文内容真实、准确、完整。

对论文进行多次修改与完善，检查论文的格式、逻辑、语言表达等方面是否符合要求。

论文答辩：准备论文答辩的资料，包括PPT、论文副本等，熟悉论文的内容与设计思路。在答辩过程中，清晰、准确地回答评委提出的问题，展示自己的专业知识与技能水平。

评分细则

考核项目 考核内容 分值 评分标准

选题与方案设计 选题合理性与方案完整性 20分 选题结合实际需求，方案设计完整合理，图纸规范得20分；选题不合理扣5分，方案设计不完整扣5 - 10分，图纸不规范扣3分。

设备搭建与程序编写 硬件搭建与程序功能实现 25分 硬件搭建牢固规范，程序能够实现系统的全部功能得25分；硬件搭建存在问题扣5 - 10分，程序存在逻辑错误导致功能无法实现扣10 - 15分。

系统调试 系统稳定性与控制精度 20分 系统运行稳定，控制精度达到设计要求得20分；系统运行不稳定扣5 - 10分，控制精度每超过设计要求的10%扣2分，扣完为止。

论文撰写 论文内容与格式规范 20分 论文内容完整、逻辑清晰、数据真实，格式符合要求得20分；论文内容不完整扣5分，逻辑混乱扣5 - 10分，格式不规范扣3分。

论文答辩 答辩表现与问题回答 15分 答辩准备充分，回答问题准确、流畅得15分；准备不充分扣3分，每答错一个问题扣5分，扣完为止。