电气控制与PLC 教案.docx

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电气控制与PLC教案

电气控制与PLC

教案

编写:

孙平

2004年11月

授课类型（新、旧课）：

旧课

有无教学大纲：

有

理论教学：

56学时

实验教学：

4学时

其它（请注明）：

课程设计1周，20学时

教学目的、教学要求：

教学目的：

电气控制技术内容的学习，达到会分析机械设备电气控制原理，设计简单设备电气控制柜的原理图、接线图。

可编程控制器原理及应用内容的学习，应达到会设计可编程控制器外部电气接线图，会编制PLC应用程序，以及掌握系统的调试运行能力。

教学要求：

在注重理论知识学习的同时，注重设计和制造的工艺过程，注重学生实践能力的培养。

对

教

材

的

整

合

总体说明：

教学单元分为电气技术、数控技术和可编程控制器原理及应用等三部分。

考虑到专科教学的特点，以及国内具体应用情况，选择西门子公司的小型可编程控制器S7-200系列的224型为主要教学对象，以基本指令应用为主，讲解可编程控制器的使用方法。

内容的变动：

电气技术和数控技术部分选用高教出版社2004年12月出版，孙平主编，《电气控制与PLC》。

可编程控制器部分选用高教出版社2003年1月出版，孙平主编，《可编程控制器原理及应用》。

第1讲

绪论、第1章1.1

学时：

2

目的要求：

1、了解电气控制技术的发展概况

2、熟悉本课程的性质与任务

3、了解电磁式电器的结构和原理

主要教学内容：

1、电气控制技术的发展概况

2、本课程的性质与任务

3、电磁式电器的构成：

电磁机构+执行机构+灭弧装置

4、触头系统

结构：

桥式—点接触；面接触

指式—线接触，滚动摩擦试用于大电流。

材料：

黄铜—指式；银铜合金—桥式

5、灭弧系统

用途：

熄灭触头分断负载电流时产生的电弧。

6、灭弧方法：

①机械灭弧法：

利用弹性力、迅速拉长电弧

2缝灭弧法：

分割电弧，并有冷却作用。

如：

纵缝陶土灭弧罩

3栅片灭弧法：

金属栅片分割电弧见图1.1.3

磁吹灭弧法：

电磁吸力的作用下迅速拉长电弧使用于熄灭直流电弧。

教学重点：

电气控制技术的发展概况

电磁式电器的构成及原理

教学难点：

灭弧方法的理解和掌握。

作业题：

1-1、1-2、

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第2讲

第1章1.2、1.3、1.4

学时：

2

目的要求：

认识电接触器、开关类电器中间继电器、电压电流继电器等电器元件的结构、原理、参数、符号、选择方法。

主要教学内容：

1.3低压断路器和低压隔离器

1.3.1低压隔离器（刀开关）

1.3.2组合开关

1.3.3低压断路器又称自动空气开关

1.4继电器

1.4.1中间继电器

1.4.2电流电压继电器

教学重点：

接触器、继电器等电器元件的认识。

教学难点：

各种器件的认识和选择、使用方法

作业题：

1-3、1-4、1-5、1-6、

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第3讲

第1章1.4

学时：

2

目的要求：

认识电接触器、开关类电器中间继电器、电压电流继电器等电器元件的结构、原理、参数、符号、选择方法。

主要教学内容：

1.4继电器

1.4.3时间继电器

1.4.4热继电器

1.4.5速度继电器

1.4.6固态继电器

教学重点：

时间继电器、热继电器元件的结构原理及电气图形符号。

教学难点：

各种器件的认识和选择、使用方法。

作业题：

1-7、1-8、1-9、1-10

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第4讲

第1章1.5、1.6

学时：

2

目的要求：

认识电接触器、开关类电器中间继电器、电压电流继电器等电器元件的结构、原理、参数、符号、选择方法。

主要教学内容：

1.5熔断器

1.6主令电器

1.6.1控制按钮和指示灯

1.6.2位置开关

1.63万能转换开关和主令控制器

1.6.4凸轮控制器

教学重点：

控制按钮、位置开关元件的结构原理及电气图形符号。

教学难点：

各种器件的认识和选择、使用方法

作业题：

1-11、1-12、1-13、1-14、1-15、1-16、1-17、1-18

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第5讲

第1章习题，第2章2.1

学时：

2

目的要求：

1、了解电气控制原理图的绘制规则

2、了解电气控制原理图的读图方法

3、学会分析起停控制电路的原理，并掌握起停电路图的结构。

主要教学内容：

习题1-1~1-18

2.1电气控制线路图的绘制及分析

电气原理图的分类，电气原理图的绘制规则，电气符号画法。

电气原理的读图方法：

1、查线读图法（常用方法）2、逻辑代数法

2.2全压起动及其主要控制环节

2.2.1起停控制

１、手动控制：

（图2.2.1）

２、自动起停控制：

（图2.2.2）

详细讲解电路的设计思想，工作和保护原理。

教学重点：

自动起停控制电路的设计思想，工作和保护原理。

教学难点：

自锁、零压保护的基本概念。

作业题：

2-1、2-2、2-3

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第6讲

第2章2.2

学时：

2

目的要求：

学会分析三相交流异步电动机正、反转控制电路、多地控制、多条件控制等基本控制电路的工作原理，并掌握正、反转控制、点动控制的电路图结构。

主要教学内容：

2.2.2三相交流异步电动机正、反转控制电路

正、反转基本控制电路

按钮连锁正、反转基本控制电路

工作台自动循环控制电路举例

2.2.3三相交流异步电动机的其他典型控制环节

1、点动控制

2、多地控制

3、多条件控制

4、顺序控制

主电路、控制电路等的顺序控制。

教学重点：

正、反转、点动、多地控制电路的设计思想，工作和保护原理。

教学难点：

互锁、点动、多地、多条件控制电路的结构特点。

作业题：

2-4、2-5

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第7讲

第2章2.3

学时：

2

目的要求：

熟记Y-△起动控制电路结构和工作原理，掌握自耦补偿起动和延边三角形降压起动电路工作原理的分析方法。

主要教学内容：

课堂测试

1、正反转控制电路的主电路。

2、起停控制电路的控制电路。

2.3三相交流异步电动机降压起动控制电路

Y-△起动、自耦补偿起动电路。

教学重点：

Y-△起动、自耦补偿起动电路原理图的设计思想和工作原理流程的描述方法。

教学难点：

Y-△起动、自耦补偿起动电路原理图的设计思想。

作业题：

2-6、2-7、2-8

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第8讲

第2章2.3、2.4、2.5

学时：

2

目的要求：

了解各种制动方法的实现电路，以及能耗制动限流电阻的计算原则，掌握能耗和反接制动电路的原理分析。

主要教学内容：

2.3三相交流异步电动机降压起动控制电路

延边三角形起动电路主电路的结构分析。

2.4制动控制电路

主要内容：

机械抱闸制动，能耗制动，反接制动。

2.4.1机械制动

电动抱闸制动（多用于断电制动）、电磁离合器制动电路原理分析。

2.4.2电气制动

能耗制动和反接制动。

2.5变极调速控制线路

2.5.1　双速电机的控制电路

教学重点：

时间控制原则和速度控制原则制动电路的设计思想。

实现各种控制要求的主电路结构设计思想，以及对控制电路的设计要求。

教学难点：

主电路结构设计。

作业题：

2-17

按速度控制原则设计低压直流供电的能耗制动控制电路。

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第9讲

第2章2.5、2.6

学时：

2

目的要求：

掌握绕线式异步电动机的起动（调速）和制动控制电路的分析方法。

主要教学内容：

2.5.2三速电机控制

三速电机定子有2套绕组，1套可作为△接法和YY接法的双速绕组，另1套为Y型接法的中速绕组。

2.6绕线式异步电动机的控制电路

2.6.1起动控制

绕线式异步机常用的起动控制有转子串电阻分级起动和转子串频频变阻器起动。

１、电流原则控制转子串电阻分级起动

2、时间原则控制转子串电阻分级起动

3、转子串频敏变阻器起动控制电路

2.6.2绕线机的能耗制动

1、二级起动过程分析：

2、制动过程分析：

教学重点：

绕线式异步电动机的控制电路，针对绕线电机过流能力弱电路特点，设置过流保护装置，用以实现过流、过载及短路保护等功能。

教学难点：

多速电机定子绕组的结构，绕线电动机启动条件的实现，小容量热继电器和电流表检测电动机定子电流的方法，万能转换开关的能耗制动电路中的应用及原理分析。

作业题：

2-11、2-12、2-13、2-14、2-15

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第10讲

第3章1.2、1.3、1.4

学时：

2

目的要求：

了解液压系统的基本构成和原理，掌握电磁换向阀电磁线圈的驱动和控制方法。

掌握直流电动机启动、正反转、能耗制动电路的分析方法。

主要教学内容：

2.7电液控制技术

1、液压系统基础

2、液压动力滑台

2.8直流电动机（并励）基本控制电路

1、起动控制电路

2、正，反转控制电路（P65图）

3、电动机能耗制动（停车）

教学重点：

了解液压系统的控制方法及电磁铁的驱动要求，重点：

液压系统的基础，电液控制的方法。

直流电动机过流能力差，电动机的各种保护思想与交流电动机有所不同。

重点讲解并励直流电动机的起动，正反转控制电路。

教学难点：

液压部件的认识，液压控制电路的简单设计；设计及分析直流电动机控制电路的方法。

作业题：

2-16

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第11讲

第3章3.1

学时：

2

目的要求：

目的：

通过对车床电气控制系统的分析，为设备安装、调试、维修打下一定基础，本章为前两章知识的综合应用。

要求：

学会分析电动机起动、制动等过程电气控制电路的工作原理，掌握电气原理图的一般绘制规律和知识。

第2章习题

3.1C650卧式车床电气控制电路

3.1.1C650车床电力拖动的控制要求及特点

3.1.2C650车床主电路分析

3.1.3控制电路分析

教学重点：

1、电气原理图的一般绘制规律和知识。

2、正、反双向转动的反接制动经典控制电路的研究。

教学难点：

1、机械装置和电气元件之间的安装位置、相互动作配合的关系。

2、正、反双向转动的反接制动控制电路的原理分析。

作业题：

3-1、3-2、3-3

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第12讲

第3章3.2

学时：

2

目的要求：

通过对摇臂钻床电气控制系统的分析，为设备安装、调试、维修打下一定基础，本章为前两章知识的综合应用。

要求：

学会分析电动机起动、制动等过程电气控制电路的工作原理，掌握电气原理图的一般绘制规律和知识。

3.2摇臂钻床电气控制系统

3.2.1摇臂钻床的主要结构及运动情况

3.2.2摇臂钻床的主电路

3.2.3摇臂钻床控制电路

教学重点：

1、夹紧/放松装置液压原理分析

2、摇臂升降的控制过程。

教学难点：

1、机械装置和电气元件之间的安装位置、相互动作配合的关系。

2、摇臂升降控制过程的电路分析。

作业题：

3-4

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

增加

习题3-4：

用控制流图简述摇臂下降过程电气控制电路的工作原理。

第13讲

第3章3.3

学时：

2

目的要求：

通过对万能铣床电气控制系统的分析，为设备安装、调试、维修打下一定基础，本章为前两章知识的综合应用。

要求：

学会分析电动机起动、制动等过程电气控制电路的工作原理，掌握电气原理图的一般绘制规律和知识。

主要教学内容：

3.3万能铣床电气控制系统

3.3.1XA6132卧式万能铣床简介及控制要求

1、构成

2、主运动

3、控制要求

3.3.2XA6132卧式万能铣床控制线路分析

1、主电路

2、主轴及冷却泵电动机M2、M1控制线路分析

3、工作台进给控制

教学重点：

1、操作手柄控制的设计思路。

2、多地控制、顺序控制应用实例研究。

3、互锁控制的经典电路研究。

教学难点：

升降式工作台四种运动、7个方向的互锁控制电路分析。

作业题：

3-5

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第14讲

第3章3.4

学时：

2

目的要求：

通过对卧式镗床电气控制系统的分析，为设备安装、调试、维修打下一定基础，本章为前两章知识的综合应用。

要求：

学会分析电动机起动、制动等过程电气控制电路的工作原理，掌握电气原理图的一般绘制规律和知识。

主要教学内容：

3.4T68卧式镗床

3.4.1T68卧式镗床简介

1、构成：

床身，前立柱，镗头架，工作台，后立柱，尾架.

2、运动形式

3、控制要求

3.4.2主电路分析

1、主电动机M1（双速电动机）

2、快速移动电动机

3.4.3控制电路分析

1、主电动机起动控制

2、主电动机停车制动

3、互锁功能

4、变速冲动

5、快速移动控制

教学重点：

1、用位置开关做高低速选择，并能够实现高速工作时先低速启动，后高速运行控制电路的设计思想。

2、正反转点动、长动控制经典电路的应用分析。

教学难点：

双速电动机正反转高低速控制电路分析。

作业题：

3-6

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第15讲

第4章1.4

学时：

2

目的要求：

通过对平面磨床电气控制系统的分析，为设备安装、调试、维修打下一定基础，本章为前两章知识的综合应用。

并掌握电气原理图的一般绘制规律和知识。

主要教学内容：

3.5磨床电气控制线路分析

3.5.1M7130平面磨床的主要结构及运动形式

3.5.2电力拖动控制要求

3.5.3M7130型平面磨床电气控制线路分析

1、电动机控制电路

2、电磁吸盘控制电路

教学重点：

电磁吸盘控制电路的工作原理，以及各个电器元件在电路中的作用。

教学难点：

各种接插器件XS的作用，选择转换器件SA1的作用。

作业题：

3-4

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第16讲

第3章3.6

学时：

2

目的要求：

通过对机械、液压组合机床电气控制系统的分析，为设备安装、调试、维修打下一定基础，本章为前两章知识的综合应用。

并掌握电气原理图的一般绘制规律和知识。

主要教学内容：

3.6组合机床电气控制线路分析

3.6.1机械动力滑台控制线路

1主电路介绍

2控制电路分析

1主轴旋转与滑台进给的顺序控制要求

2②自动循环控制

3.6.2组合机床控制举例—卧式双面扩孔组合机床

1、控制要求

机床构成：

两个带主轴旋转的液压动力滑台（即为动力头）+液压固定夹具。

2、控制电路分析

教学重点：

机械动力滑台自动加工循环控制。

两个液压动力滑台，同时实现左、右动力滑台快进，自动加工循环控制。

教学难点：

三个液压油缸分别控制左、右滑台进退及工件夹紧的液压原理分析。

快进、工进的转换由液压行程阀控制的原理分析。

作业题：

3-7

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第17讲

第3章3.7

学时：

目的要求：

通过对桥式起重机电气控制系统的分析，为设备安装、调试、维修打下一定基础，本章为前两章知识的综合应用。

并掌握电气原理图的一般绘制规律和知识。

主要教学内容：

3.7桥式起重机电气控制系统

3.7.1桥式起重机主要技术参数

3.7.2电力拖动要求

3.7.310t桥式起重机典型电路分析

1、主电路介绍

2、卷扬机（主钩）主电路分析

1主钩提升运动

2主钩下放

3、大、小车驱动

4、控制与保护电路

5、桥式控制的发展方向

教学重点：

凸轮控制器控制电路分析，桥式起重机电路保护和安全保护措施的分析。

教学难点：

凸轮控制器在控制和保护电路中的应用。

线号L22和L2之间的等电位关系。

作业题：

3-8、3-9、3-10

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第18讲

第4章4.1、4.2、4.3

学时：

2

目的要求：

通过实际应用举例和练习，掌握电气原理图的设计方法和规律，

掌握电气接线图和互连图的绘制方法方法。

主要教学内容：

第4章控制系统设计

4.1设计原则和内容

4.1.1设计原则

4.1.2电气设计的基本内容

4.2电气原理图的设计

4.2.1电气设计的一般规律

4.2.2电气控制原理设计方法

4.3基本导线二维标注法电气接线图设计

4.3.1电气接线图的绘制和互连图的绘制方法

4.3.2工艺设计应用举例

教学重点：

电气原理图的设计方法。

电气接线图的设计方法。

教学难点：

电气原理图的设计方法和规律的掌握。

电气接线图和互连图的绘制方法。

工艺设计要求分析

作业题：

4-1~4-12、增加电动机两地控制的接线图。

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第19讲

PLC第1章、第2章

学时：

2

目的要求：

认识电接触器、开关类电器中间继电器、电压电流继电器等电器元件的结构、原理、参数、符号、选择方法。

主要教学内容：

第1章可编程控制器概述

1.1可编程控制器的产生

1.2可编程控制器的定义

1.3可编程控制器控制功能及主要特点

1.4可编程控制器的分类及发展

第2章可编程控制器构成原理

2.1可编程控制器的基本组成

2.1.1可编程控制器主机

2.1.2软件系统

2.2可编程控制器的工作原理

2.2.1工作过程

2.2.2技术性能指标

教学重点：

可编程控制器的基本组成，五大组成部分的识记。

可编程控制器的工作原理的了解。

教学难点：

对可编程控制器的认识。

作业题：

1-2、1-4、1-6、2-3、2-5

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第20讲

PLC第3章1.5、1.6

学时：

2

目的要求：

掌握CPU224型PLC的外形结构以及S7-200寻址方式。

主要教学内容：

第3章S7-200可编程控制器

3.1.1CPU224型PLC的结构

3.1.2扫描周期及工作方式

3.2S7-200系列PLC内部元器件

3.2.1数据存储类型及寻址方式

1.数据存储器的分配

2.数值表示方法

3.S7-200寻址方式

教学重点：

CPU224型PLC的外形结构，数据存储类型，以及S7-200寻址方式。

教学难点：

S7-200寻址方式

作业题：

3-18

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第21讲

PLC第4章4.1、4.3、5.1

学时：

2

目的要求：

了解STEP7-Micro/WIN32编程软件的安装，以及用户程序的建立调试、运行、监视过程简介。

掌握基本位操作、取非和空操作等指令的格式及功能。

主要教学内容：

4.1SIMATICS7-200编程软件

4.1.1STEP7-Micro/WIN32软件

4.1.2编程软件的安装

4.1.3建立S7-200CPU的通讯

5.1基本逻辑指令

5.1.1基本位操作指令

5.1.2取非和空操作指令

教学重点：

基本位操作、取非和空操作、置位／复位指令等指令的格式及功能。

教学难点：

（1）PLCI/O端点的分配方法。

（2）输出继电器的使用方法。

（3）梯形图程序绘制方法。

（4）梯形图网络段结构。

作业题：

4-3、5-1、5-2、5-3

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第22讲

PLC第4、5章4.2、5.1

学时：

2

目的要求：

了解STEP7-Micro/WIN32编程软件的安装，以及用户程序的建立、调试、运行、监视。

掌握置位／复位指令的格式及功能，掌握定时器的分类方法和工作原理。

主要教学内容：

4.2STEP7-Micro/WIN32软件介绍

4.2.1STEP7软件的基本功能

4.2.2STEP7-Micro/WIN32窗口组件及功能

4.2.3系统模块的设置原理及系统块配置（CPU组态）方法

4.3程序编制及运行

4.3.1建立项目（用户程序）

4.3.2梯形图编辑器

4.3.3程序的监视、运行、调试及其他

5.1基本逻辑指令

5.1.3置位／复位指令

5.1.5定时器

教学重点：

STEP7-Micro/WIN32编程软件的使用，用户程序的建立过程、编辑、编译、及注释。

教学难点：

定时器的分类方法和工作原理。

作业题：

4-1、4-2、4-5、4-6、4-7

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学

备注：

第23讲

PLC第5章5.1

学时：

2

目的要求：

熟悉定时器、计数器的指令格式，理解指令功能，学会指令应用。

。

主要教学内容：

5.1.5定时器

4.工作原理分析

（1）通电延时型（TON）

（2）有记忆通电延时型（TONR）（3）断电延时型（TOF）

5.通电延时定时器应用分析示例

5.1.6计数器指令

（1）增计数指令（CTU）

（2）增／减计数指令（CTUD）

（3）减计数指令（CTD）

5.1.7比较指令

教学重点：

定时器、计数器的工作原理。

教学难点：

定时器、计数器的时序分析。

作业题：

5-3、5-4、5-5

教学形式与教学手段（传统、多媒体或其他，若是其他方式请注明）：

多媒体课件教学或传统教学。

备注：

第24讲

PLC第5章