《电气控制与PLC技术》电子教案.docx
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《电气控制与PLC技术》电子教案
云南省曲靖应用技术学校
国家中等职业教育改革发展示范学校建设
机电设备安装与维修专业
《电气控制与PLC技术》电子教案
云南省曲靖应用技术学校
2014年7月
项目一认识低压电器
项目名称
项目一认识低压电器
总课时
授课对象
授课班级
授课时间
授课类型
授课地点
任务名称
任务一认识电力拖动系统点
分课时
教学目标
知识目标
1．认识电力拖动系统
2．控制系统组成
3．电气控制技术发展概况
4.了解电力拖动的概念，电力拖动的组成、分类、发展
技能目标
电气原理图的识图能力
教学重难点
重点
控制系统的组成及电气控制技术发展概况
难点
控制系统的组成
教学方法
总体方法
项目教学法
具体方法
讲述法、小组学习法
教具准备
PLC电气操作实训平台、FX2N-48MR机型PLC面板外形图、投影仪等
课前准备
了解PLC实训室的规章制度等
教学过程
教学流程
教学内容
教师活动
学生活动
任务引入
当前PLC控制系统应用十分普遍，已经成为实现工业自动化的主要手段。
但是，一方面，我国当前的情况，继电接触器控制系统仍然是机械设备最常用的电气控制方式。
另一方面，PLC是计算机技术与继电接触器控制技术相结合的产物，而且PLC的输入、输出仍然与低压电器密切相关，因此掌握继电接触器控制技术也是学习和掌握PLC应用技术所必需的基础。
讲解该任务的目的
仔细聆听
任务分析
本任务首先了解控制系统的组成，之后就电气控制技术的发展概况进行讲解。
指导并回答学生的提问
学生讨论，分析该任务要何如完成
知识学习
知识点1控制系统一个最简单而“原始”例子
图1拖动系统
实际中，因为加工机械对产品的加工，往往不是简单地接通和断开电源，其中包含了一定的时间、位置等因素的协调配合。
为了达到以上要求，对电动机的控制，实际上是根据加工要求，由一系列的电器元件按照一定控制逻辑关系组合在一起，对电源的通断及电动机定子绕组的联接方式进行控制，以改变电动机的运行状态。
由继电器、接触器等电器元件构成的、实现对电动机的控制，这种控制系统称为继电器-接触器控制系统，如图1（b）所示，继电器控制系统在传统的工业生产中曾起着不可替代的重要作用，继电接触器控制电路通常是针对着某一固定的动作顺序或生产工艺而设计的。
它的控制功能也仅仅只局限于逻辑控制、定时、计数等这样一些简单的控制，一旦动作顺序或生产工艺发生变化，就必须进行重新设计、布线、装配和调试。
随着生产规模的逐步扩大，市场经济竞争日趋激烈，继电接触器控制系统已愈来愈难以适应，无法满足日新月异且竞争激烈的市场经济发展的需要。
这就迫使人们要放弃原来己占统治地位的继电接触器控制系统，研制可以替代继电器控制系统的新型的工业控制系统。
知识点2继电器-接触器构成框图如图1-2所示
PLC作为控制器的PLC控制系统从根本上改变了传统的继电器控制系统的工作原理和方式。
继电器控制系统的控制功能是通过采用硬件接线的方式来实现的，而PLC控制系统的控制功能是通过存储程序来实现的，继电器控制系统的控制线路被PLC中的程序所替代，这样一旦生产工艺发生变化，就只需修改程序就可以了。
PLC控制系统除了可以完成传统继电器控制系统所具有的全部功能外，还可以实现模拟量控制、开环或闭环过程控制，甚至多级分布式控制。
随着微电子技术的进二步发展，PLC成本也在降低，传统的继电器控制系统被PLC控制系统所代替己是发展的必然趋势。
知识点3PLC控制系统构成框图如下图所示
老师运用PPT讲授，并在讲授过程中提问。
回答老师的提问。
计划决策
给出解决任务的方案
指导并回答学生的提问
分组，指定小组长，讨论并给出任务解决方案
任务实施
1、了解并掌握凌志系统的组成。
2、查看各种类型的PLC实物图，能说出其具体的名称。
3、能够识别电气原理图
提出任务，指导并聆听学生的阐述。
分小组讨论、每个组派指派不同的代表来阐述电力拖动系统，识别电气原理图
实施反馈
【总结与思考】
1、总结
通过电动机作为动力来源，实现对生产机械的拖动，称为电力拖动。
拖动系统主要包括动力部分、动力传递部分和生产加工机械三个部分。
拖动方式有成组拖动方式、单电机拖动和多电机拖动方式。
继电器-接触器控制系统是采用一系列的电气元件按一定逻辑构成的、满足一定控制要求的控制方式，这种控制方式特点是“有触点”控制，电路控制逻辑是通过接线实现，如此，一方面，控制系统的可靠性不高，系统冗杂庞大，另外一方面，控制要求发生改变，通过改变控制线路的结构、接线实现改变控制逻辑，难度大，时间长。
PLC控制系统是采用PLC通过程序的形式实现电路的控制逻辑，是“无触点”控制，可靠性大为提高，且当控制要求发生改变时，主要通过更改PLC中的程序来完成，时间短、效率高，实现起来也方便快捷。
2、思考
请读者举出生活中例见到的拖动系统实例，简要分析说明一下它的三大组成部分分别是什么？
根据学生的阐述情况给出教师评分，并根据学生自评和小组互评价给出学生的综合成绩。
进行学生自评和小组互评。
任务名称
任务二认识低压电器及电气线路图
分课时
教学目标
知识目标
1.电气的基本知识及电磁机构原理
2.触头系统、灭弧装置、电动机解百纳控制线路图的绘制
技能目标
掌握电动机定子绕组接线技能
教学重难点
重点
电器的基本知识
难点
电动机基本控制线路的绘制
教学方法
总体方法
项目教学法
具体方法
讲述法、小组讨论发、示范教学法
教具准备
课前准备
教学过程
教学流程
教学内容
教师活动
学生活动
任务引入
在我国经济建设事业和人民生活中，电能的应用越来越广泛。
实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，就更离不开电气化。
为了安全、可靠地使用电能，电路中就必须装有各种起调节、分配、控制和保护作用的电气设备。
这些电气设备统称为电器。
从生产或使用的角度，可分为高压电器和低压电器两大类。
随着科学技术和生产的发展，电器的种类不断增多，用量非常大，用途极为广泛。
讲解该任务的目的
仔细聆听
任务分析
本任务主要认识一下电气控制领域中常用低压电器的工作原理、用途、型号、规格及符号等知识，学会正确选择和合理使用常用电器，为后继章节的学习打下基础。
指导并回答学生的提问
学生讨论，分析该任务要何如完成
知识点介绍
知识点1一、电器的分类
1．按工作电压等级分类
（1）高压电器用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上电路中的电器。
例如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。
（2）低压电器用于交流50Hz（或60Hz），额定电压为1200V以下；直流额定电压1500V及以下的电路中的电器。
例如接触器、继电器等。
2．按动作原理分类
（1）手动电器用手或依靠机械力进行操作的电器，如手动开关、控制按钮、行程开关等主令电器。
（2）自动电器借助于电磁力或某个物理量的变化自动进行操作的电器，如接触器、各种类型的继电器、电磁阀等。
3．按用途分类
（1）控制电器用于各种控制电路和控制系统的电器，例如接触器、继电器、电动机起动器等。
（2）主令电器用于自动控制系统中发送动作指令的电器，例如按钮、行程开关、万能转换开关等。
（3）保护电器用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。
（4）执行电器指用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。
（5）配电电器用于电能的输送和分配的电器，例如高压断路器、隔离开关、刀开关、自动空气开关等。
4．按工作原理分类
（1）电磁式电器依据电磁感应原理来工作，如接触器、各种类型的电磁式继电器等。
（2）非电量控制电器依靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、温度继电器等。
知识点2二、低压电器的作用
1、控制作用如电梯的上下移动、快慢速自动切换与自动停层等；
2、保护作用能根据设备的特点，对设备、环境、以及人身实行自动保护，如电机的过热保护、电网的短路保护、漏电保护等；
3、测量作用利用仪表及与之相适应的电器，对设备，电网或其它非电参数进行测量，如电流、电压、功率、转速、温度、湿度等；
4、调节作用低压电器可对一些电量和非电量进行调整，以满足用户的要求，如柴油机油门的调整、房间温湿度的调节、照度的自动调节等；
5、指示作用利用低压电器的控制、保护等功能，检测出设备运行状况与电气电路工作情况，如绝缘监测、保护掉牌指示等；
6、转换作用在用电设备之间转换或对低压电器、控制电路分时投入运行，以实现功能切换，如励磁装置手动与自动的转换，供电的市电与自备电的切换等。
知识点3三、常见的低压电器的主要种类及用途
序号
类别
主要品种
用途
1
断路器
塑料外壳式断路器
主要用于电路的过负荷保护、短路、欠电压、漏电压保护，也可用于不频繁接通和断开的电路
框架式断路器
限流式断路器
漏电保护式断路器
直流快速断路器
2
刀开关
开关板用刀开关
主要用于电路的隔离，有时也能分断负荷
负荷开关
熔断器式刀开关
3
转换开关
组合开关
主要用于电源切换，也可用于负荷通断或电路的切换
换向开关
4
主令电器
按钮
主要用于发布命令或程序控制
限位开关
微动开关
接近开关
万能转换开关
5
接触器
交流接触器
主要用于远距离频繁控制负荷，切断带负荷电路
直流接触器
6
起动器
磁力起动器
主要用于电动机的起动
星三角动器
自耦减压起动器
7
控制器
凸轮控制器
主要用于控制回路的切换
平面控制器
8
继电器
电流继电器
主要用于控制电路中，将被控量转换成控制电路所需电量或开关信号
电压继电器
时间继电器
中间继电器
温度继电器
热继电器
9
熔断器
有填料熔断器
主要用于电路短路保护，也用于电路的过载保护
无填料熔断器
半封闭插入式熔断器
快速熔断器
自复熔断器
10
电磁铁
制动电磁铁
主要用于起重、牵引、制动等地方
起重电磁铁
牵引电磁铁
知识点4四、电磁机构原理
电磁机构是电器元件的感受部件，它的作用是将电磁能转换成为机械能并带动触点闭合或断开。
电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁组成，其结构形式按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式。
如1-4和图1-5示分别是直动式和拍合式电磁机构的常用结构形式。
知识点5五、触头系统
触头系统属于执行部件。
它的作用是通过触点的开、闭来通、断电路的。
触头按功能可分为：
主触头和辅助触头。
主触头用于接通和分断主电路；辅助触头用于接通和分断二次电路，还能起互锁和联锁作用。
按形状可分为：
桥式触头和指形触头。
桥式触头又分为点接触桥式触头和面接触桥式触头，如图1-7所示。
触头按位置可分为：
静触头和动触头。
静触头固定不动，动触头能由联杆带着移动。
触头按其初始位置可分为：
常闭触头和常开触头。
常闭触头（又称动断触头）——常态时动、静触头是相互闭合的。
常开触头（又称动合触头）——常态时动、静触头是分开的。
所谓常态是指在不受外力、不通电时触头的状态。
知识点6六、灭弧装置
电弧：
是指触头在闭合和断开（包括熔体在熔断时）的瞬间，都会在触头间隙中由电子流产生弧状的火花，这种由电气原因造成的火花称为电弧。
电弧的危害：
1、使电路仍然保持导通状态，延迟了电路的开断。
2、会烧损触点，缩短电器的使用寿命。
灭弧措施：
常用的灭弧措施有机械性拉长电弧、双触点灭弧、磁吹灭弧、纵缝灭弧、金属栅片灭弧、纵缝陶土灭弧罩等
知识点7七、电动机基本控制线路图的绘制
电气控制系统是由诸多电气元件按照一定要求连接而成的系统。
为了表示生产机械电气控制系统的结构和原理等设计意图，同时也为了便于电气系统的安装、调试、使用和维修，需要将电气控制系统中各电气元件用一定的图形表示出来，该图形即是电气控制系统图。
电器控制线路的表示方法有：
电气原理图、电气接线图、电器布置图。
老师运用PPT讲授，并在讲授过程中提问。
回答老师的提问。
计划决策
给出解决任务的方案
指导并回答学生的提问
分组，指定小组长，讨论并给出任务解决方案
任务实施
1.任务描述
电气原理图
电器布置图
电动机基本控制线路的安装，一般应按以下步骤进行:
（1）识读电气原理图，明确线路所用电器元件及其作用，熟悉线路的工作原理。
（2）根据电气原理图或元件明细表配齐电器元件，并进行检验。
（3）根据电器元件选配安装工具和控制板。
（4）根据电路图绘制电器布置图和电气接线图，然后按要求在控制板上固装电器元件（电动机除外），并贴上醒目的文字符号。
（5）根据电动机容量选配主电路导线的截面。
控制电路导线一般采用截面为1mm2的铜芯线（BVR）；按钮线一般采用截面为0.75mm2的铜芯线（BVR）；接地线一般采用截面不小于1.5mm2的铜芯线（BVR）。
（6）根据接线图布线，同时将剥去绝缘层的两端线头套上标有与电路图相一致编号的编码套管。
（7）安装电动机。
（8）连接电动机和所有电器元件金属外壳的保护接地线。
（9）连接电源、电动机等控制板外部的导线。
（10）自检。
（11）交验。
（12）通电试车。
结合PPT讲解电气的基本知识及电磁机构原理，触头系统、灭弧装置、电动机解百纳控制线路图的绘制。
讲解电动机定子绕组接线操作流程。
教师在学生动手过程中给予指导，并全程观看学生动手的情况和学习态度，给后期的任务评价打分做基础。
先了解电气的基本知识及电磁机构原理，触头系统、灭弧装置、电动机解百纳控制线路图的绘制。
之后实际操作电动机定子绕组接线。
小组讨论或者向老师寻求帮助，直到小组的每个成员都能够独立完成任务的操作。
操作完成后，整理实验平台。
实施反馈
【总结与思考】
1、总结
低压电器通常指工作在交1200V、直流电压1500V以下的电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气设备。
电磁式继电器（及接触器）的基本工作原理是通过线圈通电，产生磁场（磁通通过铁芯及衔铁构成的磁路），形成电磁吸力，带动触点接通和断开的。
其主要构成有铁芯及衔铁构成的磁路、线圈（有电压、电流线圈之分）和触头系统。
电器控制线路的表示方法有：
电气原理图、电气接线图、电器布置图。
电气控制线路图要遵守相关的规范。
2、思考
（1）当继电器通上电后，其常开触点就变为常闭触点，而常闭触点就变为常开触点，这种说法对吗？
（2）一台电动机名牌上标有“380/220，Y/△”，请你说明其表示的含义？
（3）一台三相鼠笼异步电动机正转时的电源电源相序为U→V→W，下面哪些相序可以改变其旋转方向？
①W→U→V；②V→W→U；③V→U→W；④U→W→V；⑤W→V→U
观看学生的展示成果，并记录各个小组的阐述情况，做总结发言。
各个小组展示自己的作品，并阐述决策方案和操作过程。
项目二常用电动机控制线路装调
项目名称
项目二常用电动机控制线路装调
总课时
授课对象
授课班级
授课时间
授课类型
授课地点
任务名称
任务一小容量电动机直接起动控制线路安装调试
分课时
教学目标
知识目标
1.认识关联电气元件
2.组合开关的拆装技能
3.小容量电动机直接起动控制线路安装调试
技能目标
能够熟练识读电气原理图并进行装配
教学重难点
重点
掌握控制线路安装的基本方法和要求及相关工具、仪表的使用
难点
刀开光、组合开光及熔断器的结构、作用、原理及安装使用要点。
教学方法
总体方法
项目教学法
具体方法
讲述法、小组学习法
教具准备
常见按钮实物图、常见行程开关实物图、常见传感器实物图、投影仪等
课前准备
了解PLC的相关知识、硬件系统等
教学过程
教学流程
教学内容
教师活动
学生活动
任务引入
普通刀开关是一种结构最简单且应用最广泛的手控低压电器。
一般用于不频繁操作的低压电路中，用作接通和切断电源，或用来将电路与电源隔离，有时也用来控制小容量电动机（≤7.5kw）的直接起动与停机。
（适用于照明、电热设备及小容量电动机控制线路中，并起短路保护）。
任务分析
本任务主要介绍刀开关、组合开关及熔断器的结构、作用、原理及安装使用要点。
从组合开关的拆装和小容量电动机直接起动安装调试入手，掌握相关工具和仪表的使用及控制线路安装的基本方法和要求。
指导并回答学生的提问
学生讨论，分析该任务要何如完成
知识点介绍
知识点1一、认识关联电气元件
1、刀开光
刀开关安装和使用要注意：
（1）垂直安装且合闸状态时手柄应朝上。
（垂直安装时，手柄向上合为接通电源，向下拉为切断电源。
不允许反装或平装，以防发生误合闸事故，若反装手柄会因为闸刀松动自然落下而误将电源接通。
一般与熔断器串联使用作短路和过载保护）
（2）电源进线接在静触头的端子上，负荷线接在与闸刀相连的动触头的端子上。
（这样开关断开后闸刀和熔体上都不会带电）。
刀开关选择时应考虑以下两个方面：
（1）刀开关结构形式的选择应根据刀开关的作用和装置的安装形式来选择如是否带灭弧装置，若分断负载电流时，应选择带灭弧装置的刀开关。
根据装置的安装形式来选择，是否是正面、背面或侧面操作形式，是直接操作还是杠杆传动，是板前接线还是板后接线的结构形式。
（2）刀开关的额定电流的选择一般应等于或大于所分断电路中各个负载额定电流的总和。
对于电动机负载，应考虑其起动电流，所以应选用额定电流大一级的刀开关。
若再考虑电路出现的短路电流，还应选用额定电流更大一级的刀开关。
2、组合开关
组合开关实质上是一种特殊的刀开关，只不过一般刀开关的操作手柄是在垂直安装面的平面内向上或向下转动，而组合开关的操作手柄则是平行于安装面的平面内向左或向右转动而已。
组合开关多用在机床电气控制线路中，作为电源的引入开关，也可以用作不频繁地接通和断开电路、换接电源和负载以及控制5KW以下的小容量电动机的正反转和星三角起动等。
组合开关的结构如图2-3所示。
组合开关的图形和文字符号如图2-4所示。
图2-3组合开关的结构图
图2-4组合开关的图形、文字符号、规格型号
3、常用的熔断器
（1）熔断器的作用
熔断器是一种简单而有效的保护电器。
在电路中主要起短路保护作用。
熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管（绝缘座）组成。
使用时，熔体串接于被保护的电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬时熔断而分断电路，起到保护作用。
熔断器的种类有瓷插式、螺旋式、密闭管式等。
其中瓷插式熔断器常用于380V及以下电压等级的线路末端，作为配电支线或电气设备的短路保护用；螺旋式熔断器分断电流较大，可用于电压等级500V及其以下、电流等级200A以下的电路中，作短路保护。
（2）熔断器的选择
1）熔断器的安秒特性：
熔断器的动作是靠熔体的熔断来实现的，当电流较大时，熔体熔断所需的时间就较短。
而电流较小时，熔体熔断所需用的时间就较长，甚至不会熔断。
因此对熔体来说，其动作电流和动作时间特性即熔断器的安秒特性，为反时限特性。
2）熔断器的选择主要依据负载的保护特性和短路电流的大小选择熔断器的类型。
对于容量小的电动机和照明支线，常采用熔断器作为过载及短路保护，因而希望熔体的熔化系数适当小些。
通常选用铅锡合金熔体的RQA系列熔断器。
对于较大容量的电动机和照明干线，则应着重考虑短路保护和分断能力。
通常选用具有较高分断能力的RM10和RL1系列的熔断器；当短路电流很大时，宜采用具有限流作用的RT0和RTl2系列的熔断器。
3）熔断器的级间配合为防止发生越级熔断、扩大事故范围，上、下级（即供电干、支线）线路的熔断器间应有良好配合。
选用时，应使上级（供电干线）熔断器的熔体额定电流比下级（供电支线）的大1～2个级差。
4、全压起动与降压起动
三相笼式异步电动机的起动方法有直接起动和降压起动两种方法。
在电源容量足够大时，小容量（7.5KW以下）笼式电动机可直接起动。
直接起动的优点是电气设备少，线路简单。
缺点是起动电流大，引起供电系统电压波动，干扰其它用电设备的正常工作。
对于大容量（7.5KW以上）的异步电动机，由于起动电流较大。
一般要采取降压起动的方法起动。
笼式异步电动机降压起动的方法有定子串电阻起动、定子串自耦变压器起动、定子Y-△降压起动等。
三相绕线式异步电动机的起动方法有转子串电阻起动和转子串频敏变阻器起动两种方法。
知识点2二、组合开关的拆装技能
以HZ10-10/3型组合开关为例，简单介绍其拆装过程：
（1）松去手柄螺丝，取下手柄。
（2）松去两边的紧固螺丝，取下盖板。
（3）仔细观察转轴上的弹簧和凸轮的位置关系，然后取下转轴。
（4）取出凸轮，抽出绝缘杆。
（5）取出导板、滑板。
（6）依次取出三层的动、静触片和绝缘垫板，注意观察三层动静触点的位置。
（7）从底板上旋下两边的支架。
拆完后，各部件如图2-8所示。
装配时按拆卸的逆序进行装配。
在装配的过程中，要注意以下几点：
（1）装配动、静触片时，一定要让每一层都处于导通位置。
（2）插入绝缘杆时一定要和手柄位置配合好，否则开关导通和断开时，其手柄位置会颠倒。
（3）安装转轴和弹簧时，弹簧和凸轮的位置一定要配合好，否则弹簧将失去贮能作用，开关将不能准确定位。
按上述拆装步骤，在教师的指导下完成拆装任务。
装配完成后，用万用表检查开关是否正常。
知识点3三、小容量电动机直接起动控制线路安装调试
1、电路原理分析
如图2-9所示，电路的工作原理是：
（1）合上电源开关QS，电动机接通电源，电动机起动；
（2）断开QS，电动机断开电源，电动机断电停转。
1.传感器分为光电传感
（a）直接起动控制实物图（b）直接起动控制线路原理图
图2-9小容量电动机直接起动
2、安装调试
（1）按图2-9所示电路准备元件，检查元件是否完好。
（2）绘制安装布置图。
（3）元件安装。
（4）电路接线。
注意：
电动机接线电动机定子绕组的联接方式；所有接线必须在不带电的情况下完成。
（5）检查电路连接，确认电路接线无误。
（6）经指导教师检查认可后，在教师监护指导下通电试车。
（7）通电运行完毕，切断电源总开关，拆除元件和连线。
老师运用PPT讲授，并在讲授过程中提问。
回答老师的提问。
计划决策
给出解决任务的方案
指导并回答学生的提问
分组，指定小组长，讨论并给出任务解决方案
任务实施
1.任务描述
1）了解各任务相关联的低压电器的结构、作用、工作原理及其符号。
2）掌握三相异步电动机基本控制线路的工作原理
3）能够熟练识读电气原理图并进行装配，选择符合要求的低压电器，能够根据电路控制要求，绘制典型控制线路原理图并进行装
提出任务，指导并聆听学生的阐述。
分小组讨论、每个组指定不同的代表根据按钮、行程开关、传感器实物图来说出具体的名称及其工作原理和应用场合。
任务反馈
【总结与思考】
1、总结：
本任务主要介绍了刀开关、组合开关及熔断器的结构、作用、原理及安装使用要点。
技能部分从组合开关的拆装和小容量电动机直接起动安装调试两个任务入手，让学生掌握相关工具和仪表的使用，掌握控制线路安装的基本方法和
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