電氣控制與PLC教案

教案

教學單位機電工程學院

課程名稱電氣控制與PLC

授課教師_______________________________

授課班級級機械設計及其自動化—

教學設計

課程全程貫穿教學做相結(jié)合的教學理論，課堂上講解與演示相結(jié)合，“我教”與

“你做”相結(jié)合，在講解、演示某一模塊的基礎知識和操作方法后，讓學生自己做一

遍，并加以總結(jié)；在此基礎上，提出進一步要求，讓學生獨立完成后續(xù)的調(diào)試過程，

老師再予以總結(jié)提煉，如此不斷反復循環(huán)，層層遞進，改“抱著走”為“拉著走”直

至“自己走”，充分調(diào)動學生自主學習的積極性。

全書配有四個綜合實訓項目，以項目教學法為中心，主要培養(yǎng)自主學習能力、職

業(yè)能力、團結(jié)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。選擇中小規(guī)模的實際工程項目案例作為設計任務,

全班學生分成若干組，將自主策劃、任務分解、“教、學、做”和總結(jié)有機結(jié)合。在

實施過程中，盡量模擬企業(yè)真實工作環(huán)境和氛圍，使學生在校就感受到企業(yè)的真實情

況，體驗到企業(yè)的氛圍，更好地學以致用。

模塊一常用低壓電器

一、教學目標

1.知識目標：熟悉常用低壓電器的結(jié)構(gòu)、工作原理、用途及主要參數(shù)

2.能力目標：能正確選用、安裝、檢測和維修常用低壓電器。

二、教學內(nèi)容

1.低壓電器的基本知識

2.接觸器

3.繼電器

4.熔斷器

5.斷路器

6.主令電器

三、教學重點和難點

重點：每種電器作用、結(jié)構(gòu)、工作原理。

難點：保護電器和控制電器的使用

四、教學方法與手段

本模塊主要介紹常用的開關電器、主令電器、接觸器、繼電器、斷路器、熔斷器

的作用、結(jié)構(gòu)、工作原理、主要參數(shù)及圖形符號。適合采用多媒體教學和理實一體化

教學，用實物圖片來演示低壓電氣及其圖形符號，并在課堂上展示實物，采用“演示

法”這種形象直觀的教學手段和方法，設法提高學生學習的積極性和主動性，使其對

本模塊介紹的電器留下深刻的印象。

根據(jù)教學要求，突出重點，突破難點，運用行動導向教學中的案例、啟發(fā)式、大

腦風暴法等教學方法，方法具體應用舉例如下：

(1)了解電器的結(jié)構(gòu)，如了解接觸器，運用實物講解，通過對接觸器進行拆裝，并

利用攝像投影圖片，再要求學生把拆下的零件與圖片進行對照，并說出它們的名稱，

加深了印象，這樣就可以快速記住接觸器，根本不用死記硬背。

(2)理解電器的工作原理，取一個CJ10-20/380V的接觸器，把接觸器的線圈兩

端加上電壓，此時立刻聽到“啪”的一聲，接觸器銜鐵被吸合，帶動觸點動作；一斷

開電源，又“啪”的一聲，接觸器觸點很快復位，關鍵是讓學生仔細觀察剛才接觸器

的動作順序，然后用貼切的話描述出接觸器的動作過程，工作原理就很自然地寫出來

了。

(3)掌握圖形符號、文字代號，是為模塊二學習控制線路打下基礎，必須在課堂

內(nèi)要掌握。了解電器的主要技術(shù)參數(shù)，進行對低壓電器的選用，這是本章的關鍵點，

要求學生必須掌握的內(nèi)容，也是學生解決實際問題的能力反映。

(4)實訓教學一一低壓電器的拆裝。首先進行現(xiàn)場教學：組織學生到校內(nèi)機加工

車間進行現(xiàn)場觀摩，通過現(xiàn)場操作和觀摩實際電控柜，讓學生進行體驗性學習，對電

控柜內(nèi)的元器件外形、安裝、布線及機電結(jié)合留下深刻印象，有助于學生理解本課程

的理論知識和技術(shù)應用，開闊了眼界，感受真實的職業(yè)環(huán)境。然后回到低壓電器拆裝

實訓室，通過邊講邊做、講練結(jié)合的方式，將理論與操作有機結(jié)合。在講練過程中，

以電氣安裝、檢測、維修崗位技術(shù)員的角色進行情境體驗。

五、學習方法

在學習本模塊時?，在對各種低壓電氣有感性認識后，應著重了解每種電氣的作用、

結(jié)構(gòu)和原理，并了解其常見故障及處理方法。宜采用“操作實踐法”的學習方法，在

相關實訓課中鞏固所學內(nèi)容。

六、授課程序

通過實際工程案例（水塔供水的控制）引入相關實踐性知識一一元器件介紹。

首先講解低壓電氣的基本知識，然后用多媒體或?qū)嵨镏饌€演示各種常用低壓電氣的圖

形，演示的同時講解其作用、結(jié)構(gòu)和原理，使學生熟練掌握所將知識，最后布置作業(yè)

題使學生鞏固本模塊內(nèi)容。

教案

?模塊--1

1.低壓電器的基本知識2（理論）+2

課題授課時數(shù)

2.接觸器（實踐）

1.了解低壓電器的基本知識

教學目標2.能熟練掌握接觸器的功能、符號、常用型號、技術(shù)參數(shù)及

其使用方法

教學重點接觸器的功能、符號及其使用方法

教學難點接觸器的技術(shù)參數(shù)、交流接觸器的短路環(huán)

案例、啟發(fā)互動式等教學方法

教學方法

理實一體化教學，邊講邊做、講練結(jié)合

教學手段多媒體課件；器件展示：接觸器；現(xiàn)場觀摩

教學過程：

內(nèi)容案例引入：水塔供水的控制

*人工控制

2.原理與特點說明------起討論

提問：人工控制的缺點？

*自動控制一一怎樣實現(xiàn)(大腦風暴法)

接觸器控制

*相關實踐性知識一一元器件介紹

一、低壓電器的基礎知識

凡是對電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用起控制、調(diào)節(jié)、檢測、轉(zhuǎn)換及保

護作用的電工器械均可稱為電器。用于交流1200V以下、直流1500V以下電

路，起通斷、控制、保護與調(diào)節(jié)等作用的電器稱為低壓電器。

1.低壓電器的分類

1)按電器的動作性質(zhì)分

2)按用途分

3)按工作原理分

2.電磁式電器

電磁式電器類型很多，從結(jié)構(gòu)上看大都由兩個基本部分組成，即：

感測部分和執(zhí)行部分。

1)電磁機構(gòu)

電磁機構(gòu)又稱為磁路系統(tǒng)，其主要作用是將電磁能轉(zhuǎn)換為機械能并帶動

觸頭動作從而接通或斷開電路。電磁機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式如圖l-lo

圖1-1電磁機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式

(a)、(d)螺管式(c)、(f)、(g)轉(zhuǎn)動式(b)、(e)直動式

圖1-2交流電磁鐵的短路環(huán)圖1-3觸頭的結(jié)構(gòu)形式

廣銜鐵2-鐵芯3-線圈4-短路環(huán)

2）觸頭系統(tǒng)

觸頭是有觸點電器的執(zhí)行部分，通過觸頭的閉合、斷開控制電路通、斷。觸頭的

結(jié)構(gòu)形式有橋式觸頭和指式觸頭兩種。

3）滅弧系統(tǒng)

電?。洪_關電器切斷電流電路時，觸頭間電壓大于10V,電流超過80mA時，觸頭

間會產(chǎn)生藍色的光柱，即電弧。

電弧的危害：延長了切斷故障的時間；電弧的高溫能將觸頭燒損；高溫引起電弧

附近電氣絕緣材料燒壞：形成飛弧造成電源短路事故。

滅弧措施：吹弧、拉弧、長弧割短弧、多斷口滅弧、利用介質(zhì)滅弧、改善觸頭表

面材料。常采用滅弧罩、滅弧柵和磁吹滅弧裝置。

圖1-4滅弧裝置a）雙斷口滅弧b）滅弧罩c）滅弧柵

二、接觸器

接觸器是機床電氣控制系統(tǒng)中使用量大、涉及面廣的一種低壓控制電器,

用來頻繁地接通和分斷交直流主回路和大容量控制電路。主要控制對象是電

動機，能實現(xiàn)遠距離控制，并具有欠（零）電壓保護。

1.結(jié)構(gòu)和工作原理

接觸器主要由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置組成，外形和結(jié)構(gòu)簡圖如

圖1-5所示。

電磁系統(tǒng)：電磁系統(tǒng)包括動鐵芯（銜鐵）、靜鐵芯和電磁線圈三部分組成,

其作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動觸頭動作。

觸頭系統(tǒng)：觸頭又稱為觸點，是接觸器的執(zhí)行元件，用來接通或斷開被

控制電路。觸頭的結(jié)構(gòu)形式很多，按其所控制的電路可分為主觸頭和輔助觸

頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流；輔助觸頭用于接

通或斷開控制電路，只能通過較小的電流。

觸頭按其原始狀態(tài)可分為常開觸頭（動合觸點）和常閉觸頭（動斷觸點）。

原始狀態(tài)時（即線圈未通電）斷開，線圈通電后閉合的觸頭叫常開觸頭；原

始狀態(tài)時閉合，線圈通電后斷開的觸頭叫常閉觸頭。線圈斷電后所有觸頭復

位，即恢復到原始狀態(tài)。

滅弧裝置：在分斷電流瞬間，觸頭間的氣隙中會產(chǎn)生電弧，電弧的高溫

能將觸頭燒損，并可能造成其它事故。因此，應采用適當措施迅速熄滅電弧。

常采用滅弧罩、滅弧柵和磁吹滅弧裝置。

工作原理：接觸器根據(jù)電磁工作原理，當電磁線圈通電后，線圈電流產(chǎn)

生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作，使常閉觸頭斷

開，常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動的。當電磁線圈斷電時，電磁力消失，銜鐵

在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復原，即常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合。

接觸器的圖形符號、文字符號如圖1-5（b）所示。

2.交、直流接觸器的特點

接觸器按其主觸頭所控制主電路電流的種類可分為交流接觸器和直流

接觸器。

1）交流接觸器

交流接觸器線圈通以交流電，主觸頭接通、分斷交流主電路。

2）直流接觸器

直流接觸器線圈通以直流電流，主觸頭接通、切斷直流主電路。

3.接觸器型號及主要技術(shù)指標

4.接觸器的使用選擇原則

選擇接觸器時應從其工作條件出發(fā)，主要考慮下列因素：

①控制交流負載應選用交流接觸器；控制直流負載選用直流接觸器。

②接觸器的使用類別應與負載性質(zhì)相一致。

③主觸頭的額定工作電壓應大于或等于負載電路的電壓。

④主觸頭的額定工作電流應大于或等于負載電路的電流。還要注意的是

接觸器主觸頭的額定工作電流是在規(guī)定條件下（額定工作電壓、使用類別、

操作頻率等）能夠正常工作的電流值，當實際使用條件不同時\這個電流值

也將隨之改變。

對于電動機負載可按下列經(jīng)驗公式計算：

KUN

式中：Ic為接觸器主觸點電流（A）；P、為電動機額定功率（kW）；UN為電

動機的額定電壓（V）；K為經(jīng)驗系數(shù)，一般取

⑤吸引線圈的額定電壓應與控制回路電壓相一致，接觸器在線圈額定電

壓85%及以上時才能可靠地吸合。

⑥主觸頭和輔助觸頭的數(shù)量應能滿足控制系統(tǒng)的需要。

.模塊一（1）

課題繼電器授課時數(shù)1

1.能熟練陳述熱繼電器、電磁式繼電器、時間繼電器和速度

教學目標繼電器的功能、符號、常用型號，掌握其使用方法

2.了解固態(tài)繼電器的基本知識

教學重點熱繼電器、電磁式繼電器、時間繼電器的符號及其使用方法

教學難點時間繼電器的工作原理

啟發(fā)式、大腦風暴法等教學方法

教學方法

理實一體化教學，邊講邊做、講練結(jié)合

多媒體課件及模型；器件展示與演示：中間繼電器、時間繼

教學手段

電器；電腦、投影儀

三、繼電器

1.電磁式繼電器

1）電流繼電器

電流繼電器有欠電流繼電器和過電流繼電器兩類。

在機床電氣控制系統(tǒng)中，電流繼電器主要根據(jù)主電路內(nèi)的

電流種類和額定電流來選擇。

2）電壓繼電器

電壓繼電器的結(jié)構(gòu)與電流繼電器相似，不同的是電壓繼電

器線圈為并聯(lián)的電壓線圈，所以匝數(shù)多、導線細、阻抗大。

內(nèi)容3）中間繼電器

其主要用途是當其它繼電器的觸點數(shù)或觸點容量不夠時，

可借助中間繼電器來擴大它們的觸點數(shù)或觸點容量，從而起到

中間轉(zhuǎn)換的作用。4+%

曖黝管弁做點管用物￡

圖1-7電磁式繼電器的圖形、文字符號

電磁式繼電器的圖形符號一般是相同的，如圖「7所示。

2.時間繼電器

時間繼電器是一種用來實現(xiàn)觸點延時接通或斷開的控制電器，按其動作原理與

構(gòu)造不同，可分為電磁式、空氣阻尼式、電動式和晶體管式等類型。

1）空氣阻尼式時間繼電器

2）晶體管式時間繼電器

晶體管式時間繼電器具有延時范圍廣、體積小、精度高、調(diào)節(jié)方便及壽命長等

優(yōu)點，所以發(fā)展快，應用廣泛。

時間繼電器的圖形符號如圖『8所示，文字符號為KT。

XfKTKT

圖1-8時間繼電器的圖形符號

a）線隨一般符號b）通電延時線眼c）斷電延時線隨d）延時閉合常開放點或耗時斷開常閉周點

F）延時斷開常開觸點g）延時閉合常閉皴點b）躋動常開覦成i）跑動常閉觸點

3.熱繼電器

1）熱繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理

過載保護、斷相保護、三相電流不平衡運行的保護及其他電氣設備發(fā)熱狀

態(tài)的控制。

2）熱繼電器的使用與選擇

熱繼電器的選擇主要根據(jù)電動機的額定電流來確定熱繼電器的型號及熱元件

的額定電流等級。

4.速度繼電器

速度繼電器根據(jù)電磁感應原理制成的,用于轉(zhuǎn)速的檢測，如用來在三相交流異

步電動機反接制動轉(zhuǎn)速過零時，自動斷開反相序電源。速度繼電器常用于銃床和

像床的控制電路中。圖1-9為其外形、結(jié)構(gòu)和符號圖。

(a)外形(b)結(jié)構(gòu)(c)符號

圖1-9速度繼電器外形、結(jié)構(gòu)和符號圖

速度繼電器的圖形符號如圖圖173(c)所示，文字符號為KS。

.模塊一（1）

4.熔斷器

課題5.低壓斷路器授課時數(shù)2

6.主令電器

能熟練掌握按鈕、閘刀開關、鐵殼開關、低壓斷路器、熔斷器、

教學目標組合開關、萬能轉(zhuǎn)換開關、行程開關等低壓電器的作用、型號

與參數(shù)的意義

按鈕、低壓斷路器、熔斷器、組合開關、行程開關等低壓電器

教學重點

的作用和符號

教學難點低壓斷路器的動作原理、萬能轉(zhuǎn)換開關的接線

啟發(fā)互動式等教學方法

教學方法

理實一體化教學，邊講邊做、講練結(jié)合

多媒體課件；器件展示：閘刀開關、鐵殼開關、低壓斷路器、

教學手段熔斷器、組合開關、萬能轉(zhuǎn)換開關；現(xiàn)場觀摩行程開關的作

用

四、熔斷器

L結(jié)構(gòu)與用途

熔斷器的結(jié)構(gòu)一般分成熔體座和熔體等部分。熔斷器是串

聯(lián)連接在被保護電路中的，當電路電流超過一定值時，熔體因

發(fā)熱而熔斷，使電路被切斷，從而起到保護作用。熔體的熱量

與通過熔體電流的平方及持續(xù)通電時間成正比，當電路短路

內(nèi)容

時，電流很大，熔體急劇升溫，立即熔斷，當電路中電流值等

于熔體額定電流時，熔體不會熔斷。所以熔斷器可用于短路保

護。

2.類型

3.熔斷器的選擇

五、低壓開關和低壓斷路器

1.閘刀開關

1）閘刀開關的作用

閘刀開關是一種手動配電電器。主要用來隔離電源或手動接通與斷開交

直流電路，也可用于不頻繁的接通與分斷額定電流以下的負載，如小型電動

機、電爐等。

2）外型與結(jié)構(gòu)

3）閘刀開關技術(shù)參數(shù)與選擇

4）使用閘刀開關時的注意事項

2.鐵殼開關

鐵殼開關也稱封閉式負荷開關，它有安裝在鑄鐵或鋼板制成的外殼內(nèi)

的刀式觸頭和滅弧系統(tǒng)、熔斷器以及操作機構(gòu)等組成。

3.低壓斷路器

1）低壓斷路器的用途

主要在電路正常工作條件下作為線路的不頻繁接通和分斷用，并在電

路發(fā)生過載、短路及失壓時能自動分斷電路。

2）DZ系列斷路器的結(jié)構(gòu)和工作原理

斷路器由觸頭系統(tǒng)、滅弧室、傳動機構(gòu)和脫扣機構(gòu)幾部分組成。如圖所

Zj\o

3）漏電斷路器

六、主令電器

自動控制系統(tǒng)中用于發(fā)送控制指令的電器稱為主令電器。常用的主令電器有控制

按鈕、行程開關、接近開關、萬能開關等幾種。

1.控制按鈕

2.轉(zhuǎn)換開關（組合開關）和萬能轉(zhuǎn)換開關

1）組合開關

2）萬能轉(zhuǎn)換開關

3.行程開關

行程開關用來反映工作機械的位置變化（行程），用以發(fā)出指令，改變電動機的工

作狀態(tài)。如果，把行程開關安裝在工作機械行程的終點處，以限制其行程，就稱為限

位開關或終端開關。它不僅是控制電器，也是實現(xiàn)終端保護的保護電器。

1）直動式行程開關

2）微動開關

3）滾輪旋轉(zhuǎn)式行程開關

行程開關的符號：

SQ、［O）O-j

a）b）

圖1-27行程開關和接近開關的符號

4.接近開關

為了克服有觸點行程開關可靠性較差，使用壽命短和操作頻率低的缺點，采用了無

觸點式行程開關，也叫電子接近開關。接近開關外形結(jié)構(gòu)多種多樣，電子電路裝調(diào)后

用環(huán)氧樹脂密封，具有良好的防潮防腐性能。它能無接觸又無壓力地發(fā)出檢測信號，

又具有靈敏度高，頻率響應快，重復定位精度高，工作穩(wěn)定可靠、使用壽命長等優(yōu)點。

在自動控制系統(tǒng)中已獲得廣泛應用。

教學設計

模塊二控制電路基本環(huán)節(jié)

一、教學目標

1.知識目標：熟悉電氣原理圖畫法規(guī)則和讀圖法；熟練掌握機床控制電路的基

本環(huán)節(jié)

2.能力目標：能正確繪制和閱讀電氣控制系統(tǒng)圖；具有不太復雜的電氣控制線

路分析和安裝接線能力

二、教學內(nèi)容

1.電氣控制系統(tǒng)圖的基本知識

2.三相異步電動機全壓起動控制

3.三相異步電動機降壓起動控制

4.三相異步電動機的制動控制線路

5.其他典型控制環(huán)節(jié)

6.電動機控制的保護環(huán)節(jié)

三、教學重點和難點

重點：各種電動機的起動、正反、制動等控制線路

難點：畫出各種控制線路，并分析線路的工作原理

四、教學方法與手段

本模塊內(nèi)容主要是各種電動機的起動、制動等控制線路，理論性較強，基本概念

多且抽象難懂，信息量大，適合采用多媒體教學和示教板演示教學。采用啟發(fā)互動式

教學方法，啟迪學生的思維，訓練思維技巧，在授課的過程中，應注意深入淺出，設

法提高學生學習的積極性。綜合實訓項目采用項目驅(qū)動法。

對本模塊內(nèi)容我們要求學生熟練掌握三相異步電動機的基本控制線路，并且做到

快速默畫出控制線路，為什么提出這樣的要求?答案很簡單，如漂亮的積木，小小的,

形狀各異，很不起眼，但根據(jù)不同的積木進行組合，可以搭出非常漂亮的積木圖案，

同樣，老師提出這樣的要求，便于學生掌握方法，一張不論簡單還是復雜的電路原理

圖，都是由一個一個既簡單又最基本的控制線路組合而成；另一目的就是教學生學會

設計，并且把三相異步電動機控制線路的設計如何自然地融入日常的教學中。教學方

法具體應用舉例如下：

(1)掌握控制線路的分析。從簡單到復雜，逐步深入，如分析具有自鎖正轉(zhuǎn)控制

線路。先引入點控制線路，然后由學生討論，為什么會出現(xiàn)不連續(xù)的原因？關鍵在于

沒有給接觸器線圈以持續(xù)通電的機會。所以解決的辦法是在按鈕兩端并聯(lián)輔助觸點克

服了點動控制，但控制線路又出現(xiàn)了不能停車的現(xiàn)象，因此必須要加入停止按鈕?？?/p>

制功能滿足了要求，再讓學生去思考電路是否已經(jīng)好了，稍后提示從加強保護功能角

度出發(fā)考慮問題。短路保護、過載保護、欠壓、失壓保護是否齊全了，連續(xù)運轉(zhuǎn)的電

動機需要過載保護，所以控制線路還要加人熱繼電器，問題到此解決好了。這樣的講

法，一是起到承上啟下的作用，二是啟發(fā)學生如何去開發(fā)設計的思路，挖掘?qū)W生的潛

能，把“設計”這個學生認為不可能做到的難題融人了平時的教學之中，并且教師還

可以采用壓縮的方法，把基本的控制線路進行歸納，使得學生不用花費很多的時間去

記憶各個獨立的控制線路。當?shù)诙鹿?jié)的控制線路內(nèi)容講解好了，學生對設計也有一

個深層次的了解，教師的關鍵任務是教會學生的設計思路，慢慢地培養(yǎng)學生的設計能

力。

(2)工作原理分析。如何解決工作原理分析，突破“死記硬背”。例如，正轉(zhuǎn)控

制線路原理的分析。方法是按圖裝接線路，這樣通過實物操作按鈕，觀察到接觸器的

動作，電動機的真正轉(zhuǎn)動，教師只要稍加引導就很快掌握了工作原理。因為啟動時，

首先是按下啟動按鈕，接觸器得電吸合，帶動觸點動作，主觸頭與自鎖觸頭同時閉合,

最后使電動機轉(zhuǎn)動。松開按鈕，接觸器仍然吸合電動機持續(xù)運轉(zhuǎn)(注：此時斷開自鎖

觸點一端引線，就可以看到點動，讓學生體會點動與自鎖的區(qū)別根本所在)。按下停

止按鈕，接觸器線圈斷電，主觸頭斷開，自鎖觸點斷開，電動機停止轉(zhuǎn)動。根據(jù)剛才

看到的現(xiàn)象或結(jié)合電原理圖用同樣分析方法說出工作原理，用少量的文字和箭頭把它

描述出來，控制線路的工作原理很快即寫出來。

(3)如何培養(yǎng)學生的設計能力。例如三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制線路，設計步

驟如下：第一，畫出一個正轉(zhuǎn)控制線路。第二，再畫一個正轉(zhuǎn)控制線路。第三，利用

三相異步電動機反轉(zhuǎn)控制原理，只要改變?nèi)嚯娫粗械娜我鈨上嘞嘈颍妱訖C即可實

現(xiàn)反轉(zhuǎn)。在主電路接線時、只要對U相與W相的連線做小小的變動，就成功地完成了

正反轉(zhuǎn)控制線路。第四，此時教師可以提出問題，電路設計好了嗎？學生可以自由組

合討論，可能會有學生提出，兩個按鈕同時按下時，主電路出現(xiàn)短路，自然地引入連

鎖的觸點。如果有學生說“加上常閉觸點”，注意此時教師可以反問學生為什么用常

閉觸點，并講出道理來，以便了解學生是真正懂了，還是從書上搬過來的。

(4)綜合實訓項目教學。采用項目教學法：選擇中小規(guī)模的實際工程項目案“水

塔供水的控制”作為設計任務，教師作為一個組，全班學生分成若干組，將自主策劃、

任務分解、“教、學、做”和總結(jié)有機結(jié)合。在實施過程中，盡量模擬企業(yè)真實工作

環(huán)境和氛圍，使學生在校就感受到企業(yè)的真實情況，體驗到企業(yè)的氛圍，更好地學以

致用。將傳統(tǒng)的“學生”和“教師”的角色轉(zhuǎn)換為制造水塔供水控制設備企業(yè)的“員

工”與“車間主任或部門經(jīng)理”，層層負責制，讓學生有企業(yè)工作的真實情景感。

五、學習方法

由于本模塊文字內(nèi)容多，電路圖多，需要理解和記憶的知識點也多，因此在學習

本章時應提前做好預習，對每一個知識點首先獲得感性認識，這樣在聽課的過程中就

不會感到吃力。課后還要及時復習，仔細閱讀所講過的概念和原理，加深對抽象概念

的理解，再通過課后作業(yè)鞏固本章學習內(nèi)容。以達到對一些基本環(huán)節(jié)熟記，會畫，會

接線、會分析電路的工作原理之目的。

六、授課程序

通過實際工程案例引入相關性知識。由電動機的起動控制講起，再介紹各種電動

機的起動方法及各種起動方法的使用場合和特點；然后講述電動機的制動控制，介紹

各種電動機的制動方法及各種制動方法的使用場合和特點，講述電動機的各種控制原

則、特點和使用場合；隨后講述電動機常用的保護環(huán)節(jié)；各個環(huán)節(jié)安排1次實訓；最

后完成1個綜合實訓項目。

?模塊二-1

1.電氣系統(tǒng)圖的基本知識2（理論）+2

課題授課時數(shù)

2.三相異步電動機的全壓起動控制（實訓）

1.了解電氣系統(tǒng)圖的基本知識

教學目標

2.能夠熟練分析電動機的起保停線路、正反轉(zhuǎn)控制線路

1.點動、自鎖、互鎖控制的作用

教學重點

2.正反轉(zhuǎn)控制線路的工作原理

教學難點帶雙重互鎖正反轉(zhuǎn)控制線路的工作原理

教學方法案例、啟發(fā)互動式、大腦風暴法等教學方法、實訓

教學手段多媒體課件及模型；示教板演示；電腦、投影儀

一、電氣控制系統(tǒng)圖的基本知識

電氣控制系統(tǒng)圖有三類：電氣原理圖、電器元件布置圖和

電氣安裝接線圖。

1.圖形、文字符號

1）圖形符號

圖形符號通常用于圖樣或其它文件，用以表示一個設備或

內(nèi)容概念的圖形、標記或字符。

2）文字符號

3）主電路各接點標記

2.電氣原理圖的畫法規(guī)則

3.電氣元件布置圖

4.電氣安裝接線圖

二、三相異步電動機全壓起動

1.單向旋轉(zhuǎn)控制電路

1）正轉(zhuǎn)控制線路

圖2-4點動正轉(zhuǎn)控制電路

2）連續(xù)與點動混合控制的正轉(zhuǎn)控制電路

2.可逆旋轉(zhuǎn)控制電路

,模塊二-2

2（理論）+2

課題3.三相異步電動機降壓起動控制授課時數(shù)

（實訓）

1.掌握三相籠型異步電動機常用的減壓起動方方E和特點

教學目標

2.能夠熟練分析電動機常用的減壓起動控制線周苧

教學重點星形一三角形（Y-A）降壓起動

教學難點星形一三角形（Y-A）降壓起動控制的原理

啟發(fā)互動式、大腦風暴法等教學方法

教學方法

邊講邊做、講練結(jié)合

教學手段多媒體課件；示教板演示，實訓

三、異步電動機降壓起動控制

通常規(guī)定：電源容量在180kVA以一上，電動機容量在7kW以下的

三相異步電動機可采用直接起動。

1.定子繞組串電阻（電抗）起動控生刖線路

1）手動切除電阻控制電路

LlL2L3FU2

詡1:E

內(nèi)容

、KU

KI2

圖2-8手動切除電阻控制電S格

2）降壓自動起動控制線路

電路的工作原理為：合上電源開關QS,按下起動按鈕SB2,KM1得電并自鎖，電動

機定子繞組串入電阻R降壓起動，同時KT得電，經(jīng)延時后KT常開觸頭閉合，KM2得電

主觸頭將起動電阻R短接，電動機進入全壓正常運行。

2.星形一一三角形降壓起動控制線路

1）按鈕、接觸器控制丫一△降壓起動控制線路

2）時間繼電器控制Y一△降壓起動控制線路

?模塊一（2）

2（理論）+2

課題4.三相異步電動機制動控制授課時數(shù)

（實訓）

教學目標能分析電機能耗制動和反接制動控制線路原理

教學重點機床電機能耗制動和反接制動控制線路原理

教學難點時間原則控制的單向能耗制動控制線路的工作原理

啟發(fā)互動式

教學方法

理實一體化教學，邊講邊做、講練結(jié)合

教學手段多媒體課件及仿真軟件、實訓

四、三相異步電動機的制動控制線路

1.耗制動控制線路

圖2-11時間原則控制的單向能耗制動控制線路

內(nèi)容2.反接制動控制線路

圖2-12單向反接制動控制線路

課題5.其他典型控制環(huán)節(jié)授課時數(shù)2（理論）+2（實訓）

1.能對多地控制、順序連鎖控制、自動往復控制電路等典型控制環(huán)

教學目標節(jié)進行分析

2.初步具有簡單控制環(huán)節(jié)的訴計能力

多地控制、順序連鎖控制、自動往復控制電路等典型控制環(huán)節(jié)的應

教學重點

用

教學難點自動往復控制電路的原理分析

教學方法案例、啟發(fā)互動式、大腦風暴法、實訓

教學手段多媒體課件;仿真軟件

五、其他典型控制環(huán)節(jié)

1.多地控制線路

2.連鎖控制

圖2-14兩臺電動機的連鎖控制線路

思考：怎樣通過主電路實現(xiàn)順序控制？

3.自動往復控制電路

有些生產(chǎn)機械，如萬能銃床，要求工作臺在一定距離內(nèi)能自動往返，而自

動往返通常是利用行程開關控制電動機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)工作臺的自動往返運

動。工作臺自動往返運動示意圖如圖275所示。

圖2T5工作臺自動往返運動示意圖

圖2T6工作臺自動往返行程控制線路

教學設計

模塊三PLC指令系統(tǒng)

一、教學目標

1.知識目標：熟悉PLC的基本組成與工作原理；熟練掌握FX系列可編程控制器

的基本指令及應用；熟悉編程的基本規(guī)則和技巧

2.能力目標：能正確編寫和閱讀不太復雜的PLC用戶程序；能進行PLC的I/O

接線和熟練使用編程器

二、教學內(nèi)容

1.可編程序控制器概述

2.可編程序控制器的基本組成

3.PLC的工作原理

4.PLC的編程語言

5.西門子S7-200系列PLC概述

6.基本邏輯指令及使用

7.PLC的編程及應用

8.步進指令及狀態(tài)編程法

9.功能指令的初步認識

三、教學重點和難點

重點：S7-200系列可編程控制器的基本指令及應用

難點：狀態(tài)編程法；功能指令

四、教學方法與手段

模塊四除了采用項目教學、“講練結(jié)合，層層遞進”教學、“啟發(fā)式+互動式”

教學方法外，針對PLC的特點采用“軟硬結(jié)合，分析排障法”特色教學法。PLC的程

序設計與調(diào)試涉及到軟件與硬件兩個部分，且兩者密不可分，因此，在教學中通過軟

件來調(diào)試硬件，以硬件的運行和信號檢測來測試軟件，不斷強化軟件與硬件結(jié)合設計

與調(diào)試方法。同時在真實的工作過程中，出錯、糾錯、提高是一過必經(jīng)的過程，如果

在實訓的過程中，一切條件由老師準備妥當，沒有任何差錯就完成實訓，只會給學生

造成虛假的美好。因此，在實訓過程中提倡“出錯”，甚至老師人為設置錯誤，讓學

生在出錯、請教、糾錯的過程中體驗程序開發(fā)的真實過程，真正學會軟件、硬件調(diào)試

的技能，提高學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、討論問題和解決問題的能力。具體教法舉例

如下：

(1)可編程控制器的基礎知識，內(nèi)容簡單易懂，采取講授的方法，在教學過程中

配合錄像片、典型實物、模型、CAI多媒體音像教學等多種教學手段，把傳統(tǒng)的教學

手段和現(xiàn)代教育技術(shù)協(xié)調(diào)應用，結(jié)合西門子PLC產(chǎn)品的實際應用來講述，使學生了解

PLC的特點，及其在控制中的重要性，為后續(xù)學習打好基礎。

(2)可編程控制器的基本原理與組成，教師采取講授原理與演示及展示實物硬件

組成相結(jié)合的方法，在授課的過程中，應注意突出內(nèi)容的直觀性，增強學生的感性認

識，將其通俗化，便于學生接受。使學生充分了解PLC的原理，及其硬件和軟件組成,

為后續(xù)學習打好基礎。

(3)基本邏輯指令及PLC的編程規(guī)則與技巧，理論性較強，基本概念多且抽象難

懂，信息量大，適合采用多媒體教學。在授課的過程中，多舉控制應用實例，如電動

機正反轉(zhuǎn)聯(lián)鎖控制、順序啟動控制、振蕩電路、定時期等實際控制的例子，應注意深

入淺出，從實用性的角度，充分調(diào)動起學生學習的積極性。

(4)步進指令，側(cè)重于培養(yǎng)學生對步進指令的理解及應用能力。教師主要以步進

指令的實際應用，講解如何使復雜的編程工作簡單化?？梢越Y(jié)合實訓進行本章的教學,

在實訓課中，教師應調(diào)動學生參與實踐，動手編程的積極性，有意識地拔高學生的編

程能力，為學生走上工作崗位打下良好的基礎。

(5)功能指令的格式和各種功能指令的應用，側(cè)重于培養(yǎng)學生對功能指令的理解

及應用能力。教師主要以功能指令的實際應用，結(jié)合實訓課中對功能指令的具體應用

來講解，使學生在應用中加深對各功能指令的理解及應用，注重對學生實際能力的培

養(yǎng)。

五、學習方法

“PLC的概述”作為閱讀材料，初步了解PLC的定義、特點、應用及發(fā)展方向。

“基本組成與工作原理”對學生的綜合素質(zhì)要求較高，由于PLC的核心是CPU,要

求學生有一定的計算機基礎，許多知識點是幾門學科相互交差和滲透產(chǎn)生的，不易理

解。課后要及時復習，加深對所講知識點的理解。本模塊的一些基本邏輯指令需要記

憶，要求學生在課前要預習，課后及時復習，課堂上要緊跟老師的思路走，加深對所

學指令的理解，再通過課后作業(yè)和實習鞏固本部分內(nèi)容。達到深刻理解，熟練掌握編

程規(guī)則及技巧，能夠運用自如。在掌握基本邏輯指令及編程規(guī)則與技巧的基礎上，用

步進指令使編程更加簡單。要求學生在課前要對基本邏輯指令的內(nèi)容進行復習，課堂

上要緊跟老師的思路走，對狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖認真進行分析，課后要及時復習,

達到熟練掌握。在掌握邏輯指令和步進指令的基礎上，對PLC實現(xiàn)高級控制的各種功

能指令的學習，要求學生作好課前預習，課堂上要緊跟老師的思路走，掌握功能指令

的格式，了解各種功能指令，能夠熟練應用。課后要及時復習，加深對所講知識點的

理解。

六、授課程序

首先講述PLC的產(chǎn)生背景、PLC的定義、PLC適應不同工作環(huán)境所具有的特點、、

應用范圍和PLC的發(fā)展方向；接著講述可編程控制器的基本原理、硬件組成和軟件組

成，在講述硬件組成的同時演示圖片及展示實物；然后介紹西門子公司的S7-200系

列PLC的基本邏輯指令、編程的基本規(guī)則與技巧、常見控制的應用實例；最后講述介

紹步進指令和步進梯形圖，通過典型實例分析來講解步進指令的應用，并介紹各種功

能指令的基礎知識和基本格式。課后布置作業(yè)題使學生鞏固本模塊內(nèi)容。

在學習本模塊課題6、7、8后，各安排1次實訓；最后完成1個綜合實訓項目。

?模塊三-1

1.PLC概述

2（理論）+2

課題2.PLC的組成授課時數(shù)

（實訓）

3.PLC的工作原理

1.了解PLC的有關基礎知識

教學目標2.熟悉PLC的組成及內(nèi)部元器件

3.掌握PLC的工作原理，熟悉PLC的控制特點

教學重點PLC的基本組成及工作原理

教學難點PLC的循環(huán)掃描工作方式

教學方法講授、“啟發(fā)式+互動式”教學方法

在教學過程中配合錄像片、典型實物、CAI多媒體教學等多

教學手段

種教學手段；講授原理與演示及展示實物硬件組成相結(jié)合

按鈕

■O接觸器

輸輸￡電磁閥

繼電3&觸點入出

單單

I

:

行程開關元元

指示燈

編程器或其他編程設備

內(nèi)容PLC結(jié)構(gòu)框圖

其硬件結(jié)構(gòu)與微型計算機相同，主要由CPU、電

源、存儲器和輸入輸出接口等組成。

.模塊三-2

4.PLC的編程語言

課題授課時數(shù)2

5.S7-200系列PLC概述

1.熟練掌握梯形圖、指令表的畫法規(guī)則，了解順序功能流程

教學目標圖和功能塊圖

2.熟記S7-200系列PLC的編程元件的功用和地址編號

教學重點S7-200系列PLC的編程元件

狀態(tài)元件、指針、定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器、變址寄存器

教學難點

的使用

教學方法講授、“啟發(fā)式+互動式”教學方法

在教學過程中配合錄像片、典型實物、CAI多媒體音像教學

教學手段

等多種教學手段

課外作業(yè)4-5、4-6

教學過程：

四、PLC的編程語言

PLC為用戶提供了完整的編程語言，以適應編制用戶程序的需要。PLC提供的編

程語言通常有以下幾種：梯形圖、指令表、順序功能流程圖和功能塊圖。1.梯形邏輯

圖（LAD）

2.指令語句表（STL）

3.順序功能流程圖（SFC）

4.功能塊圖（FBD）五、FX系列PLC概述

西門子電機現(xiàn)有的EX系列產(chǎn)品樣本中僅有FX】s、FX】N、S-200和S-200c這四個子系

列。本模塊主要介紹S-200系列PLC。

1.FX系列PLC的型號

2.S-200系列PLC的基本單元

3.S-200系列PLC的編程元件

1）輸入繼電器（XO?X177）

2）輸出繼電器（YO-Y177）

3）輔助繼電器（M）

①通用輔助繼電器M0?M499（500點）

②停電保持輔助繼電器M500?M1023（524點）

③特殊輔助繼電器“8000?M8255（256點）

4）狀態(tài)元件（S）

5）指針（P/I）

6）定時器（T）（字、bit）

7）計數(shù)器（C（字、bit）

8）數(shù)據(jù)寄存器（D）（字）

9）變址寄存器（V/Z）（字）

?模塊三-3

課題6.基本邏輯指令授課時數(shù)2

1.掌握PLC基本指令的符號及意義

教學目標

2.能夠用PLC的基本指令，對典型電路進行編程

教學重點PLC基本指令的符號及意義

教學難點分支多重輸出MPS、MRD、MPP指令和主控指令MC、MCR的使用

教學方法“講練結(jié)合，層層遞進”教學、“啟發(fā)式+互動式”教學

教學手段多媒體課件；講授原理與演示相結(jié)合

課外作業(yè)4-7、4-8

教學過程：

六、基本邏輯指令及使用

簡介S?200的基本指令形式、功能和編程方法。

1.LD、LDLOUT指令

1）程序舉例：

X0000LDXOOO

n____11_________________________（

11vnnn3

1OUTY000

X0012LDIX001

2-----------------------------CY001]

3OUTY001

圖4-8

2）例題解釋：當X0接通時，Y0接通；當XI斷開時，Y1接通。

3）指令使用說明：

①LD和LDI指令用于將常開和常閉觸點接到左母線上；

②LD和LDI在電路塊分支起點處也使用：

③OUT指令是對輸出繼電器、輔助繼電器、狀態(tài)繼電器、定時器、計數(shù)器的線圈

驅(qū)動指令，不能用于驅(qū)動輸入繼電器，因為輸入繼電器的狀態(tài)是由輸入信號決定的。

④OUT指令可作多次并聯(lián)使用

⑤定時器的計時線圈或計數(shù)器的計數(shù)線圈，使用OUT指令后，必須設定值（常數(shù)

K或指定數(shù)據(jù)寄存器的地址號）o

2.AND、ANI指令

1）程序舉例：

2）例題解釋：

3）指令說明：

3.OR、ORI指令

1）程序舉例：

2）例題解釋：

3）指令說明：

①OR、ORI指令用作1個觸點的并聯(lián)連接指令；

②OR、ORI指令可以連續(xù)使用，并且不受使用次數(shù)的限制；

③OR、ORI指令是從該指令的步開始，與前面的LD、LDI指令步進行并聯(lián)連接;

④當繼電器的常開觸點或常閉觸點與其他繼電器的觸點組成的混聯(lián)電路塊并聯(lián)

時，也可以用這兩個指令。

4.串聯(lián)電路塊并聯(lián)指令ORB、并聯(lián)電路塊串聯(lián)指令ANB

1）程序舉例：

2）例題解釋：

3）指令說明：

①ORB、ANB無操作軟元2個以上的觸點串聯(lián)連接的電路稱為串聯(lián)電路塊；

②將串聯(lián)電路并聯(lián)連接時，分支開始用LD、LDI指令，分支結(jié)束用ORB指令；

③ORB、ANB指令，是無操作元件的獨立指令，它們只描述電路的串并聯(lián)關系；

④有多個串聯(lián)電路時，若對每個電路塊使用ORB指令，則串聯(lián)電路沒有限制，如

上舉例程序；

⑤若多個并聯(lián)電路塊按順序和前面的電路串聯(lián)連接時，則ANB指令的使用次數(shù)沒

有限制；

⑥使用ORB、ANB指令編程時，也可以采取ORB、ANB指令連續(xù)使用的方法；

但只能連續(xù)使用不超過8次，在此建議不使用此法。

5.分支多重輸出MPS、MRD、MPP指令

MPS指令：將邏輯運算結(jié)果存入棧存儲器；

MRD指令：讀出棧1號存儲器結(jié)果；

MPP指令：取出棧存儲器結(jié)果并清除。

1）程序舉例：

2）例題解釋：

3）指令說明：

6.主控指令MC、MCR

1）程序舉例：

2）例題解釋：

3）指令說明：

7.置位指令SET、復位指令RST

RST指令稱為復位指令：功能為清除保持的動作，以及寄存器的清零。

1）程序舉例：

2）例題解釋：

3）指令說明：

8.上升沿微分脈沖指令PLS、下降沿微分脈沖指令PLF

PLS指令：上升沿微分脈沖指令，當檢測到邏輯關系的結(jié)果為上升沿信號時，驅(qū)

動的操作軟元件產(chǎn)生一個脈沖寬度為一個掃描周期的脈沖信號。

PLF指令：下降沿微分脈沖指令，當檢測到邏輯關系的結(jié)果為下降沿信號時，驅(qū)

動的操作軟元件產(chǎn)生一個脈沖寬度為一個掃描周期的脈沖信號。

1）程序舉例：

2）例題解釋：

3）指令說明：

①PLS指令驅(qū)動的軟元件只在邏輯輸入結(jié)果由OFF到ON時動作揖個掃描周期;

②PLF指令驅(qū)動的軟元件只在邏輯輸入結(jié)果由ON到OFF時動作一個掃描周期;

③特殊輔助繼電器不能作為PLS、PLF的操作軟元件。

9.INV取反指令

INV指令是將即將執(zhí)行INV指令之前的運算結(jié)果反轉(zhuǎn)的指令，無操作軟元件。

1）程序舉例：

01X000Y000J0LDXOOOX0||[]

11INV

2OUTYOOOY0|----1LF

圖4-25

2）例題解釋：X0接通，Y0斷開；X0斷開，Y0接通。

3）指令說明：

①編寫INV取反指令需要前面有輸入量，INV指令不能直接與母線相連接，也不

能如OR、ORkORP、ORF單獨并聯(lián)使用；

②可以多次使用，只是結(jié)果只有兩個，要么通要么斷；

③INV指令只對其前的邏輯關系取反。

10.空操作指令NOP、結(jié)束指令END

1）NOP指令：稱為空操作指令，無任何操作元件。其主要功能是在調(diào)試程序時,

用其取代一些不必要的指令，即刪除由這些指令構(gòu)成的程序；另外在程序中使用NOP

指令，可延長掃描周期。若在普通指令與指令之間加入空操作指令，可編程序控制器

可繼續(xù)工作，就如沒有加入NOP指令一樣；若在程序執(zhí)行過程中加入空操作指令，則

在修改或追加程序時可減少步序號的變化。

2）END指令：稱為結(jié)束指令，無操作元件。其功能是輸入輸出處理和返回到0

步程序。

3）指令說明：

11.LDP、LDF、ANDPxANDF、ORP、ORF指令

1）LDP：上升沿檢測運算開始（檢測到信號的上升沿時閉合一個掃描周期）。

LDF：下降沿檢測運算開始（檢測到信號的下降沿時閉合一個掃描周期）

ANDP：上升沿檢測串聯(lián)連接（檢測到位軟元件上升沿信號時閉合一個掃描周期）

ANDF：下降沿檢測串聯(lián)連接（檢測到位軟元件下降沿信號時閉合一個掃描周期）

ORP：脈沖上升沿檢測并聯(lián)連接（檢測到位軟元件上升沿信號時閉合一個掃描周

期）

ORF：脈沖下降沿檢測并聯(lián)連接（檢測到位軟元件下降沿信號時閉合一個掃描周

期）

2）上述6個指令的操作軟元件都為X、Y、M、S、T、Co

教案

?模虹-4

課題實訓六基本指令的編程練習授課時數(shù)3

1.熟悉PLC實驗裝置

2.練習編程器的使用

教學目標

3.掌握與、或、非邏輯功能的編程方法

4.掌握定時器計數(shù)器的用法

1.編程器的使用

教學重點

2.與、或、非邏輯功能的編程方法

教學難點定時器、計數(shù)器的用法

教學方法講練結(jié)合、情境體驗、自評互評

教學手段實物操作實踐

課外作業(yè)實訓報告

教學過程：

一、實訓內(nèi)容與步驟

（一）與或非邏輯功能實驗

通過程序判斷Yl、Y2、Y3、Y4的輸出狀態(tài)，然后再輸入PLC并運行程序加以驗證。

實驗參考程序如下。

步序指令器件號說明步序指令器件號說明

0LDX001輸入7ANTX003

1ANDX003輸入8OUTY003或非門輸出

2OUTY001與門輸出9LDIX001

3LDX00110ORIX003

4ORX00311OUTY004與非門輸出

5OUTY002或門輸出12END程序結(jié)束

6LDIX001

梯形圖中的X001、X003分別對應控制實驗單元輸入開關XI、X3。

通過專用電纜連接電腦與PLC主機。打開FXGPWIN,逐條輸入程序，檢查無誤后,

PLC通電，將程輸入PLC,把主機上的STOP/RUN按鈕撥到RUN位置，運行指示燈點亮,

表明程序開始運行，有關的指示燈將顯示運行結(jié)果。撥動輸入開關XI、X3,觀察輸出

指示燈Yl、Y2、Y3、Y4是否符合與、或、非邏輯的正確結(jié)果。

（二）定時器/計數(shù)器功能實驗

1.定時器的認識實驗

定時器的控制邏輯是經(jīng)過時間繼電器的延時動作，然后產(chǎn)生控制作用。

實驗參考程序如下。

步序指令器件號說明

0LDX001輸入

1OUTTO延時5秒

2K50

3LDTO

4OUTY000延時時間到，輸出

5END