电气控制与PLC教案Word文件下载.docx
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【教学手段】课堂讲授，辅以多媒体电子课件
【教学过程】
第一节概述
一电器
1定义：
电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用，在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛。
2学习掌握电器的原因：
继电器、接触器等工业电器为基础的电气控制技术具有相当重要的地位；
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。
二分类
按工作电压：
高压、低压。
按动作原理：
手动、自动。
安用途：
控制、配电、主令、保护、执行。
第二节接触器
一结构和工作原理
1结构：
一般由电磁机构、触点、灭弧装置、释放弹簧机构、支架与底座等几部分组成。
2工作原理：
根据电磁原理工作：
当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。
当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下降放，使触点复原，即常开触点断开，常闭触点闭合。
二分类及特点
1交流接触器：
交流接触器线圈通以交流电，主触点接通、切断交流主电路。
2直流接触器：
直流接触器线圈通以直流电流，主触点接通、切断直流主电路。
三主要技术参数：
线圈电压、主触点额定电流、主触点额定电压、辅助触点额定电流、辅助触点对数、接触器极数以及接触器的机械寿命和电寿命等。
四选择原则：
1接触器的使用类别应与负载性质相一致，控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载则选用直流接触器。
2主触点的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压。
3主触点的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流。
4接触器主触点的额完工作电流是在规定条件下（额定工作电压、使用类别、操作频率等）能够正常工作的电流值，当实际使用条件不同时，这个电流值也将随之改变。
5吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，接触器在线圈额定电压85％及以上时应能可靠地吸合。
6主触点和辅助触点的数量应能满足控制系统的需要。
第三节继电器
一继电器特性及其分类
1原理：
主要用于控制与保护电路中作信号转换用。
具有输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件），当感应元件中的输入量（如电流、电压、温度、压力等）变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通和断开控制回路。
2分类：
常用的有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器以及温度、压力、计数、频率继电器等等。
3特性：
继电特性曲线。
4参数：
返回系数、吸合时间、释放时间。
二电压、电流继电器
过电流继电器、欠电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器。
三中间继电器与固态继电器
1中间继电器：
当电压或电流继电器触点容量不够时，可借助中间继电器来控制，用中间继电器作为执行元件，这时中间继电器被当作一级放大器用；
当其他继电器或接触器触点数量不够时，可利用中间继电器来切换多条控制电路。
2固态继电器：
由固体半导体元件组成的无触点开关器件；
4端有源器件；
四时间继电器
1原理：
感应元件接受外界信号后，经过设定的延时时间才使执行部分动作的继电器。
2按延时方式分类：
通电延时型、断电延时型和带瞬动触点的通电（或断电）延时型继电器。
3按工作原理分类：
空气阻尼式、电动式和电子式等。
4
触点类型：
常开延时闭合触点、常闭延时断开触点、常开延时断开触点和常闭延时闭合触点4类。
五热继电器
专门用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护，以防止电动机过热而烧毁的保护电器。
2组成：
双金属片、加热元件、动作机构、触点系统、整定调整装置及手动复位装置等组成。
3原理
热继电器额定电流、相数、热元件额定电流、整定电流及调节范围等。
六速度继电器
1作用：
用于转速的检测，常用在三相交流异步电动机反接制动转速过零时，自动切除反相序电源。
转子、圆环（笼型空心绕组）和触点三部分组成。
第四节熔断器
一作用：
供电电路和电气设备的短路保护。
二组成：
由熔体和安装熔体的外壳两部分组成。
三原理：
通过熔断器的电流超过一定数值并经过一定的时间后，电流在熔体上产生的热量使熔体某处熔化而切断电路，从而保护了电路和设备。
四特性：
保护特性曲线
五选择
第五节低压隔离器
在电源切除后，将电路与电源明显地隔开，以保障检修人员的安全。
二类型：
低压刀开关、熔断器式刀开关和组合开关三种。
三刀开关
四熔断器式刀开关
五组合开关
第六节低压断路器
用来分配电能，不频繁地起动异步电动机，对电源电路及电动机等实行保护。
功能相当于熔断器式断路器与过电流、欠电压、热继电器等的组合。
主要由触点和灭弧装置、各种可供选择的脱扣器与操作机构、自由脱扣机构三部分组成。
三参数：
额定工作电压、壳架额定电流等级、极数、脱扣器类型及额定电流、短路分断能力等。
第七节主令电器
一概述
用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器。
2类型：
按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器、脚踏开关等。
二按钮
1结构组成：
常闭触点、常开触点、桥式触点、弹簧、按钮帽。
2颜色规定
3结构型式
三行程开关
用于检测工作机械的位置，发出命令以控制其运动方向或行程长短。
按外壳防护形式：
开启式、防护式及防尘式；
按动作速度：
瞬动和慢动（蠕动）；
按复位方式：
自动复位和非自动复位；
按接线方式：
螺钉式、焊接式及插入式；
按操作形式：
直杆式（柱塞式）、直杆滚轮式（滚轮柱塞式）、转臂式、方向式、叉式、铰链杠杆式等；
按用途：
一般用途行程开关、起重设备用行程开关及微动开关等。
四接近开关
非接触式的检测装置，当运动着的物体接近它到一定距离时，它就能发出信号，从而进行相应的操作。
高频振荡型、霍尔效应型、电容型、超声波型等。
3参数：
动作距离、重复精度、操作频率及复位行程等。
五光电开关
通过光的发射和接收实现非接触式位置检测装置。
对射式和反射式。
六凸轮控制器
用于起重设备和其他电力拖动装置，以控制电动机的起动、正反转、调速和制动。
2结构组成：
主要由手柄、定位机构、转轴、凸轮和触点组成。
3原理：
转动手柄时，转轴带动凸轮一起转动，转到某一位置时，凸轮顶动滚子，克服弹簧压力使动触点顺时针方向转动，脱离静触点而分断电路。
在转轴上叠装不同形状的凸轮，可以使若干个触点组按规定的顺序接通或分断。
七主令控制器
由主令控制器的触点来控制接触器，再由接触器来控制电动机。
与凸轮控制器相似，与控制屏相配合。
八万能转换开关
1作用及原理：
由多组相同结构的触点组件叠装而成的多回路控制电器，借助于不同形状的凸轮使其触点按一定的次序接通和分断，它能转换多种和多数量的电气控制电路。
2转换开关定位特征
3转换开关接线图
第二章电气图及电气控制基本控制电路
2.1电气图的基本知识25分钟
2.2电气图纸规范25分钟
2.3三相异步电动机基本控制电路2学时
2.4双速电动机高低速控制电路25分钟
2.5液压系统的电气控制25分钟
2.6控制电路的其他基本环节1学时
总计5学时
1.电器图形符号与文字符号，电气图的基本知识
2.三相异步电动机起动、停止控制电路；
正、反转控制电路；
制动控制电路；
点动、联锁、多点控制等基本控制电路环节
3.多速电动机控制电路
【了解内容】
1.电气图纸相关规范
2.液压系统电气控制技术
1.掌握电气控制电路图的相关知识
2.掌握三相异步电动机的基本控制电路环节
第一节电气图的基本知识
1电气图：
用电气图形符号绘制的图。
是电工领域中最主要的提供信息方式，它提供的信息内容可以是功能、位置、设备制造及接线等。
2电气图的类型：
系统图与框图、电路图、接线图与接线表、功能表图、逻辑图、位置图等。
根据其所表达信息的类型和表达方式而确定。
3电气控制系统图：
根据国家电气制图标准，用规定的图形符号、文字符号以及规定的画法绘制，表达设备电气控制系统的组成结构，工作原理及安装、调试、维修等技术要求的工程图。
4电气控制系统图种类：
电路图（电气原理图）、电气接线图、电器元件布置图。
二电气图形符号与文字符号
1电气图形符号：
由符号要素、限定符号、一般符号以及常用的非电操作控制的动作符号（如机械控制符号等），根据不同的具体器件情况组合而成。
2电气文字符号：
分为基本文字符号和辅助文字符号。
基本文字符号有单字母符号和双字母符号。
单字母符号表示电气设备、装置和元器件的大类；
双字母符号由一个表示大类的单字母与另一表示器件某些特性的字母组成。
辅助文字符号用来进一步表示电气设备、装置和元器件的功能、状态和特征。
3常用电气图形符号与文字符号示例。
三电气原理图
1形式与作用：
根据电气控制系统的工作原理，采用电器元件展开的形式绘制的。
不按电器元件实际布置绘制，而是根据电器元件在电路中所起的作用画在不同的部位上，用于分析研究系统的组成和工作原理，并为寻找电气故障提供帮助，同时也是编制电气接线图的依据。
主电路：
设备的驱动电路，包括从电源到用电设备的电路，是强电流通过的部分。
控制电路：
由按钮、接触器和继电器的线圈、各种电器的常开、常闭触点等组合构成的控制逻辑电路，实现所需要的控制功能，是弱电流通过的部分。
辅助信号指示电路。
保护电路。
3绘制方法
水平布置时，电源线垂直画，其他电路水平画，控制电路中的耗能元件（如接触器的线圈）画在电路的最右端。
垂直布置时，电源线水平画，其他电路垂直画，控制电路的耗能元件画在电路的最下端。
主电路采用粗实线。
控制电路和其他辅助的信号指示及保护电路采用细实线。
所有电器元件不画出实际的外形图，采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。
同一电器的各个部件可根据需要画在不同的地方，但必须用相同的文字符号标注。
多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字序号加以区分。
4常用器件状态表示
继电器和接触器的线圈在非激励状态。
断路器和隔离开关在断开位置。
零位操作的手动控制开关在零位状态，不带零位的手动控制开关在图中规定的位置。
机械操作开关和按钮在非工作状态或不受力状态。
保护类元器件处在设备正常工作状态，特别情况在图样上加以说明。
5标注：
元器件的数据和型号，一般用小号字体标注在电器元件符号的附近，需要标注的元器件的数量比较多时，可以采用设备表的形式统一给出。
四电器元件布置图
用来表明电气设备上所有电器和用电设备的实际位置，是电气控制设备制造、装配、调试和维护必不可少的技术文件。
2内容：
控制柜与操作台（箱）内部布置图以及控制柜与操作台（箱）面板布置图。
3绘制方法：
控制柜与操作台（箱）等设备的外形轮廓用细实线绘出。
可见的和需要表达清楚的电器元件及设备，用粗实线绘出其简单的外形轮廓，并标明其实际的安装位置。
电器元件及设备代号必须与有关电路图和设备清单上所用的代号相一致。
五电气接线图
表示电气设备或装置连接关系的简图，主要用于电气设备安装接线、线路检查、线路维修和故障处理。
电气设备和电器元件的相对位置、项目代号、端子号、导线号、导线类型、导线截面积、屏蔽和导线绞合等情况。
第二节电气图纸规范
一图幅尺寸
二图框线
三图幅分区
四标题栏
五图线
六字体
七尺寸标注及比例
八注释、详图及技术数据表示
第三节三相异步电动机基本控制电路
一、起动、停止控制电路
笼型三相异步电动机的起动、停止控制电路是应用最广泛的、也是最基本的控制电路，主要有直接起动和降压起动两种方式。
1．直接起动控制电路
一些控制要求不高的简单机械，如小型台钻、砂轮机、冷却泵等常采用开关直接控制电动机起动和停止。
它适用于不频繁起动的小容量电动机，不能远距离控制和自动控制。
2．降压起动控制电路
较大容量的笼型异步电动机一般都采用降压起动的方式起动，具体实现的方案有：
定子串电阻或电抗器降压起动、星—三角变换降压起动、自耦变压器降压起动、延边三角形降压起动等。
二、正、反转控制电路
只要把电动机定子三相绕组所接电源任意两相对调，改变电动机的定子电源相序，就可改变电动机的转动方向。
三、电动机制动控制电路
制动停车的方式有两大类：
即机械制动和电气制动。
机械制动采用机械抱闸、液压或气压制动；
电气制动有反接制动、能耗制动、电容制动等，其实质是使电动机产生一个与转子原来的转动方向相反的制动转矩。
第四节双速电动机高低速控制电路
与普通电动机不同的是，变速电动机的定子备有多组绕组，改变其接法，就可改变电动机的磁极对数从而改变其转速。
这里只讨论双速电动机的变速控制方法。
第五节液压系统的电气控制
在生产的许多领域广泛采用液压传动或气压传动系统，完善、可靠的电气控制电路是发挥其作用的基础。
液压传动系统易获得较大的力矩，运动传递平稳、均匀，准确可靠，控制方便，易实现自动化。
1．液压动力头控制电路
动力头是既能完成进给运动，而且又能同时完成刀具切削运动的动力部件。
液压动力头的自动工作循环是由控制电路控制液压系统来实现的。
自动工作方式：
：
（1）动力头原位停止
（2）动力头快进
（3）动力头工进（4）动力头快退
手动工作方式。
2．半自动车床刀架纵进、横进、快退控制电路
第六节控制电路的其他基本环节
一、点动控制
点动指的是，按住按钮时电动机转动工作，手放开按钮时，电动机即停止工作。
点动常用于生产设备的调整，如机床的刀架、横梁、立柱的快速移动，机床的调整对刀等。
二、联锁与互锁
1．联锁
在机床控制电路中，经常要求电动机有顺序的起动，如某些机床主轴必须在液压泵工作后才能工作；
龙门刨床工作台移动时，导轨内必须有足够的润滑油；
铣床的主轴旋转后，工作台方可移动等，这些都要求有联锁关系。
2．互锁
互锁实际上是一种联锁关系，其所以这样称谓，是为了强调触点之间的互相作用。
3．多点控制
在大型机床设备中，为了操作方便，常要求能在多个地点进行控制。
例如把起动按钮并联连接，停止按钮串联连接，分别安置在三个地方，就可三地操作。
4．工作循环自动控制
（1）工作台的正反向自动循环控制许多机床的自动循环控制都是靠限位控制来完成的。
某些机床的工作台要求正反向运动自动循环。
（2）动力头的自动循环控制它是由限位开关按行程来实现动力头的往复运动的。
第三章电气控制电路实例分析
3.1卧式车床的电气控制电路50分钟学时
3.2Z430型摇臂钻床的电气控制电路25分钟
3.3组合机床电气控制电路25分钟
.卧式车床的电气控制电路
1.Z430型摇臂钻床的电气控制电路
2.组合机床电气控制电路
1.掌握典型系统的电气控制电路
第一节卧式车床的电气控制电路
卧式车床是机床中应用最广泛的一种，它可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹。
一、CW6163B型万能卧式车床的控制电路
CW6163B型万能卧式车床床身最大工件的回转半径为630mm，工件的最大长度可根据床身的不同分为1500mm或3000mm两种。
1．主电路介绍主电路的组成及工作原理
2．控制、照明及显示电路介绍控制电路的组成及工作原理
二、C616卧式车床的电气控制电路
C616卧式车床属于小型车床，床身最大工件回转半径为160mm，工件的最大长度为500mm。
2．控制、照明和显示电路介绍控制电路的组成及工作原理
三、C650卧式车床的电气控制电路
C650卧式车床属于中型车床，床身的最大工件回转半径为1020mm，最大工件长度为3000mm。
2．控制电路介绍正反转控制电路的组成及工作原理、主轴电动机的反接制动控制
第二节Z3040型摇臂钻床的电气控制电路
钻床可以进行多种形式的加工，如；
钻孔、镗孔、铰孔及攻螺纹。
因此要求钻床的主轴运动和进给运动有较宽的调速范围。
2．控制、照明和显示电路介绍控制电路的组成及工作原理。
（1）主电动机的旋转控制
（2）摇臂的升降控制
（3）立柱和主轴箱的松开与夹紧控制
第三节X62W万能升降台铣床电气控制电路
铣床的种类很多，有立铣、卧铣、龙门铣和仿形铣等。
它们的加工性能及使用范围各不相同，本节以X62W万能铣床为例，分析中小型铣床电气控制电路的特点。
一、电气电路概述
该铣床由三台异步电动机拖动，M1为主轴电动机（功率为7.5kW、1450r/min），通过开关SA5改变电源相序实现主轴正、反两个方向旋转。
二、控制电路
1.主电动机的控制电路
（1）主电动机的起动
（2）主电动机的制动
（3）主轴变速时的瞬时点动
（4）主轴换刀制动
2．进给运动的控制
（1）工作台的左右（纵向）运动
（2）工作台上、下（垂直）运动和前、后（横向）运动
第四章电气设计与CAD
4.1电气控制电路设计基础2学时
4.2机床电气控制电路设计举例30分钟
4.3电气设计的内容20分钟
4.5计算机辅助设计通用CAD绘图20分钟
4.6电气专业设计CAD软件30分钟
总计4学时
1.电气控制电路设计方法
2.CAD软件的使用
1.电气控制电路设计原则。
2.CAD软件系列。
1.掌握电气控制电路设计步骤及方法。
2.掌握CAD软件的使用。
第一节电气控制电路设计基础
一、电气控制系统设计的基本内容和原则
（一）电气控制系统设计的基本内容
（二）电力拖动方案确定的原则
1．无电气调速要求的生产机械
2．要求电气调速的生产机械
3．电动机调速性质的确定
（三）控制方案确定的原则
二、电气控制电路设计方法
（一）控制电路设计要求
（二）控制电路设计方法
1．主电路设计2．控制电路设计3．联锁与保护环节设计4．电路的完善
（三）控制电路设计时应注意的问题
三、电气控制电路设计中元器件的选择
（一）电动机的选择
1．电动机功率的选择
2．电动机额定电压的选择
3．电动机额定转速的选择
4．电动机结构型式的选择
5．笼型异步电动机有关电阻的计算
（二）常用低压电器的选择
1．接触器的选用
2．继电器的选择
3．熔断器的选择
4．其他电器的选择
四、电气控制系统中的保护环节
（一）短路保护
（二）过电流保护
（三）过载保护
（四）失电压保护
（五）欠电压保护
第二节机床电气控制电路设计举例
设计CW6163型卧式车床的电气控制电路。
一、机床电气传动的特点及控制要求
二、电气控制电路设计
1．主回路设计
2．控制电路设计
3．信号指示与照明电路
5．绘制电气原理图
4．控制电路电源
三、选择电气元件
四、制定电气元件明细表
五、绘制电气安装接线图
第三节电气设计的内容
一、设计说明书
设计说明书在三个阶段各不相同。
（一）方案设计阶段
（二）初步设计阶段
（三）施工图设计阶段
二、设计计算书
三、设计图样
第四节电气设计CAD
一、CAD的基本概念
1．CAD的概念2．CAD的发展3．CAD的功能
二、硬件系统
1．主机系统2．图形输入设备3．图形显示设备4．图形硬拷贝设备
三、软件系统
1．软件系统的构成
2．软件系统的基本功能
3．电气设计CAD软件包的构成
第五节计算机辅助设计通用CAD绘图
一、AutoCAD
二、AutoCAD各版本
三、电气设计通用CAD常规绘图方法
四、绘图注意事项
五、AutoCAD计算机绘图常用命令
第六节电气专业设计CAD软件
一、EES系列二、ABD－E三、AS－E四、INTER－DQ五、Telec
第五章可编程序控制器概论
5.1可编程序控制器的产生及发展1学时
5.2可编程序控制器的定义及特点1学时
5.3可编程序控制器工作原理1学时
5.4可编程序控制器的硬件及分类1学时
5.5可编程序控制器的软件及其工作原理1学时
1.可编程序控制器的定义及其特点
2.可编程序控制器的工作原理及工作过程
3.可编程序控制器的硬件及分类、软件及其工作原理
1.可编程序控制器的英文缩写及发展过程。
2.可编程序控制器的分类。
1.掌握可编程序控制器工作原理
2.掌握可编程序控制器的硬件及分类、软件及其工作原理
第一节可编程序控制器的产生及发展
一、可编程序控制器的产生美国数字设备公司（DEC）根据GM公司招标的技术要求，于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车自动装配线上试用，获得成功。
其后，日本、德国等相继引入这项新技术，可编程序控制器由此而迅速发展起来。
二、可编程序控制器的发展20世纪80年代以来，随着大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器为核心的可编程序控制器得到迅速发展。
这时的PLC具有了高速计数、中断技术、PID调节和数据通信等功能，从而使PLC的应用范围和应用领域不断扩大，成为现代工业控制的三大支柱（PLC、工业机器人和CAD/CAM）之一。
三、可编程序控制器按应用形式归纳为以下几种类型：
（1）开关量逻辑控制
（2）模拟量控制（3）过程控制（4）定时和计数控制（5）顺序控制（6）数据处理（7）通信和联网
第二节可编程序控
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