电气控制与PLC技术教学教案全集

电气控制与PLC技术教学教案全集一、课程概述1.1课程性质与定位本课程是自动化类、机电一体化类及相关专业的一门核心专业技术课程，具有很强的实践性和应用性。它融合了电气控制技术与可编程逻辑控制器（PLC）技术两大核心内容，旨在培养学生掌握现代工业控制系统的基本组成、工作原理、设计方法及维护技能。通过本课程的学习，学生能够将电气控制线路设计与PLC编程应用相结合，为解决工业现场控制问题奠定坚实基础。1.2课程目标1.2.1知识目标1.掌握常用低压电器的结构、工作原理、选型及应用方法。2.理解电气控制线路的基本控制原则和典型控制电路的组成与分析方法。3.掌握PLC的基本组成、工作原理、编程语言（重点为梯形图）及指令系统。4.掌握PLC控制系统的设计步骤、硬件配置、软件编程与调试方法。5.了解PLC在工业自动化领域的典型应用及发展趋势。1.2.2能力目标1.能正确选用和检测常用低压电器元件。2.能阅读和分析中等复杂程度的电气控制原理图。3.能独立运用PLC基本指令和常用功能指令完成一般控制逻辑的编程。4.能进行PLC控制系统的初步设计、安装接线与调试。5.具备一定的工程实践能力和问题分析与解决能力。1.2.3素质目标1.培养严谨的逻辑思维能力和工程实践素养。2.培养规范操作、安全第一的职业意识。3.培养自主学习、团队协作和创新精神。4.培养良好的职业道德和工匠精神。1.3适用对象本教案适用于高等职业院校、普通高等本科院校相关工科专业（如自动化、电气工程及其自动化、机电一体化技术、机械制造与自动化等）的“电气控制与PLC技术”课程教学，也可供从事相关领域工程技术人员参考学习。1.4课程基本要求与学习建议1.预备知识：学生应具备电工电子技术的基本知识，了解常用电路元件的特性，掌握基本电路的分析方法。2.学习态度：本课程实践性强，要求学生高度重视实验与实训环节，勤于动手，善于思考，勇于创新。3.学习方法：理论与实践相结合，注重理解基本概念和原理，多做编程练习，积极参与项目实践，培养解决实际问题的能力。建议结合仿真软件进行预习和课后巩固。二、课程教学内容与学时分配（参考）序号章节/模块名称主要内容理论学时实践学时备注:---:--------------------------------:---------------------------------------------:-------:-------:-------1绪论与电气控制基础课程介绍、常用低压电器认知422典型电气控制电路基本控制环节、典型设备控制电路分析643PLC概述及工作原理PLC定义、特点、组成、工作原理、性能指标404PLC编程语言与基本指令系统编程语言规范、基本逻辑指令、定时器计数器指令645PLC功能指令常用功能指令（传送、比较、运算、移位等）的应用866PLC程序设计方法与应用实例经验设计法、逻辑设计法、顺序控制设计法（SCL）667PLC控制系统设计设计步骤、硬件选型、软件设计、安装调试448PLC通信技术简介通信基本知识、常见PLC通信协议与组网方式22选讲9综合应用与技能实训综合控制系统设计、安装、编程、调试08**总计****40****36**约76学时*注：学时分配可根据具体专业培养方案和学生实际情况进行调整。实践学时包含实验、实训、课程设计等环节。*三、各章节教学教案第一章绪论与电气控制基础1.1教学目标*知识目标：了解电气控制技术的发展概况及课程主要内容；掌握常用低压电器的分类、结构、工作原理和图形文字符号；理解接触器、继电器等主令电器、执行电器的作用。*能力目标：能识别常用低压电器的类型；能看懂低压电器的图形符号和文字符号；能初步判断低压电器的好坏。*素质目标：培养严谨细致的学习态度和对电气元件的认知兴趣。1.2教学重点与难点*重点：常用低压电器（接触器、继电器、按钮、熔断器、断路器等）的结构、工作原理、图形及文字符号。*难点：接触器与继电器的区别与选用；电磁式电器的电磁机构工作原理。1.3教学方法与手段*理论讲授、多媒体演示（图片、动画）、实物展示与拆装、课堂提问与讨论。*实践环节：常用低压电器的认知与检测实验。1.4教学内容与过程设计1.4.1绪论（1学时）*导入：通过展示工业自动化生产线、智能装备等视频或图片，引出电气控制技术在现代工业中的核心地位，激发学生学习兴趣。*新课讲授：*电气控制技术的定义与发展历程（从手动控制到自动控制，从继电器控制到PLC控制）。*本课程的主要内容、学习目标和意义。*电气控制技术的应用领域（机械制造、冶金、化工、交通、电力等）。*课堂小结：回顾本次课主要内容，强调学习本课程的重要性。*思考与提问：同学们在生活中接触过哪些电气控制系统？它们是如何工作的？1.4.2常用低压电器概述（0.5学时）*导入：电气控制系统是由各种电器元件组成的，要学习电气控制，首先要认识这些“积木块”。*新课讲授：*低压电器的定义：工作在交流电压1000V及以下、直流电压1500V及以下的电器。*低压电器的分类：按用途（控制电器、保护电器等）；按动作方式（手动、自动）；按执行机构（电磁式、非电磁式）。*低压电器的型号含义简介（结合具体产品举例，避免复杂数字）。*课堂互动：展示几种不同类型的低压电器实物，让学生尝试分类。1.4.3主令电器（1学时）*导入：在电气控制系统中，如何发出控制命令？——主令电器。*新课讲授：*按钮（PB）：结构（按钮帽、触点系统、复位弹簧）、分类（常开、常闭、复合按钮）、图形文字符号、选用原则（颜色、额定电流、操作方式）。**重点演示*：复合按钮的动作顺序和触点状态变化。*行程开关（LS）：又称限位开关，结构（操作头、触点系统）、工作原理（机械碰撞使触点动作）、图形文字符号、应用场合（位置检测、限位保护）。*其他主令电器简介：万能转换开关、接近开关、光电开关（展示图片，说明功能）。*实物展示与观察：让学生观察不同类型按钮、行程开关的结构，辨别常开常闭触点。1.4.4执行电器——接触器（1.5学时）*导入：主令电器发出的信号通常不能直接控制大电流负载，需要一个“大力士”来执行——接触器。*新课讲授：*交流接触器（KM）：*用途：远距离频繁地接通和分断交直流主电路及大容量控制电路。*结构：电磁机构（线圈、铁芯、衔铁）、触点系统（主触点——大容量、常开；辅助触点——小容量、常开/常闭）、灭弧装置（对于大电流接触器）、释放弹簧。*工作原理：线圈通电→铁芯磁化→吸合衔铁→带动触点动作（常开闭合，常闭断开）；线圈断电→磁力消失→衔铁释放→触点复位。*图形文字符号。*主要参数：额定电压（线圈、主触点）、额定电流（主触点）、触点数量等。*选用原则。*直流接触器简介：结构特点（磁吹灭弧、铁芯用整块钢）。*重点难点突破：通过动画演示接触器吸合与释放过程，强调主触点与辅助触点的区别，线圈电压与主触点额定电压的概念。*实物演示：给接触器线圈通以额定电压（注意安全，低电压演示），观察触点动作情况。1.4.5控制电器——继电器（1学时）*导入：在控制电路中，除了接触器，还有许多具有特定功能的“信号检测与转换”元件——继电器。*新课讲授：*电磁式继电器：*结构：与接触器类似（电磁机构、触点系统），但无灭弧装置，触点容量小。*分类：电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器。*中间继电器（KA）：作用（信号放大、多路控制转换）、图形文字符号、选用。*电流继电器（KI）、电压继电器（KV）：线圈串/并联在电路中，根据电流/电压大小动作，用于保护或控制。*时间继电器（KT）：*用途：实现延时控制。*类型：通电延时型、断电延时型。*结构与原理简介（电磁式、空气阻尼式、电子式——重点介绍电子式）。*图形文字符号（线圈、延时触点）。*接触器与继电器的区别：对比总结，强调用途、容量、灭弧能力等方面。*图片/实物展示：多种继电器，让学生观察其结构特点，识别类型。1.4.6保护电器（0.5学时）*新课讲授：*熔断器（FU）：作用（短路保护）、结构（熔体、熔管）、图形文字符号、选用原则（额定电流）。*热继电器（FR）：作用（过载保护）、工作原理（双金属片受热弯曲）、图形文字符号、选用。*断路器（QF）：作用（过载、短路、欠压保护，不频繁通断电路）、图形文字符号。*案例分析：结合简单电动机控制电路，说明各保护电器的作用。1.4.7常用低压电器认知与检测实验（2学时）*实验目的：加深对常用低压电器结构、原理的理解；掌握其基本检测方法。*实验器材：各类低压电器实物（按钮、接触器、继电器、熔断器等）、万用表、电源（低压安全电源）。*实验内容与步骤：1.观察各电器的型号、铭牌参数，识别其类型。2.观察各电器的结构，辨别常开、常闭触点。3.用万用表检测触点的通断状态。4.对接触器、继电器线圈进行通电试验（注意安全，使用规定电压），观察触点动作情况。*实验报告：记录所观察到的现象，绘制所识别电器的图形符号。1.5课后作业与拓展1.绘制本章所学主要低压电器的图形符号和文字符号。2.比较接触器与中间继电器的异同点。3.思考：在电动机控制电路中，熔断器和热继电器的保护作用有何不同？能否相互替代？4.查阅资料，了解一种新型低压电器的特点和应用。第二章典型电气控制电路2.1教学目标*知识目标：掌握电气控制线路的绘制原则与阅读方法；理解电动机基本控制环节（启动、停止、正反转、调速、制动）的工作原理；能分析典型生产机械（如车床、铣床）的电气控制电路。*能力目标：能看懂较复杂的电气控制原理图；能分析控制电路的工作过程和故障原因；初步具备设计简单控制电路的能力。*素质目标：培养逻辑分析能力和识图能力，树立安全用电意识。2.2教学重点与难点*重点：三相异步电动机的启动（直接、减压）、正反转、行程控制、时间控制等基本控制环节的工作原理和电路分析。*难点：控制电路中各种保护环节的实现；电气控制线路的阅读与故障分析方法；互锁、自锁等概念的理解与应用。2.3教学方法与手段*理论讲授、多媒体课件（电气原理图动画演示）、电路分析与讨论、仿真软件演示（如Multisim）。*实践环节：典型控制电路的接线与调试实验。2.4教学内容与过程设计（此处仅列出主要知识点框架，具体内容展开需结合原理图详细分析，如点动与连续控制、正反转控制、星三角降压启动控制、顺序控制等，并配合实验）2.4.1电气控制线路绘制与阅读基础*电气图的分类：电气原理图、电器布置图、安装接线图。*电气原理图的绘制原则：电源电路、主电路、控制电路、信号电路的画法；电器元件的表示方法（集中表示法、分开表示法）；文字符号、图形符号的规范使用；导线的标记。*电气控制线路的阅读方法与步骤：先主后辅、化整为零、顺藤摸瓜、分析保护。2.4.2三相异步电动机的基本控制电路*点动控制与连续运转控制（自锁环节）。*正反转控制（互锁环节：接触器常闭触点互锁、按钮互锁、双重互锁）。*位置控制与自动往返控制（行程开关的应用）。*顺序控制与多地控制。2.4.3三相异步电动机的启动控制电路*直接启动控制（适用场合）。*减压启动控制：星三角（Y-Δ）降压启动、自耦变压器降压启动（原理分析，控制过程）。2.4.4三相异步电动机的制动控制电路（简介）*电磁抱闸制动、能耗制动、反接制动的原理与特点。2.4.5典型生产机械电气控制电路分析（举例：C620普通车床）*主电路分析：电动机的种类、作用及控制方式。*控制电路分析：各控制环节（启动、停止、变速、照明、保护等）的工作原理。*保护环节分析：短路、过载、欠压等保护。2.4.6典型电气控制电路安装与调试实验（4学时，分若干次）*实验项目：电动机正反转控制电路的安装与调试；电动机星三角降压启动控制电路的安装与调试。*强调安全操作规程，培养规范接线、细心调试、故障排查的能力。2.5课后作业与拓展1.根据电气原理图，详细叙述电动机正反转双重互锁控制电路的工作过程。2.分析星三角降压启动控制电路中，时间继电器的作用及延时时间的确定因素。3.尝试设计一个能实现两台电动机顺序启动（M1启动后M2才能启动）、逆序停止（M2停止后M1才能停止）的控制电路。第三章PLC概述及工作原理3.1教学目标*知识目标：理解PLC的定义、主要特点和