电气控制技术

高纲1504

27979 电气控制技术

江苏大学编

江苏省高等教育自学考试委员会办公室

Ⅰ 课程性质与课程目标

一、课程性质和特点

《电气控制技术》课程是我省高等教育自学考试机电专业的一门实践性很强的专业课程，是培养实用型电气控制技术人才的必修课程。

随着科学技术的不断发展，传统的电气控制技术内容发生了很大的变化，基于继电器—接触器控制系统原理设计的可编程控制器（PLC）在电气自动化领域中得到越来越广泛的应用。现代电气控制技术包含了传统的继电器—接触器控制系统和可编程控制器应用技术两部分内容。本课程以传统的电气控制技术为基础内容，向现代电气控制技术的内容延伸。通过本课程的学习，一方面使学生熟悉掌握常用低压电器的工作原理、用途，达到正确选用和使用的目的。并通过介绍继电器—接触器电气控制线路的基本环节，使学生掌握电气控制系统的设计方法与步骤，培养学生独立分析和设计电气控制线路的能力；另一方面通过对PLC工作原理、基本组成、系统配置及S7-200PLC基本指令及应用实例的介绍，使学生掌握PLC工作原理、基本指令及简单应用，将现代电气控制技术所包含的知识运用到现代生产领域中，以适应社会发展的需求，增强学生面向工程实际的适应能力。

二、课程目标

本课程主要介绍电气控制系统中的常用低压电器、电气控制线路基本环节及典型设备的电气线路。并重点介绍PLC的工作原理、组成和系统配置。以西门子S7-200PLC为背景机，介绍PLC基本指令及应用，PLC控制系统设计步骤和方法。简单介绍S7-200PLC网络通信技术和编程软件的使用。通过对本课程的学习，要求应考者对现代电气控制技术有一个较全面的了解。具体应达到以下要求：

1．掌握常用低压电器的工作原理和用途，能进行正确的选用和使用，并能用标准图形符号和文字符号表示它们；

2．熟练掌握电气控制线路基本环节，包括点动控制线路、自锁控制线路、电机正反转控制线路、多地控制线路、自动往返控制线路等。能阅读、分析和设计基本的电气控制线路。掌握三相笼形异步电动机星形-三角形降压启动控制线路、反接制动和能耗制动控制线路、简单调速控制线路。了解电气控制线路的一般设计方法和典型生产机械电气控制线路的分析方法。

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3．掌握可编程控制器（PLC）的工作原路、硬件构成及梯形图编程语言。 4．掌握S7-200PLC基本逻辑指令及简单的应用。了解一些常用的功能指令和应用。

5．一般了解HMI、变频器和软启动器的使用。 三、与相关课程的联系与区别

《电气控制技术》课程是机电类电气信息技术专业的专业课程，其实践性和实用性强，覆盖的知识面非常广泛。本课程的前修课程包括电路、电机拖动基础、微机原理、C语言等，这些课程可以帮助我们更好地理解和掌握电气控制技术。

四、课程的重点和难点

本课程的重点内容包括接触器、继电器、低压断路器等低压电器的工作原理及用途，三相异步电动机正反转控制线路、降压启动控制线路及制动控制线路， PLC的工作原理及系统配置，S7-200PLC的基本逻辑指令和功能指令，PLC编程方法及应用。难点在于PLC的工作原理及基本指令的编程应用。

Ⅱ 考核目标

本大纲在考核目标中，按照识记、领会、简单应用和综合应用四个层次规定学生应达到的能力层次要求。四个能力层次是递升的关系，后者必须建立在前者的基础上。各能力层次的含义是：

识记（Ⅰ）：要求考生能够识别和记忆本课程中常用低压电器和电气控制线路的工作原理、功能、用途、特点、图形符号和文字符号及重要结论，识别和记忆本课程中关于PLC的工作原理、工作过程、主要编程元件及地址表示方法、基本指令、梯形图语言及编程方法，并能够根据考核的不同要求，做正确的表述、选择和判断。

领会（Ⅱ）：要求考生能够领悟和理解本课程中有关电气控制的内涵及外延，理解电气控制线路的主要功能及保护环节，理解PLC的工作原理及执行方式，能够判别不同低压电器的区别和联系；理解PLC基本逻辑指令（置位和复位、

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边沿触发指令、SCR、定时器、计数器、SHRB、比较指令）的特点和使用方法，并能根据考核的不同要求做出正确的判断、解释和说明。

简单应用（Ⅲ）：要求考生能够根据已有的电气控制线路分析工作过程和保护方式，能根据已有的梯形图程序说明工作过程、功能并画出相关时序图，能根据已知条件和控制要求得出正确的结论或做出正确的判断，并能把控制过程正确地表达出来。也可运用本课程中的知识点，利用电气控制线路设计原则和PLC设计方法分析和解决一般应用问题，如简单的绘图和分析等。

综合应用（Ⅳ）：要求考生能够面对具体、实际的控制要求，提出合理的控制方式，选择合适的低压电器，设计出符合控制要求的继电器——接触器控制线路（包括主电路和控制电路），或者根据已经输入/输出时序图，分析控制要求，设计出符合控制要求的PLC梯形图程序，给出I/O接线图，必要时进行一定的分析说明。

Ⅲ 课程内容与考核要求

第一章 电气控制系统常用器件

一、学习目的与要求

通过本章的学习，要求深刻理解和掌握电磁式电器的基本结构和工作原理；掌握接触器、继电器、低压断路器、熔断器、主令电器及执行器件的功能、用途、工作原理及选用方法等内容。

二、课程内容

本章主要介绍了常用低压电器（包括接触器、继电器、断路器、熔断器、主令电器等）的结构、工作原理、技术参数及选用方法等内容。

三、考核知识点与考核要求

1. 电磁式低压电器的基本结构和工作原理

识记：电磁式电器的组成；触点的接触形式；常用的灭弧方式；电磁机构的组成和工作原理。

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领会：不同接触形式的触点的应用场合；不同灭弧方式的应用场合；直流和交流电磁机构的区别和特点；吸力特性和反力特性及配合；短路环的作用。 应用：直流和交流电磁机构的应用场合。

2. 接触器、继电器

识记：接触器的用途、结构、工作原理和主要技术参数；继电器的作用、分类；热继电器的作用、组成和工作原理；时间继电器的组成和分类；速度继电器的组成和作用。

领会：接触器的线圈电压和额定电压的区别与联系；带断相保护的热继电器的作用；温度继电器的特点。

应用：接触器的选用方法；能使用正确的文字符号和图形符号表示接触器、各种继电器。

3. 低压断路器、熔断器

识记：低压断路器的功能、作用、组成和工作原理；熔断器的作用、结构和分类。

领会：低压断路器的主要技术参数和选用方法；熔断器的保护特性和主要技术参数。

应用：能正确选用熔断器；能使用正确的文字符号和图形符号表示断路器和熔断器。

4. 主令电器、信号电器、常用执行器件和检测仪表

识记：主令电器的作用和分类；按钮的组成及颜色含义；行程开关的作用；接近开关的分类和作用；信号的分类及颜色含义；常用电磁执行器件和驱动设备；变送器的作用。

领会：热电阻和热电偶测温的使用场合。

应用：能使用正确的文字符号和图形符号表示各种主令电器、信号电器。 四、本章重点、难点

重点：掌握电器式电器的组成及工作原理；接触器的作用、结构和选用方法；

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常用继电器的用途和工作原理；低压断路器的功能和选用；熔断器的功能和选用；各种主令电器的用途；掌握常用低压电器的图形符号和文字符号。

第二章 电气控制线路基础

一、学习目的与要求

通过本章的学习，要求深刻理解并掌握电动机的点动、连续运转、正反转、两地控制和自动往返等基本控制线路。理解自锁与互锁的概念，并能正确运用。掌握三相笼型异步电动机的降压启动、制动的方法及相应的电气控制线路。掌握电气控制线路中常用的保护环节及实现方法。通过学习，能正确地分析和设计典型生产机械的电气控制线路，并了解软启动器和变频器的工作原理、作用和使用方法。

二、课程内容

本章主要介绍了传统继电器——接触器控制系统的典型控制线路和三相笼型异步电动机的启动、制动、调速的基本控制线路和工作原理。介绍了新型的电气控制装置软启动器和变频器的工作原理和使用方法。并通过对C650卧式车床电气控制线路的分析，介绍了电气控制线路分析的内容与要求、方法与步骤。

三、考核知识点与考核要求

1. 电气控制线路的图形符号、文字符号及绘制原则

识记：电气控制系统图的分类；常用电器的图形符号和文字符号。 领会：电气原理图的绘制原则。

应用：能绘制简单的电气原理图，分析和判断原理图的绘制正确性。 2. 三相笼型异步电动机基本控制线路

识记：全压启动电动机的点动、自锁控制线路、多点控制线路、电动机正反转控制线路、顺序控制线路和自动往返控制线路及工作原理。

领会：全压启动电动机的保护环节；自锁与互锁的区别和作用。

应用：对所有基本控制线路均要求能使用标准的图形符号和文字符号进行设计、绘图、读图分析。

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3.三相笼型异步电动机降压启动、制动、调速控制线路

识记：三相笼型异步电动机降压启动、制动和调速的方法；软启动器的特点和工作原理；了解变频器的类型和控制方式分类。

领会：三相笼型异步电动机星形-三角形降压启动控制线路、单向反接制动和能耗制动控制线路、双速电机调速控制线路及工作原理，特点；电动机单向运行软启动、软停车或自由停车控制线路及工作原理。

应用：能对星形-三角形降压启动控制线路进行分析；能设计单向反接制动和能耗制动控制线路；

4. 电气控制线路的设计与分析方法

识记：电气控制线路一般设计法的几个主要原则；电气控制线路分析的内容与要求，方法与步骤。

领会：简单设计法的主要内容，能进行典型控制线路的分析。

应用：能应用简单设计法进行电气控制线路的设计；能进行典型生产机械电气控制线路的设计。

四、本章重点、难点

重点：要求掌握电气控制线路基本环节（点动、连续、正反转、两地控制、自动往返等），反接制动和能耗制动控制线路，能分析及正确绘制控制线路。

难点：星形-三角形降压启动控制线路，软启动器和变频器的工作原理及使用。

第三章 可编程序控制器概述

一、学习目的与要求

通过本章的学习，要求了解PLC的发展历程、特点与其它控制系统的区别等内容，掌握PLC的基本组成、工作原理、运行方式和编程语言等内容。

二、课程内容

本章主要介绍了PLC的定义、发展历程、特点、基本组成、工作原理和编程语言等内容。重点介绍了PLC的系统组成和工作原理。

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三、考核知识点与考核要求

识记：PLC的定义、功能、特点、分类及应用场合。

领会：PLC的分类方法、系统组成及各部分的作用；输出接口电路的类型；掌握PLC的工作原理和工作过程。掌握PLC的编程语言类型（梯形图、语句表和功能块图）。

应用：PLC的工作过程及梯形图编程语言。 四、本章重点、难点

重点：掌握PLC的工作方式和工作原理。

第四章 S7-200 PLC基础知识

一、学习目的与要求

通过本章的学习，要求掌握S7-200PLC的硬件基本组成、内部资源、数据类型和寻址方式，编程语言及程序的基本构成（用户程序、数据块和参数块）。

二、课程内容

本章主要介绍西门子S7-200PLC基础知识。包括S7-200PLC的硬件基本组成、内部资源、寻址方式、编程语言及程序结构等内容。

三、考核知识点与考核要求

识记：S7-200PLC的硬件基本构成；12种软元件的标识符；常用特殊继电器SMB0的位信息；数据的类型及寻址方式；编程语言和程序结构。

领会：S7-200PLC的I/ O点数扩展方法和编址方法；软元件的类型和特点。 应用：能对S7-200PLC扩展模块进行编址。 四、本章重点、难点

重点：掌握S7-200PLC扩展模块的编址方式和软元件的类型与特点。

第五章 PLC基本指令及程序设计

一、学习目的与要求

通过本章的学习，读者应能掌握S7-200 PLC的基本逻辑指令和一般的程序控制指令，掌握PLC编程的一些规则，掌握一些典型电路和环节的PLC程序，

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并能采用梯形图语言，编制一些简单的PLC控制程序。

二、课程内容

本章主要介绍了S7-200PLC的基本逻辑指令及其使用方法。重点介绍了典型电路和环节的程序编写方法，并举例介绍PLC控制程序的简单设计方法。

三、考核知识点与考核要求

识记：S7-200PLC的基本逻辑指令和程序控制指令的表示方法和使用方法，主要包括置位、复位指令，立即指令，边沿触发指令，比较指令，定时器、计数器指令等。

领会：S7-200PLC的基本逻辑指令的应用；梯形图编程的基本规则。 应用：能掌握和应用典型电路环节的PLC程序，主要包括延时脉冲产生电路、瞬时接通/延时断开电路、定时器和计数器的扩展程序，闪烁电路程序等。

四、本章重点、难点

重点：掌握接通延时定时器、增计数器、减计数器及比较指令的使用。 难点：置位、复位指令和边沿触发指令的使用。

第六章 S7-200 PLC功能指令及应用

一、学习目的与要求

通过本章的学习，要求掌握部分功能指令的使用方法，包括单一传送指令、移位指令、循环移位指令、加法和减法指令、一般乘法和除法指令、增/减指令、逻辑运算指令。对其余功能指令及应用不做考核要求。

二、课程内容

本章主要介绍了S7-200PLC的功能指令及应用方法，包括传送、移位及填充指令，算术运算与逻辑运算指令，数据转换指令，中断指令和PID指令及应用等内容。

三、考核知识点与考核要求

识记：S7-200PLC的掌握部分功能指令的表示方法及使用方法，包括单一传送指令、移位指令、循环移位指令、加法和减法指令、一般乘法和除法指令、增

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/减指令、逻辑运算指令。

领会：S7-200PLC的移位指令、循环移位指令的区别。

应用：能应用单一传送指令、移位指令、循环移位指令和逻辑运算指令编程或者分析相关控制程序。

第七章 S7-200 PLC顺序控制指令及应用

(本章内容不做考核要求)

第八章 S7-200 PLC网络通信技术及应用

(本章内容不做考核要求) 第九章 PLC控制系统综合设计 (本章内容不做考核要求) 第十章 编程软件及其应用

一、学习目的与要求

通过本章的学习，要求掌握S7-200PLC编程软件（STEP7-Micro/WIN）的使用方法，以便于能进行上机编辑、编译、运行和调试程序。

二、课程内容

本章主要介绍了S7-200PLC的编程软件（STEP7-Micro/WIN）方法，包括软件安装、与PLC的通信，软件功能，编程及调试与运行监控等内容。

三、考核知识点与考核要求

有条件的学生可以安装编程软件，上机进行PLC程序的编写与调试，有助于理解基本理解指令和功能指令的使用。

本章内容不做考核要求。

第十一章 标准工业控制编程语言IEC61131-3

(本章内容不做考核要求)

Ⅳ 关于大纲的说明与考核实施要求

一、自学考试大纲的目的和作用

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课程自学考试大纲是根据专业自学考试计划的要求，结合自学考试的特点而确定。其目的是对个人自学、社会助学和课程考试命题进行指导和规定。

课程自学考试大纲明确了课程学习的内容以及深广度，规定了课程自学考试的范围和标准。因此，它是编写自学考试教材和辅导书的依据，是社会助学组织进行自学辅导的依据，是自学者学习教材、掌握课程内容知识范围和程度的依据，也是进行自学考试命题的依据。

二、课程自学考试大纲与教材的关系

课程自学考试大纲是进行学习和考核的依据，教材是学习掌握课程知识的载体，教材的内容是大纲所规定的课程知识和内容的扩展与发挥。

三、关于自学教材

本课程使用教材为：《现代电气控制及PLC应用技术》（第3版），王永华编著，北京航空航天大学出版社，2013年8月。

四、关于自学要求和自学方法的指导

本大纲的课程基本要求是依据专业考试计划和专业培养目标而确定的。课程基本要求还明确了课程的基本内容，以及对基本内容掌握的程度。基本要求中的知识点构成了课程内容的主体部分。因此，课程基本内容掌握程度、课程考核知识点是高等教育自学考试考核的主要内容。

为有效地指导个人自学和社会助学，本大纲已在相关章节中指明了章节内容的重点和难点。

本课程共6学分。

本课程作为一门实践性很强的专业课程，实用性强、内容较多、难度较大，应考者在自学过程中应该注意以下几点：

1.应仔细阅读课程大纲，了解课程的性质、地位和任务，熟悉课程的基本要求以及本课程与有关课程的联系，紧密围绕大纲要求自学。

2.在阅读某一章教材内容前，应先认真阅读大纲中该章的考核知识点和考核要求，注意对各知识点的能力层次要求，以便在阅读教材时做到心中有数。

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3.考虑学习对象为成人在职业余自学，及考生实验条件的差异，暂不对编程软件及其应用做考核要求。但对有条件的考生最好安装S7-200PLC编程软件STEP 7-Micro/WIN ，V3.2-V4.0版本均可，并进行上机编程练习，以便更好地理解和应用PLC指令系统，学会梯形图编程和简单的调试方法，提高工程应用能力。

4.考生应根据大纲要求，认真理解、吃透每个知识点。对基本概念必须深刻理解，基本原理必须牢固掌握，在阅读中遇到个别细节问题不清楚，在不影响继续学习的前提下，可暂时搁置，留待以后对课程知识认识理解能力提高后再解决。

5.学完教材的每一章节内容后，应根据大纲要求，有选择性地完成教材中的练习题和思考题，这对理解、消化和巩固所学的知识，增加分析问题、解决问题的能力有很大帮助。

6.教材中未列入本大纲的其它章节不作考试要求。 五、应考指导

1. 如何学习。很好的计划和组织是学习成功的法宝。应考者应熟知考试大纲对课程所提出的总的要求和各章的知识点，掌握各知识点要求达到的层次，并深刻理解各知识点的考核要求。以指定的教材为基础，以考试大纲为依据，认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动提出问题，依靠自己学懂。如果可以接受培训学习，一定要跟紧课程并完成作业，真正弄懂相关知识点。

2. 如何考试。注意卷面整洁、书写工整，段落与间距合理。回答所提出的问题，避免超过问题的范围。画图题最好用直尺和铅笔画图，保持试卷清洁。

3. 如何处理紧张情绪。正确处理对失败的惧怕，要正面思考。如果可能，请教已经通过该科目考试的人，问他们一些问题。做深呼吸放松，这有助于使头脑清醒，缓解紧张情绪。考试前合理膳食，保持旺盛精力，保持冷静。

六、对社会助学的要求

培训辅导时要注意基础、突出重点，要帮助应考者对课程内容建立一个整体的概念，对应考者提出的问题，应以启发引导为主。同时注意对应考者能力的培

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养，特别是自学能力的培养，要引导应考者逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题、分析问题、作出判断和解决问题。

培训辅导时要让应考者了解试题难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中都存在着不同难度的试题。

七、对考核内容的说明

1. 本课程要求考生学习和掌握的知识点内容都作为考核的内容。课程中各章的内容均由若干知识点组成，在自学考试中成为考核知识点。因此，课程自学考试大纲中所规定的考试内容是以分解为考核知识点的方式给出的。由于各知识点在课程中的地位、作用以及知识自身的特点不同，自学考试将对各知识点分别按三个层次确定其考核要求。

2. 课程分为两大部分，分别为传统的继电器--接触器控制系统和PLC控制系统两大部分，考试试卷中所占的比例大约各占50%。

八、关于考试命题的若干规定

1.本课程考试方式为闭卷笔试，考试时间为150分钟。评分采用百分制，60分为及格。考试时要携带直尺。

2.本大纲各章所规定的基本要求、知识点都属于考核的内容。考题覆盖到章，但又会突出课程的重点、章节重点内容，注意教材每章的的本章小结、思考题和练习题。

3.本课程在试卷中对不同能力层次要求的分数比例大致为：识记占20%，领会占30%，简单应用占30%，综合应用占20%。

4.试题的难易程度合理，试题的难度分为：易、较易、较难和难四个等级。每份试卷中不同难度试题的分数比例大约为：2:3:3:2。考生必须注意试题的难易程度与能力层次有一定的联系，但二者不是等同的概念。在各个能力层次中对于不同的考生都存在着不同的难度，考生切勿混淆。

5.本课程考试试卷可能采用的题型有：单项选择题、填空题、改错题、简答题、问答题、分析题和综合应用题（包括论述题、设计题等）（见附录题型示例）。

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附录 题型举例

一、选择题

如：低压电器中，不能实现失压（欠压）保护的电器是（ ）。 A．低压断路器 B. 热继电器 C. 交流接触器 D. 零压（欠压）继电器 二、填空题

如：行程开关的文字符号是 。 三、简答题

如：在PLC控制系统中开关量输入模块和输出模块各起什么作用？ 四、分析题

试分析下列梯形图程序的功能和执行过程。

I0.1I0.2C30CU CTUR10PVC30Q0.1（ ）

五、设计题

如：应用梯形图语言，设计一个PLC控制系统程序，要求第一台电动机启动10s后，第二台电动机自行启动，运行过程中，只要遇到停止按钮信号，立即同时停止两台电动机。要求给出输入输出设备地址，划出I/O接线图。

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