电气控制与PLC原理及应用( (1)
电气控制与plc原理及应用教学设计
电气控制与 PLC 原理及应用教学设计前言电气控制技术是现代自动化技术中最为重要的基础之一。
PLC（可编程控制器）作为电气控制技术中应用广泛的核心设备，已成为自动化控制领域中不可或缺的工具。
本文将介绍电气控制与 PLC 原理及应用的教学设计，以帮助教师更好地开展相关课程的教学工作，让学生更好地理解和掌握相关知识和技能。
课程目标本课程旨在通过对电气控制和 PLC 原理及应用的讲解和实践，让学生掌握以下知识和能力：1.理解电气控制的基本原理和概念；2.掌握电气控制系统的组成和工作原理；3.熟悉 PLC 的基本功能和特点；4.学会使用 PLC 进行简单的控制程序设计；5.掌握常见的电气控制元件和设备的使用方法；6.能够进行电气控制系统的安装、调试和维护工作。
课程大纲第一章电气控制基础1.1 电气控制的概念和分类1.2 电气控制系统的组成和工作原理1.3 电气控制元件和设备的基本原理1.4 电气控制线路及其符号1.5 安全电气操作规范第二章 PLC 基础2.1 PLC 的概念和分类2.2 PLC 的基本架构和功能模块2.3 PLC 的输入输出点的基本特性2.4 PLC编程环境和编程语言第三章 PLC 程序设计3.1 PLC 程序设计的基本原理和方法3.2 PLC 程序设计的常用指令3.3 PLC 程序设计的布局方法3.4 PLC 程序的测试和调试方法第四章电气控制实践4.1 简单电路的组装和调试4.2 电气控制设备的使用和操作4.3 PLC 控制程序设计和测试第五章电气控制设备的安装与调试5.1 电气控制设备的安装与维护要点5.2 电气控制设备的调试方法和技巧5.3 常见故障分析和排除方法授课方法本课程主要采用理论授课和实验操作相结合的方式进行教学。
理论授课阶段主要讲解理论知识，强调基本概念、原理和应用技能，详细介绍 PLC 设备的组成和功能，以及 PLC 程序设计的操作流程和技巧。
实验操作阶段则通过仿真软件和实际使用 PLC 设备的方式进行操作，巩固理论知识，训练学生的操作能力。
电气控制与plc原理及应用
电气控制与plc原理及应用电气控制与PLC原理及应用电气控制是指通过使用电力来控制机械运动和工业过程的过程。
在现代工业中，电气控制系统被广泛应用于各种自动化设备中，其中PLC（可编程逻辑控制器）是最常见和重要的控制设备之一。
本文将介绍电气控制与PLC的基本原理以及在工业中的应用。
一、电气控制的基本原理电气控制是通过使用电力来控制机械设备的运动和工业过程的过程。
它包括使用电流、电压和电阻等电学元件来控制电机、阀门和其他执行器的运动。
电气控制系统通常由以下几个基本组成部分组成：1. 电源：提供电能给电气控制系统。
2. 控制器：接收输入信号并产生输出信号，以控制执行器的运动。
3. 传感器：接收来自被控制对象的信息，并将其转换为电信号，以供控制器使用。
4. 执行器：根据控制器的输出信号来执行相应的动作，如驱动电机转动、开关阀门等。
二、PLC的基本原理PLC是一种专门用于工业自动化控制的可编程控制器。
它具有高可靠性、灵活性和可编程性的特点，广泛应用于各种自动化设备中。
PLC的基本原理是通过接收输入信号、进行逻辑运算、产生输出信号来控制机械设备的运动。
PLC通常由以下几个主要组成部分组成：1. 中央处理器（CPU）：负责执行用户编写的程序，并控制输入输出模块之间的数据交换。
2. 输入模块：接收来自传感器的信号，并将其转换为数字信号，供CPU使用。
3. 输出模块：根据CPU的控制信号，将数字信号转换为控制信号，控制执行器的运动。
4. 编程设备：用于编写、修改和下载PLC程序的设备，如编程器、计算机等。
三、PLC在工业中的应用PLC在工业中的应用非常广泛，涵盖了各个行业和领域。
以下是一些常见的应用领域：1. 制造业：PLC广泛应用于制造业中的生产线自动化控制。
它可以控制机械设备的运动、监测生产过程中的参数，并实现自动化生产。
2. 汽车工业：PLC被广泛应用于汽车工业中的生产线控制。
它可以控制汽车装配线上的机器人、传送带和其他设备，实现自动化生产。
电气控制和plc的原理和应用
电气控制和PLC的原理和应用1. 电气控制的原理•电气控制是指利用电气信号来控制设备或系统的运行。
其原理主要基于以下几个方面：–电路原理：电气控制是通过电路来实现的，通常包括开关、继电器、接触器、变压器等器件的组合连接。
–信号传输：电气控制信号通过导线或电缆传输，通过合适的连接方式将不同设备、传感器或执行器连接在一起。
–逻辑控制：利用逻辑电路来处理和判断输入信号，并产生相应的输出信号，实现对设备或系统的控制。
2. PLC的原理•PLC（可编程逻辑控制器）是一种电气控制设备，其原理基于以下几个方面：–输入/输出：PLC通过输入模块接收外部信号，通过输出模块发送控制信号给设备或系统。
–中央处理器：PLC内部有一台中央处理器（CPU），负责处理输入信号、处理逻辑和控制输出信号。
–存储器：PLC内部有存储器，用于存储程序和数据，程序可以通过编程软件进行编写和修改。
–通讯接口：PLC可以通过通信接口与其他设备或系统进行数据交换和通讯。
3. 电气控制和PLC的应用•电气控制和PLC在工业自动化领域有广泛应用，下面列举了一些常见的应用场景：1.自动化生产线控制–将不同设备和工作站连接起来，通过PLC进行控制和协调，实现整条生产线的自动化运行。
–可以通过传感器来监测生产状态和产品质量，根据需要进行自动调整和控制。
2.工业机械控制–电气控制和PLC可以应用于各种工业机械设备，如机床、搬运设备、包装机器等。
–可以通过PLC实现对机器运行状态的监控和控制，包括速度、压力、温度等参数的调节。
3.智能建筑控制–电气控制和PLC可以应用于智能建筑系统，如楼宇自动化、照明控制、空调控制等。
–可以通过PLC实现对建筑设备的集中控制和监测，提高能源利用效率和系统运行稳定性。
4.环境控制系统–电气控制和PLC可以应用于环境控制系统，如污水处理、水处理、空气处理等。
–可以通过PLC实现对水泵、风机、阀门等设备的控制和调节，实现对环境参数的监测和控制。
教案电气控制与PLC应用
电气控制与PLC应用一、教学目标1. 了解电气控制的基本概念、原理和应用。
2. 掌握可编程逻辑控制器（PLC）的基本结构、工作原理和编程方法。
3. 学会使用PLC进行电气控制系统的设计和调试。
4. 能够分析解决电气控制与PLC应用过程中的实际问题。
二、教学内容1. 电气控制概述电气控制系统的组成常用控制电器及其功能电气控制原理及基本环节2. PLC基本知识PLC的定义、分类和发展历程PLC的硬件结构及其功能PLC的编程语言及编程软件3. PLC编程技术顺序控制编程方法功能指令及其应用典型控制程序的设计与分析4. PLC控制系统设计PLC选型及硬件配置电气控制系统设计原则和方法PLC与电气设备的连接与调试5. PLC在电气控制中的应用实例常用电气设备及控制系统的PLC改造PLC在工业生产中的应用案例分析PLC在电气控制领域的创新应用三、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原理、方法和应用案例。
2. 实践教学：动手操作PLC控制系统，培养实际操作能力。
3. 案例分析：分析实际工程案例，提高解决实际问题的能力。
4. 讨论与问答：激发学生思考，巩固所学知识。
四、教学资源1. 教材：选用权威、实用的教材及相关参考资料。
2. 实验室：提供PLC实验设备，进行实际操作训练。
3. 网络资源：利用网络平台，获取相关信息和资料。
五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的出勤、提问、讨论等参与程度。
2. 实践操作：评估学生在实验室的实际操作能力。
3. 期末考试：采用闭卷考试，检验学生对知识的掌握程度。
4. 综合能力：分析学生在案例分析和实际问题解决中的表现。
六、教学安排1. 课时：本课程共计32课时，包括16课时理论教学和16课时实验教学。
2. 教学计划：按照教学大纲和教学内容进行合理安排，确保每个知识点都能得到充分讲解和实践。
七、教学过程1. 理论教学：第1-8课时：讲解电气控制概述及PLC基本知识。
第9-16课时：教授PLC编程技术、控制系统设计和应用实例。
电气控制与PLC应用(第2版)[陈建明]第1章
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现以通电延时型为例说明其工作原理。当线圈1得电后 衔铁（动铁心）3吸合，活塞杆6在塔形弹簧8作用下带动 活塞12及橡皮膜10向上移动，橡皮膜下方空气室空气变得 稀薄形成负压，活塞杆只能缓慢移动，其移动速度由进气 孔气隙大小来决定。经一段延时后，活塞杆通过杠杆7压 动微动开关15，使其触头动作，起到通电延时作用。 当线圈断电时，衔铁释放，橡皮膜下方空气室内的空气 通过活塞肩部所形成的单向阀迅速地排出，使活塞杆、杠 杆、微动开关等迅速复位。由线圈得电到触头动作的一段 时间即为时间继电器的延时时间，其大小可以通过调节螺 钉13调节进气孔气隙大小来改变。 在线圈通电和断电时，微动开关16在推板5的作用下都 能瞬时动作，其触头即为时间继电器的瞬动触头。
1.3.3 时间继电器
图1-18 JS7-A系列时间继电器原理图 a）通电延时型 b）断电延时形 1－线圈 2—铁心 3—衔铁 4—反力弹簧 5—推板 6—活塞杆 7—杠杆 8—塔形弹簧 9—弱弹簧 10—像皮膜 11—空气室壁 12—活塞 13—调节螺钉 14—进气孔 15、16—微动开关
1.3.3 时间继电器
1.2.1 结构和工作原理
3. 灭弧装置
常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷 却电弧和将电弧分段。 常用的灭弧装置有: 电动力灭弧、 灭弧栅和磁吹灭弧。 对于电弧较弱的接触器，只采用灭 图1-6 电动力灭弧原理 弧罩即可。交流接触器常用电动力灭 1—静触头 2—动触头 弧 和灭弧栅灭弧装置。直流接触器常 用磁吹灭弧装置。 图1-6所示的是一种桥式结构双断口触头，当触头打开时，在 断口处产生电弧，电弧电流在两电弧间产生图中以表示的磁场， 跟据左手定则，电弧电流要产生一个指向外侧的电动力作用，使 电弧向外运动并拉长，迅速穿越冷却介质而加快冷却并熄灭。
电气控制与PLC应用技术--习题参考答案第1章习题答案
第1章习题参考答案1.答:低压电器的定义:根据外界特定的信号和要求，自动或手动接通和断开电路，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气元件统称为电器。
常用的低压电器:控制电器有接触器、继电器、起动器、主令电器等。
配电电器有断路器、熔断器、刀开关等。
执行电器有电磁铁、电磁阀、电磁离合器等。
2.答:根据交流电磁机构的吸力特性和直流电磁机构的吸力特性,对于一般的交流电磁机构，在线圈通电而衔铁尚未吸合瞬间，电流将达到吸合后额定电流的几倍甚至十几倍,而直流电磁机构中衔铁闭合前后激磁线圈的电流不变3.答:机械性拉弧、双断口灭弧、磁吹灭弧、灭弧栅灭弧、利用有机固体介质的狭缝灭弧、利用真空灭弧。
4.答：主要有触点系统、灭弧系统、各种脱扣器和开关机构等组成。
脱扣器包括过电流脱扣器、失压（欠压）脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器和自由脱扣结构。
开关是靠操作机构手动或电动合闸的。
触点闭合后，自由脱扣器机构将触点锁在合闸位置上。
当电路发生故障时，通过各自的脱扣器使自由脱扣机构动作，自动跳闸，实现保护作用。
当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电路；当电路过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片上弯曲，推动自由脱扣机构动作；当电路欠电压时，欠电压脱扣器的衔铁释放，也使自由脱扣机构动作；分励脱扣器则作为远距离控制用，在正常工作时，其线圈是断电的，在需要距离控制时，按下起动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触点断开。
5.答：对于单相交流电磁机构，由于磁通是交变的，当磁通过零时吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹簧的作用下将被拉开。
磁通过零后吸力增大，当吸力大于反力时，衔铁又吸合。
由于交流电源频率的变化，衔铁的吸力随之每个周波二次过零，因而衔铁产生强烈振动与噪声，甚至使铁芯松散。
因此交流接触器铁芯端面上都安装一个铜制的分磁环（或称短路环），使铁芯通过2个在时间上不相同的磁通Φ1和Φ2，作用在衔铁上的力是F1+F2的合力F，合力始终超过其反力，衔铁的振动现象就消失了。
《电气控制与PLC》教案
《电气控制与PLC》教案第一章：电气控制基础1.1 概述介绍电气控制的基本概念、原理和分类。
解释电气控制系统的组成和作用。
1.2 低压电器介绍低压电器的分类和功能。
讲解常用低压电器的结构和工作原理。
1.3 电气控制线路分析简单的电气控制线路实例。
介绍电气控制线路的设计方法和步骤。
第二章：可编程逻辑控制器（PLC）基础2.1 PLC概述介绍PLC的定义、功能和应用领域。
解释PLC的工作原理和基本结构。
2.2 PLC编程语言介绍PLC编程语言的种类和特点。
讲解PLC编程的基本规则和方法。
2.3 PLC的硬件组成介绍PLC的硬件组成部分及其功能。
讲解PLC的输入输出接口和通信接口。
第三章：PLC编程与应用3.1 基本指令讲解PLC基本指令的功能和用法。
通过实例讲解基本指令的应用。
3.2 功能指令介绍PLC功能指令的分类和功能。
讲解常用功能指令的用法和应用。
3.3 PLC控制系统设计介绍PLC控制系统设计的基本原则和方法。
通过实例讲解PLC控制系统的设计过程。
第四章：电气控制与PLC在工业应用案例分析4.1 案例一：电动机的控制分析电动机控制电路的工作原理。
讲解如何使用PLC实现电动机的控制。
4.2 案例二：conveyor传送带的控制分析conveyor传送带控制电路的工作原理。
讲解如何使用PLC实现conveyor传送带的控制。
第五章：PLC的故障诊断与维护5.1 PLC故障诊断方法介绍PLC故障诊断的基本方法和技巧。
讲解如何进行PLC故障诊断和排除。
5.2 PLC的维护与保养介绍PLC的维护保养内容和注意事项。
讲解PLC的日常维护和故障预防措施。
第六章：PLC在工业自动化中的应用案例6.1 案例三：温度控制系统的应用分析温度控制系统的工作原理和需求。
讲解如何使用PLC实现温度控制系统的自动化控制。
6.2 案例四：液体自动控制系统中的应用分析液体自动控制系统的工作原理和需求。
讲解如何使用PLC实现液体自动控制系统的控制。
(完整版)电气控制与PLC应用_第1章习题与思考题参考解答
第1章 常用低压控制电器习题与思考题1. 何谓电磁式电器的吸力特性与反力特性？吸力特性与反力特性之间应满足怎样的配合关系？答：不同的电磁机构，有不同的吸力特性。
电磁机构动作时，其气隙δ是变化的，22F B Φ∝∝。
对于直流电磁机构：其励磁电流的大小与气隙无关，衔铁动作过程中为恒磁动势工作，根据磁路定律/1/m m IN R R Φ=∝，式中R m 为气隙磁阻，则222m 1/1/F R Φδ∝∝∝，电磁吸力随气隙的减少而增加，所以吸力特性比较陡峭。
对于交流电磁机构：设线圈外加电压U 不变，交流电磁线圈的阻抗主要决定于线圈的电抗，若电阻忽略不计，则 4.44U E f N Φ≈=，/(4.44)U fN Φ=，当电压频率f 、线圈匝数N 、外加电压U 为常数时，气隙磁通Φ也为常数，即励磁电流与气隙成正比，衔铁动作过程中为恒磁通工作，但考虑到漏磁通的影响，其电磁吸力随气隙的减少略有增加，所以吸力特性比较平坦。
为了保证衔铁能牢固吸合，反作用力特性必须与吸力特性配合好。
在整个吸合过程中，吸力都必须大于反作用力，即吸力特性高于反力特性，但不能过大或过小，吸力过大时，动、静触头接触时以及衔铁与铁心接触时的冲击力也大，会使触头和衔铁发生弹跳，导致触头的熔焊或烧毁，影响电器的机械寿命；吸力过小时，会使衔铁运动速度降低，难以满足高操作频率的1-直流电磁铁吸力特性；2-交流电磁铁吸力特性；3-反力特性 答案图1F/Iδ0 123要求。
因此，吸力特性与反力特性必须配合得当，才有助于电器性能的改善。
在实际应用中，可调整反力弹簧或触头初压力以改变反力特性，使之与吸力特性有良好配合，参见答案图1所示。
2.单相交流电磁机构为什么要设置短路环？它的作用是什么？三相交流电磁铁要否装设短路环？答：由于单相交流接触器铁心的磁通是交变的，故当磁通过零时，电磁吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹簧的作用下将被拉开，磁通过零后电磁吸力又增大，当吸力大于反力时，衔铁又被吸合。
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第1章 常用低压电路
(2) 配电电器：用于电能的输送和分配的电器，例如低 压断路器、刀开关等。根据容量、规格为电气控制设备提供 正常工作运行的电源，是低压电器的主要应用领域。配电电 器要求有足够的热稳定性和电稳定性，在系统故障的情况下， 动作准确、可靠。
(3) 主令电器：用于控制系统发送动作指令、实现位置 检测等功能的电器，例如按钮、主令控制器、行程开关等， 它为系统提供了人机交互的手段。
第1章 常用低压电路 3) 低压电器网络化 现今的生产过程在信息化方面提出了更多更高的要求，
全局监控、信息共享同样也体现在低压电器产品的发展上， 如Internet协议、现场总线协议(如Profibus、DeviceNet、 Modbus 、ASI-bus等)、楼宇自动化总线协议(如 Europen Installtion BUS、Lonwork、IQBUS、BACnet等)等在 低压电器上的应用。具有通信功能和现场总线技术的智能化 低压电器带有通信接口，能和系统通信，构成整个智能化控 制系统。这些智能化产品以现场总线为纽带，把各个智能化 终端联通，可以信息共享，共同完成控制任务，从而实现电 器产品四遥功能(遥控、遥测、遥训、遥调)，提高了配电系统 供电可靠性，实现了区域联锁，改善了低压配电、控制系统 的自动化程度。
第1章 常用低压电路 2) 按动作特点分类 (1) 手动动作电器：由操作人员手动发出控制指令或设
备在生产过程中经外力触发的电器，如按钮、行程开关等。 (2) 自动开关：利用电磁吸力自动完成动作的电器，如
接触器、继电器、电磁阀等。 3) 按工作原理分类 (1) 电磁式：利用电磁感应原理工作，如接触器、电磁
第1章 常用低压电路 4) 低压电器电子化 将电力电子技术与微电子技术应用在低 Nhomakorabea电器产品中，
从晶体管式发展到集成电路式，特别是随着电力电子器件 GTO、IGBT质量可靠性不断提高，应用越来越广泛，如固 态断路器、混合式接触器、接近开关、固态继电器等。尤其 是电子式过载保护器的产生体现了当今世界过载保护继电器 的一种发展趋势。它与传统双金属型过载保护继电器相比， 具有安装方便、脱扣动作快而且准确、误差小、重复性好、 参数调节方便、节能等优点，是一种更为理想的电动机保护 装置。
第1章 常用低压电路
1.1.3 电磁机构 接触器、电磁式继电器、电磁阀等都是采用电磁感应原
理工作的电磁式电器。其机构由电磁机构和触头系统构成， 部分还带有灭弧系统及绝缘外壳等附件。
电磁机构包括电磁线圈、静铁芯和动铁芯(衔铁)，其作 用是将电磁能转换为机械能，依靠它带动触点的闭合和断开。 其结构分为直动式和拍合式。如图1-1为直动式结构。
第1章 常用低压电路
(4) 保护电器：用于保护线路、电气设备和人身安全 的电器，如熔断器、漏电保护器、热继电器等。为了避免 或减少因突发事件(如断电、机构损坏、控制器失效等)对 生产设备和操作人员造成的危害，必须重视安全保护措施 的应用。
(5) 执行电器：用于执行某种动作，实现某种功能 的电器，如电磁阀、制动器等。
第1章 常用低压电路
1) 低压电器小型化 先进的生产工艺、加工工艺和新材料为低压电器产品小 型化提供了可能。在提高性能、增强可靠性的同时，追求小 型化是当今生产设备的发展趋势，能够有效地降低设备体积 和减少材料损耗，节银、节铜，也易于安装维护。
第1章 常用低压电路
2) 低压电器智能化 智能化低压电器带有微处理器，能准确监测和显示配电 线路的运行情况，并能准确地切除过载、短路等各种故障； 能按运行人员的设置要求进行各种操作；具有运行监测和内 部故障自诊断及故障显示功能，并将智能控制理论(如模糊 理论、神经网络等)逐渐应用到低压电器的控制上。目前， 智能化低压电器的发展主要在万能式断路器、塑壳式断路器 及电机启动控制、保护器等产品上，如“八五”期间开发的 智能化断路器DW40、DZ40。
现特定控制目的的电器，例如接触器、继电器、电动机软启 动器等。这类电器自身可以实现简单的控制系统，也可以作 为高级控制设备完成控制目的不可或缺的组成部分，实现逻 辑解算结果(弱电信号)对控制对象(强电设备)的控制或由现 场设备工况(如主回路电压、电流)到控制系统识别的特征信 息(控制系统工作电压)之间的转换。控制电器要求工作准确 可靠、寿命长、操作频率高。
随着新技术的出现和应用，如计算机辅助设计(CAD)、 计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助分析(CAE)、微电子技 术、自动化技术、网络技术、通信技术等的发展，推动着低 压电器产品朝着小型化、智能化、网络化、电子化、模块化、 功能集成化、节能化的方向发展，同时，也更注重研究限流 新技术和电磁兼容技术(EMC)，提高分断能力和限流性能。
式继电器等。 (2) 非电量控制：利用外力或某种非电物理量的变化而
动作，如刀开关、行程开关、按钮等。 此外，也可按照低压电器的使用场合简单地分为民用电
器、工业用电器、农业用电器、建筑电器、汽车电器等类型。
第1章 常用低压电路 1.1.2 低压电器的发展趋势
低压电器在电能的输配、控制和设备保护中的重要作用 使得国内外对其新产品的研发非常重视，这给低压电器产品 的发展带来了深远的影响。
第1章 常用低压电路 5) 低压电器模块化、组合化 目前，低压电器产品朝着功能多样化发展，产品结构上
采用具有独立功能的组件进行装配，形成模块化的积木拼装 式结构，每一种模块相对独立，便于功能分割和组合，是实 现电器产品多功能化的重要途径。例如，多功能的组合电器 就是一个典型。20世纪80年代中后期发展起来的模块化终端 电器，具有统一的外型尺寸、导轨化安装，为发展组合电器 和成套设备创造了条件。
第1章 常用低压电路
1.1 低压电器概述 1.2 低压隔离器 1.3 低压断路 1.4 接触器 1.5 低压熔断器 1.6 继电器 1.7 主令电器 思考与习题
第1章 常用低压电路
1.1 低压电器概述
1.1.1 低压电器的分类和主要用途 1) 按使用目的分类 (1) 控制电器：用于组成各类控制电路和控制系统，实