电气控制与PLC教案

电气控制与PLC教案教学设计课程全程贯穿教学做相结合的教学理论，课堂上讲解与演示相结合，“我教”与“你做”相结合，在讲解、演示某一模块的基础知识和操作方法后，让学生自己做一遍，并加以总结；在此基础上，提出进一步要求，让学生独立完成后续的调试过程，老师再予以总结提炼，如此不断反复循环，层层递进，改“抱着走”为“拉着走”直至“自己走”，充分调动学生自主学习的积极性。全书配有四个综合实训项目，以项目教学法为中心，主要培养自主学习能力、职业能力、团结协作能力和创新能力。选择中小规模的实际工程项目案例作为设计任务，全班学生分成若干组，将自主策划、任务分解、“教、学、做”和总结有机结合。在实施过程中，尽量模拟企业真实工作环境和氛围，使学生在校就感受到企业的真实情况，体验到企业的氛围，更好地学以致用。将传统的“学生”和“教师”的角色转换为企业的“员工”与“车间主任或部门经理”，层层负责制，让学生有企业工作的真实情景感。模块一常用低压电器一、教学目标1．知识目标：熟悉常用低压电器的结构、工作原理、用途及主要参数2．能力目标：能正确选用、安装、检测和维修常用低压电器。二、教学内容1.低压电器的基本知识2.接触器3.继电器4.熔断器5.断路器6.主令电器三、教学重点和难点重点：每种电器作用、结构、工作原理。难点：保护电器和控制电器的使用四、教学方法与手段本模块主要介绍常用的开关电器、主令电器、接触器、继电器、断路器、熔断器的作用、结构、工作原理、主要参数及图形符号。适合采用多媒体教学和理实一体化教学，用实物图片来演示低压电气及其图形符号，并在课堂上展示实物，采用“演示法”这种形象直观的教学手段和方法，设法提高学生学习的积极性和主动性，使其对本模块介绍的电器留下深刻的印象。根据教学要求，突出重点，突破难点，运用行动导向教学中的案例、启发式、大脑风暴法等教学方法，方法具体应用举例如下：(1)了解电器的结构，如了解接触器，运用实物讲解，通过对接触器进行拆装，并利用摄像投影图片，再要求学生把拆下的零件与图片进行对照，并说出它们的名称，加深了印象，这样就可以快速记住接触器，根本不用死记硬背。(2)理解电器的工作原理，取一个CJl0-20／380V的接触器，把接触器的线圈两端加上电压，此时立刻听到“啪”的一声，接触器衔铁被吸合，带动触点动作；一断开电源，又“啪”的一声，接触器触点很快复位，关键是让学生仔细观察刚才接触器的动作顺序，然后用贴切的话描述出接触器的动作过程，工作原理就很自然地写出来了。(3)掌握图形符号、文字代号，是为模块二学习控制线路打下基础，必须在课堂内要掌握。了解电器的主要技术参数，进行对低压电器的选用，这是本章的关键点，要求学生必须掌握的内容，也是学生解决实际问题的能力反映。(4)实训教学——低压电器的拆装。首先进行现场教学：组织学生到校内机加工车间进行现场观摩，通过现场操作和观摩实际电控柜，让学生进行体验性学习，对电控柜内的元器件外形、安装、布线及机电结合留下深刻印象，有助于学生理解本课程的理论知识和技术应用，开阔了眼界，感受真实的职业环境。然后回到低压电器拆装实训室，通过边讲边做、讲练结合的方式，将理论与操作有机结合。在讲练过程中，以电气安装、检测、维修岗位技术员的角色进行情境体验。五、学习方法在学习本模块时，在对各种低压电气有感性认识后，应着重了解每种电气的作用、结构和原理，并了解其常见故障及处理方法。宜采用“操作实践法”的学习方法，在相关实训课中巩固所学内容。六、授课程序通过实际工程案例（水塔供水的控制）引入相关实践性知识——元器件介绍。首先讲解低压电气的基本知识，然后用多媒体或实物逐个演示各种常用低压电气的图形，演示的同时讲解其作用、结构和原理，使学生熟练掌握所将知识，最后布置作业题使学生巩固本模块内容。本模块安排1-2次实训（多学时安排2次），通过拆装和检测电器，熟悉接触器、继电器的结构，了解其动作原理，掌握低压电器检测与维修。教案模块一课题1．低压电器的基本知识2．接触器授课时数3教学目标1．了解低压电器的基本知识2．能熟练掌握接触器的功能、符号、常用型号、技术参数及其使用方法教学重点接触器的功能、符号及其使用方法教学难点接触器的技术参数、交流接触器的短路环教学方法案例、启发互动式等教学方法理实一体化教学，边讲边做、讲练结合教学手段多媒体课件;器件展示：接触器；现场观摩课外作业1-1、1-4教学过程：案例引入：水塔供水的控制*人工控制1.控制原理图——从日常用电启发2．原理与特点说明——一起讨论提问：人工控制的缺点？*自动控制——怎样实现（大脑风暴法）接触器控制*相关实践性知识——元器件介绍一、低压电器的基础知识凡是对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转换及保护作用的电工器械均可称为电器。用于交流1200V以下、直流1500V以下电路，起通断、控制、保护与调节等作用的电器称为低压电器。1.低压电器的分类1）按电器的动作性质分①手动电器人操作发出动作指令的电器，例如刀开关、按钮等。②自动电器不需人工直接操作，按照电的或非电的信号自动完成接通、分断电路任务的电器，例如接触器、继电器、电磁阀等。2）按用途分①控制电器用于各种控制电路和控制系统的电器，例如接触器、继电器、电动机起动器等。②配电电器用于电能的输送和分配的电器，例如刀开关、低压断路器等。③主令电器用于自动控制系统中发送动作指令的电器，例如按钮、转换开关等。④保护电器用于保护电路及用电设备的电器，例如熔断器、热继电器等。⑤执行电器用于完成某种动作或传送功能的电器，例如电磁铁、电磁离合器等。3）按工作原理分①电磁式电器依据电磁感应原理来工作的电器。如交直流接触器、各种电磁式继电器等。②非电量控制电器电器的工作是靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器。如刀开关、速度继电器、压力继电器、温度继电器等。2.电磁式电器电磁式电器类型很多，从结构上看大都由两个基本部分组成，即：感测部分和执行部分。1）电磁机构电磁机构又称为磁路系统，其主要作用是将电磁能转换为机械能并带动触头动作从而接通或断开电路。电磁机构的结构形式如图1-1。电磁机构由动铁芯（衔铁）、静铁芯和电磁线圈三部分组成，其工作原理是，当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，衔铁获但足够的电磁吸力，克服弹簧的反作用力与静铁芯吸合。图1-1电磁机构的结构形式(a)、(d)螺管式(c)、(f)、(g)转动式(b)、(e)直动式还应指出，在交流电磁机构中，为避免因线圈中交流电流过零时，磁通过零，造成衔铁抖动，需在交流电磁机构铁心的端部开槽，嵌入一个铜短路环，以消除振动，确保衔铁的可靠吸合。图1-2交流电磁铁的短路环图1-3触头的结构形式1-衔铁2-铁芯3-线圈4-短路环2）触头系统触头是有触点电器的执行部分，通过触头的闭合、断开控制电路通、断。触头的结构形式有桥式触头和指式触头两种。3）灭弧系统电弧：开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。电弧的危害：延长了切断故障的时间；电弧的高温能将触头烧损；高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；形成飞弧造成电源短路事故。灭弧措施：吹弧、拉弧、长弧割短弧、多断口灭弧、利用介质灭弧、改善触头表面材料。常采用灭弧罩、灭弧栅和磁吹灭弧装置。图1-4灭弧装置a)双断口灭弧b)灭弧罩c)灭弧栅二、接触器接触器是机床电气控制系统中使用量大、涉及面广的一种低压控制电器，用来频繁地接通和分断交直流主回路和大容量控制电路。主要控制对象是电动机，能实现远距离控制，并具有欠（零）电压保护。1.结构和工作原理接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成，外形和结构简图如图1-5所示。电磁系统：电磁系统包括动铁芯（衔铁）、静铁芯和电磁线圈三部分组成，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触头动作。触头系统：触头又称为触点，是接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。触头的结构形式很多，按其所控制的电路可分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；辅助触头用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。触头按其原始状态可分为常开触头（动合触点）和常闭触头（动断触点）。原始状态时（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触头叫常开触头；原始状态时闭合，线圈通电后断开的触头叫常闭触头。线圈断电后所有触头复位，即恢复到原始状态。灭弧装置：在分断电流瞬间，触头间的气隙中会产生电弧，电弧的高温能将触头烧损，并可能造成其它事故。因此，应采用适当措施迅速熄灭电弧。常采用灭弧罩、灭弧栅和磁吹灭弧装置。工作原理：接触器根据电磁工作原理，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，并带动触头动作，使常闭触头断开，常开触头闭合，两者是联动的。当电磁线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原，即常开触头断开，常闭触头闭合。接触器的图形符号、文字符号如图1-5（b）所示。图1-5接触器结构、图形、文字符号2.交、直流接触器的特点接触器按其主触头所控制主电路电流的种类可分为交流接触器和直流接触器。1）交流接触器交流接触器线圈通以交流电，主触头接通、分断交流主电路。当交变磁通穿过铁芯时，将产生涡流和磁滞损耗，使铁芯发热。为减少铁损，铁芯用硅钢片冲压而成。为便于散热，线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上。为防止交变磁通使衔铁产生强烈振动和噪声，交流接触器铁芯端面上都安装一个铜制的短路环。交流接触器的灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅。2）直流接触器直流接触器线圈通以直流电流，主触头接通、切断直流主电路。直流接触器铁芯中不产生涡流和磁滞损耗，所以不发热，铁芯可用整块钢制成。为保证散热良好，通常将线圈绕制成长而薄的圆筒状。直流接触器灭弧较难，一般采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。3.接触器型号及主要技术指标1）型号意义2）主要技术指标额定电压交流接触器：127、220、380、500V直流接触器：110、220、440V额定电流交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A直流接触器：40、80、100、150、250、400、600A吸引线圈额定电压交流接触器：36、110（127）、220、380V直流接触器：24、48、220、440V4.接触器的使用选择原则选择接触器时应从其工作条件出发，主要考虑下列因素：①控制交流负载应选用交流接触器；控制直流负载选用直流接触器。②接触器的使用类别应与负载性质相一致。③主触头的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压。④主触头的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流。还要注意的是接触器主触头的额定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。对于电动机负载可按下列经验公式计算：NNCKUPI式中：IC为接触器主触点电流（A）；PN为电动机额定功率（kW）；UN为电动机的额定电压（V）；K为经验系数，一般取11.4。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％及以上时才能可靠地吸合。⑥主触头和辅助触头的数量应能满足控制系统的需要。教案模块一课题继电器授课时数3教学目标1．能熟练陈述热继电器、电磁式继电器、时间继电器和速度继电器的功能、符号、常用型号，掌握其使用方法2．了解固态继电器的基本知识教学重点热继电器、电磁式继电器、时间继电器的符号及其使用方法教学难点时间继电器的工作原理教学方法启发式、大脑风暴法等教学方法理实一体化教学，边讲边做、讲练结合教学手段多媒体课件及模型;器件展示与演示：中间继电器、时间继电器；电脑、投影仪课外作业1-2、1-3教学过程：三、继电器1.电磁式继电器1)电流继电器电流继电器的线圈串接在被测量的电路中，以反映电路电流的变化。为了不影响电路工作情况，电流继电器线圈匝数少，导线粗，线圈阻抗小。电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两类。在机床电气控制系统中，电流继电器主要根据主电路内的电流种类和额定电流来选择。2