河北省高等教育自学考试课程考试大纲
课程名称：电气传动与可编程控制器(PLC) 课程代码：02207
第一部分 课程性质与学习目的
一、课程性质与特点
本课程是高等教育自学考试机械制造及自动化专业所开设的专业基础课之一。该门课程分为两大部分。第一部分为机床电气控制技术，系统地介绍了机床继电器控制线路的基本环节，机床电气控制线路的分析及设计，直流电动机调速系统和交流电动机调速控制系统。第二部分为可编程控制器应用技术，系统地介绍了PLC的工作原理、特点和硬件结构，并以三菱FX系列为例，介绍了PLC的编程元件与指令系统、梯形图的经验设计法、根据继电器电路图设计梯形图的方法、以顺序功能图为基础的顺序控制设计法。此外，还介绍了PLC控制系统的设计和调试方法，PLC的型号选择与硬件配置的确定，提高PLC控制系统可靠性和降低硬件费用的方法，PLC在模拟闭环控制中的应用。
该课程的实践性很强，因此在讲解该课程时，必须坚持理论和实践紧密结合的原则，在课程讲授的基础上安排一定量的实验和大作业，提高学生的动手能力和设计能力。
二、课程设置的目的和要求
设置本课程，是为了使学生了解机电传动控制的一般知识，掌握电机、电器、晶闸管等的工作原理、特性、应用和选用方法，掌握常用的开环、闭环控制系统的工作原理、特点、性能及应用场所，了解最新控制技术在机械设备中的应用。了解PLC的工作原理、特点和硬件结构，能够根据生产要求选择PLC的型号，设计PLC外围线路图，编写相应程序。
三、与本专业其它课程的关系
电气传动与可编程控制器是一门专业基础课，它的先修课程是大学物理、电工学和电子学，这些课程介绍了电路和电气元件的基础知识，为学习该门课程奠定了理论基础，它的后续课程是机电一体化系统设计，详细介绍了电气传动与可编程控制器的具体应用。
第二部分 课程内容与考核要求
电气传动部分考核内容
第一章 机床继电器控制线路的基本环节
一、学习目的与要求
通过本章学习，要能掌握笼型电动机的启动控制线路、正反转控制线路、制动控制线路和其它基本环节，能熟练应用短路保护、过载保护、零电压与欠电压保护以及弱磁保护等常用的保护，并能设计简单的电气线路。
二、考核知识点与考核要求
第一节 电气原理图的画法及阅读方法
1.电气设备图样的分类。（重点）
2.绘制电气原理图的规则。（次重点）
3.阅读电气设备安装图和电气设备接线图。（一般）
第二节 笼型电动机的启动控制线路
1.笼型异步电动机的两种启动方式。（次重点）
2.直接启动控制线路分析。（一般）
3. 星-三角降压启动控制线路分析。（重点）
4. 定子串电阻降压启动线路分析。（次重点）
第三节 电动机正反转控制线路
1. 异步电动机正反转控制线路分析。（重点）
2.正反转自动循环线路分析。（重点）
第四节 电动机制动控制线路
1.电动机制动停车的分类。（一般）
2.能耗制动控制线路分析。（重点）
3.反接制动控制线路分析。（重点）
第五节 双速电动机高低速控制线路
双速电动机高低速控制线路。（一般）
第六节 电液控制（不做要求）
第七节 控制线路的其他基本环节
1.点动控制。（重点）
2.联锁或互锁。（重点）
3.多点控制。（重点）
4.工作循环自动控制。（次重点）
第八节 电动机的保护
1.短路保护的作用及其类型。（重点）
2.过载保护的作用。（重点）
3.过电流保护的作用。（重点）
4.零电压与欠电压保护的作用。（重点）
5.弱励磁保护的作用。（次重点）
第二章 机床电气控制线路的分析及设计
一、学习目的与要求
通过本章学习，能读懂常见机床的电气控制线路，能够设计常见机床的电气控制线路，能够合理选择机床的常用电器，学会分析和设计较复杂的继电器－接触器控制电路。
二、考核知识点与考核要求
第一节 卧式车床的电气控制线路
CW6163B万能卧式车床的控制线路分析、C616卧式车床的电气控制线路分析、C650卧式车床的电气控制线路分析。（一般）
第二节 机床电气设计的一般内容
1.机床电气设计的主要内容。（一般）
2.机床的主要技术性能。（一般）
第三节 机床电气控制线路的设计
1.控制线路的设计规律。（一般）
2.控制线路设计的一般问题。（次重点）
第四节 机床常用电器的选择
1.按钮、低压开关的选用。（重点）
2.熔断器的选用。（重点）
3.热继电器的选用。（重点）
4.接触器、中间继电器、时间继电器的选用。（重点）
5.控制变压器的选用。（次重点）
第五节 机床电气控制线路设计举例（一般）
第三章 可编程序控制器的结构及工作原理（不做要求）
第四章 可编程序控制器系统分析、设计及应用（不做要求）
第五章 直流电动机调速控制系统
一、学习目的与要求
通过本章学习，了解直流电动机的三种调速方法及其特点，了解生产机械对调速系统提出的调速技术指标要求，掌握常见的反馈控制直流调速系统中各个基本环节、各种反馈环节的作用与特点，掌握有静差和无静差调速系统的组成及其特点。
二、考核知识点与考核要求
第一节 直流调速的基础知识
1.直流电动机的三种调速方法。（重点）
2.旋转变流机组供电的直流调速系统原理。（一般）
3.晶闸管整流装置供电的直流调速系统原理。（重点）
4.斩波器—电动机系统的原理。（次重点）
5.转速控制的要求和调速指标。（重点）
6.调速范围与静差率的关系。（重点）
第二节 反馈控制直流调速系统
1.采用比例放大器的转速负反馈自动调速系统组成及各部分作用。（重点）
2.无静差直流调速系统组成及各部分作用。（重点）
3.带有速度调节器和电流调节器的双闭环直流调速系统组成、特点及各部分作用。（次重点）
第四节 直流可逆调速系统简介（不做要求）
第六章 交流电动机调速控制系统
一、学习目的与要求
通过本章学习，掌握交流异步电动机调速的基本原理及主要方法，了解常见的生产机械的类型及其特点，了解常见的交流电动机的制动方式，掌握电力制动（回馈制动、反接制动和能耗制动）的原理及特点，掌握变频调速的原理及特点。
二、考核知识点与考核要求
第一节 概述
1.交流电动机的优点。（一般）
2.生产机械的分类。（次重点）
3.常用的交流调速方式及性能比较。（重点）
4.交流电动机启动要考虑的问题。（次重点）
5.交流电动机的制动方式。（重点）
6.电力制动的分类。（重点）
第二节 简易交流调速及控制线路
变极调速、串电阻调速、滑差电动机调速、调压调速的原理。（一般）
第三节 变频器原理
1.变频器的分类。（重点）
2.PWM变频的原理。（重点）
3.U/f控制的原理。（重点）
第四节 富士变频器简介（不做要求）
第五节 变频器典型电路设计及应用举例（不做要求）
可编程控制器部分考核内容
- 概述
一、学习目的与要求
通过本章学习，了解PLC的产生背景和发展历史，掌握PLC的基本结构，熟悉PLC的特点与应用领域。
二、考核知识点与考核要求
第一节PLC的历史与发展
1.PLC产生的背景。（一般）
2.PLC的主要生产厂家。（重点）
第二节PLC的基本结构
PLC的组成及各部分作用。（重点）
第三节PLC的特点与应用领域
1.PLC的特点。（重点）
2.PLC的应用领域。（重点）
第二章PLC的硬件与工作原理
一、学习目的与要求
通过本章学习，掌握整体式PLC和模块式PLC的结构特点，了解微处理器的作用，了解存储器的作用及其分类，掌握开关量输入输出模块的作用，掌握输出模块的分类及其应用场合。了解PLC的工作原理，掌握PLC扫描过程的五个阶段及其作用。了解FX系列PLC的技术指标，掌握FX系列PLC型号名称的含义。了解模拟量输入输出模块的作用。
二、考核知识点与考核要求
第一节PLC的物理结构
PLC的分类及每一类型PLC的特点。（重点）
第二节CPU模块
1.CPU模块的组成及作用。（重点）
2.PLC中存储器的分类。（重点）
第三节 开关量I/O模块
1.开关量I/O模块的作用。（次重点）
2.输出模块的三种类型及其适用的负载。（重点）
第四节PLC的工作原理
1.PLC的循环扫描原理。（次重点）
2.PLC扫描过程的五个阶段及其作用。（重点）
第五节FX系列PLC性能简介
1.FX系列PLC的特点。（一般）
2.FX系列PLC型号名称的含义。（重点）
3.FX系列PLC的输入输出技术指标。（一般）
第六节 模拟量输入模块和模拟量输出模块
1.模拟量输入输出模块的作用。（重点）
2.模拟量输入输出模块的性能指标。（一般）
3.常用的FX系列模拟量输入输出模块的类型。（一般）
第七节 高速计数器模块与运动控制模块（不做要求）
第八节编程设备与人机界面（不做要求）
第三章PLC的编程语言与指令系统
一、学习目的与要求
通过本章学习，了解PLC的五种编程语言，了解梯形图的主要特点。了解FX系列的用户数据结构与基本性能，掌握FX2N系列PLC内部供编程使用的软器件类型、用途、编号及使用方法。掌握FX系列PLC的基本逻辑指令。
二、考核知识点与考核要求
第一节PLC的编程语言概述
1.PLC的五种编程语言。（一般）
2.梯形图的主要特点。（次重点）
第二节FX系列PLC梯形图中的编程语言
1.FX系列的用户数据结构的类型。（重点）
2.FX2N的基本性能。（一般）
3. FX2N系列输入继电器的功能、特点及进制数。（重点）
4FX2N系列输出继电器的功能及进制数。（重点）
5. FX2N系列辅助继电器的类型、特点、编号、进制数。（重点）
6.常用的FX2N系列特殊辅助继电器的编号、作用（重点）
7. FX2N系列定时器的类型、作用、编号及定时精度。（重点）
8. FX2N系列计数器的类型、作用及编号。（重点）
9. FX2N系列高速计数器的使用、计数频率。（一般）
10.数据寄存器的类型、编号。（重点）
第三节FX系列PLC的基本逻辑指令
1.FX系列PLC的27条基本逻辑指令的梯形图、指令表及用法。（重点）
2.双线圈输出与程序的优化设计问题。（次重点）
第四章 梯形图程序的设计方法
一、学习目的与要求
通过本章学习，掌握梯形图的基本电路，会使用经验设计法设计梯形图，会使用顺序功能图设计梯形图。
二、考核知识点与考核要求
第一节梯形图的基本电路
1.启动-保持-停止电路。（重点）
2.三相异步电动机正反转控制电路。（重点）
3.定时范围扩展电路。（次重点）
4.闪烁电路。（次重点）
5.延时接通-断开电路。（次重点）
6.常闭触点输入信号的处理。（一般）
第二节梯形图的经验设计法（一般）
第三节根据继电器电路图设计梯形图的方法
1.继电器电路图转变为PLC的外部接线图和梯形图的步骤。（一般）
2.继电器电路图转变为PLC的外部接线图和梯形图的注意事项。（一般）
第四节顺序控制设计法与顺序功能图
1.顺序控制设计法的基本思想。（一般）
2.顺序控制设计法的本质。（一般）
3.顺序功能图的含义。（一般）
4.顺序功能图的组成。（重点）
5.步、初始步、活动步的含义。（次重点）
6.有向连线与转换条件的含义。（次重点）
7.顺序功能图的基本结构。（重点）
8.顺序功能图转换实现的两个条件。（次重点）
9.顺序功能图转换实现应完成的两个操作。（次重点）
10.顺序功能图的特点。（一般）
第五章 顺序控制梯形图的编程方法
一、学习目的与要求
通过本章学习，会使用STL指令编写顺序功能图和步进梯形图，掌握顺序功能图的三个功能，能熟练应用顺序功能图的五种基本结构（单序列、选择序列、并行序列、跳步序列和循环序列）。
二、考核知识点与考核要求
第一节 使用STL指令的编程方法
1.STL指令的特点。（次重点）
2.选择序列与并行序列的编程方法。（重点）
3.跳步序列和循环序列的编程方法。（次重点）
第二节 使用启保停电路的编程方法（不做要求）
第三节 以转换为中心的编程方法（不做要求）
第四节 各种编程方法的比较（一般）
第五节 具有多种工作方式的系统的编程方法（不做要求）
第六章 FX系列PLC的应用指令
一、学习目的与要求
通过本章学习，掌握PLC的数据结构。能熟练应用常见的PLC功能指令，例如程序流向控制指令，比较、传送与数据交换指令，算数运算与字逻辑运算指令，循环移位与移位指令，数据处理指令和部分方便指令。
二、考核知识点与考核要求
第一节应用指令概述
1.应用指令的表示方法。（重点）
2.脉冲执行与连续执行的含义。（次重点）
3.变址寄存器的作用。（一般）
4.位元件组的含义及表示方法。（重点）
5.字元件的表示方法。（次重点）
第二节程序流向控制指令
1.条件跳转指令。（重点）
2.子程序调用与子程序返回指令。（重点）
3.中断指令与中断程序。（重点）
4.主程序结束指令、监控定时指令、循环指令。（次重点）
第三节比较、传送与数据交换指令
1．比较指令、区间比较指令。（重点）
2．触点型比较指令。（次重点）
3．传送指令、移位传送指令、取反传送指令、数据交换指令。（重点）
4．块传送指令、多点传送指令。（次重点）
5．数据传送指令。（重点）
第四节算数运算与字逻辑运算指令
1．加减乘除指令、加1减1指令。（重点）
2．字逻辑运算指令。（次重点）
第五节循环移位与移位指令
1．循环移位指令。（次重点）
2．移位指令。（次重点）
3．先入先出写入与读出指令。（一般）
第六节数据处理指令
1.区间复位指令。（重点）
2.解码指令、编码指令。（次重点）
3.其它指令。（一般）
第七节高速处理指令（不做要求）
第八节方便指令（不做要求）
第九节外部I/O设备指令（不做要求）
第十节外部设备指令（不做要求）
第十一节浮点数运算指令（不做要求）
第十二节时钟运算指令（不做要求）
第十三节其它指令（不做要求）
第十四节FX3U与FX3UC系列新增的指令（不做要求）
第七章PLC的通信与工业自动化（不做要求）
第八章 模拟量模块应用与PID闭环控制（不做要求）
第九章PLC在工业应用中的若干问题（不做要求）
第十章PLC编程软件的使用方法（不做要求）
第三部分 有关说明与实施要求
一、指定教材
《机床电气控制技术（第4版）》,齐占庆主编，机械工业出版社，1997年版
《可编程序控制器应用技术（第5版）》，廖常初主编,重庆大学出版社，2007年版
二、考试内容
本课程考试内容覆盖到章。其中，《机床电气控制技术》部分第三、第四章不做要求，《可编程序控制器应用技术》部分第七章~第十章不做要求(各章中不做要求的节在各章的考核要求中)。
三、关于命题考试的若干规定
1．本课程的考试应根据本大纲规定的内容来确定考试范围和考核要求。
2．每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点65%、次重点占25%、一般占10%。
3．本课程较合适的题型有单项选择题、填空题、简答题、简单分析题、简单应用题、设计题。
4．本课程采用百分制评分，60分合格。
四、题型示例
1. 单项选择题：
直流电动机降压调速稳定后，若磁场及负载转矩恒定，则不变的参数是（ ）。
（A）输入功率 （B）电枢电流 （C）输出功率 （D）转速
2、填空题：
改变三相笼型异步电动机旋转方向的方法是_____________。
3、简答题：
有静差调速系统和无静差调速系统的区别是什么？
4、简单分析题：
一台直流电动机拖动位能负载匀速上升，运行在I象限。现采用能耗制动，使负载匀速下降，试分析在制动的各阶段电动机的电磁转矩、电动势及转速是如何变化的？
5、简单应用题：
根据下面的波形图设计梯形图程序。
6、设计题：
A/D转换先后得到的8个12位二进制数据存放在D0~D7中，A/D转换得到的数值0～4000对应温度值0～1000℃，用MEAN指令求A/D转换的平均值，并将它转换为对应的温度值，存放在D20中，设计出梯形图程序。
