上海数控技术（专科）（460103）01668机床设备电气与PLC控制考试大纲

上海市高等教育自学考试
数控技术应用专业（专科）（A080744）
机床设备电气与PLC控制（1668）
自学考试大纲

上海电机学院自学考试办公室编
上海市高等教育自学考试委员会组编
2007年7月版

I、课程性质及其设置的目的和要求
一、本课程的性质与设置的目的
本课程是一门研究电机原理特性、电气控制及PLC控制的专业基础课程。数控技术应用专业作为一个理工类的专门化专业，电力传动控制装置和电器自动控制装置已经成为现代机床设备不可缺少的部分，本课程就是使学生了解机床设备电器控制的一般知识，掌握各类电动机、控制电器与执行电器的工作原理、特性运用和选用的方法，掌握PLC的组成与工作原理、编程方法及在工业中的应用。
二、本课程的基本要求
通过本课程的学习，要求掌握以下几个方面的内容：
1. 交流电动机的基本原理及其特性；
2. 直流电动机和常用控制电机的基本原理及其特性；；
3. 机床继电器-接触器控制的基本环节及其设计；
4. PLC基本逻辑指令及其应用。
三、与相关课程的联系
机床设备电气与PLC控制作为一门控制课程，渗透在技术基础课和专业课程的各个方面 ，例如电工学、电子技术是本课程的基础，本课程也是数控机床、机械制造工艺等课程的基础。
II、课程内容与考核目标
第一章 交流电动机的基本原理及特性　
一、学习目的和要求
掌握交流电动机的基本结构及工作原理；了解交流电动机的机械特征；掌握交流电动机的启动、调速及电气制动的原理和方法。
二、课程内容
第一节　三相异步电动机的结构
(一) 定子
(二) 气隙
(三) 转子
第二节 三相异步电动机转动原理
（一）旋转磁场
（二）转动原理
（三）转差率
第三节 三相异步电动机的电路分析
(一) 定子电路
(二) 转子电路
第四节 三相异步电动机的功率及转矩
（一）功率及功率转换过程
（二）转矩平衡方程
（三）转矩公式
（四）机械特性曲线
第五节 三相异步电动机的启动
(一) 启动性能
(二) 启动方法
第六节 三相异步电动机的调速
（一）变频调速
（二）变极调速
（三）变转差率调速
第七节 三相异步电动机的制动
（一）能耗制动
（二）反接制动
（三）发电反馈制动
三、考核知识点
（一）三相异步电动机结构
（二）旋转磁场的方向、速度
（三）转差率
（四）三相异步电动机的机械特性
（五）三相异步电动机的启动
（六）三相异步电动机的调速
（七）三相异步电动机的制动
四、考核要求
1、识记：（1）三相异步电动机的结构；（2）三相异步电动机的转动原理；
（3）转差率；（4）三相异步电动机的机械特性
2、领会：（1）旋转磁场性质；
（2）三相异步电动机的启动、调速及制动原理
3、简单应用：（1）三相异步电动启动方法；（2）三相异步电动机调速方法；
（3）三相异步电动制动方法
4、综合应用：三相异步电动机启动、调速及制动过程中各参数的变化。

第二章　直流电动机的基本原理及特性
一、学习目的和要求
掌握直流电动机的基本结构及工作原理；了解直流电动机的机械特性；掌握直流电动机的启动、调速及电气制动的原理和方法。

二、课程内容
第一节　直流电动机的结构及工作原理
(一) 结构
(二) 工作原理
第二节　直流电动机的机械特性
(一) 分类
(二) 他励电动机的机械特性
(三) 串励电动机的机械特性
第三节　直流电动机的启动特性
(一) 启动指标
(二) 启动方法
第四节 直流电动机的调速特性
(一) 改变电枢电路外串电阻
(二) 改变电枢供电电压
(三) 改变电动机主磁通
第五节 直流电动机的制动特性
（一）能耗制动
（二）反接制动
（三）反馈制动

三、考核知识点
(一) 直流电动机的结构
(二) 直流电动机的机械特性
(三) 直流电动机的启动
(四) 直流电动机的调速
(五) 直流电动机的制动

四、 考核要求
1、识记：⑴直流电动机的结构 ⑵　机械特性
2、领会：⑴直流电动机的工作原理　⑵直流电动机的启动、调速、及制动原理
3、简单应用： 直流电动机的启动、调速、及制动方法
4、综合应用：直流电动机启动、调速及制动过程中各参数的变化

第三章　控制电机
一、学习目的和要求
掌握各种控制电机的结构及工作原理；了解各种控制电机的运行特性
二、课程内容
第一节　步进电动机
(一) 分类
(二) 结构与工作原理
(三) 运行特性
第二节　伺服电动机
(一) 交流伺服电动机
(二) 直流伺服电动机
第三节　力矩电动机
第四节 小功率同步电动机
第五节　测速电动机
第六节 自整角机
第七节 直线电动机
三、考核知识点
(一) 步进电动机的结构及工作原理
(二) 步进电动机的运行特性
(三) 伺服电动机的结构及工作原理
(四) 力矩电动机的结构及工作原理
(五) 小功率同步电动机的结构及工作原理
(六) 测速发电机的结构及工作原理
(七) 自整角机的结构及工作原理
(八) 直线电动机的结构及工作原理
四、考核要求
1、识记：各种控制电机的结构　
2、领会： 各种控制电机的工作原理
3、简单应用：⑴步进电动机的运行特性 ⑵伺服电动机的运行特性
4、综合应用： 步进电动机的驱动控制

第四章　机床电器—接触器控制系统

一、学习目的和要求
熟练掌握常用低压电器的作用及符号；了解常用低压电器的结构及型号；熟练掌握继电器—接触器控制的常用基本线路；掌握典型机床的动作及电器控制要求。
二、课程内容
第一节　机床常用控制电器及执行电器
(一) 非自动控制电器
(二) 自动控制电器
(三) 主令电器
第二节　机床继电器—接触器控制常用基本线路
（一）三相异步电动机的启动控制线路
（二）三相异步电动机运行控制线路
（三）三相异步电动机的制动控制线路
第三节　机床继电器—接触器控制线路举例
（一）0650卧式车床电器控制线路
（二）x62卧式万能铣床控制线路
三、考核知识点
(一) 常用低压电器的结构、功能及符号
(二) 三相异步电动机启动控制线路
(三) 三相异步电动机运行控制线路
(四) 三相异步电动机制动控制线路
(五) 典型机床电器控制线路
四、考核要求
1、识记： （1）常用低压电器的组成、动作原理
（2）典型机床动作要求
2、领会： （1）常用低压电器功能及符号
（2）三相异步电动机启动、运行及制动
（3）典型机床电器控制要求
3、简单应用：（1）三相异步电动机启动、调速及制动控制线路
（2）典型机床电气控制线路
4、综合应用：根据继电器—接触器控制的常用基本线路，能对常用线路进行分析，并能根据要求进行简单设计。

第五章　机床电气控制电路设计
一、学习目的和要求
掌握机床电气的基本原则、一般步骤，能对常用低压电器进行正确选择；掌握控制机床电气原则图的规则；了解机床电气设计的工艺要求。
二、课程内容
第一节　机床电气设计的基本原则
(一) 一般要求
(二) 一般步骤
(三) 方案确定
(四) 控制方式选择
(五) 电动机容量选择
(六) 常用电器元件选择
第二节　机床电气原理的画法规则
(一) 原理图
(二) 布置图
(三) 功能表图
第三节　机床电气原理图设计
(一) 一般原则
(二) 主电路设计
(三) 控制电路设计
三、考核知识点
(一) 机床电气设计步骤
(二) 机床电气原理图的画法规则
(三) 机床电气设计方法
四、考核要求
1、识记： ⑴机床电气设计基本原则 ⑵机床电气工艺设计
2、领会： ⑴机床电气原理图画法 ⑵机床电气原理图设计方法
3、简单应用：机床电气原理图基本环节设计
4、综合应用：机床电气总体工艺流程设计

第六章　可编程序控制的基础知识
一、学习目的和要求
了解可编程序控制分类、特点及发展趋势；掌握可编程序控制器的组成及工作原理；熟练掌握可编程序控制器（ FX系列）的编程元件及基本逻辑指令。
二、课程内容
第一节　可编程序控制器概述
(一) 发展历史
(二) 特点
(三) 应用领域
(四) 发展趋势
第二节　PLC系统组成与工作原理
(一) 硬件结构
(二) 分类
(三) 软件系统
(四) 工作原理
第三节　FX系列可编程序控制器
(一) 性能简解
(二) 型号含义
(三) 编程元件
第四节　　FX系列可编程序控制器的基本逻辑指令
(一) 基本逻辑指令
(二) 编程方法
三、考核知识点
(一) 可编程控制器的分类
(二) 可编程控制器的结构及工作原理
(三) FX系列可编程序控制器的编程元件
(四) FX系列可编程序控制器的基本逻辑指令
四、考核要求
1、识记：⑴可编程控制器的分类、功能
⑵可编程控制器的组成、工作过程
⑶梯形图、逻辑指令
2、领会：⑴可编程控制器的工作原理
⑵FX系列可编程序控制器的编程元件
⑶FX系列可编程序控制器的基本逻辑指令
3、简单应用：⑴根据逻辑指令画出梯形图 ⑵根据梯形图写出逻辑指令
4、综合应用：根据控制要求设计梯形图，并写出逻辑指令。

第七章　可编程序控制器的编程方法及应用
一、学习目的和要求
掌握可编控制器的编程规则；能根据控制要求进行一些简单的程序设计
二、课程内容
第一节　梯形图程序的设计方法
（一） 梯形图的特点
（二） 梯形图编程规则
（三） 常用基本环节的梯形图编程
（四） 梯形图的经验设计法
第二节 顺序控制梯形图的编程方法
（一） 使用STL指令的编程方法
（二） 使用启保停电路的编程方法
第三节 可编程控制在工业中的应用
（一）可编程控制器系统设计步骤
（二）减少输入、输出点的方法
（三）可编程控制器的应用举例
三、考核知识点
(一) 梯形图程序的设计
(二) 顺序控制梯形图的编程
(三) 可编程序控制器应用
四、考核要求
1、识记：⑴梯形图的编程规则⑵顺序控制梯形图　
2、领会：⑴梯形图程序设计方式⑵顺序控制梯形图设计指令
3、简单应用：用可编程控制器指令实现基本环节控制
4、综合应用：可编程控制器在工业中的具体综合应用

III、有关说明与实施要求
一、关于考核目标的说明
为使考试内容具体化和考试要求的标准化，本大纲在考核目标中按识记、领会、简单应用、和综合应用几个层次规定其应达到的能力层次要求。各能力层次的含义是：
识记：能了解有关名词、概念、规定、结论、知识的含义，并能正确的认识和表述。
领会：在识记的基础上，能全面把握基本概念和有关原理，能掌握和分析这些概念和原理的来龙去脉和它们之间的联系和区别。
简单应用：在领会的基础上，能运用基本概念和有关原理分析和解决有关的理论和简单的实际问题。
综合应用：在领会的基础上，能用学过的多个知识点，综合分析和解决比较复杂的实际问题。
二、关于自学教材
《机床设备电气与PLC控制》：罗辑主编，重庆大学出版社，2004年5月第1版
三、自学方法指导
1、交流电动机、直流电动机、各种控制电机结构、工作原理可以结合在一起，学习时加以比较。
2、交流电动机、直流电动机启动、调速和制动特性及方法在工作原理的基础上，学习时着重方法的比较。
3、常用低压电器主要以基本线路中出现的为主。
4、继电器—接触器控制基本线路分析时，必须把控制要求理解，并结合交流电动机特性。
5、可编程序控制器的编程元件必须熟记，为编程打基础。
6、可编程序控制器的基本逻辑指令通过练习方法熟练掌握。
四、对社会助学的要求
1、要熟悉考试大纲对课程提出的总的要求和各章的知识点。要掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核要求。
2、辅导时，要以考试大纲为依据，指定教材为基础，不要随意删减内容，以免与大纲脱节。
3、辅导时，应注重基础，突出重点。培养考生的正确学习方法，提高自学能力，在自学过程中善于提出问题、分析问题、解决问题。
五、关于命题考试的要求
1、覆盖面与重点章节
考试命题要覆盖到章，一般要求覆盖到知识点的80%，并适当突出重点章节，重点章节为：第一章 交流电动机的基本原理及特性， 第四章 机床电器—接触器控制系统，第六章　可编程序控制的基础知识。
2、试卷能力层次比例
各能力层次所占的比例约为：识记20%、领会30%、简单应用30%、综合应用20%。
3、试卷难易比例
试题难易程度合理，可分为四档：易、较易、较难、难，这四档在每份试卷中所占比例依次约为2：3：3：2。
4、题型
　　填空题、单项选择题、简答题、综合分析题、设计题。
5、考试形式、考试时间
书面闭卷考试，考试时间150分钟。

附录：题型举例
一、填空题
1. 自动空气开关主要由________、________、________和________组成，其功能有________________和________、________、________保护等。
2．时间继电器断电延时闭合的常闭触头图形符号为_____，时间继电器通电延时闭合的常开触头图形符号为_____
3．三相笼型异步电动机的降压起动方式有 _____________，____________，____________和_____________，制动方式有___________和 ________ 。
4. 可编程序控制器投入运行后，便进入程序执行阶段，可分为三个阶段，分别为：_____________、____________和____________。
5. FX2系列PLC的各种元素代表的含义T: 、 Y: 、
M8000 、M8002 。指令含义PLS 、MC/MCR 、SFTL 。
二、单项选择题
1．PC内部有许多辅助继电器，作用相当于继电接触控制系统中的 。
A、 接触器 B、中间继电器
C、 时间继电器 D、热继电器

2．FX2系列PC程控器能够提供100ms时钟脉冲的辅助继电器是 。
A、M8011 B、M8012
C、M8013 D、M8014

3．FX2系列PLC程控器提供一个常开触点型的初始脉冲是 ，用于对程序作初始化处理。
A、M8000 B、M8001 C、M8002 D、M8003

4．计数器的两个输入端是 。
A、计数输入端和输出端 B、复位端和计数输入端
C、复位端和移位端 D、计数输出端和复位端

5．CPU是指 。
A、控制器 B、运算器 C、中央处理单元 D、存储器

三、简答题
1．三相异步电动机可逆运行控制电路中，自锁、电气互锁、机械互锁分别有什么作用？

2．交流接触器的组成有哪些部分？应从哪些方面选择?

四、综合分析题
1、绘出下列指令程序的梯形图
0 LD X0 10 OR Y1
1 ANI TO 11 OUT Y2
2 LD M0 12 AND X6
3 AND X4 13 OUT M1
4 ORI Y2 K 50
5 AND X5 14 LD T1
6 ORB 15 OUT Y5
7 LD YO 16 END
8 OR CO
9 ANB

2、根据下列状态转移图画出梯形图写出指令。

3．读图并回答问题

1）写出电动机的起动过程，指出该电路属于什么性质电路。
2）指出电路的保护情况。

4．根据下列电气控制电路图转换成梯形图。

五、设计题
1．试设计一装卸料小车的运行控制电路，其动作程序如下：
1）小车若在原位，则起动后前进，运行到终点后自动停止；
2）在终点停留2min卸料后自行起动返回，运行到原位后自动停止；
3）在原位停留3min装料后自行前进，自动往复；
4）要求能在前进或后退途中任意位置都能停止或再次起动；
5）要求控制电路具有短路保护、过载保护和限位保护。

2. 一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升、下降、左移、右移动作的极限保护(限位)份别由行程开关SQ1、SQ2、SQ3和XQ4实现，工作过程如图所示：
®下降®夹紧®上升®右移
原位 ¯
¬左移¬上升¬放松¬下降
要求循环8次后自动停止，试用步进控制实现上述控制，画出I/O接线及梯形图
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