天津市自考03800现代电气控制技术考试大纲

天津市高等教育自学考试课程考试大纲

课程名称：现代电气控制技术（含实践）                       课程代码：03800 03801

第一部分   课程性质与目标

一、课程性质与特点

    本课程是高等教育自学考试电气工程及其自动化专业本科阶段的一门专业必修课，在电气工程及其自动化专业中具有极其重要的地位。该课程既具有很强的理论性、系统性，又有很强的工程性、实践性，重点介绍常用低压电器及电气控制电路；可编程控制器的硬件组成及工作原理、编程基础；西门子S7-200指令及编程；PLC控制系统的设计方法。培养学生应用相关知识进行分析与设计的能力。

二、课程目标与基本要求

设置本课程的目的是使学生了解现代电气控制技术的发展状况和趋势，掌握电气控制系统的基本线路及分析方法；掌握可编程序控制器及S7-200 PLC程序设计方法；培养其从事电气设备的安装调试、运行和维护等技术工作的能力，以及对所设计的控制系统不断优化的意识，同时培养学生的创造创新能力，使学生具备独立研究和设计新型现代电气控制系统，促进智能制造业的发展。

学习本课程要求学生掌握电气控制系统中常用电器的结构、工作原理、用途、型号以及电气符号；掌握电气控制系统的基本线路、构成、特点及电气控制系统的分析方法；掌握S7-200 PLC的基本指令，熟悉基本程序设计方法；掌握可编程序控制器的特点、工作原理、用途、基本型号以及使用方法等；能够根据电气工程领域中的的复杂工程问题确定设计目标、设计解决方案，并能够进行可行性分析，使学生初步具备现代电气控制系统的设计能力。

三、与相关课程的联系与区别：

    本课程与电气工程及其自动化专业的其他基础与专业课程有密切的联系。它以《电力拖动控制系统》、《电力拖动控制系统（实践）》、《自动控制原理（本）》、《自动控制原理（本）（实践）》等课程为基础，又对《现代电气控制技术（实践）》、《电气工程及其自动化（本科）毕业论文》等课程起补充配合作用。

第二部分   考核内容与考核目标

 第一章  电气控制系统常用器件

一、学习目的与要求

本章介绍电气控制系统中常用低压电器的基本知识。要求通过本章学习，了解电器的定义及分类，理解和掌握电磁式低压电器的基本结构和工作原理；掌握常用低压电器（接触器、继电器、开关电器、熔断器、主令电器、信号电器、常用执行电器）的结构、工作原理、用途以及电器符号。

二、考核知识点与考核目标：       

（一）电器的基本知识（次重点）：

      识记：电器的概念、分类及低压电器的分类。

      理解：电气与电器的联系、低压电器的特点。

（二）电磁式低压电器的基本结构和工作原理（重点）：

  识记：1、电磁式低压电器的基本结构。

2、触头的结构、触点的接触形式。

3、电弧产生的原因及灭弧方式。

  理解：1、电磁机构的作用、结构。

2、直流电磁机构和交流电磁机构的区别。

3、电磁机构的吸力特性、反力特性、继电特性。

（三）接触器（重点）

      理解：1、接触器的功能、结构及工作原理及选择依据。

            2、接触器的图形符号和文字符号

（四）继电器（重点）：包括电压继电器、电流继电器、中间继电器、热继电器、时间继电器、速度继电器、温度继电器

      理解：1、继电器的功能（作用）、结构、分类、图形符号和文字符号。

            2、电磁式继电器与接触器的区别。

3、电压继电器、电流继电器和中间继电器的工作原理。

4、热继电器的工作原理。

5、时间继电器的延时方式。

6、热继电器与温度继电器的区别。

（五）熔断器（重点）          

      理解：1、熔断器的功能（作用）、结构、分类、图形符号和文字符号。

2、熔断器与热继电器、温度继电器的区别。

3、熔断器的结构及保护特性。

（六）开关电器（重点）：包括刀开关、低压断路器          

      理解：1、开关电器的功能（作用）、结构、分类、图形符号和文字符号。

2、刀开关、熔断器、低压断路器的区别。

3、低压断路器的工作原理、主要参数。

（七）主令电器（重点）：包括控制按钮、转换开关、行程开关及接近开关

理解：1、主令电器的功能（作用）、结构、分类、图形符号和文字符号。

            2、控制按钮颜色的区分。

3、转换开关图形符号的意义。

4、行程开关及接近开关的区别。

（八）常用执行器件（一般）：

识记：电磁执行器件和常用驱动设备的功能、结构、分类、符号。

 第二章  电气控制线路基础

一、学习目的与要求

本章介绍三相笼型异步电动机的基本控制线路和一部分典型控制线路。要求通过本章学习，理解各种典型的控制线路和控制规律，掌握各种典型的逻辑控制线路特点及控制触点的逻辑关系，掌握各种典型的控制环节、掌握电气控制线路的简单设计方法、电气控制线路图的绘制原则以及电气线路的分析与阅读方法。

二、考核知识点与考核目标：       

（一）电气控制线路图的绘制原则（次重点）：

      识记：电气控制线路的概念、电气控制系统图的分类。

      理解：1、电气原理图、电气安装图及电气布置图的区别。

            2、主电路与辅助电路

（二）三相笼型异步电动机的基本控制线路（重点）：

      理解：1、全压启动控制线路（工作原理、电气线路图、保护环节）。

2、正反转控制线路（工作原理、电气线路图、保护环节）。

3、点动控制线路（工作原理、电气线路图、保护环节）。

4、多点控制线路（工作原理、电气线路图、保护环节）。

5、顺序控制线路（工作原理、电气线路图、保护环节）。

6、自动循环控制线路（工作原理、电气线路图、保护环节）。

7、自锁、互锁、联锁的区别及实现方式。

      应用：1、三相笼型异步电动机的电气控制线路的绘制、正确识别、启停过程分析。

            2、简单电气控制线路的设计。

（三）三相笼型异步电动机启动和制动控制线路（重点）：

      理解：1、星形-三角形降压启动控制线路（工作原理、电气线路图、保护环节）。

2、反接制动控制线路（工作原理、电气线路图、保护环节）。

      应用：三相笼型异步电动机启动与制动控制线路的绘制、正确识别、启动过程分析。

（四）电气控制线路图的简单设计法（重点）：

      识记：简单设计法、一般设计法的步骤、原则。

应用：利用三相笼型异步电动机的控制线路实现简单电气控制过程的设计。

（五）典型生产机械电气控制线路分析（重点）：

      识记：电气控制线路分析的内容与要求、电气原理图阅读分析的方法。

应用：能够正确识别并分析主电路、控制电路、辅助电路、保护环节等。

 第三章  可编程序控制器概述

一、学习目的与要求

本章介绍可编程序控制器的基本知识。要求通过本章学习，了解PLC的产生、发展及PLC的特点以及PLC的编程语言和程序结构，掌握PLC的结构组成及工作原理。

二、考核知识点与考核目标：       

（一）PLC的产生和定义（一般）：

      识记：1、PLC的产生原因、PLC的发展。

2、PLC的定义、特点及应用领域。

3、PLC与继电器控制系统、IPC控制系统、单片机控制系统及DCS、FCS的区别。

      理解：1、PLC的分类及特点。

2、PLC的系统组成。

3、输入/输出接口电路的分类及功能。

4、PLC的内部资源：软元件的概念及各种软元件的特点、功能等。

5、PLC的工作原理。

6、PLC工作过程的中心内容。

7、PLC的编程语言。

8、S7-200 SMART PLC硬件系统的基本构成、I/O点数扩展和编址。

 第四章  PLC基本指令及程序设计

一、学习目的与要求

本章介绍S7-200 SMART PLC的指令系统。要求通过本章学习，理解S7-200 SMART PLC的寻址方式，掌握逻辑控制类指令和特殊功能指令，熟悉并掌握PLC程序的简单设计法，达到能够进行简单电气控制系统PLC控制程序设计的目的。

二、考核知识点与考核目标：       

（一）寻址方式（次重点）：

      识记：S7-200 SMART PLC的数据类型、直接寻址方式、间接寻址方式。

（二）S7-200 SMART PLC编程时的两点说明（重点）

      理解：1、输出线圈和指令盒的异同。

2、网络块的定义、特点及要求。

3、符号表与变量表的功能及要求。

（三）PLC的基本逻辑指令（重点）

      理解：1、逻辑取及线圈驱动指令（梯形图方式、语句表方式、使用说明及应用举例）。

            2、触点串联、并联指令（梯形图方式、语句表方式、使用说明及应用举例）。

            3、置位、复位指令（梯形图方式、语句表方式、时序图、使用说明及应用举例）。

            4、RS触发器指令（梯形图方式、语句表方式、时序图、使用说明及应用举例）。

5、立即指令（梯形图方式、语句表方式、时序图、使用说明及应用举例）。

6、边沿脉冲指令（梯形图方式、语句表方式、时序图、使用说明及应用举例）。

7、逻辑堆栈操作指令（梯形图方式、语句表方式、使用说明及应用举例）。

8、比较指令（梯形图方式、语句表方式、使用说明及应用举例）。

9、定时器（梯形图方式、语句表方式、时序图、使用说明及应用举例）。

10、计数器（梯形图方式、语句表方式、时序图、使用说明及应用举例）。

      应用：1、正确使用时序图/波形图分析给定输入后的输出结果。

2、利用基本逻辑指令进行简单电气控制系统PLC控制程序设计。

（四）程序控制指令（一般）

      识记：程序控制指令的梯形图方式、使用说明。

（五）PLC初步编程指导（次重点）

      理解：1、梯形图编程的基本规则。

            2、梯形图与语句表之间相互转换的方法。

（六）典型简单电路和环节的PLC程序设计（重点）

      理解：1、脉冲延时产生电路（梯形图程序、语句表程序、时序图、应用举例）。

            2、瞬时接通/延时断开电路（梯形图程序、语句表程序、时序图、应用举例）。3、延时接通/瞬时断开电路（梯形图程序、语句表程序、时序图、应用举例）。

4、计数器的扩展（梯形图程序、语句表程序、时序图、应用举例）。

5、长定时电路（梯形图程序、语句表程序、时序图、应用举例）。

6、闪烁电路（梯形图程序、语句表程序、时序图、应用举例）。

7、报警电路（梯形图程序、语句表程序、时序图、应用举例）。

      应用：1、梯形图与语句表之间相互转换

2、利用典型简单电路和环节进行电气控制系统PLC控制程序设计。

（七）PLC程序的简单设计法及应用举例（重点）

理解：PLC程序的简单设计法。

      应用：1、根据给定电气控制线路画出对应的PLC梯形图。

3、根据控制任务进行电气控制系统PLC控制程序设计

 第五章  PLC功能指令及应用

一、学习目的与要求

本章介绍S7-200 SMART PLC的功能指令。要求通过本章学习，理解传送、移位及填充指令、算术运算与逻辑运算指令、高速处理指令等功能指令的指令格式、功能描述、字符含义、数据类型、使能输入/输出、标志位等，掌握S7-200 SMART PLC的程序结构、子程序、中断程序的使用方法。

二、考核知识点与考核目标：       

（一）程序结构（次重点）：

      识记：S7-200 SMART PLC的程序结构（程序组织单元、数据块、系统块）。

（二）子程序（次重点）：

识记：子程序的建立和调用。

（三）中断（重点）：

      识记：中断相关的基本概念（中断源、优先级）。

      理解：1、中断指令的指令格式、数据类型、功能描述。

2、中断程序的结构、要求及编制方法。

（四）传送、移位及填充指令（一般）

识记：传送、移位及填充指令的指令格式、数据类型、功能描述。

（五）运算和数学指令（次重点）

识记：1、加法、减法、乘法、除法的指令格式、数据类型、功能描述。

      2、数学函数指令的指令格式、数据类型、功能描述。

（六）高速计数器指令（重点）

理解：1、高速计数器的数量及编号、中断事件类型、工作模式及输入点。

      2、高速计数器指令的指令格式、数据类型、功能描述。

      3、高速计数器指令的使用方法：状态字节、控制字节的区别与设置方法。

（七）高速脉冲输出指令（重点）

理解：1、高速脉冲输出的输出方式、输出端子。

      2、高速脉冲输出指令的指令格式、数据类型、功能描述以及特殊标志寄存器。

      3、PTO的周期、脉冲数及种类。

      4、PWM的周期、脉宽和更新方式。

 第六章  PLC顺序控制指令及其应用

一、学习目的与要求

本章介绍顺序功能图的基本概念以及在S7-200 SMART PLC中的具体使用方法。要求通过本章学习，了解功能图的产生，理解顺序功能图的基本概念、构成规则，掌握顺序控制指令及应用、顺序功能图的主要类型及使用方法，掌握选择、循环、并行顺序功能图的实现方式，达到使用功能图设计PLC程序的目的。

二、考核知识点与考核目标：       

（一）功能图的产生及基本概念（次重点）：

      识记：功能图的基本概念。

理解：1、状态和转换的图形符号以及功能图的具体表达方式。

2、控制系统功能图的绘制规则。

      应用：根据状态与转换之间的逻辑关系分析顺序功能图中的控制任务及过程。

（二）顺序控制指令（重点）：

      理解：顺序控制指令的形式及功能。

      应用：根据控制任务绘制顺序功能图，并写出其梯形图的指令形式。

（三）功能图的主要类型（重点）：

      理解：选择、循环、并行顺序功能图的实现方式（功能图、梯形图）

（四）顺序控制指令应用举例（重点）：

       应用：1、根据控制任务绘制顺序功能图，并写出其梯形图的指令形式。

2、使用顺序功能指令编写较复杂的PLC控制程序（功能图、梯形图）。

 第七章  PLC控制系统综合设计

一、学习目的与要求

本章介绍PLC控制系统的设计方法。要求通过本章学习，掌握PLC的选型方法、I/O地址分配、分解控制任务的方法、系统设计方法、安全电路的设计、系统调试方法；理解PLC控制系统设计内容，掌握PLC控制系统设计步骤、PLC控制系统硬件配置的方法、PLC程序设计方法，达到使用功能图设计PLC程序的目的。

二、考核知识点与考核目标：       

（一）PLC控制系统设计步骤及内容（重点）：

      理解：PLC控制系统设计步骤（任务分析、PLC选型、IO地址分配、任务分解、系统设计、保护电路、系统调试、文档编制）。

      应用：根据控制任务对电气工程领域较复杂的工程问题进行PLC控制系统设计。

 第八章  S7-1200 PLC主要技术特点

一、学习目的与要求

本章介绍S7-1200 PLC的基本知识。要求通过本章学习，了解S7-1200 PLC的硬件系统、软件平台，熟悉S7-1200 PLC的寻址方式、数据类型、编程语言和程序框架，理解S7-200 SMART PLC和S7-1200 PLC的区别，了解S7-1200 PLC的基本指令的种类，熟悉定时器的特点。

二、考核知识点与考核目标：       

（一）产品系列（一般）：

      识记：S7-1200 PLC的硬件系统架构、TIA博途软件平台。

（二）程序设计基础（一般）：

      识记：寻址方式、数据类型及编程语言。

理解：S7-200 SMART PLC和S7-1200 PLC的程序框架的区别。

（三）指令系统（一般）：

识记：S7-1200 PLC的基本指令、扩展指令、工艺指令。

理解：S7-1200 PLC定时器的特点。

第三部分   有关说明与实施要求

一、考核目标的能力层次表述

    本课程的能力考核目标共分为三个能力层次：“识记”、“理解”、“应用”。各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上，其含义是：
    识记：能够识别和记忆本课程中的有关名词、概念及规律的主要内容，并能够根据考核的不同要求，做出正确的表述、选择和判断。

    理解：能够领悟和理解本课程中有关概念及规律的内涵，全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，并能够根据考核的不同要求，对问题进行逻辑推理和论证，做出正确的判断、解释和说明。

应用（包含简单应用和综合应用）：能在理解掌握的基础上，联系实际，运用现代电气控制的基本概念、基本原理、基本方法，应用学过的技能和知识点，分析和解决有关的理论问题和实际问题，根据控制任务合理设计电气控制线路及PLC控制系统，是最高层次的要求。

二、指定教材

指定教材为考生自学、社会助学和考试命题的依据。

指定教材：《现代电气控制及PLC应用技术 第6版》 王永华主编 北京航空航天大学出版社 2020年8月

三、自学方法指导

1、自学时必须要认真阅读教材，开始阅读每一章之前，应先认真学习大纲中有关该章的考核知识点、自学要求以及对知识点的能力层次要求和考核要求。以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。

2、使用教材时，应注意将精读与泛读相结合，应在泛读即通读的基础和掌握较全面的知识背景条件下，对考核知识点进行重点地逐段细读，逐句推敲，以求做到对基本概念深刻理解，对历史脉络彻底弄清，对基本理论牢固掌握。切忌在没有全面学习教材的情况下孤立地抓考核知识点，以免生吞活剥，不能真正地理解和灵活地运用。

3、在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念术语、基本电器元件、基本电气控制线路、工作原理、控制系统分析及设计方法等融会贯通，归纳出要点，从而加深对问题的认知、理解和记忆。有利于突出重点，并涵盖全部课程内容，同时锻炼提高自己的自学能力。

4、在自学过程中，既要注重理论知识，也应重视实际运用能力的培养。如根据给定的控制要求，结合电气控制线路分析和电气控制系统设计的方法，对电气工程领域简单及较复杂工程问题进行电气控制线路、PLC控制系统程序等进行合理设计。要通过完成练习思考题、设计系统程序，锻炼自己分析设计的能力。

5、考生在自学过程中也可参考西门子(中国)有限公司主编《深入浅出西门子S7-200PLC》（北京航天航空大学出版社，2007年第三版）辅助学习、理解相关知识。

四、对社会助学的要求

1.社会助学者应根据本大纲规定的考试内容和考核目标，认真钻研自学考试指定教材，明确本课程与其他课程不同的特点和学习要求，对自学应考者进行切实有效的辅导，引导他们防止自学中的各种偏向，把握社会助学的正确导向。

2.要正确处理基础知识和应用能力的关系，努力引导自学应考者将识记、理解与应用联系起来，把基础知识和理论转化为应用能力，在全面辅导的基础上，着重培养和提高自学应考者的分析问题和解决问题的能力。

3.要正确处理重点、次重点和一般的关系。课程内容有重点、次重点和一般之分，但考试内容是全面的，而且三者之间是相互联系的，不是截然分开的。社会助学者应指导自学应考者全面系统地学习教材，掌握全部考试内容和考核知识点，在此基础上再突出重点。总之，要把重点学习同兼顾一般结合起来，切勿孤立地抓重点，把自学应考者引向猜题押题。

4．助学学时建议。本课程理论课4学分，助学建议不少于72学时，学时分配见下表，考生也可参考该表安排自学时间。

本课程实践部分共2学分，助学建议不少于36学时，课程学时分配见下表，考生也可参考该表安排自学时间。

五、关于命题考试的若干规定

1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试的内容。

2、试卷中对不同能力层次要求和试题所占的比例大致是：“识记”为20%，“理解”为50%，“应用”为30%。

3、试题难易程度要合理，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为2：4：3：1左右。

4、每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占80%，次重点占15%，一般占5%。

5、试题题型一般分为：填空题、单项选择题、简答题、分析题和设计题等。

6、考试采用闭卷笔试，考试时间为150分钟，采用百分制评分，60分为及格。

六、 题型示例（样题）

（一） 填空题

按照电器的工作电压等级对电器进行分类，可分为   低压电器   和   高压电器  。

（二）单项选择题

在自动往返运动控制中，因为有行程限制，常采用（ B ）作为控制元件，来实现电动机的正反转控制。

（三）简答题

接触器与中间继电器在用途上有何区别？在结构上有何异同？

（四）分析题

如图所示的电气控制线路，请分析：

（五）设计题

    请分别根据三级传送带的工作过程设计该系统的电气控制线路并画出PLC梯形图。

七、实践考核内容与实施要求

（一）实验一 Automation Studio仿真软件使用基础

实验要求

1）熟悉和掌握Automation Studio仿真软件的安装、启动、绘图与常用编程命令。

实验内容

1）Automation Studio的开发环境和常用命令。

2）电动机、电磁阀等输出执行部件以及低压电器元件的编译。

3）Automation Studio程序编辑与设计环境，电气控制线路图的绘制和调试方法

（二）实验二 异步电动机可逆运行仿真

实验要求

1）熟悉三相异步电动机点动、自锁、可逆控制线路中各电器元件的结构、工作原理、规格型号、使用方法及其在线路中的作用。

2）掌握三种控制电路的工作原理。

3）掌握三种控制电路的电气控制线路绘制方法、调试及故障排除的技能。

实验内容

1）熟悉和掌握三相异步电动机点动、自锁、可逆控制的电气控制线路。

2）熟悉和掌握Automation Studio仿真软件，设计三相异步电动机点动、自锁、可逆控制的电气控制线路，并完成调试。

（三）实验三 S7-200 SMART PLC编程软件使用实验

实验要求

1）熟悉STEP 7-Micro/WIN SMART 编程软件。

2）熟悉并掌握S7-200 SMART PLC的编程环境。完成简单梯形图程序。

3）初步掌握编程软件的使用方法和调试程序的方法。

实验内容

1）安装STEP 7-Micro/WIN SMART 编程软件，熟悉其主要功能。

2）根据要求设计一段简单程序，并写出调试步骤。

（四）实验四 报警电路实验

实验要求

1）熟悉编程软件的使用和S7-200 SMART PLC的逻辑指令。

2）编制简单的PLC应用项目程序。

3）熟悉调试程序的方法。

实验内容

1）参考教材中的图4-52编写一段有3中故障信号的报警电路程序。

2）调试所编写的程序。

3）模拟故障发生情景，并写出程序运行结果。

（五）电动机顺序启停控制程序实验

实验要求

1）熟悉编程软件的使用和S7-200 SMART PLC的逻辑指令。

2）学习使用简单设计法编程。

3）编制简单的PLC应用项目程序。

4）熟悉调试程序的方法。

实验内容

1）参考教材中的图4-54，使用简单设计法编写3台电动机顺序启停的程序。

2）模拟实际电动机启停的顺序调试所编写的程序，并写出程序运行过程和结果。

（六）抢答器程序设计实验

实验要求

1）进一步熟悉编程软件的使用和S7-200 SMART PLC的逻辑指令。

2）编制简单的PLC应用项目程序。

3）进一步掌握编调试程序的方法。

实验内容

1）简单抢答显示程序的调试（要求三人抢答，每人各持一个抢答器，并用三个指示灯显示抢答信号；当主持人按下允许抢答按钮方可开始抢答；先按下抢答器的抢答者对应的指示灯亮，同时应禁止另外两个抢答者的灯亮；指示灯在主持人断开抢答按钮后熄灭）。

2）复杂的抢答显示程序的设计。

（七）人行横道按钮控制交通灯程序设计实验

实验要求

1）进一步熟悉编程软件的使用和S7-200 SMART PLC的逻辑指令。

2）掌握定时器和计数器的应用。

3）熟悉时序控制程序的设计与调试方法。

实验内容

1）只考虑人行横道线交通灯的程序设计与调试（要求：行人按下横穿街道按钮，红灯亮几秒后，绿灯亮，延时几秒后绿灯闪烁，然后红灯亮）。

2）实际交通信号灯控制程序设计与调试（要求有红黄绿三种颜色指示灯按要求亮灭、直行及倒计时、左转等候及倒计时，且倒计时结束前需有指示灯闪烁）。

（八）使用顺序功能图编制电动机顺序启停控制程序实验

实验要求

1）熟悉顺序功能图以及相关指令。

2）学习使用顺序功能图编程。

3）熟悉调试顺序功能图程序的方法。

实验内容

1）参考教材图6-16、图6-17和图6-18，使用顺序功能图编写三台电动机顺序启停的程序。

2）把功能图转换成为梯形图，并在S7-200 SMART PLC的编程环境下完成梯形图的编译及调试。

3）模拟实际电动机启停顺序调试编写的程序，并记录程序运行过程及结果。