《电气控制与plc应用技术》课后习题答案(全).pdf

1.1、何谓电磁机构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：电磁机构使衔铁吸合的力与气隙长度的关系曲线称作吸力特性；电磁机构使衔铁释放（复位）的力与气隙长度的关系曲线称作反力特性。电磁机构欲使衔铁吸合，在整个吸合过程中，吸力都必须大于反力。反映在特性图上就是要保持吸力特性在反力特性的上方且彼此靠近。1.3、单相交流电磁铁的短路环断裂或脱落后，在工作中会出现什么现象？为什么？答：在工作中会出现衔铁产生强烈的振动并发出噪声，甚至使铁芯松散得到现象。原因是：电磁机构在工作中，衔铁始终受到反力Fr 的作用。由于交流磁通过零时吸力也为零，吸合后的衔铁在反力 Fr 作用下被拉开。磁通过零后吸力增大，当吸力大于反力时衔铁又被吸合。这样，在交流电每周期内衔铁吸力要两次过零，如此周而复始，使衔铁产生强烈的振动并发出噪声，甚至使铁芯松散。1.5、接触器的作用是什么？根据结构特征如何区分交、直流接触器？答：接触器的作用是控制电动机的启停、正反转、制动和调速等。交流接触器的铁芯用硅钢片叠铆而成，而且它的激磁线圈设有骨架，使铁芯与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖型，这样有利于铁芯和线圈的散热。直流接触器的铁芯通常使用整块钢材或工程纯铁制成，而且它的激磁线圈制成高而薄的瘦高型，且不设线圈骨架，使线圈与铁芯直接接触，易于散热。1.8、热继电器在电路中的作用是什么？带断相保护和不带断相保护的三相式热继电器各用在什么场合？答：热继电器利用电流的热效应原理以及发热元件热膨胀原理设计，可以实现三相电动机的过载保护。三角形接法的电动机必须用带断相保护的三相式热继电器；Y 形接法的电动机可用不带断相保护的三相式热继电器。1.9、说明热继电器和熔断器保护功能的不同之处。答：热继电器在电路中起过载保护的作用，它利用的是双金属片的热膨胀原理，并且它的动作有一定的延迟性；熔断器在电路中起短路保护的作用，它利用的是熔丝的热熔断原理，它的动作具有瞬时性。1.11、中间继电器与接触器有何异同？答：相同点：输入信号都是电压；都是利用电磁机构的工作原理。不同点：中间继电器用于小电流控制电路中，起信号传递、放大、翻转和分路等作用，主要用于扩展触点数量，实现逻辑控制；接触器用于频繁远距离接通或分断电动机主电路或其他负载电路，是执行电器，分主、辅助触点，大多有灭弧装置第二章作业参考答案第二章作业参考答案2.12.1、三相笼型异步电动机在什么条件下可直接启动？试设计带有短路、过载、失压保护的三相笼型异步电、三相笼型异步电动机在什么条件下可直接启动？试设计带有短路、过载、失压保护的三相笼型异步电动机直接启动的主电路和控制电路，对所设计的电路进行简要说明，并指出哪些元器件在电路中完成了哪动机直接启动的主电路和控制电路，对所设计的电路进行简要说明，并指出哪些元器件在电路中完成了哪些保护功能？些保护功能？答：答：小容量的三相笼型异步电动机（10kW）可以采用直接启动。在该电路中，闭合自动开关QA0，按下启动按钮SF2，接触器接触器KM线圈通电，其常开主触点闭合，电动机接通电源开始全压启动，同时接触器 KM 的辅助常开触点闭合，使接触器 KM 线圈有两条通电路径。这样当松开启动按钮SB2 后，接触器KM 线圈仍能通过其辅助触点通电并保持吸合状态。按停止按钮 SB1，接触器 KM 线圈失电，则其主触点断开。切断电动机三相电源，电动机M 自动停车，同时接触器KM 自锁触点也断开，控制回路解除自锁。松开停止按钮SB1，控制电路又回到启动前的状态。其中，起短路保护作用的是熔断器FA；起过载保护作用的是热继电器 BB；起失压和欠压保护作用的是接触器 KM。2.22.2、某三相笼型异步电动机单向运转，要求启动电流不能过大，制动时要快速停车。试设计主电路和控制、某三相笼型异步电动机单向运转，要求启动电流不能过大，制动时要快速停车。试设计主电路和控制电路，并要求有必要的保护。电路，并要求有必要的保护。答：答：2.32.32.42.4、星形、星形-三角形降压启动方法有什么特点并说明其适合场合？三角形降压启动方法有什么特点并说明其适合场合？答：答：特点：星形启动电流降为原来三角形接法直接启动时的1/3，启动电流约为电动机额定电流的2 倍左右，启动电流特性好、结构简单、价格低，但是启动转矩也相应降为原来三角形直接启动时的1/3，转矩特性差。适合场合：电动机空载或轻载启动的场合。2.62.6、三相笼型异步电动机有哪几种电气制动方式？各有什么特点和、三相笼型异步电动机有哪几种电气制动方式？各有什么特点和适合场合？答：答：1）反接制动，特点是制动迅速、效果好，但冲击大，通常仅适用于10kW 以下的小容量电动机。2）能耗制动，特点是能耗制动比反接制动消耗的能量少，其制动电流也比反接制动电流小得多，但能耗制动不及反接制动明显，且需要一个直流电源，控制线路相对比较复杂。适用于电动机容量较大和启动、制动频繁的场合。2.72.7、三相笼型异步电动机的调速方法有哪几种？、三相笼型异步电动机的调速方法有哪几种？答：答：改变极对数p的变极调速、改变转差率s的降压调速和改变电动机供电电源频率f1的变频调速。2.112.11、某机床主轴由一台三相笼型异步电动机拖动，润滑油泵由另一台三相笼型异步电动机拖动，均采用、某机床主轴由一台三相笼型异步电动机拖动，润滑油泵由另一台三相笼型异步电动机拖动，均采用直接启动，工艺要求有直接启动，工艺要求有;（1）主轴必须在润滑油泵启动后，才能启动；（2）主轴为正向运转，为调试方便，要求能正、反向点动；（3）主轴停止后，才允许润滑油泵停止；（4）具有必要的电气保护。按动 SF1 使 QA2 得电自锁，则润滑油泵 MA2 启动，再按动 SF2，可使 QA1 得电自锁，主轴电动机 MA1 正向启动。按 SF3 可使 QA1 得电，即主轴电动机 MA1 正向点动；按 SF4 可使 QA3 得电，即主轴电动机 MA1 反向点动。当润滑油泵要停转时，必须先使主轴电动机先停止，即QA1 常开断开，再按动 SF6。2.132.13、设计一个控制线路，要求第一台电动机启动、设计一个控制线路，要求第一台电动机启动10S10S 后，第二台电动机自行启动；运行后，第二台电动机自行启动；运行5S5S 后，第一台电后，第一台电动机停止并同时使第三台电动机自行启动；再运行动机停止并同时使第三台电动机自行启动；再运行 10S10S，电动机全部停止。，电动机全部停止。2.142.14、设计一小车运行控制线路，小车由异步电动机拖动，其动作程序如下：、设计一小车运行控制线路，小车由异步电动机拖动，其动作程序如下：（1 1）小车由原位开始前进，到终端后自动停止；）小车由原位开始前进，到终端后自动停止；（2 2）在终端停留）在终端停留 2 min2 min 后自动返回原位停止；后自动返回原位停止；（3 3）要求能在前进或后退途中任意位置都能停止或启动。）要求能在前进或后退途中任意位置都能停止或启动。第三章作业参考答案第三章作业参考答案5 5、PLCPLC 有什么特点？有什么特点？答：PLC 的主要特点有：（1）抗干扰能力强，可靠性高；（2）控制系统结构简单，通用性强；（3）编程方便，易于使用；（4）功能强大，成本低；（5）设计、施工、调试的周期短；（6）维护方便。6 6、PLCPLC 与继电器控制系统相比有哪些异同？与继电器控制系统相比有哪些异同？答：PLC 的梯形图与传统的电气原理图非常相似，信号的输入/输出形式及控制功能基本上也是相同的；它们的不同之处主要表现在：（1）控制逻辑继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间继电器等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，灵活性和扩展性很差。而 PLC 采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，灵活性和扩展性都很好。（2）工作方式继电器控制线路中各继电器同时都处于受控状态，属于并行工作方式。而PLC 的控制逻辑中，各内部器件都处于周期性循环扫描过程中，各种逻辑、数值输出的结果都是按照在程序中的前后顺序计算得出的，所以属于串行工作方式。（3）可靠性和可维护性继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多，可靠性和可维护性差。而PLC 采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，PLC 还配有自检和监督功能，可靠性和可维护性好。（4）控制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，且机械触点还会出现抖动问题。而 PLC 是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于无触点控制，速度极快，且不会出现抖动。（5）定时控制继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。时间继电器存在定时精度不高，定时范围窄，且易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难等问题。PLC 使用半导体集成电路做定时器时基脉冲由晶振产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围广，调整时间方便。（6）设计和施工使用继电器控制逻辑完成一项工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长、而且修改困难。而用 PLC 完成一项控制工程，在系统设计完成后，现场施工和控制逻辑的设计可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。1111、PLCPLC 是按什么样的工作方式进行工作的？它的中心工作过程分哪几个阶段？在每个阶段主要完成哪些是按什么样的工作方式进行工作的？它的中心工作过程分哪几个阶段？在每个阶段主要完成哪些控制任务？控制任务？答：PLC 是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。它的中心工作过程分输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。在输入采样阶段，首先扫描所以输入端子，并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中，此时输入映像寄存器被刷新，它与外界隔离，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段。在程序执行阶段，PLC 按从左到右、从上到下的步骤顺序执行程序。在输出刷新阶段中，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态一起转存到输出锁存器中，通过一定方式集中输出，最后经过输出端子驱动外部负责，在下一个输出刷新阶段开始之前，输出锁存器的状态不会改变。1212、一般来说，、一般来说，PLCPLC 对输入信号有什么要求？对输入信号有什么要求？答：要求：输入信号的宽度奥大于一个扫描周期，或者说输入信号的频率不能太高，否则很可能造成信号的丢失。第四章作业参考答案第四章作业参考答案4 4、PLCPLC 中的内部编程资源（即软元件）为什么被称作软继电器？某主要特点是什么？中的内部编程资源（即软元件）为什么被称作软继电器？某主要特点是什么？答：软元件是 PLC 内部的具有一定功能的器件，实际上是由电子电路和寄存器及存储器单元等组成。它们都具有继电器特性，但没有机械性的触点。为了把这种元器件与传统电气控制电路中的继电器区别开来，把它们称做软继电器。其主要特点是：（1）软元件是看不见、摸不着的，也存在物理性的触点；（2）每个软元件可提供无限多个常开触点和常闭触点，即它们的触点可以无限次使用；（3）体积小、功耗低、寿命长。5 5、S7-200S7-200 系列系列 PLCPLC 中有哪些软元件？中有哪些软元件？答：输入继电器I、输出继电器Q、通用辅助继电器M、特殊继电器SM、变量存储器V、局部变量存储器L、顺序控制继电器 S、定时器 T、计数器 C、模拟输入映像寄存器 AI、模拟输出映像寄存器 AQ、高速计数器HC、累加器 AC。第五章作业第五章作业1111、试设计一个照明灯的控制程序。当接在、试设计一个照明灯的控制程序。当接在 I0.0I0.0 上的声控开关感应到声音信号后，接在上的声控开关感应到声音信号后，接在 Q0.0Q0.0 上的照明灯上的照明灯可发光可发光 30S30S。如果在这段时间内声控开关又感应到声音信号，则时间间隔从头开始。这样可确保最后一次。如果在这段时间内声控开关又感应到声音信号，则时间间隔从头开始。这样可确保最后一次感应到声音信号后，灯光可维持感应到声音信号后，灯光可维持 30S30S 的照明。的照明。1212、试设计有一个抢答器电路程序。出题人提出问题，、试设计有一个抢答器电路程序。出题人提出问题，3 3 个答题人按动按钮，仅仅是最早按的人面前的信个答题人按动按钮，仅仅是最早按的人面前的信号的亮。然后出题人按动复位按钮后，引出下一个问题。号的亮。然后出题人按动复位按钮后，引出下一个问题。1313、用简单设计法设计一个对锅炉鼓风机和引风机控制的梯形图程序。控制要求：、用简单设计法设计一个对锅炉鼓风机和引风机控制的梯形图程序。控制要求：（1 1）开机前首先启动引风机，）开机前首先启动引风机，10S10S 后自动启动鼓风机；后自动启动鼓风机；（2 2）停止时，立即关断鼓风机，经）停止时，立即关断鼓风机，经 20S20S 后自动关断引风机。后自动关断引风机。第七章作业参考答案第七章作业参考答案5 5、用功能图方法完成第、用功能图方法完成第 5 5 章章 5.5.25.5.2 节应用举例中【例节应用举例中【例 5-25-2】的编程。要求画出功能图、梯形图。设计完成】的编程。要求画出功能图、梯形图。设计完成后，试分析两种编程方法在设计顺序控制逻辑程序时不同之处。后，试分析两种编程方法在设计顺序控制逻辑程序时不同之处。（2 2）梯形图）梯形图两种编程方法在设计顺序控制逻辑程序时不同之处：两种编程方法在设计顺序控制逻辑程序时不同之处：运用简单设计法时，主要凭设计者的经验来完成，通过理清控制的逻辑关系，写出逻辑函数，然后用梯形图的形式直接画出控制程序。其控制程序看起来比较简单，但可读性不高，不适合初学者使用。而运用功能图的方法来设计顺序控制逻辑程序时，只要分析清楚控制要求，按照一个步骤一个状态，很容易就可以画出功能图，然后再转换成相应的顺序控制梯形图。其功能图比较容易设计，且可读性强，不过转换成梯形图的过程比较繁琐。6 6、图、图 6-196-19（a a）为人行道和马路的信号灯系统。当人过马路时，可按下分别安装在马路两侧的按钮）为人行道和马路的信号灯系统。当人过马路时，可按下分别安装在马路两侧的按钮 I0.0I0.0或或 I0.1I0.1，则交通灯（红灯、黄灯、绿灯三种类型）系统按图，则交通灯（红灯、黄灯、绿灯三种类型）系统按图 6-196-19（b b）中形式工作。在工作期间，任何按）中形式工作。在工作期间，任何按钮按下都不起作用。钮按下都不起作用。试设计该控制系统的功能图，并画出梯形图，写出语句表。试设计该控制系统的功能图，并画出梯形图，写出语句表。I/O 分配表I0.0、I0.1按钮Q0.0马路绿灯Q0.1马路黄灯Q0.2马路红灯Q0.3人行道红灯Q0.4人行道绿灯（2 2）梯形图）梯形图第六章作业参考答案第六章作业参考答案7 7、试设计一个计数器，要求如下：、试设计一个计数器，要求如下：（1 1）计数范围是）计数范围是 02550255；（2 2）计数脉冲为）计数脉冲为 SM0.5SM0.5；（3 3）输入输入 I0.0I0.0 的状态改变时，的状态改变时，则立即激活输入则立即激活输入/输出中断程序。输出中断程序。中断程序中断程序 0 0 和和 1 1 分别将分别将 M0.0M0.0 置成置成 1 1 或或 0 0；（4 4）M0.0M0.0 为为 1 1 时，计数器加计数；时，计数器加计数；M0.0M0.0 为为 0 0 时，计数器减计数；时，计数器减计数；（5 5）计数器的计数值通过连接在）计数器的计数值通过连接在 QB0QB0 上的上的 7 7 段数码管显示。段数码管显示。1111、某一过程控制系统，其中一个单极性模拟量输入参数为、某一过程控制系统，其中一个单极性模拟量输入参数为AIW0AIW0 采集到采集到 PLCPLC 中，通过中，通过PIDPID 指令计算出的控指令计算出的控制结果从制结果从 AQW0AQW0 输出到控制对象。输出到控制对象。PIDPID 参数表起始地址为参数表起始地址为 VB100VB100。试设计一段程序完成下列任务：。试设计一段程序完成下列任务：（1 1）每）每 200ms200ms 中断一次，执行中断程序；中断一次，执行中断程序；（2 2）在中断程序中完成对）在中断程序中完成对 AIW0AIW0 的采集转换及归一化处理，完成回路控制输出值的工程量标定及输出。的采集转换及归一化处理，完成回路控制输出值的工程量标定及输出。2-122-12：试分析图：试分析图 2-13b2-13b 所示的电路中，当时间继电器所示的电路中，当时间继电器 KTKT 延时时间太短或延时闭合与延时断开的触点接反，延时时间太短或延时闭合与延时断开的触点接反，电路将出现什么现象？电路将出现什么现象？1、定时时间太短，不能实现完全降压启动。2、如果通电延迟定时器的通电延时闭合与通电延时断开触点接反；电动机三角形启动，工作时按星形连接。2-132-13 两台三相笼型异步电动机两台三相笼型异步电动机 M1M1、M2M2，要求，要求 M1M1 先起动，在先起动，在 M1M1 起动起动 15S15S 后才可以起动后才可以起动 M2M2；停止时，；停止时，M1M1、M2M2 同时停止，试画出其电气原理图。同时停止，试画出其电气原理图。2-142-14、两台三相笼型异步电动机、两台三相笼型异步电动机 M1M1、M2M2，要求即可实现，要求即可实现 M1M1、M2M2 分别启动和停止，又可实现两台电动机的分别启动和停止，又可实现两台电动机的同时停止。试画出其电气原理图。同时停止。试画出其电气原理图。2-152-15、三台电动机MAlMAl、MA2MA2，MA3MA3，要求按起动按钮按起动按钮 SB1SB1 时，时，按下列顺序起动：按下列顺序起动：MAlMAlMA2MA2MA3MA3。当停止时，当停止时，按起动停止按起动停止 SB2SB2 时时，则按照相反的顺序停止，即则按照相反的顺序停止，即MA3MA3MA2MA2MA1MA1。起动和停止的时间间隔均为。起动和停止的时间间隔均为10S10S。试画出。试画出其电气原理图。其电气原理图。2 2、题目分解：、题目分解：该系统要使用三个交流接触器QA1、QA2、QA3来控制三台电动机启停。有一个启动按钮SF1和一个停止按钮SF2，另外要用四个时间继电器KF1、KF2、KF3和KF4。其定时值依次为T1、T2、T3和T4。工作顺序如图2-34所示。图2 23434、三台电动机工作顺序工作顺序3 3、解题分析、解题分析1）、从图2-34中可以看出：MAl的启动信号为SF1，停止信号为KF4计时到；MA2的启动信号为KF1计时到，停止信号为KF3计时到；MA3的启动信号为KF2计时到，停止信号为SF2。在设计时，考虑到启/停信号要用短信号，所以要注意对定时器及时复位。2）、该电气控制系统的主电路如图2-35(a)所示。图2-352-35（a a）三台电动机顺序启/停控制电路主电路主电路3）、该系统的电气控制线路原理图如图2-35(b)所示。三台电动机顺序启/停控制电路图2-35(b)中的KF1，KF2线圈上方串联了接触器QA2和QA3的常闭触点，这是为了得到启动短信号而采取的措施；KF2、KF1线圈上的常闭触点KF3和KF4的作用是为了防止QA3和QA2断电后，KF2和KF1的线圈重新得电而采取的措施。因为若T2T3或T1T4时，有可能造成QA3和QA2重新启动。设计中的难点是找出KF3，KF4开始工作的条件，以及KF1、KF2的逻辑。本例中没有考虑时间继电器触点的数量是否够用的问题，实际选型时必须考虑这一点。BB1BB3分别为三台电动机的热继电器常闭触点，它是为了防止过载而采取的措施。若对过载没有太多要求，则可把它们去掉。2-162-16、某台水泵由一台电动机拖动，按下列要求设计电气控制电路；、某台水泵由一台电动机拖动，按下列要求设计电气控制电路；1 1）、采用、采用 Y-Y-减压起动。减压起动。2 2）、三处控制电动机的起动和停止。、三处控制电动机的起动和停止。3 3）、有短路、过载和欠压保护。、有短路、过载和欠压保护。2-172-17、某机床有主轴电动机、某机床有主轴电动机 M1M1，液压泵电动机，液压泵电动机 M2M2，均采用直接起动。生产工艺要求：主轴电动机，均采用直接起动。生产工艺要求：主轴电动机 M1M1 必须必须在液压泵电动机在液压泵电动机 M2M2 起动后方可起动；主轴电动机起动后方可起动；主轴电动机 M1M1 要求正、反转，但为测量方便，要求能实现正、反点要求正、反转，但为测量方便，要求能实现正、反点动；主轴电动机动；主轴电动机 M1M1 停止后，才允许液压泵电动机停止后，才允许液压泵电动机 M2M2 停止；电路要求有短路、过载、失压保护。试设计电停止；电路要求有短路、过载、失压保护。试设计电气控制线路。气控制线路。解：解：