电气控制及PLC应用技术习题答案-彭小平

学习情境1思考及答案1.组合开关能否用来分断故障电流？答：由于组合开关的通断能力较低，且没有专门的灭弧机构，故不能分断故障电流。用于控制异步电动机的正反转时，必须在电动机完全停止转动后才能反向启动，且每小时的接通次数不能超过15～20次。2.断路器有哪些保护功能？分别有哪些部件完成？答：断路器它既是控制电器，同时又具有保护电器的功能。当电路中发生短路、过载、失压等故障时，能自动切断电路。断路器的短路、欠压及过载保护分别由过流脱扣器、欠压脱扣器和热脱扣器完成。在正常情况下，过流脱扣器的衔铁是释放着的，一旦发生严重过载或短路故障时，与主电路相串的线圈将产生较强的电磁吸力吸引衔铁，而推动杠杆顶开锁钩，使主触点断开。欠压脱扣器的工作恰恰相反，在电压正常时，吸住衔铁，才不影响主触点的闭合，一旦电压严重下降或断电时，电磁吸力不足或消失，衔铁被释放而推动杠杆，使主触点断开。当电路发生一般性过载时，过载电流虽不能使过流脱扣器动作，但能使热元件产生一定的热量，促使双金属片受热向上弯曲，推动杠杆使搭钩与锁钩脱开，将主触点分开。3.什么是熔体的额定电流？它与熔断器的额定电流是否相同？答：熔体的额定电流是指在规定的工作条件下，长时间通过熔体而熔体不熔断的最大电流值，它与熔断器的额定电流是两个不同的概念。熔断器的额定电流是指保证熔断器能长期正常工作的电流，是由熔断器各部分长期工作的允许温升决定的。通常，一个额定电流等级一个额定电流等级的熔断器可以配用若干个额定电流等级的熔体，但熔体的额定电流不能大于熔断器的额定电流。4.熔断器为什么一般不能用作过载保护？答：熔断器使用时串联在被保护的电路中，当电路发生故障，通过熔断器的电流达到或超过某一规定值时，以其自身产生的热量使熔体熔断，从而分断电路，起到保护作用。熔体的熔断时间随着电流的增大而减小，即熔体通过的电流越大，其熔断时间越短。熔体对过载反应是很不灵敏的，当电器设备发生轻度过载时，熔体将持续很长时间才熔断，有时甚至不熔断。因此，除在照明电路中外，熔断器一般不宜作为过载保护，主要用作短路保护。5.闸刀开关的熔丝为何不装在电源侧？安装闸刀开关时应注意什么？答：如将熔丝装在闸刀开关的电源侧（进线端），则在闸刀拉开后，因熔丝未和电源分开而仍带电。如果要检查或更换熔丝，则必须带电作业，容易造成触电事故。为了保障安全，必须将熔丝装于闸刀后面，即负荷侧（出线端）。在安装闸刀开关时，除不能将电源侧与负荷侧反接外，一般说闸刀开关必须垂直安装在控制屏或开关板上，接通状态手柄应朝上，不能倒装。否则在分断状态的时候，闸刀如有松动落下会造成误接通的可能。6.在电动机控制接线中，主电路中装有熔断器，为什么还要加装热继电器？它们各起何作用，能否互相代替？而在电热及照明线路中，为什么只装熔断器而不装热继电器？答：熔断器在电气线路中主要起短路保护和严重过载保护作用，而热继电器主要用于过载保护。两者不能互为代用，但可以互为补充。如果用熔断器作电动机的过载保护，为了防止电动机在启动过程中熔断器熔断，熔断器熔体的额定电流一般应取电动机额定电流的2.5-3倍，这样即使电动机长时间过负荷50%，熔断器也不会熔断，而电动机可能因长时间过负荷而烧坏。所以不能用熔断器作过负载保护。而热继电器是利用电流的热效应来工作的，由于热惯性的影响，尽管发生短路时电流很大，也不可能使热继电器立即动作，这样就延长了短路故障的影响时间，对供电系统及用电设备会造成危害。所以也不能用热继电器作为短路保护。 对于电热及照明设备，由于负载的性质不同于电动机的拖动负载，一般来说，它们不会出现过负载现象，所以，一般不装热继电器，而只装熔断器，主要起短路保护作用。7.熔断器主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答：熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。熔体是熔断器的主要部分，起短路保护作用。常做成丝状或片状。在小电流电路中，常用铅锡合金和锌等低熔点金属做成圆截面熔丝；在大电流电路中则用银、铜等较高熔点的金属作成薄片，便于灭弧。熔管是保护熔体的外壳，用耐热绝缘材料制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。熔座是熔断器的底座，作用是固定熔管和外接引线。8.如何正确选用按钮？答：按钮的选用主要根据以下方面：1） 根据使用场合，选择按钮的型号和型式。2）按工作状态指示和工作情况的要求，选择按钮和指示灯的颜色。3）按控制回路的需要，确定按钮的触点形式和触点的组数。4）按钮用于高温场合时，易使塑料变形老化而导致松动，引起接线螺钉间相碰短路，可在接线螺钉处加套绝缘塑料管来防止短路。 5）带指示灯的按钮因灯泡发热，长期使用易使塑料灯罩变形，应降低灯泡电压，延长使用寿命。9.交流接触器主要由哪几部分组成？答：交流接触器由以下四部分组成：1）电磁系统用来操作触头闭合与分断。它包括静铁芯、吸引线圈、动铁芯（衔铁）。铁芯用硅钢片叠成，以减少铁芯中的铁损耗，在铁芯端部极面上装有短路环，其作用是消除交流电磁铁在吸合时产生的振动和噪音。2）触点系统起着接通和分断电路的作用。它包括主触点和辅助触点。通常主触点用于通断电流较大的主电路，辅助触点用于通断小电流的控制电路。3）灭弧装置起着熄灭电弧的作用。4）其他部件主要包括恢复弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。10.中间继电器与交流接触器有什么区别？什么情况下可用中间继电器代替交流接触器使用？答：中间继电器与交流接触器的区别有以下几点：1）功能不同。交流接触器可直接用来接通和切断带有负载的交流电路；中间接触器主要用来反映控制信号。2）结构不同。交流接触器一般带有灭弧装置，中间继电器则没有。3）触头不同。交流接触器的触头有主、辅之分，而中间继电器的触头没有主、辅之分，且数量较多。中间继电器与交流接触器的原理相同，但触头容量较小，一般不超过5A；对于电动机额定电流不超过5A的电气控制系统，可以代替交流接触器使用。11.热继电器能否作短路保护？为什么？答：热继电器不能作短路保护。因为热继电器主双金属片受热膨胀的热惯性及操作机构传递信号的惰性原因，使热继电器从过载开始到触头动作需要一定的时间，也就是说，即使电动机严重过载甚至短路，热继电器也不会瞬时动作，因此热继电器不能用作短路保护。12.某机床主轴电动机的型号为Y132S—4，额定功率为5.5KW，电压380V，电流11.6A，定子绕组采用△接法，起动电流为额定电流的6.5倍。若用组合开关作电源开关，用按钮、接触器控制电动机的运行，并需要有短路、过载保护。试选择所用的组合开关、按钮、接触器、熔断器及热继电器的型号和规格。答：组合开关的选用HZ10—25型。接触器的选用CJ10—20型或CJ20—25型。按钮的选择：选用LA19—11型，红、绿各一只。熔断器的选择：。故选取熔体额定电流为：，选用RL1—60/25型熔断器。热继电器的选择：选用JR16—20/3D或JR16B—20/3D。学习情境2思考练习题及答案1.在什么条件下可以用中间继电器代替接触器？答：在控制额定电流不超过5A的电机控制系统中。2.电气反接制动能否实现停车？能耗制动呢？答：反接制动不能实现停车。因为当电动机转速为0时，电源如没切除，电动机将反向启动。能耗制动可以，但是若单独依靠能耗制动停车，则停车时间过长，常配合机械刹车。3.电动机主电路中已装有热继电器，为什么还要装熔断器？它们的作用是否相同？答：热继电器是过载保护，熔断器是短路保护，不能互换。4.为什么对鼠笼式电动机一般不加瞬时动作的过电流保护？答：鼠笼电机启动电流较大，容易使动作。5.最常见的短路保护电器有哪些？答：熔断器、空气开关、过电流继电器6.保护电器有直接保护和间接保护两种形式，请举例说明你所知道的保护电器，哪些属于直接保护电器，那些属于间接保护电器？答：直接保护电器：空气开关、熔断器间接保护电器：热继电器、电流继电器、电压继电器7.设计题8.学习情境3思考练习题及答案1.PLC的主要性能指标有哪些？答：1）输入/输出（I/O）点数2）存储容量3）扫描速度4）指令系统5）内部寄存器（继电器）6）扩展能力2.PLC主要用在哪些场合？答：1）顺序控制2）计数和定时控制3）位置控制4）模拟量处理5）数据处理6）通信连网3.PLC怎样分类？答：1）从组成结构形式分类可以将PLC分为两类：一类是整体式PLC（也称单元式），其特点是电源、中央处理单元、I/O接口都集成在一个机壳内；另一类是模板式结构化的PLC（也称组合式）。2）按输入/输出（I/O）点数分类①小型PLC。小型PLC的I/O点数一般在128点以下。②中型PLC。中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256～1 024点之间。③大型PLC。一般I/O点数在1 024点以上的称为大型PLC。4.PLC的发展趋势是什么？答：PLC的发展趋势如下。①向高性能、高速度、大容量的方向发展。②网络化。③小型化、低成本、简单易用。④不断提高编程软件的功能。⑤适合PLC应用的新模块。⑥PLC的软件化与PC化。5.与继电器控制系统相比可编程序控制器有哪些优点?PLC与继电器控制的区别主要体现在：组成器件不同，PLC中是软继电器；触点数量不同，PLC编程中无触点数的限制；实施控制的方法不同，PLC是主要软件编程控制，而继电器控制依靠硬件连线完成。6.说明FX0N-40MR型号中40、M、R的意义，并说出它的输入输出点数。答：40代PLC总的输入输出点数为40点，M代表为基本模块，R代表继电器输出类型。7.PLC开关量输出接口按输出开关器件的种类不同，有哪几种型式？各有什么特点？答：分别有以下三种类型：晶体管输出型、晶闸管输出型、继电器输出型。晶体管输出型模块只能带直流负载，输出响应快，带负载能力差；双向晶闸管输出型模块只能带交流负载，输出响应快，带负载能力强；继电器输出型模块可带交/直流负载，输出响应慢，带负载能力强。8.设计抢答器PLC控制系统。控制要求：1）抢答台A、B、C、D，有指示灯，抢答键。2）裁判员台，指示灯，复位按键。3）抢答时，有2S声音报警答案：3.设计两台电动机顺序控制PLC系统。控制要求：两台电动机相互协调运转，M1运转10S，停止5S，M2要求与M1相反，M1停止M2运行，M1运行M2停止，如此反复动作3次，M1和M2均停止。答案：4．设计一个汽车库自动门控制系统，具体控制要求是：当汽车到达车库门前，超声波开关接收到车来的信号，开门上升，当升到顶点碰到上限开关，门停止上升，当汽车驶入车库后，光电开关发出信号，门电动机反转，门下降，当下降碰到下限开关后门电动机停止。试画出输入输出设备与PLC的接线图、设计出梯形图程序并加以调试。答案：5．设计PLC梯形图程序，控制六盏灯正方向顺序全通，反方向顺序全灭控制。要求：按下启动信号X0，六盏灯（Y0~Y5）依次都亮，间隔时间为1秒；按下停车信号X1，灯反方向（Y5~Y0）依次全灭，间隔时间为1秒；按下复位信号X2，六盏灯立即全灭。答案：6．气压成型机控制，设计PLC程序。要求：开始时，冲头处在最高位置（XK1闭合）。按下启动按钮，电磁阀1DT得电，冲头向下运动，触到行程开关XK2时，1DT失电，加工5秒时间。5秒后，电磁阀2DT得电，冲头向上运动，直到触到行程开关XK1时，冲头停止。按下停车按钮，要求立即停车。启动信号X0，停车信号X1，XK1（X2），XK2（X3），1DT（Y0），2DT（Y1）。答案：学习情境4思考练习题及答案思考练习题1.编写出以下梯形图对应的指令表（1）图4-37梯形图（一）答案如下：LDX0ORY0ANDX1OUTY0LDY0OUTC0K8LDC0OUTY1END（2）图4-38梯形图(二)答案如下：LDX0ANDX1ORX2ORIX3OUTY0ANDX4OUTY1ANDX5OUTY2END（3）图4-39梯形图（三）答案如下：LDX0ANIX1LDX2ANDX3ORBLDIX4ANDX5LDX6ANIX7ORBANBLDM0ANIM1ORBANDM2OUTY0END（4）图4-38梯形图(二)答案如下：LDX0MPSANDX1MPSANDX2MPSANDX3OUTY0MPPANDX5OUTY1MPPANDX5OUTY2MPPANDX6OUTY3END2.编写出以下指令表对应的梯形图（1）0LDX0009OUTT0K101OUTY00012LDX0042LDX00013OUTY0023MCN0M014MCRN06LDX00216LDX0057OUTY0017OUTY0038LDX00118END（2）请写出以下指令表对应的梯形图。0LDX00011ORB1   MPS12ANB2   LDX00113OUTY0013   ORX00214MPP4   ANB15ANDX0075   OUTY00016OUTY0026   MRD17LDX0107   LDIX00318ORIX0118   ANDX00419ANB9   LDX00520OUTY00310ANIX0063.设计喷泉电路的PLC控制梯形图程序。要求：喷泉有A、B、C三组喷头。启动后，A组先喷5秒，后B、C同时喷，5秒后B停，再5秒C停，而A、B又喷，再2秒，C也喷，持续5秒后全部停，再3秒重复上述过程。说明：A（Y0），B（Y1），C（Y2），启动信号X0。答案：4．设计钻床主轴多次进给控制。要求：该机床进给由液压驱动。电磁阀DT1得电主轴前进，失电后退。同时，还用电磁阀DT2控制前进及后退速度，得电快速，失电慢速。其工作过程为：           图4-39工作台的自动往返示意图答案：5.两组带机组成的原料运输自动化系统，该自动化系统的启动顺序为：盛料斗D中无料，先启动带机C，5s后再启动带机B，经过7s后再打开电磁阀YV，该自动化系统停机的顺序恰好与启动顺序相反。试完成梯形图设计。6．设计一个对鼓风机与引风机控制的电路程序。要求：（1）开机时首先起动引风机，引风机指示灯亮，10秒后自动起动鼓风机，鼓风机指示灯亮；（2）停机时同时停止；设开机输入信号由X0实现，关机由X1实现。鼓风机起动控制和指示控制由Y1和Y2实现，引风机起动控制与指示灯控制由Y3和Y4实现。学习情境5思考练习题及答案1．什么是步、初始步、转移、转移条件、负载？什么是功能图？答：顺序功能图（Sequentialfunctionchart,简称为SFC）。顺序功能图也叫状态流程图（简称状态图），是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。它已成为一种通用的技术语言，顺序功能图主要由步序、有向连线、转移及转移条件和动作（或命令）组成。功能表图又称做状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形。（1）步 在功能表图中用矩形框表示步，方框内是该步的编号。（2）动作 一个控制系统可以划分为被控系统和施控系统，在某一步中要完成某些“动作”，对于施控系统，在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”，将动作或命令简称为动作（3）转移 转移是用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，转移将相邻两步分隔开。步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的，并与控制过程的发展相对应。（4）转移条件转移条件是与转换相关的逻辑条件，转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边。使用最多的转换条件表示方法是布尔代数表达式。2．编写出图5-54所对应的步进梯形图并写出指令程序。图5-54选择序列的顺序功能图LDM8002SETS0STLS0LDX0SETS10STLS10OUTY0LDX1ANDX2SETS20LDX10SETS30STLS20OUTY1OUTT50K50LDT50SETS21STLS21OUTY2LDX3SETS40STLS30OUTY3LDX11SETS31STLS31OUTY4OUTY5LDX12ORX13SETS40STLS40OUTY10LDX4OUTS0RET3．编写出图5-55对应的步进梯形图并写出指令程序。图5-55并行序列的顺序功能图LDM8002SETS5STLS5OUTY0LDX1ORX2SETS10SETS20STLS10SETY1LDX3SETS11STLS11OUTT30K100LDT30SETS12STLS12RSTY1OUTY2STLS20OUTY3LDX4SETS21STLS21OUTY4LDX5SETS22STLS22OUTY3STLS12STL22LDX7ANDX10SETS40STLS40OUTT30K100OUTY10LDT30OUTS54.粉末冶金制品压制机如图5-56所示。装好粉末后，按一下启动按钮X0，冲头下行。将粉末压紧后，压力继电器X1接通。保压延时5s后，冲头上行至X2接通。然后模具下行至X3接通。取走成品后，工人按一下按钮X5，模具上行至X4接通，统返回初始状态。画出功能表图并设计出梯形图（要示用三种不同的编程方式将功能表图转换成梯形图）。图5-56压制机示意图答案：（略）5.某动力头按如图5-57a所示的步骤动作：快进、工进1、工进2、快退。输出Y0～Y3在各步的状态如图5-57b所示，表中的“1”、“0”分别表示接通和断开。设计该动力头系统的梯形图程序，要求设置手动、连续、单周期、单步4种工作方式。图5-57动力头状态图答案：（略）6．某自动剪板机动作示意图如图5-58所示。该剪扳机的送料由电动机驱动，送料电动机由接触器KM控制，压钳的下行和复位由液压电磁阀YVl和YV3控制，剪刀的下行（剪切）和复位由液压电磁阀YV2和YV4控制。SQ1～SQ5为限位开关。控制要求：当压钳和剪刀在原位（即压钳在上限位SQ1处，剪刀在上限位SQ2处），按下启动按钮后，电动机送料，板料右行，至SQ3处停，压钳下行至SQ4处将板料压紧、剪刀下行剪板，板料剪断落至SQ5处，压钳和剪刀上行复位，至SQ1、SQ2处回到原位，等待下次再启动。编写该系统的顺序控制功能图。．图5-58自动剪板机动作示意图答案：（略）7．用PLC对自动售汽水机进行控制，工作要求：１）此售货机可投入１元、２元硬币，投币口为ＬＳ１，ＬＳ２；２）当投入的硬币总值大于等于６元时，汽水指示灯Ｌ１亮，此时按下汽水按钮ＳＢ，则汽水口Ｌ２出汽水１２秒后自动停止。３）不找钱，不结余，下一位投币又重新开始。设计顺序功能图或梯形图。8.设计自动钻床控制系统的PLC程序。控制要求：1）按下启动按钮，系统进入启动状态。2）当光电传感器检测到有工件时，工作台开始旋转，此时由计数器控制其旋转角度（计数器计满2个数）。3）工作台旋转到位后，夹紧装置开始夹工件，一直到夹紧限位开关闭合为止。4）工件夹紧后，主轴电机开始向下运动，一直运动到工作位置（由下限位开关控制）。5）主轴电机到位后，开始进行加工，此时用定时5秒来描述。6）5秒后，主轴电机回退，夹紧电机后退（分别由后限位开关和上限位开关来控制）。7）接着工作台继续旋转由计数器控制其旋转角度（计数器计满2个）。8）旋转电机到位后，开始卸工件，由计数器控制（计数器计满5个）。9）卸工件装置回到初始位置。10）如再有工件到来，实现上述过程。11）按下停车按钮，系统立即停车。要求设计程序完成上述控制要求。答案：（略）学习情境6思考练习题及答案1.计算200×300-750/3的结果存放在D10中。答案：2.按下X0控制8个彩灯从左向右每1S移位一次依次亮灭，并循环。当按下X1时8个彩灯从右向左每1S移位一次依次亮灭，并循环。按下X2时，彩灯熄灭。答案如下：3.C10的对X1进行计数，通过X2进行复位，在X0为ON时，将计数器C10的当前值转换为BCD码后送到Y0~Y13，设计出梯形图程序。4.通过按钮按下X0将Y0~Y3组成的位元件组K1Y0加1。答案如下：5.用X0控制接在Y0~Y7上的8个彩灯移位与否，每1S移一位，用X1为ON控制左移为OFF控制右移，用MOV指令将彩灯的初值，设定为十六进制数H03（仅Y0~Y1为1），设计出梯形图程序。答案：参考题2。6.求出1+2+3+......+100，存放在D100中，编写出程序。答案如下：学习情境7思考练习题及答案1．简述RS指令如何使用？比如要求以8位数据长度、偶校验、1位停止位、通讯速率为19200bit/s,不使用起始符合终止符的格式通讯，D8120如何设定？答：D8120中通讯格式的设定M8002MOVH0C97D8120b15b0D8120=00001100100101110C8E2．PID指令如何使用？主要要设定哪些参数？PID指令有什么优点？答：在工业控制中，PID控制（比例-积分-微分控制）得到了广泛的应用，这是因为PID控制具有以下优点：不需要知道被控对象的数学模型。实际上大多数工业对象准确的数学模型是无法获得的，对于这一类系统，使用PID控制可以得到比较满意的效果。据日本统计，目前PID及变型PID约占总控制回路数的90%左右。PID控制器具有典型的结构，程序设计简单，参数调整方便。有较强的灵活性和适应性，根据被控对象的具体情况，可以采用各种PID控制的变种和改进的控制方式。3．FROM、TO指令如何使用？以FX2N-4AD、FX2N-2DA模块为例，简述如何启动A/D、D/A转换？答案：见教材4．简述PID参数如何整定？有哪些常规的整定办法？数字PID控制器控制参数的选择，可按连续-时间PID参数整定方法进行。在选择数字PID参数之前，首先应该确定控制器结构。对允许有静差（或稳态误差）的系统，可以适当选择P或PD控制器，使稳态误差在允许的范围内。对必须消除稳态误差的系统，应选择包含积分控制的PI或PID控制器。一般来说，PI、PID和P控制器应用较多。对于有滞后的对象,往往都加入微分控制。选择参数控制器结构确定后，即可开始选择参数。参数的选择，要根据受控对象的具体特性和对控制系统的性能要求进行。上，一般要求整个闭环系统是稳定的，对给定量的变化能迅速响应并平滑跟踪，超调量小；在不同干扰作用下，能保证被控量在给定值；当环境参数发生变化时，整个系统能保持稳定，等等。这些要求，对控制系统自身性能来说，有些是矛盾的。我们必须满足主要的方面的要求，兼顾其他方面，适当地折衷处理。PID控制器的参数整定，可以不依赖于受控对象的数学模型。工程上，PID控制器的参数常常是通过实验来确定，通过试凑，或者通过实验经验公式来确定。常用的方法，采样周期选择，实验凑试法。实验凑试法是通过闭环运行或模拟，观察系统的响应曲线，然后根据各参数对系统的影响，反复凑试参数，直至出现满意的响应，从而确定PID控制参数。整定步骤实验凑试法的整定步骤为"先比例，再积分，最后微分"。（1）整定比例控制将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。（2）整定积分环节若在比例控制下稳态误差不能满足要求，需加入积分控制。先将步骤（1）中选择的比例系数减小为原来的50～80％，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。（3）整定微分环节若经过步骤（2），PI控制只能消除稳态误差，而动态过程不能令人满意，则应加入微分控制，构成PID控制。先置微分时间TD=0，逐渐加大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数。XK2��XK3��XK4��XK1（初始位置）��快进��工进��快退��工进��快进��快退��