电气控制与plc应用技术课后答案_工学_高等教育_教育专区。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
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---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 1-----16 控制按钮、转换开关、行程开关、接近开关、光电开关在电 路中各起什么作用 控制按钮作用：在控制电路中用于手动发出控制信号以控制接触器、 继电器等。 转换开关作用：转换开关是一种多档式、控制多回路的主令电器。广 泛应用于各种配电装置的电源隔离、电路转换、电动机远距离控制等， 也常作为电压表、电流表的换相开关，还可用于控制小容量的电动 机。 行程开关作用：用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大 小或位置的一种自动控制器件。 接近开关作用：不仅用于行程控 制和限位保护，还用于高速计数、测速、液面控制、检测金属体的存 在、零件尺寸以及无触点按钮等。既使用于一般行程控制，其定位精 度、操作频率、使用寿命和对恶劣环境的适应能力也优于一般机械式 行程开关。 光电开关作用：可非接触、无损伤地检测和控制各种固体、液体、透 明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。目前，光电开关已 被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长 剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出以及安全防护等 诸多领域。 2---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？ 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---3、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。 答： 2----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---13、设计一个控制线路，要求第一台电动机启动 10S 后，第二台 电动机自行启动；运行 5S 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 10S，电动机全部停止。 3---6、PLC 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。 3---10 构成 PLC 的主要部件有哪些？各部分主要作用是什么 CPU：中央处理单元 存储器：PLC 的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。 系统存储器用来存放由 PLC 厂家编写的系统程序，并固化在 ROM 内，用户不能更改。系统程序包括三部分：系统管理程序、用 户指令解释程序以及标准程序模块与系统调用。用户存储器包括用户 程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分。用户程序存 储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的 PLC 编程语言编写的 各种用户程序。用户数据存储器可以用来存放用户程序中所使用器件 的 ON/OFF 状态和数值、数据等。 I/O 单元：PLC 的输入/输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字 量。输入/输出单元包括两部分：一是与被控设备相连接的接口电路， 另一部分是输入和输出的映像寄存器。 电源：PLC 一般使用 220V 的交流电源，内部的开关电源为 PLC 的 中央处理器、存储器等电路提供 5V、±12V、24V 等直流电源，使 PLC 能正常工作。 通信接口 扩展接口 编程设备：编程器的作 用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。分简易型和智能型。 3----11、PLC 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？ 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。 4---3 一个控制系统如果需要 12 点数字量输入，30 点数字量输出，8 点模拟量输入和 2 点模拟量输出。问： （1） 可以选用哪种主机型号？ （2） 如何选择扩展模块？ （3） 各模块按什么顺序连接到主机？画出连接图。 （4） 按上问所画出的图形，其主机和各模块的地址如何分配？ （1） 主机模块型号 可以选择 CPU224 或 CPU226。CPU224 更加经济 （2） 选择扩展模块 解：① 选择开关量扩展模块 系统需要的开关量 I/O 点数为： 数字量输入 12 点， 数字量输出 30 点； CPU224 模块自带的 I/O 点数为： 开关量输入 14 点，已能满足控制系统要求 开关量输出 10 点; 需扩展 20 点 开关量扩展模块选择方案可以是 ● 方案 ：EM222 (8 出）×3 ② 选择模拟量扩展模块 CPU224 模块不带模拟量 I/O 点，系统需要模拟量 I/O 数量： 模拟量输入 7 点， 模拟量输出 2 点 ● 方案 1：EM231(4AI)×2+ EM232(2AO) ● 方案 2：EM235(4AI/1AO)×2 系统控制方案是: CPU224 + EM222(8 出）×3 + EM235×2 ③ 检验最大 I/O 配置预算： ● CPU 连接了 5 个扩展模块＜允许连接的数量 7。 ● 扩展后 I/O 点总数: 开关量(12/30)＜ I/O 映像寄存器数量(128/128) 模拟量(7/2)＜ 模拟量 I/O 映像寄存器数量(32/32) ● 所有扩展模块所消耗的 5V 电源电流之和 180mA ＜ CPU224 所 能提供的 DC5V 电源电流 660mA。 各模块分配的地址： 5-2. S7-200 PLC 中共有几种分辨率的定时器？它们的刷新方式有 何不同？S7200 PLC 中共有几种类型的定时器？对它们执行复位指 令后，它们的当前值和位的状态是什么？ S7-200 PLC 中共有 3 种分辨率的定时器：1 ms、10 ms 和 100 ms。 1 ms 定时器：由系统每隔 1 ms 刷新一次当前值和状态位，与扫 描周期及程序处理无关。采用的是中断刷新方式，在一个周期中其可 能被多次刷新。 10 ms 定时器 10 ms 定时器由系统在每个扫描周 期开始时自动刷新； 100 ms 定时器 100 ms 定时器在定时器指令 执行时被刷新。 S7-200 PLC 有三种类型的定时器： 接通延时定时器（TON） 有记忆接通延时定时器（TONR） 断开延时定时器（TOF）。 对它们执行复位指令后，它们的当前值和状态位 是： 当前值 状态位 TON 0 0 TONR 0 0 TOF 0 1 5---6 5---13、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）开机前首先启动引风机，10S 后自动启动鼓风机； （2）停止时，立即关断鼓风机，经 20S 后自动关断引风机。 6—11 某一过程控制系统，其中一个单极性模拟量输入参数从 AIW0 采集到 PLC 中，通过 PID 指令计算出的控制结果输出到控制对象。 PID 参数表起始地址为 VB100。试设计一段程序完成下列任务： （1）每 200ms 中断一次，执行中断程序； （2）在中断程序中完成对 AIW0 的采集、转化及归一化处理；完成 回路控制输出值的工程量转化和输出。 子程序 0 中断程序 0 （不同做法）6---11、 7---4 答：“三台电动机顺序启动/停止”的例子中，电气原理图的设计原理、 方法和结果。系统使用三个交流接触器控制三台电动机启停。用一个 启动按钮和一个停止按钮来发出控制指令，用四个时间继电器实现启 动过程与停止过程的延时。在设计时，考虑到启/停信号要用短信号， 要注意对定时器及时复位。设计中的难点是找出时间继电器开始工作 的条件及其控制逻辑，例子中没有考虑时间继电器触点的数量，但实 际中必须考虑。系统采用热继电器对三台电动机进行热过载保护，它 是为了防止过载而采取的措施。若对过载没有太多要求，则可以把它 们省掉。 PLC 一般指令的设计原理、方法和结果。先把题目中的输人/ 输出点找出来，分配好对应的 PLC 的 I/O 地址。输入点：启动按钮 I0.0；停止按钮：I0.1。输出点：电动机 MA1：Q0.0；电动机 MA2： Q0.1；电动机电动机 MA3：Q0.2。PLC 输出点实际上是控制每个电 动机对应接触器的线圈。方法一：控制信号采用定时器脉冲信号。在 S7-200PLC 中，若采用 100ms 定时器，可以使用自复位功能来产生 脉冲信号，自复位功能可以使编程简单。方法二：采用比较指令进行 编程。程序的核心是使用断电延时定时器来实现定时，断电延时定时 器的特性是：计时到设定值后，当前值停在设定值处而不像通电延时 定时器继续往前计时。时间继电器的设定值必须稍大于最大的比较 值，小于下一次启动的时间。使用复杂指令，可以使程序变得简单。 PLC 功能图的设计原理、方法和结果。分配对应的 PLC 的 I/O 地址。 输入点：启动按钮 I0.0；停止按钮：I0.1。输出点：电动机 MA1： Q0.0；电动机 MA2：Q0.1；电动机电动机 MA3：Q0.2。PLC 输出 点实际上是控制每个电动机对应接触器的线圈。程序设计了对所使用 的顺序控制继电器 S 的初始化复位处理，在 S7-200PLC 中顺序控制 继电器 S 不是掉电保持型的存储器，可以不对它进行初始化复位处 理。设计的关键是选择好分支的条件和跳转的目标状态，处理好结束 状态的处理目标。 8---9
