电气控制与可编程控制器

《电气控制与可编程控制器》参考答案第1章1.1低压电器的分类有那几种？答：低压电器的种类繁多，分类方法有很多种。按工作方式可分为手控电器和自控电器。按用途可分为低压控制电器和低压保护电器。按种类可分为刀开关、刀形转换开关、熔断器、低压断路器、接触器、继电器、主令电器和自动开关等。1.2什么是电气原理图和安装接线图？它们的作用是什么？答：电气原理图是根据工作原理绘制的，一般不表示电器元件的空间位置关系，因此图中不反映电器元件的实际安装位置和实际接线情况。电气安装图表示各种电气设备在机械设备和电气控制柜中的实际安装位置。1.3交流接触器线圈断电后，动铁心不能立即释放，电动机不能立即停止，原因是什么？答：交流接触器线圈断电后，动铁心不能立即释放，电动机不能立即停止，主要原因有：⑴由于在分断电流瞬间，触点间产生电弧，造成触点熔焊，使动铁心不能立即释放；⑵返回弹簧失去弹性。1.4常用的低压电器有哪些？它们在电路中起何种保护作用？答：起保护作用的低压电器有：熔断器：电路中起短路保护。热继电器：起过载保护。自动开关、接触器、继电器均有失压和欠压保护。1.5在电动机主电路中装有熔断器，为什么还要装热继电器？答：熔断器在电路中起短路保护。热继电器在电动机主电路中起过载保护和断相保护。1.6为什么电动机应具有零电压、欠电压保护？答：电动机的零电压保护是指当电网突然断电有突然来电，电动机不能自行启动。当供给电动机工作的电源下降（欠电压）时，电动机的负载不变的情况下，会使电动机绕组的电流增加，严重的会烧毁电动机。1.7什么叫自锁、互锁？如何实现？答：依靠接触器自身辅助常开触点使其线圈保持通电的作用称为“自锁”。实现自锁的方法是将接触器自身辅助常开触点与启动按钮并联。所谓“互锁”是指当一个接触器工作时，另一个接触器不能工作。在控制线路中可以利用两个接触器的常闭触点实现相互控制。1.8在正、反转控制线路中，为什么要采用双重互锁？答：在正、反转控制线路中，电气互锁或按钮互锁控制线路仍然存在发生短路事故的危险。如果控制电动机正转接触器主触点因弹簧老化或剩磁或其他原因延时释放，或被卡住而不能释放，这时如按下反转启动按钮，反转接触器主触点闭合，造成主电路短路。因此，实际上常采用双重互锁正、反转控制线路，1.9三相笼型异步电动机常用的降压起动方法有几种？答：三相笼型异步电动机常用的降压起动方法有：⑴定子串电阻降压起动；⑵采用Y—△起动控制线路；⑶自耦变压器降压起动。1.10鼠笼异步电动机降压启动的目的是什么？重载时宜采用降压起动吗？答：鼠笼异步电动机降压启动的目的是：鼠笼异步电动机由于起动电流大，在短时间内会使输电线路上产生很大电压降落，造成电网电压显著下降。不但会减少电动机本身的起动转矩，甚至不能起动，而且会使电网其它设备不能正常工作，使其它电动机因欠压而停车。1.11三相笼型异步电动机常用的制动方法有几种？答：三相笼型异步电动机常用电气的制动方法有：⑴反接制动，是在电动机的原三相电源被切断后，立即通上与原相序相反的三相交流电源，以形成与原转向相反的电磁力矩，利用这个制动力矩使电动机迅速停止转动。⑵能耗制动，是将运转的电动机脱离三相交流电源的同时，给定子绕组加一直流电源，以产生一个静止磁场，利用转子感应电流与静止磁场的作用，产生反向电磁力矩而制动的。1.12试设计对一台电动机可以进行两处操作的长动和点动控制线路。解：图中，SB1、SB3、SB4安装在一处，SB2、SB5、SB6安装在另一处。SB1、SB2为停止按钮，SB3、SB5为长动按钮，SB4、SB6为点动按钮。1.13某机床主轴和润滑油泵各由一台电动机带动，试设计其控制线路，要求主轴必须在油泵开动后才能开动，主轴能正、反转并可单独停车，有短路、失压和过载保护。解：1.14设计一个控制线路，要求第一台电动机起动10S后，第二台电动机自动起动，运行20S后，两台电动机同时停转。解：第2章2.1PLC定义的内容是什么？答：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专门为在工业环境下应用设计的。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。2.2PLC的发展经历了几个时期？各时期的主要特点是什么？答：自第一台PLC诞生以来，PLC经过了五个发展时期。⑴从1969年到70年代初期。主要特点：CPU由中、小规模数字集成电路组成。存储器为磁心存储器；控制功能比较简单，能完成定时、计数及逻辑控制。⑵20世纪70年代初期到末期。主要特点是：CPU采用微处理器，存储器采用半导体存储器，不仅使整机的体积减小，而且数据处理能力获得很大提高，增加了数据运算、传送、比较等功能；实现了对模拟量的控制；软件上开发出自诊断程序。使PLC的可靠性进一步提高。产品已初步实现系列化。⑶20世纪70年代末期到80年代中期。主要特点：由于大规模集成电路的发展，推动了PLC的发展。CPU开始采用8位和16位微处理器，使数据处理能力和速度大大提高；PLC开始具有了一定的通信能力，为实现PLC分散控制、集中管理奠定了基础；软件上开发了面向过程的梯形图语言，为PLC的普及提供了必要条件。在这一时期，发达的工业化国家在多种工业控制领域开始使用PLC控制。⑷20世纪80年代中期到90年代中期。主要特点是：超大规模集成电路促使PLC完全计算机化，CPU开始采用32位微处理器；数学运算、数据处理能力大大增强，增加了运动控制、模拟量PID控制等，联网通信能力进一步加强；PLC功能不断增加的同时，体积在减小，可靠性更高。国际电工委员会(IEC)颁布了PLC标准，使PLC向标准化、系列化发展。⑸20世纪90年代中期至今。主要特点：CPU使用16位和32位微处理器，运算速度更快，功能更强，具有更强的数值运算、函数运算和大批量数据处理能力；出现了智能化模块，可以实现各种复杂系统的控制；编程语言除了传统的梯形图、助记符语言外，还增加了高级语言。2.3PLC的发展趋势是什么？答：PLC将朝着两个方向发展。⒈方便灵活和小型化工业上大部分的单机自动控制只需要监测控制参数，而且执行的动作有限，因此小型机需求量十分巨大。小型化发展是指体积小、价格低、速度快、功能强、标准化和系列化发展。尤其体积小巧，易于装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。⒉高功能和大型化对大型企业实施生产过程的自动控制一般比较复杂，尤其实现对整个工厂的自动控制更加复杂，因此PLC需向大型化发展，即向大容量、高可靠性、高速度、高功能、网络化方向发展。2.4简述PLC的主要特点。答：PLC具有的主要特点有：可靠性高、编程简单、通用性好、功能强大和体积小、功耗低及设计施工周期短等特点。2.5PLC有哪些应用领域？答：PLC主要应用在以下几个方面：开关量的逻辑控制、模拟量控制、机械运动控制、数据处理和通信、联网及集散控制等。2.6PLC的输入、输出接口为什么采用光电隔离？答：PLC在输入、输出接口均采用光电隔离，使外部电路与内部电路之间避免直接的电联系，可有效地抑制外部的电磁干扰。2.7PLC的输出接口电路有几种？它们分别带什么类型的负载？答：PLC的输出接口电路按照PLC的类型不同一般分为继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型三类。其中继电器输出型为有触点的输出方式，可用于直流或低频交流负载；晶体管输出型和晶闸管输出型都是无触点输出方式，前者适用于高速、小功率直流负载，后者适用于高速、大功率交流负载。2.8PLC的工作过程分为哪几个阶段？答：PLC的工作过程大致分为3个阶段：输入采样、程序执行和输出刷新。PLC重复执行上述3个阶段，周而复始。2.9影响扫描周期长短的主要因素是什么？答：1.用户程序中所用语句条数的多少。2.每条指令的执行时间不同。对同一种控制功能若选用不同的指令进行编程，扫描时间会有很大的差别。3.程序中有改变程序流向的指令。如有的用户程序中安排了跳转指令，当条件满足时某段程序被扫描并执行，否则不对其扫描并且跳过该段程序去执行下面的程序。子程序调用程序，中断控制程序等也有类似的情况。2.10循环扫描方式对输入、输出信号的影响是什么？答：循环扫描的工作方式有助于提高PLC的抗干扰能力，但同时也会造成信号输入与输出响应的滞后。2.11PLC梯形图与继电器接触器线路图主要区别是什么？答：PLC梯形图与继电器接触器控制线路图的主要区别有：⒈电气符号继电器接触器线路图中的电气符号代表的是一个实际物理器件，如继电器、接触器的线圈或触点等。图中的连线是“硬接线”，线路图两端有外接电源，连线中有真实的物理电流。梯形图中表示的是一个控制程序。图中继电器线圈以及触点实际上是存储器中的一位，称为“软继电器”。PLC梯形图两端没有电源，连线上并没有真实电流流过，仅是“概念”电流。⒉线圈继电器接触器线路图中的线圈包括中间继电器、时间继电器以及接触器等。PLC梯形图中的继电器线圈是广义的，除了有输出继电器线圈、内部继电器线圈，而且还有定时器、计数器以及各种运算等。⒊触点继电器接触器线路图中继电器触点数量是有限的，长期使用有可能出现接触不良。PLC梯形图中的继电器触点对应的是存储器的存储单元，在整个程序运行中是对单元信息的读取、可以反复使用，没有使用寿命的限制，无需用复杂的程序结构来减少触点的使用次数。⒋工作方式继电器接触器线路图是并行工作方式，也就是按同时执行的方式工作，一但形成电流通路，可能有多条支路电器工作。PLC梯形图是串行工作方式，按梯形图先后顺序自左到右，自上而下执行，并循环扫描，不存在几条并列支路电器同时动作的因素。2.12PLC一般构成有哪些？答：PLC主要有六部分组成：CPU(中央处理器)、存储器、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。2.13PLC的主要性能指标有哪些？答：PLC主要性能指标有以下几个方面：I/O点数、程序存储器容量、扫描速度、指令条数、内部继电器和寄存器、特殊功能及高级模块等。2.14PLC有几种分类方法？答：PLC的品种繁多，型号、规格也不统一，结构形式、功能范围各不相同，一般按外部特性进行分类：⒈按结构形式分类⑴整体式结构整体式PLC是将I/O接口电路、CPU、存储器、稳压电源封装在一个机壳内，机壳两侧分装有输入、输出接线端子和电源进线端，并在相应端子接有发光二极管以显示输入、输出状态。此外，还有编程器、扩展单元插口插座等。⑵模块化结构模块化PLC为总线结构，在总线板上有若干个总线插槽，每个插槽上可安装一个PLC模块。不同的模块实现不同的功能，根据控制系统的要求配置相应的模块，如CPU模块(包括存储器)、电源模块、输入模块、输出模块以及其它高级模块、特殊模块等。⒉按I/O点数分类按I/O点数可分为微型机、小型机、中型机和大型机4类。⑴微型机I/O点数在64点以内，程序存储容量小于1千字节。具有逻辑运算功能，并有定时、计数等功能。⑵小型机I/O点数在64~256点之间，程序存储容量小于3.6千字节。它不但具有逻辑运算、定时、计数等基本功能，而且有少量模拟量I/O、通信等功能。结构形式多为整体式。⑶中型机I/O点数在256~2048点之间，程序存储容量小于13千字节。可完成较为复杂的系统控制。中型机结构形式多为模块式。⑷大型机I/O点数在2048点以上，程序存储容量大于13千字节。强大的通信联网功能可以和计算机构成集散型控制系统，以及更大规模的过程控制，形成整个工厂的自动化网络。大型机结构形式多为模块式。⒊按功能分类PLC的功能各不相同，大致分为低档机、中档机和高档机。⑴低档机低档机主要以逻辑运算为主，可实现顺序控制、条件控制、定时和计数控制。有的具有少量的模拟量I/O数据传送及通信等功能。⑵中档机中档机扩大了低档机的定时、计数范围，加强了对开关量、模拟量的控制，提高了数字运算能力，如整数和浮点数运算、数制转换、中断控制等，而且加强了通信联网功能。可用于小型连续生产过程的复杂逻辑控制和闭环调节控制。⑶高档机在中档机基础上扩大了函数运