机电控制与可编程序控制器技术课程习题分析与详解(一)

机电控制与可编程序控制器技术课程是本专业的核心课程之一，在介绍继电接触控制的基础上，重点讲述了可编程序控制器原理及在机电控制系统中的应用。可编程序控制器（PLC）是以微处理器技术、电子技术、网络通信技术及先进可靠的工艺为基础，综合了计算机、网络通信、自动化控制理论，结合工业生产特定环境发展起来的生产过程及自动化的工业装备，它功能强、可靠性高、使用方便，在工业自动化领域应用非常广泛。王立权：同学们好：我是《机电控制与可编程序控制器》这门课的主讲教师王立权，大家有什么问题可以提问。王立权：复习重点：1、了解第一、二、三、四、七、八章的主要内容。问：考试的重点章节是哪几章？王立权：一、1、2、3、4章掌握基本原理、基本概念就可以了。二、第7章、掌握梯形图的规则如：触点必须在线圈的左侧；左边的母线不能和线圈直接相连，中间要有触点；TC区不能重复使用；输出线圈不能串联等。三、只要掌握基本指令就可以了，如：LD\\\\LDNOT\\\\AND\\\\ANDNOT\\\\OR\\\\ORNOT\\\\OUT\\\\END\\\\ORLD\\\\ANDLD\\\\IL..ILC\\\\JMP...JME\\\\KEEP\\\\DIFU\\\\DIFD\\\\TIM\\\\CNT\\\\SFT\\\\MOV\\\\CMP...四、掌握第8章的8.2节，8.3节，特别是8.3节的设计步骤、设计方法。问：机电控制与可编程序控制器考试重点王立权：重点内容是1、2、3、4、7、8章内容。第1、2、3章内容要掌握基本概念，看懂电气原理图。第4章只要掌握可编程序控制器的概念就可以了。第7章掌握梯形图画法，重点是梯形的规则。第8章梯形图的经验设计方法，设计步骤。机电控制与可编程序控制器技术课程习题分析与详解（一）1．隔离开关和负荷开关配合使用时，对它们的操作顺序有什么规定？答：分闸：应先断开负荷开关，再断开隔离开关。合闸：应先合上隔离开关，后合上负荷开关。2．组合开关的结构有什么特点？型号的含义是什么？答：组合开关由动触片、静触片、方形转轴、手柄、定位机构和外壳等部分组成。它的动、静触片分别叠装在数层绝缘垫板内组成双断点桥式结构。而动触片又套装在有手柄的绝缘方轴上，方轴随手柄而旋转。于是每层动触片随方轴转动而变化位置来与静触片分断和接触。组合开关的顶盖部分由凸轮、弹簧及手柄等零件构成操作机构，这个机构由于采用了弹簧储能，使开关快速闭合及分断。组合开关的分合速度与手柄的旋转速度无关，有利于灭弧。组合开关型号的含义如下图所示3．接触器的用途是什么？选择接触器时主要考虑那些技术数据？答：接触器用来频繁地接通和切断主电路或大容量控制电路，它广泛地用于控制电动机和其它电力负载。选择接触器主要考虑以下技术数据：电源种类：交流或直流。主触点额定电压、额定电流。辅助触点种类、数量及触点额定电流。励磁线圈的电源种类、频率和额定电压。额定操作频率（次/h），即允许的每小时接通的最多次数。4．比较接近式行程开关与机械式行程开关的优缺点。答：接近式行程开关具有定位精度高、操作频率高、功率损耗小、寿命长、耐冲击振动、耐潮湿、能适应恶劣工作环境等优点。5．比较交、直流电磁铁的特点。答：交流电磁铁的特点：①励磁电流与衔铁位置有关，当衔铁处于起动位置时，电流最大；当衔铁吸合后，电流就降到额定值。②吸力与衔铁位置有关，但影响比直流电磁铁小的多，随着气隙的减小，其吸力将逐渐增大，最后将达到1.5~2倍的初始吸力。直流电磁铁的特点：①励磁电流的大小仅取决于励磁线圈两端的电压及本身的电阻，而与衔铁的位置无关。②直流电磁铁的吸力在衔铁起动时最小，而在吸合时最大，6．一台三相异步电动机，额定功率为5.5KW，额定电压为380V，额定电流为11.25A，起动电流为额定电流的7倍，试选用对它进行控制和保护用的按钮、接触器、热继电器和组合开关。解：电动机的额定电流，起动电流为控制电路采用交流220V供电。则起动按钮（优先选绿色）和停止按钮（优先选红色）选用额定电压≥220V的即可。接触器选用交流接触器，主触点的额定电压≥380V，额定电流应≥78.75V，励磁线圈选择额定电压交流220V，频率50Hz。热继电器的额定电流应≥1.05IN=1.05×11.25=11.8A。组合开关的额定电压为交流380V，三极触点，额定电流≥78.25A即可。7．在下表中填上电器的图形符号和文字符号。名称文字符号图形符号线圈（元件）常开触点常闭触点刀开关Q接触器KM时间继电器延时闭合ST延时断开延时闭合和延时断开空气断路器QF按钮SB速度继电器KS热继电器FR熔断器FU行程开关ST8.自锁环节怎样组成？它起什么作用？并具有什么功能？答：一般可用起动按钮和接触器的常开触点并联，然后再和接触器的线圈串联可得。当按下起动按钮后，可实现长动，它又具有失压保护功能。9．什么是互锁环节，它起到什么作用？答：将两个接触器的常闭触点分别串联到对方的线圈回路中，即可得到互锁。它用来防止两个接触器同时得电。10．试设计一台异步电动机的控制线路。要求：（1）能实现起、停的两地控制；（2）能实现点动调整；（3）能实现单方向的行程保护；（4）要有短路和过载保护。解：如图1所示，左侧为主电路，右侧为控制电路。SB1和SB2是长动起动按钮，SB3和SB4是停止按钮，SB5是点动按钮，行程开关ST的常闭触点起行程保护作用，熔断器起短路保护作用，热继电器起过载保护作用。11．今有两台电动机，每次只允许一台运转且一台只需单方向运转，另一台要求能正反转。两台电动机都要求有短路保护和过载保护，试画出其电路。解：如图2所示。电动机M2可单向运行，KM3为其控制接触器；电动机M3可正反转运行，KM1和KM2分别为正、反转接触器。机电控制与可编程序控制器技术课程习题分析与详解（二）1．试问下列控制线路是否合理（注：图中KM1、KM2为交流接触器，YA为直流电磁铁）？若不合理，应怎样改正？答：（a）不合理，交流接触器的线圈不能串联，应改为并联形式。(b)不合理，应改为起动按钮和停止按钮直接连接，以减少连接导线。(c)不合理，同一个电器的常开触头和常闭触头位置靠的很近，不能分别接在电源的不同相上，另外，电器线圈的一端应接在电源的同一端。应将K2的线圈和行程开关ST的常闭触点换个位置。(d)不合理，大容量的直流电磁铁线圈YA与继电器K的线圈直接并联，在K1断开时，由于电磁铁YA线圈的电感大，储存的磁能经继电器线圈放电，使继电器K重新吸合，从而产生误动作。应将电磁铁的线圈和继电器的线圈分别由K1常开触点控制。2．设计一条由两台电动机拖动的装配车间的一输送机控制线路，应满足下列要求：（1）M1电动机与M2电动机均单向运转；（2）M1电动机起动工作后，M2电动机才能起动工作；（3）M2电动机先停机，而后M1电动机才能停机；（4）M1电动机过载时，两台电动机同时停机，M2电动机过载时，仅M2电动机停机；（5）要有必要的保护环节。试画出控制电路。解：见图1所示，SB3、SB1、KM1、FR1分别为M1电动机的起动按钮、停止按钮、通电接触器和热继电器；SB4、SB2、KM2、FR2分别为M2电动机的起动按钮、停止按钮、通电接触器和热继电器。3．设计组合机床的两台动力头的电气控制线路。设计要求如下：（1）加工时两台动力头电动机同时起动；（2）两台动力头电动机单向运转；（3）两台动力头电动机，在加工完成后各自停机；（4）若其中一台动力头电动机过载，另一台动力头电动机也应停机。画出其控制电路。解：见图2所示，SB1为两台动力头电动机的起动按钮；SB2、KM1、FR1分别为其中一台动力头电动机的停止按钮、通电接触器和热继电器；SB3、KM2、FR2分别为另一台动力头电动机的停止按钮、通电接触器和热继电器；4．PLC主要特点有哪些？PLC的发展趋势如何？答：可靠性高，通用性强，使用灵活性、方便，编程简单。PLC的发展有两个主要趋势。其一是向体积更小、速度更快、高可靠性高、功能更强、价格更低的小型PLC方向发展；其二是向功能大型化、网络化、良好兼容性和多功能方向发展。5．PLC控制和继电接触器控制、微机控制的优缺点。答：PLC控制和继电接触器控制比较：传统的继电器控制线路的控制作用是通过许多导线与继电器硬连接实现的，而PLC控制系统的控制作用是通过软件编程实现的，PLC控制系统可以通过软件编程改变其控制作用，继电器控制线路就很难做到。与微机控制的比较：编成简单，组成控制系统快捷、灵活、可靠性高。6．为什么称PLC的内部继电器为软继电器？和硬件继电器相比，软继电器的触点在使用上有何特点？答：PLC内部的继电器并不是实际的硬继电器，而是PLC内部的存储单元。因此，称为“软继电器”，梯形图是由这些“软继电器”组成的梯形图控制线路图，它们并不是真正的物理连接，而是逻辑关系的连接，称为“软连接”。当存储单元某位状态为1时，相当于某个继电器线圈得电；当该位状态为0时，相当于该继电器线圈断电。软继电器的常开触点、常闭触点可以在程序中使用无数多次。7．PLC的性能指标主要有那些？PLC是怎样分类的？`答：I/O总点数，即输入或输出的点数总数量，是PLC很重要的指标。PLC机器产品不同I/O能力也不同。一般小型PLC机在256点以下（无模拟量）。中型PLC机在256～2048（模拟量64～128路）。而大型机2048点以上（模拟量128～512路）。按控制规模分类主要以开关量计数，模拟量的路数可折算成开关量的点数，一般一路相当于8点~16点。根据I/O点数通，PLC大致可分为微型机，小型机、中型机、大型机、超大型机。机电控制与可编程序控制器技术课程习题分析与详解（三）进行系统配置时有那些方法？具体含义是什么？答：1）类比法，通过相同规模系统的类比，大致确定可选用的厂家产品及机型。2）估算法，估算I/O点数及模拟量路数，并确定要选用的机型。3）计算法，依完整性原则计算所需的模块数。这里可能有多个方案，那就应计算出各个方案的结果。4）计算各个方案的投入费用，并依经济性原则选其中最优者。2．CPM1APLC的内部继电器是怎样划分的？那些继电器有断电保护功能？答：内部继电器区分为两部分：一部分供输入点/输出点用，称为输入/输出继电器区；另一部分供PLC内部的程序使用，称为内部辅助继电器区。输入继电器区有10个通道000～009，其中，000，001通道是CPU单元输入通道，002～009通道用于和CPU单元连接的扩展单元的输入通道。输出继电器区有10个通道010-019，其中，010，011通道用于CPU单元输出通道，012～019通道用于和CPU单元连接的扩展单元的输出通道。保持继电器具有断电保持功能，即当电源掉电时，它们能够保持掉电前的ON/OFF状态。3．C200HaPLC标准I/O单元在CPU机架和扩展I/O机架插槽位的通道号是如何确定的？答：C200HaPLC标准I/O单元在CPU机架和扩展I/O机架插槽位的通道号的确定方法如下所示。机架槽1槽2槽3槽4槽5槽6槽7槽8槽9槽10CPUIR000IR001IR002IR003IR004IR005IR006IR007IR008IR009扩展机架1IR010IR011IR012IR013IR014IR015IR016IR017IR018IR019扩展机架2IR020IR021IR022IR023IR024IR025IR026IR027IR028IR029扩展机架3IR300IR301IR302IR303IR304IR305IR306IR307IR308IR3094．C200HaPLC的基本组成有那几部分？答：C200HaPLC的基本组成：一个提供系统总线和模块插槽的安装机架（母板），一个CPU单元、电源单元、若干个I/O单元或特殊I/O单元。5．模拟量输入单元具有哪些功能？答：模拟量输入单元它可将现场设备（如传感器等）输出的多种模拟量信号转换成PLC可读的数字量形式。它接受CPU单元发来的指令和相关参数完成相应的功能，并将执行的结果和状态返回