电气控制与PLC习题与答案解析

习题及答案

《电气控制及PLC应用》

第一部分电气控制部分

项目一电动机正反转控制线路

1．电路中FU、KM、KA、FR和SB分别是什么电器元件的文字符号？

答：熔断器、接触器、继电器、热继电器、按钮

2．鼠笼型异步电动机是如何改变旋转方向的？

答：改变电动机三相电源的相序即可改变电动机的旋转方向，而改变三相电源的相序只需任意调换电源的两根进线

3．什么是互锁（联锁）？什么是自锁？试举例说明各自的作用。

答：自锁：典型的应用是用自己的常开触点与开启按钮并联，锁定回路。即使开启按钮弹开了，由于有自锁触点的连接，仍可形成回路。这种接法就叫做“自锁”。

互锁：典型的应用是将继电器A的常闭触点串联在其他回路当中，而其他回路中继电器B的常闭触电串联在继电器A的回路中。当继电器A的线圈先得电时，它的常闭触电会断开继电器B的回路。相反，如果继电器B的线圈先得电时，它的常闭触电会断开继电器A的回路。这样互相牵制，起到一定的逻辑作用。这种接法就叫“互锁”。

4．低压电器的电磁机构由哪几部分组成?

答：电磁系统主要由线圈、铁芯（静铁芯）和衔铁（动铁芯）3部分组成

5．熔断器有哪几种类型？试写出各种熔断器的型号。熔断器在电路中的作用是什么？

答：熔断器按结构形式分为半封闭插入式、无填料封闭管式、有填料封闭管式、螺旋自复式熔断器等。其中，有填料封闭管式熔断器又分为刀形触点熔断器、螺栓连接熔断器和圆筒形帽熔断器。

瓷插式RC螺旋式RL有填料式RT无填料密封式RM快速熔断器RS

熔断器的作用：熔断器是在控制系统中主要用作短路保护的电器，使用时串联在被保护的电路中，当电路发生短路故障，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，从而自动分断电路，起到保护作用。

6．熔断器有哪些主要参数？熔断器的额定电流与熔体的额定电流是不是一样？

（1）额定电压（2）额定电流（3）分断能力（4）时间—电流特性

不一样，熔断器的额定电流与熔体的额定电流是两个不同的概念，通常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。

7．熔断器与热继电器用于保护交流三相异步电动机时能不能互相取代？为什么？

答：不能，熔断器短路保护，热继电器过载保护

8．交流接触器主要由哪几部分组成？简述其工作原理。

答：1）电磁机构电磁机构由线圈、动铁心(衔铁)和静铁心组成，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。

（2）触点系统包括主触点和辅助触点。主触点用于通断主电路，通常为三对常开触点。辅助触点用于控制电路，起电气联锁作用，故又称联锁触点，一般常开、常闭各两对。

（3）灭弧装置容量在10A以上的接触器都有灭弧装置，对于小容量的接触器，常采用双断口触点灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧。对于大容量的接触器，采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧。

（4）其他部件包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。

电磁式接触器的工作原理如下：线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力。此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作，常闭触点打开，常开触点闭合，互锁或接通线路。线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点机构复位，断开线路或解除互锁。

9．试说明热继电器的工作原理和优缺点。

工作原理：热继电器是由两种不同热膨胀系数的金属片压制组合

构成，在通过电流时，造成该双金属体发热膨胀，因膨胀系数不同，致该双金属变形、弯曲，从而断开常闭接点或接通常开接点，起到自动控制的作用。在电动机控制回路中，主要应用热继电器的常闭接点，其常闭接点串入电动机主控制回路接触器的电磁线圈，通过调节热继电器的动作电流，在电动机超过额定工作电流时，热继电器双金属片能够正常动作，断开接触器电磁线圈，从而断开电动机电源，起到了保护电动机的目的

优缺点：目前使用得比较普遍的还是热继电器。热继电器是上个世纪五十年代初从前苏联引进的金属片机械式电动机过载保护器。它结构简单，价格低廉，在保护电动机过载方面具有反时限特性。但它的保护功能少，无断相保护，对电机发生通风不畅、扫膛、堵转、长期过载、频繁启动等故障也不能起保护作用。此外，热继电器还存在重复性能差、大电流过载或短路故障后不能再次使用、调整误差大、易受环境温度的影响误动或拒动、功耗大、耗材多、性能指标落后等缺陷。

10．图1-29所示是两种在控制电路实现电动机顺序控制的电路(主电路略)，试分析说明各电路有什么特点，能满足什么控制要求。

图1-29 习题10电路图

答：第一个图顺序启动，KM1必须自锁才能启动KM2，同时停止

第二个图顺序启动，KM1必须自锁才能启动KM2，其中KM1的自锁与控制KM2的常开触点是分开的，停止时按下SB12可以同时停，按下SB22KM2停止，而KM1正常运行。

11．试设计一个控制一台电动机的电路，要求：①可正、反转；

②正、反向点动；③具有短路和过载保护。

项目二 Z3050摇臂钻床电气控制

1．解释Z3050型的含义

2．QS、FU、KM、FR、KT、

2．QS、FU、KM、FR、KT、SB、SQ是什么电器元件？画出这些电器元件的图

形符号，并写出中文名称

2．QS、FU、KM、FR、KT、SB、SQ是什么电器元件？画出这些电器元件的图

形符号，并写出中文名称。

2．QS、FU、KM、FR、KT、SB、SQ是什么电器元件？画出这些电器元件的图

形符号，并写出中文名称。

2．QS、FU、KM、FR、KT、SB、SQ是什么电器元件？画出这些电器元件的图形符号，并写出中文名称。

2．QS、FU、KM、FR、KT、SB、SQ是什么电器元件？画出这些电器元件的图形符号，并写出中文名称。

3．电流继电器在电路中的作用是什么？它和热继电器有何异同？

电流继电器在电路中作为电动机或线路过载保护或短路保护；热继电器在电路中作为电动机过载保护，但不能作为短路保护用；

电流继电器是根据电流的电磁效应原理工作的，热继电器是根据电流的热效应原理工作的；

电流继电器的是瞬时动作的，热继电器是反时限动作的。

4．既然在电动机的主电路中装有熔断器，为什么还要装热继电器?装有热继电器是否就可以不装熔断器？为什么？

熔断器作为电动机线路的短路保护，热继电器作为电动机的过载保护；当电动机过载电流小，熔体熔断所需用的时间就较长，甚至不会熔断，故熔断器不能作为电动机的过载保护；当线路短路时，热继电器热元件发热来不及传递给双金属片，而使热继电器不能动作，故热继电器的能作为线路的短路保护，所以装有热继电器不可以不装熔断器。

5．是否可用过电流继电器来作电动机的过载保护？为什么？

电流继电器不能作为电动机过载保护。

只有流过电流继电器的电流等于它的动作电流时，电流继电器才会动作，而电动机在起动时，起动电流等于额定电流的4～7倍，为了躲过电动机的起动电流，电流继电器的动作值应整定在电动机额定电流的4～7倍，当电动机过载时，过载电流不足以使电流继电器动作，而电动机会因过载而烧毁，因此电流继电器不能作为电动机的过载保护。

6．Z3050型摇臂钻床摇臂不能上升的原因有哪些？

Z3050型摇臂钻床摇臂不能上升的原因有：

（1）当控制电路正常时，摇臂升降电机坏。

（2）摇臂不能放松，放松电路有问题，或机械部分卡死等原因造成摇臂不能上升。

（3）当摇臂能放松时，摇臂上升控制电路有问题。

（4）在涉及到控制电路有问题时，有线路的导线连接松动，电路元器件损坏，电气元件触点接触不良等原因。

7．位置开关与按钮开关的作用有何异同

位置开关与按钮都是靠外力的作用来使触点动作的，按钮是靠人主观操作，是主令控制；位置开关是靠被控制机械装置来操作，按照预先设定的位置来使触点动作，是位置控制。

8．有2台电动机M1和M2，要求（1）M1先启动，经过10 s后M2启动；（2）M2启动后，M1立即停止。试设计其控制线路。

项目三卧式镗床电气控制线路

1．什么是降压启动？三相鼠笼式异步电动机常采用哪些降压启动方法？

所谓降压启动，就是利用某些设备或者采用电动机定子绕组换接的方法，降低启动时加在电动机定子绕组上的电压，而启动后再将电压恢复到额定值，使之在正常电压下运行。

三相笼型异步电动机常用的降压启动方法有定子串电阻（或电抗）、Y —△降压、自耦变压器启动几种，虽然方法各异，但目的都是为了减小启动电流。

2．T68型卧式镗床与X62W型铣床的变速冲动有什么不同，T68型卧式镗床在进给时能否变速？

T68型卧式镗床.变速冲动控制: 主电动机M1都是以低速起动，便于齿轮啮合。然后过渡到新先定的转速下运行。若因顶齿而使手柄无法推回时，可来回推动手柄，能过手柄运动中压合，释放行程开关SQ2，使电动机M1瞬间得电、断电，产生冲动，使齿轮在冲动过程在很快啮合，手柄推上。这时变速冲动结束，主轴电动机M1是新选定的转速下转动

X62W型铣床的变速冲动主轴变速冲动主轴变速是通过改变齿轮的传动比进行的主轴电动机作瞬时点动，使齿轮系统抖动一下，达到良好啮合；在改变工作台进给速度时，为使齿轮易于啮合，也需要使进给电动机瞬时点动一下。

3．T68型卧式镗床能低速启动，但不能高速运行，试分析故障的原因。

MI能低速启动，但置“高速”挡时，不能高速运行而自动停机。M1能低速启动，说明接触器KM3、KM1、KM4工作正常；而低速启动后不能换成高速运行且自动停机，又说明时间继电器KT是工作的，其动断触点（13—20）能切断KM4线圈支路，而动合触点（13—22）不能接通KM5线圈支路。因此，应重点检查KT的动合触点（13—22）；此外，还应检查KM4的互锁动断触点（22—23）。按此思路，接下去还应检查KM5有无故障。

4．双速电动机高速运行时通常先低速启动而后转入高速运行，

为什么?

在高速运行时，先低速起动，后高速（YY）运行，以减少启动电流

5．简述速度继电器的结构、工作原理及用途。

速度继电器又称反接制动继电器。它的主要结构是由转子、定子及触点三部分组成。

速度继电器工作原理：速度继电器转子的轴与被控电动机的轴相连接，而定子空套在转子上。当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，定子内的短路导体便切割磁场，产生感应电动势，从而产生电流。此电流与旋转的转子磁场作用产生转矩，于是定子开始转动，当转到一定角度时，装在定子轴上的摆锤推动簧片动作，使常闭触点断开，常开触点闭合。当电动机转速低于某一值时，定子产生的转矩减小，触点在弹簧作用下复位。

6．一台电动机Y —△接法，允许轻载启动，设计满足下列要求的控制电路。

（1）采用手动和自动控制降压启动。

（2）实现连续运转和点动工作，并且当点动工作时要求处于降压状态工作。

（3）具有必要的联锁和保护环节。

7．有一皮带廊全长40 m，输送带采用55 kW电动机进行拖动，试设计其控制电路。设计要求如下。

（1）电动机采用Y —△降压启动控制。

（2）采用两地控制方式。

（3）加装启动预告装置。

（4）至少有一个现场紧停开关。

8．控制电路工作的准确性和可靠性是电路设计的核心和难点，在设计时必须特别重视。试分析图3-23是否合理？如果不合理，试改之。设计本意：按下SB2，KM1得电，延时一段时间后，KM2得电运行，KM1失电。按下SB1，整个电路失电。

图3-23 题8图

项目四 X62W万能铣床电气控制线路

1．电磁离合器主要由哪几部分组成？工作原理是什么？

电磁离合器是由：励磁线圈、滑环、磁轭、衔铁、传动轴套、摩擦片组、外连接件组成。

电磁离合器的工作原理：电磁离合器的主动部分和从动部分借接触面的摩擦作用，或是用液体作为介质（液力偶合器），或是用磁力传动（电磁离合器）来传动转矩，使两者之间可以暂时分离，又逐渐接合，在传动过程中又允许两部分相互转动。

2．铣床在变速时，为什么要进行冲动控制？

铣床是通过改变齿轮来改变传动比的，在变速时，换了不同的齿轮后，需要使齿轮冲动一下，以利于齿轮与齿轮间有良好的啮合。

3．X62W型万能铣床具有哪些联锁和保护？为何要有这些联锁与保护？

铣床的保护有：短路保护、过载保护、失压欠压保护、电气联锁保护、机械联锁保护。

铣床有六个方向的机械运动，由一台进给电动机作正反拖动控制，在上下、左右、前后两个相反方向运动的联锁保护是靠接触器的电气联锁来实现的。在左右、上下前后三个座标上的联锁保护是由机械操作手柄压合行程开关以及机械上的联锁来同时实现的。

4．X62W型万能铣床工作台运动控制有什么特点？在电气与机械上是如何实现工作台运动控制的？

铣床工作台有六个方向的运动，由十字形手柄

铣床有六个方向的机械运动，由一台进给电动机作正反拖动控制，在上下、左右、前后两个相反方向的联锁保护是靠接触器的电气联锁来实现的。在上下、左右、前后三个座标上的联锁保护是由机械操作手柄压合行程开关以及机械上的联锁来同时实现的。

5．简述X62W万能铣床圆工作台电气控制的工作原理。

将控制开关SA2扳至“接通”的位置，此时SA2—2接通而SA2—1与SA2—3断开。在主轴电动机M1启动的同时，KM3线圈经（13—15—17—19—29—27—23—25）的路径通电，使M2正转，带动圆工作台旋转运动（圆工作台只需要单向旋转）。由KM3线圈的通电路

径可见，只要扳动工作台进给操作的任何一个手柄，SQ3～SQ6其中一个行程开关的动断触点断开，都会切断KM3线圈支路，使圆工作台停止运动，这就实现了工作台进给和圆工作台运动的联锁关系。

6．分析铣床工作台能向前、向后、向上、向下进给，但不能向左、向右进给的故障。

故障只可能出现在行程开关SQ5与SQ6的常闭触点没接触好，或27、29、19号线上。

第二部分PLC应用部分

项目五工作台自动往返PLC控制系统习题及答案

1．PLC的特点是什么？PLC主要应用在哪些领域？

答：PLC的特点

1）可靠性高、抗干扰能力强

2）编程简单，使用方便：梯形图

3）功能强、速度快，精度高，有逻辑运算，定时，计数等功能，4）通用性好：许多PC制成模块式，可灵活组合

5）V小，G轻，功能强，消耗底，环境适应性强，不需专门机房和空调

PLC主要应用：

用于逻辑控制：顺序控制最基本用途：

运动控制：机器人、电梯、机械手

闭环控制：工业自动化过程控制：

数据处理：加减乘除

通信联网：

2．PLC有哪几种输出类型，哪种输出形式的负载能力最强？输出继电器为什么分组？

（1）PLC有三种输出方式：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出

（2）继电器输出形式的负载能力最强

(3)输出继电器分组是因为：不同的分组可以使用不同的电源和规格。

3．PLC的工作原理是什么？

PLC对用户程序的执行过程是：通过CPU的周期性的循环扫描的作方式PLC执行程序分为3个阶段：1、输入处理：2、程序执行： 3、输出处理：

4．CPU226的PLC内部主要由哪几部分组成？

（1）输入单元（2）输出单元（3）中央处理器CPU（4）存储器（5）电源部分（6）编程器或电脑

5．梯形图与继电-接触器控制原理图有哪些相同和不同？

?相同：

1、结构形式大致相同：梯形图

2 、梯形图大致沿用了继电器电路中元件名称和符号，仅个别不

同

3、从信号I/O形式及功能看，二者也是相同的。

?不同：

1、器件组成不同：硬、软

2、工作方式不同：并、串行

3、实施控制方式不同：硬连，编程

4、触点数量不同：有限、无限。

6．编译快捷键按钮的功能是什么？

编译快捷按钮对程序进行编译，经编译后在显示器下方的输出窗口显示编译结果，并能明确指出错误的网络段，可以根据错误提示对程序进行修改，然后再次编译，直至编译无误。

7．简述网络程序段的复制方法。

程序复制分为单个元件复制和网络复制两种。单个元件复制是在光标含有编程元件时单击复制项。网络复制可通过在复制区拖动光标或使用Shift及上下移位键，选择单个或多个相邻网络，网络变黑选中后单击复制。光标移到粘贴处后，可以用已有效的粘贴按钮进行粘贴。

8．S7-200 PLC有哪几种定时器？执行复位指令后，定时器的当前值和位的状态是什么？

1)延时通定时器：

1 ms T 32、T 96

10 ms T 33～T 36 T 97～T 100

100 ms T 37～T 63 T 101～T 255

2)保持型

CPU 216

1 ms : T 0、T 64

10 ms: T 1～T 4 T 65～T 68

100 ms T 5～T 31 T 69～T 95

执行复位指令后，定时器的当前值和位的状态置0

9．S7-200 PLC有哪几种计数器？执行复位指令后，计数器的当前值和位的状态是什么？

1)加计数器2）减计数器（3）加减计数器

执行复位指令后，计数器的当前值和位的状态是0 10．用S、R跳变指令设计满足如图5-55所示波形的梯形图。

11．试设计电动机点动-长车的PLC控制程序。

12．试设计工作台自动往返在两边延时5s的PLC控制程序。

13．试设计两台电动机顺序启动、逆序停止的PLC控制程序。13．试设计两台电动机顺序启动、逆序停止的PLC控制程序。

14．根据图5-56所示的指令表程序，写出梯形图程序。

图5-55 题10梯形图图5-56 题14指令表

15．写出如图5-57所示梯形图的程序。

(a)

(b)

(c)

(d)

图5-57 题15梯形图