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现代电气控制及PLC应用技术


第一章作业参考答案 2、 何谓电磁机构的吸力特性与反力特性?吸力特性与反力特性之间应满足怎样的配合关系? 答: 电磁机构使衔铁吸合的力与气隙长度的关系曲线称作吸力特性; 电磁机构使衔铁释放 (复 位)的力与气隙长度的关系曲线称作反力特性。 电磁机构欲使衔铁吸合,在整个吸合过程中,吸力都必须大于反力。反映在特性图上就是 要保持吸力特性在反力特性的上方且彼此靠近。 3、单相交流电磁铁的短路环断裂或脱落后,在工作中会出现什么现象?为什么? 答:在工作中会出现衔铁产生强烈的振动并发出噪声,甚至使铁芯松散得到现象。 原因是:电磁机构在工作中,衔铁始终受到反力 Fr 的作用。由于交流磁通过零时吸力也 为零,吸合后的衔铁在反力 Fr 作用下被拉开。磁通过零后吸力增大,当吸力大于反力时衔铁 又被吸合。这样,在交流电每周期内衔铁吸力要两次过零,如此周而复始,使衔铁产生强烈 的振动并发出噪声,甚至使铁芯松散。 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。 8、 热继电器在电路中的作用是什么?带断相保护和不带断相保护的三相式热继电器各用在什 么场合? 答:热继电器利用电流的热效应原理以及发热元件热膨胀原理设计,可以实现三相电动机的 过载保护。 三角形接法的电动机必须用带断相保护的三相式热继电器; Y 形接法的电动机可用不带断 相保护的三相式热继电器。 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。 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 第二章作业参考答案 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?

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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。 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:

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5、星形-三角形降压启动方法有什么特点并说明其适合场合? 答:特点:星形启动电流降为原来三角形接法直接启动时的 1/3,启动电流约为电动机额定电 流的 2 倍左右,启动电流特性好、结构简单、价格低,但是启动转矩也相应降为原来三角形 直接启动时的 1/3,转矩特性差。 适合场合:电动机空载或轻载启动的场合。 7、三相笼型异步电动机有哪几种电气制动方式?各有什么特点和适合场合? 答:1)反接制动,特点是制动迅速、效果好,但冲击大,通常仅适用于 10kW 以下的小容量 电动机。 2)能耗制动,特点是能耗制动比反接制动消耗的能量少,其制动电流也比反接制动电流 小得多,但能耗制动不及反接制动明显,且需要一个直流电源,控制线路相对比较复杂。适 用于电动机容量较大和启动、制动频繁的场合。 8、三相笼型异步电动机的调速方法有哪几种? 答:改变极对数 p 的变极调速、改变转差率 s 的降压调速和改变电动机供电电源频率 f1 的变 频调速。 12、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。 14、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。
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15、设计一小车运行控制线路,小车由异步电动机拖动,其动作程序如下: (1)小车由原位开始前进,到终端后自动停止; (2)在终端停留 2 min 后自动返回原位停止; (3)要求能在前进或后退途中任意位置都能停止或启动。

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第三章作业参考答案 5、PLC 有什么特点? 答:PLC 的主要特点有: (1)抗干扰能力强,可靠性高; (2)控制系统结构简单,通用性强; (3)编程方便,易于使用; (4)功能强大,成本低; (5)设计、施工、调试的周期短; (6)维护方便。 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。 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。
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12、一般来说,PLC 对输入信号有什么要求? 答:要求:输入信号的宽度奥大于一个扫描周期,或者说输入信号的频率不能太高,否则很 可能造成信号的丢失。 第四章作业参考答案 3、I/O 点的扩展

4、PLC 中的内部编程资源(即软元件)为什么被称作软继电器?某主要特点是什么? 答:软元件是 PLC 内部的具有一定功能的器件,实际上是由电子电路和寄存器及存储器单元 等组成。它们都具有继电器特性,但没有机械性的触点。为了把这种元器件与传统电气控制 电路中的继电器区别开来,把它们称做软继电器。 其主要特点是: (1)软元件是看不见、摸不着的,也存在物理性的触点; (2)每个软元件可提供无限多个常开触点和常闭触点,即它们的触点可以无限次使用; (3)体积小、功耗低、寿命长。
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5、S7-200 系列 PLC 中有哪些软元件? 答:输入继电器 I、输出继电器 Q、通用辅助继电器 M、特殊继电器 SM、变量存储器 V、局 部变量存储器 L、顺序控制继电器 S、定时器 T、计数器 C、模拟输入映像寄存器 AI、模拟 输出映像寄存器 AQ、高速计数器 HC、累加器 AC。 第五章作业

6、画出图 5-53 梯形图程序中 M0.0,M0.1,M0.2 和 Q0.0 的波形。

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7、指出下图中的错误。

8、设计图 5-55 所示二分频电路的梯形图程序。

对 9、脉冲宽度可控制电路



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10、10h30min 的长延时电路,自行改为 30h40min 的长延时电路

11、试设计一个照明灯的控制程序。当接在 I0.0 上的声控开关感应到声音信号后,接在 Q0.0 上的照明灯可发光 30S。如果在这段时间内声控开关又感应到声音信号,则时间间隔从头开 始。这样可确保最后一次感应到声音信号后,灯光可维持 30S 的照明。

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12、试设计有一个抢答器电路程序。出题人提出问题,3 个答题人按动按钮,仅仅是最早按 的人面前的信号的亮。然后出题人按动复位按钮后,引出下一个问题。

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。

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