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机电控制与PLC技术课后习题答案


第一章

参考答案

1.什么是低压电器?低压电器是怎样分类的? 答: (1)低压电器通常是指工作在交流 50Hz(60Hz) 、额定电压小于 1200V 和直流额定电压小于 1500V 的电路中,起通断、保护、控制或调节作用的电器。 (2)低压电器的分类方法很多,按照不同的分类方式有不同的类型,主要 有按照用途分类、按照工作条件分类、按照操作方法分类和按照工作原理分类 等分类方法。 2.什么是额定电流?什么是约定发热电流?两者有什么区别? 答: (1) 额定工作电流:在规定的条件下,保证电器正常工作的电流。 (2) 约定发热电流:在规定的条件下实验,电器在 8 小时工作制下,各部 件的温升不超过极限数值时所承载的最大电流。 额定电流通常是持续工作的条件下,而约定发热电流是在 8 小时工作制下, 后者大于前者。 3.我国的低压电器经历了哪几代? 答: 我国的低压电器产品大致可分为如下四代。第一代产品:20 世纪 60 年代至 70 年代初;第二代产品:20 世纪 70 年代末至 80 年代;第三代产品:20 世纪 90 年代;第四代产品:20 世纪 90 年代末至今。 4.低压电器的发展趋势是什么? 答: (1)智能化 (2)电子化 (3)产品的模块化和组合化 (4)产品的质量和可靠性明显提高 5.防止触电有哪些措施? 答: (1) 防止接触带电部件 常见的安全措施有绝缘、屏护和安全间距。

(2) 防止电气设备漏电伤人 (3) 采用安全电压 (4) 使用漏电保护装置 (5) 合理使用防护用具 (6) 加强安全用电管理 6.接地有哪些种类?保护接地有哪些形式? 答: 按照接地的目的可将接地分为如下几类: ①工作接地。 ② 保护接地,也称安全接地。 ③过电压保护接地。 ④防静电接地。 7.保护接地要注意哪些问题?工作接地要注意哪些问题? 答: 保护接地要注意的问题: ① 电气设备都应有专门的保护导线接线端子(保护接线端子) ,并用‘ ’

符号标记,也可用黄绿色标记。不允许用螺丝在外壳、底盘等代替保护接地端 子。 ② 保护接地线用粗而短的黄绿线连接到保护接地端子排上,接地排要接入 大地,接地电阻要小于 4?。 ③ 保护接地不允许形成环路。 ④ 设备的金属外壳良好接地,是抑制放电干扰的最主要措施。 ⑤ 设备外壳接地,起到屏蔽作用,减少与其他设备的相互电磁干扰。 工作接地要注意的问题: ① 设备的接地不能布置成环形, 一定要有开口, 保护接地也遵循这一原则。 ② 采用光电隔离、隔离变压器、继电器等隔离方法,切断设备或电路间的 地线环路,抑制地线环路引起的共阻抗耦合干扰。 ③ 设备内的数字地和模拟地都应该设置独立的地线,最后汇总到一起。 ④ 工作地浮地方式只适用于小规模设备和工作速度较低的电路,而对于规

模较大的复杂电路或者设备不应该采用浮地方式。 ⑤ 电柜中的工作地线、保护地线和屏蔽地线一般都接至电柜中的中心接地 点,然后连接大地,这种接法可使柜体、设备、屏蔽地和工作地保持在同一电 位上,保护地和屏蔽地最终都连在一起后又与大地连通。 8.怎样制作接地装置? 答: 正规的接地装置有两种简易的做法,借助埋入地下的金属棒和金属板实现 对大地的电接触。其中,钢接地体的规格和接地线的规格都要按照相关规定。 选择地势较低、较为潮湿的地方将金属棒打入或者埋入地下。往往要使用 多个金属棒并联构成接地电阻小于 4? 的接地极,金属棒的一段加工成尖型,以 便打入地下,棒长为 2.5m 9.电磁辐射的危害是什么?如何防止电磁辐射? 答: 主要危害如下: (1)对人体的危害 (2)对电气、电子设备和系统的危害 (3)对电器元件的危害 防止电磁辐射的方法: 电磁屏蔽是防止电磁辐射的主要措施。 10.何谓接地电阻? 答: 接地体或自然接地体的对地电阻的总和称为接地的接地电阻 11.常见的触电事故的主要原因有哪些?怎样防止触电? 答: (1)常见触电事故的主要原因 常见的触电事故的主要原因有以下几个。 ① 电气线路、设备检修中措施不落实。 ② 电气线路、设备安装不符合安全要求。 ③ 非电工任意处理电气事务,接线错误。

④ 现场临时用电管理不善。 ⑤ 操作漏电的机器设备或使用漏电的电动工具(包括设备、工具无接地 和接零保护措施) 。 ⑥ 设备、工具已有的保护线中断。 ⑦ 移动长、高金属物体触碰高压线,在高位作业(天车、塔、架、梯等)误 碰带电体或误送电触电。 ⑧ 电焊作业者穿背心、短裤,不穿绝缘鞋,汗水浸透手套,焊钳误碰自身, 湿手操作机器按钮等。 ⑨ 水泥搅拌机等机械的电机受潮,打夯机等机械的电源线磨损。 ⑩ 暴风雨、雷击等自然灾害。 第二章 参考答案

2.交流接触器在运行中有时在线圈断电后,衔铁仍掉不下来,电动机不能 停止,这时应如何处理?故障原因在哪里?应如何排除? 答:首先用电源开关将整个回路的电源切断,再用手动按钮下压,查看主 触头是否复位,若已经复位,可再通电,若因主触头熔焊在一起,则可将接触 器拆除更换。 3.接触器的线圈额定电流和额定电压与接触器的额定电流和接触器的额 定电压有何区别? 答:线圈的额定电压标注在线包上,与是控制回路的电压一致;而额定电 压标注在铭牌上,与主回路的电压一致。 4.接触器的使用类别的含义是什么? 答:接触器用于不同的负载时,其对主触头的接通和分断能力要求不同, 按不同的使用条件来选用相应的使用类别的接触器便能满足其要求。 5. 线圈电压为 220V 的交流接触器误接入 380V 交流电源会发生什么问题? 为什么? 答:通常会烧毁。因为电压过大。 6.中间继电器的作用是什么?中间继电器和接触器有何区别?在什么情 况下中间继电器可以取代接触器启动电动机? 答:中间继电器的作用是:

中间继电器主要起中间转换(传递、放大、翻转分路和记忆)作用,其输 入为线圈的通电和断电,输出信号是触头的断开和闭合,它可将输出信号同时 传给几个控制元件或回路。中间继电器的触头额定电流要比线圈额定电流大得 多,因此具有放大信号的作用,一般控制线路的中间控制环节基本由中间继电 器组成。 区别如下: 用途上的区别:接触器是指仅有一个起始位置,能接通、承载或分断正常 条件(包括过载运行条件)下电流的非手动机械开关电器。接触器不能切断短 路电流,它可以频繁地接通或分断交、直流电路,并可实现远距离控制。其主 要控制对象是交、直流电动机,也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其他 负载。中间继电器触头和线圈通常都用在控制回路。 使用回路区别:中间继电器的触点和线圈一般都用于控制回路,而接触器 线圈在控制回路。 结构上的区别:中间继电器一般没有灭弧装置,而接触器通常有。 小功率、轻负载的电动机。 7.电动机的启动电流很大,当电动机启动时,热继电器会不会动作?为什 么? 答:正常情况下不会动作;因为电动机启动的时间比较短,因此热继电器 不会动作。 8.某电动机的额定功率为 5.5kW,电压为 380V,电流为 12.5A,启动电流 为额定电流的 7 倍,现用按钮进行启停控制,要有短路保护和过载保护,应该 选用哪种型号的接触器、按钮、熔断器、热继电器和开关? 解:额定电流 I=12.5A,接触器、按钮、熔断器、热继电器可分别选择: CJX1-12、LAY3-22、RT23-63/16 和 JRS2-25/Z。 9.什么是电流继电器和电压继电器? 答: 电流继电器(Current Relay)是反映输入量为电流的继电器。电流继电器 的线圈串联在被测量电路中,用来检测电路的电流。电流继电器的线圈匝数少, 导线粗,线圈的阻抗小。

电压继电器(Voltage Relay)是指反映输入量为电压的继电器。它的结构与 电流继电器相似,不同的是,电压继电器的线圈是并联在被测量的电路两端, 以监控电路电压的变化。电压继电器的线圈的匝数多,导线细,线圈的阻抗大。 10.按钮和行程开关的工作原理、用途有何异同? 答:按钮和行程开关的工作原理基本相同,当按下按钮时,先断开常闭触 头,后接通常开触头;当按钮释放后,在复位弹簧的作用下,按钮触头自动复 位的先后顺序相反。 用途: 一般用于发出启动或停止指令,它可以与接触器或继电器配合,对电动机 等实现远距离的自动控制,用于实现控制线路的电气联锁。多为手控制。 行程开关用于控制机械设备的运动部件行程及限位保护。在实际生产中, 将行程开关安装在预先安排的位置,当安装在生产机械运动部件上的挡块撞击 行程开关时,行程开关的触头动作,实现电路的切换。 11.温度继电器和热继电器都用于保护电动机,它们的具体作用、使用条件 有何不同? 答: 温度继电器和热继电器一样,主要是用来对电动机进行过载保护 温度继电器主要是对大、中容量异步电动机实行过载保护。在使用中一般 将它埋设在电动机的发热部位(如定子槽中或绕组端部) ,无论是电机本身出 现的温度升高,还是其他原因引起的温度升高,温度继电器都可以起到保护作 用,所以温度继电器直接反映该处的发热情况,并在温度达到设置值时动作, 具有“全热保护”作用。 热继电器是按电流原则工作的,这种继电器所反映的是电动机的电流,虽 然电动机过载是其绕组温升过高的主要原因,而且可通过反映电流的热元件间 接反映出温升的高低。 12.第 8 小题中若选用了低压断路器,还一定需要选用熔断器和热继电器 吗?请选择适合的低压断路器型号。 答:不一定要选用熔断器和热继电器;型号是:DZ47-63/16。 13.熔断器的额定电流和熔体的额定电流有何区别?

答:熔断器的额定电流大于等于熔体的额定电流。 14.在什么情况下,电动机可以不进行过载保护? 答:短时间运行的电动机。 15.说明熔断器和热继电器的保护功能有何不同? 答:熔断器:短路保护和严重过载保护; 热继电器:过载保护。 16.现使用 CJX1-9 接触器控制一台电动机,若改用固态继电器,请选用合 适的型号。 答:适合的型号很多,但额定电流一定要比 9A 大,如:10A。 17. 空气式时间继电器如何调节延时时间?JS7-A 型时间继电器触头有哪几 类?画出它们的图形符号。 答:用螺丝刀调节。 其触头有如下类型:

18.空气式时间继电器与晶体管时间继电器、数显式时间继电器相比有何 缺点? 答:空气式时间继电器体积大,定时范围小,精度低,价格低,基本已经 淘汰; 晶体管时间继电器体积小,定时范围大,精度高,价格低,使用广泛; 数显式时间继电器体积小,定时范围大,精度高,价格高,使用广泛。 19.什么是主令电器?常用的主令电器有哪些? 答:在控制系统中,主令电器用做闭合或断开控制电路,以发出指令或作 为程序控制的开关电器。它一般用于控制接触器、继电器或其他电气线路,从 而使电路接通或者分断,来实现对电力传输系统或者生产过程的自动控制。

主令电器应用广泛,种类繁多,按照其作用分类,常用的主令电器有控制 按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器及其他主令电器(如 脚踏开关、倒顺开关、紧急开关、钮子开关等) 。 21.智能电器有什么特点?其核心是什么? 答:智能电器有保护、监测、自诊断、显示等功能; 22.三线式 NPN 型接近开关怎样接线? 答:

23.电容式和电感式开关传感器的区别是什么? 答:工作原理不同;能够探测的物体种类多少有区别,前者多,后者少。 24.两线/三线式 NPN 和 PNP 型接近开关怎样接线?

二线式 NPN 型接近开关接线图 接近开关接线图

二线式 PNP 型

三线式 NPN 型接近开关接线图 接近开关接线图

三线式 PNP 型

25.根据国家标准,三线式接近开关的信号线、电源线分别是什么颜色? 答:棕色-电源正极;黑色-信号线;蓝色-电源负极。 26.常用的接近开关有哪些类型? 答:按照工作原理区分,接近开关分为电感式、电容式、光电式和磁感式 等形式。另外,根据应用电路电流的类型分为交流型和直流型。 27.怎样选用合适的接近开关?在选择接近开关的检测距离时要注意什么

问题? 答:选型: ① 接近开关类型的选择。检测金属时优先选用感应式接近开关,检测非金 属时选用电容式接近开关,检测磁信号时选用磁感式接近开关。 ② 外观的选择。根据实际情况选用,但圆柱螺纹形状的最为常见。 ③ 检测距离的选择。 ④ 信号的输出选择。 ⑤ 触头数量的选择。 ⑥ 开关频率的确定。 ⑦ 额定电压的选择。 28.固态继电器与接触器相比有何优势? 答:体积小;动作快;允许动作频率大;无触点,噪声小。 29.某学生用万用表判定按钮的接线端子的定义,他的操作和结论如下: (1)用万用表的“欧姆挡”测定 1 号和 3 号端子间的电阻约为 0,所以判定 1 号和 3 号端子间是常闭触头。 (2)用万用表的“欧姆挡”测定 1 号和 2 号端子电阻为无穷大,所以判定 1 号和 2 号端子间是常开触头。 请问该学生的结论是否正确?为什么? 答:第一个判断正确;但第二个判断不准确,若压下按钮,用万用表的“欧 姆挡”测定 1 号和 2 号端子电阻为零,才能判定 1 号和 2 号端子间是常开触头。 30.常见的启动器的种类和用途是什么? 答:按照启动方法分类,启动器有直接启动和减压启动两大类。其中,减 压启动器又分为星形-三角形启动器、自耦减压启动器、电抗减压启动器、电 阻减压启动器和延边三角形启动器。 31.只用两个单相固态继电器,而把电源的第三相与电动机直接相连,这 种设计方案的优缺点是什么? 答:优点:成本低; 缺点:当定子短路和接地断开时,可能会触电。 32.交流接触器的线圈能否串联使用?为什么?

答:不能,电压过低时,接触器不能动作。 33.怎样区分常开和常闭触头?时间继电器的常开与常闭触头与中间继电 器的常开与常闭触头有何区别? 答:本章的实训中有具体的方法。 34.电压继电器和电流继电器在电路中起什么作用? 欠电流继电器常用于直流电动机和电磁吸盘的失磁保护。而瞬动型过流继 电器常用于电动机的短路保护,延时型继电器常用于过载兼短路保护。过流继 电器分为手动复位和自动复位两种。 过电压继电器在电压为额定电压的 110%~115%以上时动作,欠电压继电 器在电压为额定电压的 40%~70%时动作,零电压继电器在电压为额定电压的 5%~25%时动作。过电压继电器在电路正常工作条件下(未出现过压) ,动铁 芯不产生吸合动作,而欠电压继电器在电路正常工作条件下(未出现欠压) ,衔 铁处于吸合状态。 35.是否可以用过电流继电器取代热继电器作为电动机的过载保护? 答:可以。 36.简要说明漏电保护器的工作原理。 答:当被保护电路中出现漏电事故时,由于有漏电的存在,三相交流电的 电流矢量和不为零,零序电流互感器的二次侧有感应电流产生,当剩余电流脱 扣器上的电流达到额定漏电动作电流时,剩余电流脱扣器动作,使漏电断路器 切断电源,从而达到防止触电事故的发生。 37.电子式电器的特点是什么? 答:体积小;精度高;动作频率大;使用方便;功能强大。 38.继电器有什么功能? 答:继电器的作用如下: ① 输入与输出电路之间的隔离。 ② 信号切换(从接通到断开) 。 ③ 增加输出电路(切换几个负载或者切换不同的电源负载) 。 ④ 切换不同的电压或者电流负载。 ⑤ 闭锁电路。

⑥ 提供遥控功能。 ⑦ 重复信号。 ⑧ 保留输出信号。 39.同一电器的约定发热电流和额定电流哪个更大? 答:约定发热电流大。

第三章

参考答案

1.三相异步交流电动机换向的原理是什么? 答:改变通电相序。 2.直流电动机换向的原理是什么? 答:改变定子或者转子的极性。 3.三相异步交流电动机有哪几种调速方法? 答:变频调速;变极调速;变转差率。 4.直流电动机有哪几种调速方法? 答:弱磁调速;调压调速;串电阻调速。 5.电气控制系统的常用保护环节有哪些? 答:电压保护;电流保护;还有速度保护、漏电保护、超速保护、行程保 护、油压(水压)等。 6.常用的电气系统图有哪些? 答:原理图、接线图和布置图。 7.多地启动和停止控制用在什么场合? 答:多用于大型设备的控制。 8.根据图 3-4 所示的电动机单向点动线路图,画出对应的接线图和布置图。 9.根据图 3-8 所示的电动机正/反转原理图,画出对应的接线图和布置图。 10. 3-6 所示为自动往复循环控制线路, 图 指出 SQ3 和 SQ4 的作用是什么。 答:当 SQ1 或 SQ2 损坏时,SQ3 和 SQ4 可替代 SQ1 或 SQ2 限位,实质上 起保险作用。 11.大功率的三相异步交流电动机为何要减压启动? 答:电动机空载启动电流通常是额定电流的 4~8 倍,若不降压启动,较大

的电压降将严重影响周边设备或者变压器的正常工作。 12.直流电动机启动时为何要在电枢中串入电阻? 答:直流电动机的空载启动电流通常是额定电流的 10~20 倍,在电枢中串 入电阻是为了降压启动,减小启动电流。 13.三相异步交流电动机减压启动的常用方法有哪些? 答:星形-三角形减压启动、自耦变压器减压启动等。 14.三相异步交流电动机制动的常用方法有哪些? 答:机械制动、反接制动、自励发电-短接制动、电容-电磁制动和能耗制 动等。 15.直流电动机制动的常用方法有哪些? 答:反接制动和能耗制动。 16.三相异步交流电动机调速的常用方法有哪些? 答:变频调速;变极调速;变转差率。 17.有一台电动机功率为 7.5kW,现要求其反接制动 IZ≤1/2Ist,估算在三 相电路中应该串入多大阻值和功率的电阻。 解:先估算电动机的额定电流和启动电流 额定电流约为 I ?
P 7500 ? ? 19.7 A U 380

一般 I st ? (4 ~ 7) I ,可取 I st ? 5.5I ? 5.5 ?19.7 ? 108.6 A
Rz ? 1.5 ? 200 200 = .5 ? 1 =2.8? I st 108.6

P ? (1 / 3 ~ 1 / 4) I Z)RZ (W )= / 3 ? (0.5 ?108.6)2 ? 2.8 ? 2.752 ( 2 1 W
18.有一台笼型电动机,功率为 20kW,额定电压为 380V,额定电流
I N =38.4A, I 0 =14.9A,定子绕组的电阻为 0.83?,定子绕组为 Y 接线,估算这

台电动机采用全波能耗制动时所需的直流电压、直流电流以及变压器的二次侧 电压和功率。 解:
I Z ? (3.5 ~ 4) I 0=4 ?14.9=59.7 A
U Z=I Z R ? 59.7 ? 0.83 ? 66.3V

变压器二次侧的电流为:

I 2=I Z / 0.9 ? 59.7 / 0.9 ? 66.3 A

变压器二次侧的电压为:
U 2=U Z / 0.9 ? 49.5 / 0.9 ? 55V

变压器的容量为:

P=U 2 I 2 ? 66.3 ? 55 ? 3646? 3.7kW
19.单相异步电动机只有一个绕组吗? 答:实用单相异步电动机通常有 2 个绕组。 20.简述家用电风扇的电抗器调速的原理。 答:单相异步电动机有一个主绕组和副绕组,属于电容启动运行式电动机。 当选择开关选择“低”挡位时,由于电抗器的分压最多,导致主绕组的电压最 低,因此转速也最低;当选择开关选择“高”挡位时,由于电抗器不分压,主 绕组的电压最高,因此转速也最高;当选择开关选择“中”挡位时,由于电抗 器的分压中等,主绕组的电压中等,因此转速也是中等。 21.单相异步电动机有几种启动方法? 答:单相异步电动机的启动方法分为单相分相启动、单相电容启动、单相 电容启动运转 3 种方法 22.单相异步电动机有几种常用的调速方法? 答:电抗器调速和晶闸管调速。 24.图 3-16 中的反接制动采用了速度继电器,若不使用速度继电器,而采 用时间继电器,应该如何设计控制线路?
L1 L2 L3 QS FU1 KM2 R KM1 SB1 KM1 KM2 FR KM1 KT FR FU2 SB2 KM2

M1 3

KM1

KT

KM2

第四章

参考答案

1.为什么图 4-1 中的 M1 电动机没有进行短路保护,而 M2、M3 电动机有 短路保护? 答:QF 对 M1 进行短路保护;M2 和 M3 的功率相对较小,因此 QF 不能 对 M2 和 M3 起到短路保护。 2.为什么图 4-1 中的 M3 电动机没有进行过载保护,而 M1、M2 电动机有 过载保护?若图中不使用热继电器,可以使用什么电器取代? 答:M2 电动机的运行时间很短;一般不会过载。QF 对 M1 进行过载保护; 可以用断路器取代。 3.图 4-1 中的电动机不进行接地有什么问题? 答:可能发生触电事故。 4.分析图 4-4 和图 4-5,若变速手柄推不上,应该怎么办? 答:压下行程开关 SQ5,使接触器 KM1 和 KM2 瞬时接通,主轴就作瞬时 转动。 5.分析图 4-4 和图 4-5,主轴是怎样制动的? 答:按停止按钮 SB1 或者 SB2,切断 KM1 或者 KM2 线圈的供电线路,并 且接通 YC1 主轴制动电磁离合器,主轴即可停止转动。铣床主轴的制动是机械 制动。 6.分析图 4-4 和图 4-5,简述圆工作台的工作过程。 答:圆工作台的回转运动是进给电动机经过传动机构驱动的,使用圆工作 台时,先将 SA3 转到接通位置,然后操纵启动按钮,则接触器 KM1 和 KM3 相 继接通, 圆工作台开始转动。 圆工作台的回路为: SQ6→SQ4→SQ3→SQ1→SQ2 →SA3→KM4(触头)→KM3(线圈) 。 7.分析图 4-4 和图 4-5,设计 XA5032 铣床的接线图和布置图。 8. 若图 4-7 中不用限位开关 SQ, 会出现什么问题?是否影响液压系统的保 压与补压? 答:到达极限位置后,液压系统仍然在工作,对油缸不利。 9.若图 4-7 中不用断路器 QF2、QF3,可用什么电器取代?

答:熔断器和热继电器取代。 11. 在图 4-10 中, 若将 PNP 接近开关换成 NPN 接近开关, 应该怎样接线? 若将接近开关换成行程开关,则应该怎样设计原理图? 13.在图 4-11 中,RC1、RC2、RC3 的作用是什么? 答:消灭电弧。 14.在图 4-12 中,控制系统电动机 M1 是怎样进行调速、制动和换向的? 答:调速:采用的是模拟量无级调速;制动采用的是再生制动。 15.在图 4-13 中,换刀是怎样进行的? 答:当 HNC-21 的 Y06 输出低电平发出刀具松紧信号时,使 KA4 的线圈上 电,刀具松紧电磁阀通电,刀具松开,将刀具拔下,延时一段时间后,HNC-21 的 Y12 输出低电平发出吹气信号,使 KA7 的线圈上电,继电器 KA7 的常开触 头闭合,主轴吹气电磁阀通电,吹掉主轴锥孔内的脏物,延时一段时间后, HNC-21 的 Y12 输出高电平,吹气电磁阀断电,停止吹气。HNC-21 数控系统实 际上就是一台特殊的工业控制计算机,它具有定时功能,因此虽然吹气时有延 时,仍然不需要时间继电器。

第五章 1.PLC 的主要性能指标有哪些? 答: (1)输入/输出(I/O)点数 (2)存储容量 (3)扫描速度 (4)指令系统 (5)内部寄存器(继电器) (6)扩展能力 2.PLC 主要用在哪些场合? 答: (1)顺序控制 (2)计数和定时控制 (3)位置控制

参考答案

(4)模拟量处理 (5)数据处理 (6)通信连网 3.PLC 怎样分类? 答: (1)从组成结构形式分类 可以将 PLC 分为两类:一类是整体式 PLC(也称单元式) ,其特点是电源、 中央处理单元、I/O 接口都集成在一个机壳内;另一类是标准模板式结构化的 PLC(也称组合式) 。 (2)按输入/输出(I/O)点数分类 ① 小型 PLC。小型 PLC 的 I/O 点数一般在 128 点以下。 ② 中型 PLC。中型 PLC 采用模块化结构,其 I/O 点数一般在 256~1 024 点之间。 ③ 大型 PLC。一般 I/O 点数在 1 024 点以上的称为大型 PLC。 4.PLC 的发展趋势是什么? 答:PLC 的发展趋势如下。 ① 向高性能、高速度、大容量的方向发展。 ② 网络化。 ③ 小型化、低成本、简单易用。 ④ 不断提高编程软件的功能。 ⑤ 适合 PLC 应用的新模块。 ⑥ PLC 的软件化与 PC 化。 5.PLC 的结构主要由哪几个部分组成? 答:可编程控制器的功能结构区由 CPU(中央处理器) 、存储器和输入/输 出模块三部分组成。 6. PLC 的输入和输出模块主要由哪几个部分组成?每部分的作用是什么? 答:输入接口电路由接线端子、信号调理和电平转换电路、模块状态显示、 电隔离电路和多路选择开关模块组成。 输出接口电路由多路选择开关模块、信号锁存器、电隔离电路、模块状态 显示、输出电平转换电路和接线端子组成。

7.PLC 的存储器可以细分为哪几个部分? 答:一种是只读类型的存储器,如 EPROM 和 EEPROM,另一种是可读/ 写的随机存储器 RAM。

8.PLC 是怎样进行工作的? 答:PLC 用扫描工作方式进行工作,主要分为 3 个阶段:输入扫描、程序 执行和输出刷新。 9.举例说明常见的哪些设备可以作为 PLC 的输入设备和输出设备? 答:输入端的设备类型可以是限位开关、按钮、压力继电器、继电器触点、 接近开关、选择开关、光电开关等。 输出端的设备类型可以是电磁阀的线圈、电动机的启动器、控制柜的指示 器、接触器的线圈、LED 灯、指示灯、继电器的线圈、报警器和蜂鸣器等。 10.什么是立即输入和立即输出?它们分别在何种场合应用? 答:立即输入适用于要求对反映速度很严格的场合,例如,几毫秒的时间 对于控制来说十分关键的情况下。立即输入时,PLC 立即挂起正在执行的程 序,扫描输入模块,然后更新特定的输入状态到输入映像表,最后继续执行剩 余的程序。 所谓立即输出功能就是输出模块在用户程序时,能立即被刷新。PLC 临时 挂起(中断)正常运行的程序,将输出映像表中的信息输送到输出模块,立即 进行输出刷新,然后再回到程序中继续运行。 11.S7 系列的 PLC 有哪几类? 答: SIMATIC S7 系列产品分为通用逻辑模块 (LOGO!) 微型 PLC 、 (S7-200 系列) 、中小型 PLC(S7-300 系列)和大中型 PLC(S7-400 系列)4 个产品系 列。 12.S7-200 系列 PLC 有什么特色? 答: (1)有功能强大的指令集 (2)丰富的通信功能

(3)编程软件容易使用且功能强大 (4)提供多种扩展模块 (5)有较好的性能价格比 13. S7-200 系列 CPU 有几种工作方式?下载文件时, 能否使其置于 “运行” 状态? 答:STOP、RUN;下载文件时,PLC 不能处于“运行”状态。 14.使用模拟量输入模块时,要注意什么问题? 答:① 模拟量模块有专用的扁平电缆(与模块打包出售)与 CPU 通信, 并通过此电缆由 CPU 向模拟量模块提供 5V DC 的电源。 此外, 模拟量模块必须 外接 24V DC 电源。 ② 每个模块能同时输入/输出电流或者电压信号, 对于模拟量输入的电压或 者电流信号选择通过 DIP 开关设定,量程的选择也是通过 DIP 开关来设定的。 一个模块可以同时作为电流信号或者电压输入模块使用,但必须分别按照电流 和电压型信号的要求接线。但是 DIP 开关设置对整个模块的所有通道有效,在 这种情况下,电流、电压信号的规格必须能设置为相同的 DIP 开关状态。如表 5-6 中,0~5V 和 0~20mA 信号具有相同的 DIP 设置状态,可以接入同一个模 拟量模块的不同通道。 ③ 对于模拟量输入模块,传感器电缆线应尽可能短,而且应使用屏蔽双绞 线,导线应避免弯成锐角。靠近信号源屏蔽线的屏蔽层应单端接地。 ④ 未使用的通道应短接,如图 5-21 中的 B+和 B? 端子未使用,进行了短 接。 ⑤ 一般电压信号比电流信号容易受干扰,应优先选用电流信号。电压型的 模拟量信号由于输入端的内阻很高(S7-200 的模拟量模块为 10M?) ,极易引入 干扰。一般电压信号是用在控制设备柜内电位器设置,或者距离非常近、电磁 环境好的场合。电流型信号不容易受到传输线沿途的电磁干扰,因而在工业现 场获得广泛的应用。电流信号可以传输比电压信号远得多的距离。 ⑥ 对于模拟量输出模块,电压型和电流型信号的输出信号的接线不同,各 自的负载接到各自的端子上。 ⑦ 前述的 CPU 和扩展模块的数字量的输入点和输出点都有隔离保护,但

模拟量的输入和输出则没有隔离。如果用户的系统中需要隔离,请另行购买信 号隔离器件。 ⑧ 模拟量输入模块的电源地和传感器的信号地必须连接(工作接地) ,否 则将会产生一个很高的上下振动的共模电压,影响模拟量输入值,测量结果可 能是一个变动很大的不稳定的值。 ⑨ 模拟量输出模块总是要占据两个通道的输出地址。即便有些模块(EM 235)只有一个实际输出通道,它也要占用两个通道的地址。在计算机和 CPU 实际联机时,使用 Micro/WIN 的菜单命令“PLC”|“信息” ,可以查看 CPU 和扩展模块的实际 I/O 地址分配。 15.在例 5-2 中,如果不经过转换能否直接用晶体管输出 CPU 代替?应该 如何转换? 答:不能;加中间继电器。 16.以下哪些表达有错误?请改正。 AQW3、8#11、10#22、16#FF、16#FFH、2#110、2#21 答:改正如下: AQW2、9、22、16#FF、16#FF、2#110、2#11 17.如何进行 S7-200 的电源需求与计算? 答:所谓电源计算,就是用 CPU 所能提供的电源容量减去各模块所需要的 电源消耗量。S7-200 CPU 模块提供 5V DC 和 24V DC 电源。当有扩展模块时, CPU 通过 I/O 总线为其提供 5V 电源,所有扩展模块的 5V 电源消耗之和不能超 过该 CPU 提供的电源额定值。若不够用,不能外接 5V 电源。 18.通信口参数如何设置? 答: 19.是否可以通过 EM 277 模块控制变频器? 答:不能 20.为什么重新设置 EM 277 地址后不起作用? 答:必须将 EM 277 断电,设置的地址才起作用。 21.S7-200 系列 PLC 的输入和输出怎样接线? 答:参考图 5-6 输入/输出接口。

22.PLC 控制与继电器控制有何优缺点? 答: 比 较 项 目 控制逻辑 继电器控制系统 PLC 软逻辑,体积小,接线少,控制灵 活 由半导体电路实现控制、指令执行 时间段,一般为微秒级 由集成电路的定时器完成,精度高

硬接线多,体积大,连线多 通过触点开关实现控制,动

控制速度

作受继电器硬件限制,通常 超过 10ms

定时控制 设计与施 工 可靠性与 维护 价格

由时间继电器控制,精度差

设计、施工、调试必须按照 系统设计完成后,施工与程序设计 顺序进行,周期长 同时进行,周期短

触点寿命短,可靠性和维护 无触点,寿命长,可靠性高,有自 性差 低廉 诊断功能 昂贵

第六章

参考答案

1.计算机安装 STEP 7-Micro/WIN 软件需要哪些软、硬件条件? 答:① Windows 2000 SP3 以上操作系统,或者 Windows XP Home 和 Windows XP Professional 操作系统, 但建议不要使用 Windows XP Home 操作系 统,因为在此操作系统上有些功能受限,如不能使用 CP 卡通信。 ② 至少 350MB 硬盘空间。 2.没有 RS-232C 接口的笔记本电脑要使用具备 RS-232C 接口的编程电缆 下载程序到 S7-200 PLC 中,应该做哪些预处理? 答:如果有的笔记本电脑没有 RS-232C 接口,并不意味着不能使用笔记本 电脑,只需要将 USB-RS232(USB/Serials)转换器安装在笔记本电脑的 USB 接 口和通信电缆的 RS-232C 接口之间,即可实现可靠的通信。但对于有的计算机, 可能会出现通信故障,安装 USB/Serials 转换器的驱动程序。

3.在 STEP 7-Micro/WIN 软件中, “局部编译”和“完全编译”的区别是 什么? 答:全部编译指令按照下列顺序编译全部三个块。 (1)程序块(OB1、全部子程序、全部中断例行程序) (2)数据块(DB1) (3)系统块(SDB0) 而编译指令编译当前块,当前块为现用编辑程序。 4.连接计算机的 RS-232C 接口和 PLC 的编程口之间的编程电缆时,为什 么要关闭 PLC 的电源? 答:不关闭 PLC 的电源,可能造成通信口烧毁。 5. S7-200 PLC 处于监控状态时, 当 能否用软件设置 PLC 为 “停止” 模式? 答:不能。 6.如何设置 CPU 的密码?怎样清除密码?怎样对整个工程加密? 答: (1) ① CPU 的内置超级电容,在断电时间不太长时,可以为数据和时钟的保 持提供电源缓冲。 ② CPU 上可以附加电池卡,与内置电容配合,长期为时钟和数据保持提供 电源。 ③ 设置系统块,在 CPU 断电时自动保存 M 区中的 14 字节的数据。 ④ 在数据块中定义不需要更改的数据,下载到 CPU 内可以永久保存。 ⑤ 用户编程使用相应的特殊寄存器功能, 将数据写入 EEPROM 永久保存。 (2)通过设置密码可以限制对 S-200 CPU 的内容的访问。在“系统块”对 话框中,单击“系统块”节点下的“密码” ,可打开“密码”选项卡,设置密码 保护功能。 7.断电数据保持有几种形式实现?怎样判断数据块已经写入 EEPROM? 答:数据保持功能依靠如下几种方式实现: ① CPU 的内置超级电容,在断电时间不太长时,可以为数据和时钟的保 持提供电源缓冲。 ② CPU 上可以附加电池卡,与内置电容配合,长期为时钟和数据保持提供

电源。 ③ 设置系统块,在 CPU 断电时自动保存 M 区中的 14 字节的数据。 ④ 在数据块中定义不需要更改的数据,下载到 CPU 内可以永久保存。 ⑤ 用户编程使用相应的特殊寄存器功能, 将数据写入 EEPROM 永久保存。 8.状态表和趋势图有什么作用?怎样使用?二者有何联系? 答: (1)状态表可以监控数据,趋势图同样可以监控数据。 (2)使用状态表监控数据时的结果是以表格的形式表示的,而使用趋势图 时则以曲线的形式表达。 9.工具浏览条中有哪些重要的功能? 答:工具浏览条中有指令向导、文本显示向导、位置控制向导、PID 控制面 板、以太网向导和 EM 253 控制面板等工具。 10.交叉引用有什么作用? 答:交叉引用表对查找程序中数据地址的使用十分有用。 11.仿真软件的优缺点有哪些? 答:与 PLC 相比,仿真软件有省钱、方便等优势,但仿真软件毕竟不是真 正的 PLC,它只具备 PLC 的部分功能,不能实现完全仿真。

第七章

参考答案

1.写出图 7-78 所示梯形图所对应的语句表指令。 答: 网络 1 LD LDN O A OLD AN LD O ALD I0.5 I0.6 I0.4 I0.0 I0.2 I0.3 I0.4

= 网络 2 LD LPS AN = LPP A A =

Q0.1

I1.1

I1.2 Q0.1

I1.3 I1.4 Q0.1

2.根据下列语句表程序,画出梯形图。 解:

3.3 台电动机相隔 5s 启动,各运行 20s,循环往复。使用移位指令和比较 指令完成控制要求。 答:

4.用 PLC 设计一个闹钟,每天早上 6:00 闹铃。 解:

5.用 PLC 的置位、复位指令实现彩灯的自动控制。控制过程为:按下启 动按钮,第一组花样绿灯亮;10s 后第二组花样蓝灯亮;20s 后第三组花样红灯

亮,30s 后返回第一组花样绿灯亮,如此循环,并且仅在第三组花样红灯亮后方 可停止循环。 解:

6.如图 7-79 所示为一台电动机启动的工作时序图,试画出梯形图。

图 7-79 解:

习题 6 附图

7.用 3 个开关(I0.1、I0.2、I0.3)控制一盏灯 Q1.0,当 3 个开关全通或者 全断时灯亮,其他情况灯灭。 (提示:使用比较指令。 ) 解:

8.用移位指令构成移位寄存器,实现广告牌字的闪耀控制。用 HL1~HL4 四只灯分别照亮“欢迎光临”四个字,其控制要求见表 7-28,每步间隔 1s。 表 7-28 流 HL1 HL2 HL3 HL4 程 1 √ √ √ √ 2 广告牌字闪耀流程 3 4 5 √ √ √ √ 6 7 √ √ √ √ 8

9.运用算术运算指令完成算式[ (100+200)×10]/3 的运算,并画出梯形图。

10.编写一段程序,将 VB100 开始的 50 个字的数据传送到 VB1000 开始的 存储区。

11.编写将 SM100 的高、低字节内容互换并将结果送入定时器 T37 作为定 时器预置值的程序段。

12.某系统上有 1 个 S7-226 CPU、2 个 EM 221 模块和 3 个 EM 223 模块, 计算由 CPU 226 供电,电源是否足够?

解:足够。 13.例 7-7 中使用的是什么样输出形式的 PLC?若改为继电器输出的 PLC,请画出接线图。 解:继电器输出;

14.现有 3 台电动机 M1、M2、M3,要求按下启动按钮 I0.0 后,电动机按 顺序启动(M1 启动,接着 M2 启动,最后 M3 启动) ,按下停止按钮 I0.1 后,电 动机按顺序停止(M3 先停止,接着 M2 停止,最后 M1 停止) 。试设计其梯形图 并写出指令表。 解:

15.如图 7-80 所示,若传送带上 20s 内无产品通过则报警,并接通 Q0.0。

试画出梯形图并写出指令表。

图 7-80 解:

习题 15 附图

16.如图 7-81 所示为两组带机组成的原料运输自动化系统,该自动化系统 的启动顺序为:盛料斗 D 中无料,先启动带机 C,5s 后再启动带机 B,经过 7s 后再打开电磁阀 YV,该自动化系统停机的顺序恰好与启动顺序相反。试完成梯 形图设计。

17.试用 DECO 指令实现某喷水池花式喷水控制。控制流程要求为第一组 喷嘴喷水 4s,第二组喷嘴喷水 2s,两组喷嘴同时喷水 2s,都停止喷水 1s,重复 以上过程。 18.编写一段检测上升沿变化的程序。每当 I0.1 接通一次,VB0 的数值增 加 1,如果计数达到 18 时,Q0.1 接通,用 I0.2 使 Q0.1 复位。

图 7-81

习题 16 附图

第八章 1.触摸屏的工作原理是什么?

参考答案

答:触摸屏工作时,用手或其他物体触摸触摸屏,系统将根据手指触摸的 图标或文字的位置来定位以选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控

制器组成。触摸检测部件安装在显示器的屏幕上,用于检测用户触摸的位置并 送至触摸屏控制器,触摸屏控制器将接收到的信息转换成触点坐标,再送给 CPU,它同时接收 CPU 发来的命令并加以执行。

2.在进行 PLC 的硬件系统设计时要注意哪些问题? 答: ① 西门子 S7-200 系列 PLC 输入端需外接 24V DC 电源,可以选用西门子 生产的电源,但西门子的电源价格较高,使用市面上的品牌开关电源是完全能 够满足要求的。这点有别于三菱 FX 系列 PLC,三菱 FX 系列 PLC 的输入端不 要外接电源。 ② 输入端开关(如按钮)一般都用常开触点,但注意急停开关必须接常闭 触点,尽管从逻辑上讲,急停开关接常开触点是可行的,但如果急停开关接常 开触点,由于某些情况下,急停开关的连线断开,系统仍然能正常工作,但紧 急情况,特别是重大事故发生时,急停开关将不能起到作用,很容易发生事故。 如果急停开关接常闭触点,只要急停开关的连线断开,系统就不能正常工作, 因此, “急停开关”总是能起到作用。 ③ 输出端若用直流电源,则最好与接触器或继电器线圈并联一个续流二极 管,续流二极管起续流作用。用户应注意二极管的接法,若接反,则会短路。 ④ 输出端若用交流电源,则最好与接触器或继电器线圈并联一个浪涌吸收 器。 ⑤ 若接触器的电源是 220V 交流电,电磁阀的电源是 24V 直流电,因此二 者一定不能共用一组输出。 ⑥ 在画 I/O 接线图前务必认真阅读选定型号 PLC 的使用说明书, 否则极易 出错。 ⑦ 由于 PLC 的继电器比较小, 允许通过的电流只有 2A, 损坏后不易更换, 因此建议将每个输出点转接一个中间继电器,再由中间继电器控制电磁阀和接 触器的线圈,尽量保护 PLC,故建议使用图 8-46 所示的接线图中的方案 2。 3.网络中主站和从站的含义分别是什么? 答:主站(Master Station) :PLC 网络系统中进行数据连接系统控制的站,

主站上设置了控制整个网络的参数,每个网络系统只有一个主站,主站号的固 定为“0” ,站号实际就是 PLC 在网络中的地址。 从站 (Slaver Station) PLC 网络系统中, : 除主站外, 其他的站称为 “从站” 。 4.网关、交换机和中继器在网络中的作用是什么? 答: 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。 在使用不同的通信协议、 数据格式或语言,甚至体系结构完全不同的两种系统之间,网关是一个翻译器。 用于网络信号放大、调整的网络互联设备,能有效延长网络的连接长度。 5.如果将例 8-3 中的 PLC 改成三菱 FX2N 系列 PLC,则怎样接线?
L G N COM SB

X0 Y2

FX2N-48MT
COM1
0V

Y0 1K CPCP+

1K DIR

M
+24V

步进驱动器

DIR+

6.为什么 PLC 的高速输出点与步进驱动器相连要串联一只 2k?的电阻? 答: 这是因为步进驱动器的控制信号是+5V, 而西门子 PLC 的输出信号是+24V, 显然是不匹配的。解决问题的办法就是在 PLC 与步进驱动器之间串联一只 2k? 的电阻,起分压作用,因此输入信号近似等于+5V。有的资料指出串联一只 2k? 的电阻是为了将输入电流控制在 10mA 左右,也就是起限流作用,在这里电阻 的限流或分压作用的含义在本质上是相同的。 7.某步进电相连的红色引出线应该与步进驱动器的 A 接线端子相连,绿色 引出线应该与步进驱动器的 A 接线端子相连,若刚好接反,是否可行?会产生 什么现象? 答:可行,会反转。 8.怎样通过 PLC 控制步进电动机的正/反转? 答:步进电动机的驱动器上上通常有方向控制端子,在这个端子上的通断 电,可改变步进电动机的旋转方向。

9.有一台步进电动机,其脉冲当量是 3 度/脉冲,当此步进电动机转速为 250r/min 时转 10 圈,若用 S7-226 PLC 控制,请画出接线图,并编写梯形图程 序。 解:接线图参考教材。 因为脉冲当量是 3 度/脉冲,所以 10 圈需要发送 1200 个脉冲; 而 250r/min 的转速需要的频率是 500 脉冲/秒。 只要将 1200 赋值给 SMD72 , 500 赋值给 SMW68,其余的程序参考教材。 10.有一台步进电动机与一只螺距为 2mm 的丝杠直接相连,工作台在丝杠 上,步进电动机的脉冲当量是 3 度/脉冲,当此步进电动机转速为 250r/min 时工 作台移动 10mm,若用 S7-226 PLC 控制,请画出接线图,并编写梯形图程序。 解:螺距为 2mm 的丝杠移动 10mm,就是电动机转 5 圈,即需要发送 600 个脉冲,其余同上一题类似。 11.继电器输出的 PLC 是否能够用于控制步进电动机? 答:不可以。 12.使用 PID 指令要注意什么问题?PID 的含义是什么? 答: 程序中最多可以使用 8 条 PID 指令, ① 回路号为 0~7, 不能重复使用。 ② PID 指令不对参数表的输入值进行范围检查。必须保证过程变量、给定 值积分项前值和过程变量前值在 0.0~1.0 之间。 ③ 使 ENO=0 的错误条件:0006(简介地址),SM1.1(溢出,参数表起 始地址或指令中指定的 PID 回路指令号操作数超出范围)。 13.S7-200 系列 PLC 支持哪些通信方式? 答:西门子的 S7-200 系列 PLC 可以支持 PPI 通信、MPI 通信(从站) 、 MODIBUS 通信(从站) 、USS 通信、自由口协议通信、PROFIBUS-DP 现场总 线通信(从站) 、AS-I 通信和以太网通信。 14.RS-485 和 RS-422 有什么区别? 答:RS-485 接口是在 RS-422 基础上发展起来的一种 EIA 标准串行接口, 采用“平衡差分驱动”方式。RS-485 接口满足 RS-422 的全部技术规范,可以用 于 RS-422 通信。前者是半双工,而后者是全双工。 15.PPI 通信电缆和网络连接器应该怎样连接?3 台 S7-226 进行 PPI 通信

时,各 PLC 的偏流电阻应该拨在“ON”还是拨在“OFF”位置上? 答:西门子的专用 PROFIBUS 电缆中有两根线,一根为红色,一根为绿色, 上面标有“A”和“B” ,这两根线只要与网络接头上相对应的“A”和“B”接 线端子相连即可(如“A”线与“A”接线端相连) 。全部置于“OFF”上。 16.SM30 中赋值为 2 和 9 时的含义分别是什么? 答:PPI 通信的主站模式;自由口通信,波特率为:9600bit/s。 17.常用的变频器有几种调速方法? 答:一般的变频器的调速方法有键盘调速、多段调速、通信调速和外部模 拟量调速等。 18.将例 8-6 中的晶体管输出的 PLC 换成继电器输出的 PLC,则接线图有 怎样的变化?若改为三菱 FX2N 晶体管输出 PLC,则接线图又将如何变化? 解:
+24V GND SB 1M I0.0 PLC 1L Q0.0 L N FU +24V DIN1 L1 L2 MM440变频器 U V W

M 3

GND 24V PE

M L+

EM232

I0 M0

AIN+ AIN-


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