电气控制与plc应用技术课后答案.doc

 1---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。

1---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。

1---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

1-----16控制按钮、转换开关、行程开关、接近开关、光电开关在电路中各起什么作用 
控制按钮作用：在控制电路中用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器等。  
转换开关作用：转换开关是一种多档式、控制多回路的主令电器。广泛应用于各种配电装置的电源隔离、电路转换、电动机远距离控制等，也常作为电压表、电流表的换相开关，还可用于控制小容量的电动机。 行程开关作用：用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置的一种自动控制器件。  接近开关作用：不仅用于行程控制和限位保护，还用于高速计数、测速、液面控制、检测金属体的存在、零件尺寸以及无触点按钮等。既使用于一般行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命和对恶劣环境的适应能力也优于一般机械式行程开关。 
光电开关作用：可非接触、无损伤地检测和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。目前，光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出以及安全防护等诸多领域。

2---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？
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。

2---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：

2----11、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。

2---13、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。

3---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。

3---10 构成PLC的主要部件有哪些？各部分主要作用是什么 
CPU：中央处理单元
存储器：PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。 
  系统存储器用来存放由PLC厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改。系统程序包括三部分：系统管理程序、用户指令解释程序以及标准程序模块与系统调用。用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户数据存储器可以用来存放用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数值、数据等。 
I/O单元：PLC的输入/输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输入/输出单元包括两部分：一是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器。 
电源：PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、±12V、24V等直流电源，使PLC能正常工作。 通信接口 扩展接口 编程设备：编程器的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。分简易型和智能型。

3----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。

4---3 一个控制系统如果需要12点数字量输入，30点数字量输出，8点模拟量输入和2点模拟量输出。问：
（1） 可以选用哪种主机型号？
（2） 如何选择扩展模块？
（3） 各模块按什么顺序连接到主机？画出连接图。
（4） 按上问所画出的图形，其主机和各模块的地址如何分配？
（1） 主机模块型号
可以选择CPU224或CPU226。CPU224更加经济
（2） 选择扩展模块
解：① 选择开关量扩展模块
系统需要的开关量I/O点数为：
数字量输入12点， 数字量输出30点；
CPU224 模块自带的I/O点数为：
开关量输入14点，已能满足控制系统要求
开关量输出10点; 需扩展20点
开关量扩展模块选择方案可以是
● 方案 ：EM222 (8出）×3
② 选择模拟量扩展模块
CPU224模块不带模拟量I/O点，系统需要模拟量I/O数量：
模拟量输入7点， 模拟量输出2点
● 方案1：EM231(4AI)×2+ EM232(2AO)
● 方案2：EM235(4AI/1AO)×2
系统控制方案是:
CPU224 + EM222(8出）×3 + EM235×2

③ 检验最大I/O配置预算：
● CPU连接了5个扩展模块＜允许连接的数量7。
● 扩展后I/O点总数:
开关量(12/30)＜ I/O映像寄存器数量(128/128)
模拟量(7/2)＜ 模拟量I/O映像寄存器数量(32/32)
● 所有扩展模块所消耗的5V电源电流之和180mA ＜ CPU224 所能提供的DC5V电源电流660mA。

各模块分配的地址：

5-2. S7-200 PLC中共有几种分辨率的定时器？它们的刷新方式有何不同？S7200 PLC中共有几种类型的定时器？对它们执行复位指令后，它们的当前值和位的状态是什么？
S7-200 PLC中共有3种分辨率的定时器：1 ms、10 ms 和 100 ms。
1 ms定时器：由系统每隔1 ms刷新一次当前值和状态位，与扫描周期及程序处理无关。采用的是中断刷新方式，在一个周期中其可能被多次刷新。 10 ms定时器 10 ms定时器由系统在每个扫描周期开始时自动刷新； 100 ms定时器 100 ms定时器在定时器指令执行时被刷新。
S7-200 PLC有三种类型的定时器：
接通延时定时器（TON） 有记忆接通延时定时器（TONR）
断开延时定时器（TOF）。

对它们执行复位指令后，它们的当前值和状态位 是：

当前值
状态位
TON
0
0
TONR
0
0
TOF
0
1

5---6

5---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。

6—11 某一过程控制系统，其中一个单极性模拟量输入参数从AIW0采集到PLC中，通过PID指令计算出的控制结果输出到控制对象。PID参数表起始地址为VB100。试设计一段程序完成下列任务：
（1）每200ms中断一次，执行中断程序；
（2）在中断程序中完成对AIW0的采集、转化及归一化处理；完成回路控制输出值的工程量转化和输出。
子程序0

中断程序0

（不同做法）6---11、

7---4
 答：“三台电动机顺序启动/停止”的例子中，电气原理图的设计原理、方法和结果。系统使用三个交流接触器控制三台电动机启停。用一个启动按钮和一个停止按钮来发出控制指令，用四个时间继电器实现启动过程与停止过程的延时。在设计时，考虑到启/停信号要用短信号，要注意对定时器及时复位。设计中的难点是找出时间继电器开始工作的条件及其控制逻辑，例子中没有考虑时间继电器触点的数量，但实际中必须考虑。系统采用热继电器对三台电动机进行热过载保护，它是为了防止过载而采取的措施。若对过载没有太多要求，则可以把它们省掉。
PLC一般指令的设计原理、方法和结果。先把题目中的输人/输出点找出来，分配好对应的PLC的I/O地址。输入点：启动按钮I0.0；停止按钮：I0.1。输出点：电动机MA1：Q0.0；电动机MA2：Q0.1；电动机电动机MA3：Q0.2。PLC输出点实际上是控制每个电动机对应接触器的线圈。方法一：控制信号采用定时器脉冲信号。在S7-200PLC中，若采用100ms定时器，可以使用自复位功能来产生脉冲信号，自复位功能可以使编程简单。方法二：采用比较指令进行编程。程序的核心是使用断电延时定时器来实现定时，断电延时定时器的特性是：计时到设定值后，当前值停在设定值处而不像通电延时定时器继续往前计时。时间继电器的设定值必须稍大于最大的比较值，小于下一次启动的时间。使用复杂指令，可以使程序变得简单。
PLC功能图的设计原理、方法和结果。分配对应的PLC的I/O地址。输入点：启动按钮I0.0；停止按钮：I0.1。输出点：电动机MA1：Q0.0；电动机MA2：Q0.1；电动机电动机MA3：Q0.2。PLC输出点实际上是控制每个电动机对应接触器的线圈。程序设计了对所使用的顺序控制继电器S的初始化复位处理，在S7-200PLC中顺序控制继电器S不是掉电保持型的存储器，可以不对它进行初始化复位处理。设计的关键是选择好分支的条件和跳转的目标状态，处理好结束状态的处理目标。
8---9