《電氣與可編程控制技術(shù)》課后習(xí)題答案

習(xí)題1

1.簡述交流接觸器的主要技術(shù)參數(shù)及其含義。

解：極數(shù)：按接觸器主觸頭的數(shù)量不同可分為兩極、三極和四極接觸器；

額定工作電壓：主觸頭之間的正常工作電壓值：

額定工作電流：主觸頭正常工作時的電流值；

約定發(fā)熱電流：在規(guī)定條件下試驗時，電流在8H工作制下，各局部溫升不超過極限時接觸器所承

載的最大電流；

額定通斷能力：在規(guī)定條件下能可靠地接通和分斷的電流值：

線圈額定工作電壓：接觸器電磁線圈正常工作電壓值；

允許操作頻率：接觸器在每小時內(nèi)可實現(xiàn)的最高操作次數(shù)。

2.如何選用接觸器？

解：選用原那么：

(1)根據(jù)主觸頭接通或分斷電流的性質(zhì)確定選擇直流接觸器或交流接觸器。

(2)根據(jù)接觸器所控制負載的工作任務(wù)來選擇相應(yīng)使用類別的接觸器。

(3)根據(jù)負載功率和操作情況確定接觸器主觸頭的電流等級。

(4)根據(jù)接觸器主觸頭接通與分斷主電路電壓等級確定接觸器的額定電壓。

(5)接觸器線圈的額定電壓應(yīng)由所連接的控制電路電壓決定。

(6)接觸器觸頭的數(shù)目和種類應(yīng)滿足主電路和控制電路的需求。

3.電磁式接觸器與電磁式繼電器的區(qū)別有哪些？

解：電磁式繼電器是輸入電壓或電流，利用電磁原理使銜鐵吸合動作帶動動觸頭動作的控制電器。雖然繼

電器與接觸器都是用來自動接通與分斷電路，但是它們有著不同的用處：繼電器的觸頭是用來接通與分斷

控制電路，而接觸器的主觸頭一般用來接通與分斷大電流的主電路；繼電器的輸入量可以是各種電量或非

電量，而接觸器只能對電壓的變化做出反響。因而，繼電器主觸頭額定電流較小，--般為5A以下。

4.電磁式繼電器結(jié)構(gòu)上主要有哪些局部組成？

解：電磁機構(gòu)：直流繼電器的電磁機構(gòu)均為U形拍合式；交流電磁機構(gòu)有U形拍合式、E形直動式、螺管

式等結(jié)構(gòu)形式；觸頭系統(tǒng)：一般采用橋式觸頭，有常開與常閉兩種形式，沒有滅弧裝置；調(diào)節(jié)裝置：繼電

器可以通過改變其釋放彈簧松緊程度的調(diào)節(jié)裝置和改變釋放時初始狀態(tài)磁路氣隙大小的調(diào)節(jié)裝置來改變繼

電器的動作參數(shù)，如調(diào)節(jié)螺母和非磁性墊片等。

5.如何選用電磁式繼電器？

解：選用原那么：(1)使用類別選用根據(jù)繼電器的用途來選擇相應(yīng)繼電器類別，如AC-11控制交流電磁

鐵負載，DC-11控制直流電磁鐵負載。

(2)額定工作電流與額定工作電壓的選擇在對應(yīng)使用類別下，繼電器最高工作電壓為繼電器的絕

緣電壓，繼電器最高工作電流應(yīng)小于繼電器額定發(fā)熱電流。

(3)工作制的選用繼電器工作制應(yīng)與使用場合工作制?致，且實際操作頻率應(yīng)低于繼電器額定操

作頻率。

(4)返回系數(shù)的調(diào)節(jié)根據(jù)控制要求來調(diào)節(jié)電壓和電流繼電器的返回系數(shù)，?般采用增加銜鐵吸合

后的氣隙、減小銜鐵翻開后的氣隙和適當放松釋放彈簧等措施來調(diào)整。

6.電磁式繼電器的主要參數(shù)有哪些？

解：繼電器的主要參數(shù)：

(1)額定參數(shù)繼電器線圈和觸頭在正常工作時允許的電壓值或電流值稱為繼電器額定電壓或者額定

電流。

(2)動作參數(shù)包括繼電器的吸合值與釋放值。對于電壓繼電器有吸合電壓與釋放電壓對

于電流繼電器有吸合電流/0與釋放電流，。

(3)返回系數(shù)是指繼電器釋放值與吸合值的比值，用K來表示。

(4)整定值繼電器動作參數(shù)的實際整定數(shù)值?？扇藶檎{(diào)整。

(5)動作時間分吸合時間和釋放時間兩種。

(6)靈敏度是指繼電器在整定值下動作時所需最小功率或安匝數(shù)。

7.簡述熱繼電器的主要作用。

解：熱繼電器在電路中不能用于瞬時過載保護，也不能用于短路保護，只能用于電動機等設(shè)備的長期過載

保護。

8.熱繼電器能否作電路的短路保護，為什么？

解：不能用作短路保護。因為熱繼電器是通過雙金屬片發(fā)熱來實現(xiàn)動作保護的，對于短路時瞬間的電流過

大不能及時做出反響。雙金屬片式熱繼電器一般用于輕載、不頻繁起動的電動機的過載保護。重載、頻繁

起動的電動機，那么可用過電流繼電器作它的過載和短路保護。

9.如何選用熱繼電器為電動機作過載保護？

解：熱繼電器主要用于電動機的過載保護，選擇熱繼電器時應(yīng)考慮電動機的工作環(huán)境、起動情況、負載性

質(zhì)等因素：

(1)熱繼電器結(jié)構(gòu)型式的選擇星形聯(lián)結(jié)的電動機可選用兩相或三相結(jié)構(gòu)熱繼電器；三角形聯(lián)結(jié)的電

動機應(yīng)選用帶斷相保護裝置的三相結(jié)構(gòu)熱繼電器。

(2)根據(jù)被保護電動機的實際起動時間選取6倍額定電流下具有相應(yīng)可返回時間的熱繼電器。一般

熱繼電器的可返回時間大約為6倍額定電流下動作時間的50%~70%o

(3)熱元件額定電流的選取一般可按下式選?。?,v=(695~1.05"NM?

10.低壓斷路器有哪些脫扣器，各起哪些保護功能？

解：脫扣器包括過流脫扣器，失壓(欠電壓)脫扣器、熱脫扣器和分勵脫扣器。過流脫扣器起短路或過電

流保護作用，失壓(欠電壓)脫扣器起失壓或欠電壓保護作用，熱脫扣器起到過載保護的作用，分勵脫扣

器用于遠距離使低壓斷路器斷開電路。

11.如何選用熔斷器為電動機作短路保護？

解：(1)熔斷器類型的選擇根據(jù)線路的要求、使用場合和安裝條件選擇。

(2)熔斷器額定電壓的選擇其額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。

(3)熔斷器額定電流的選擇其額定電流必須大于或等于所裝熔體的額定電流。

(4)熔體額定電流的選擇與負載大小、負載性質(zhì)有關(guān)。對于負載平穩(wěn)無沖擊電流的照明電路、電

熱電路可按負載電流大小來確定熔體的額定電流；對于有沖擊電流的電動機負載電路，為起到短路保護作

用，又保證電動機正常啟動，其熔斷器熔體額定電流按以下三種情況選擇：

a)對于單臺電機長期工作的情況，那么：,種=(1.5?2.5),NM

b)對于單臺頻繁起動電動機的情況，那么：，M>=(3-3.5)1NM

c)對于多臺電動機公用一個熔斷器保護時，那么：,N尸二(15?2.5)‘NMmax+Z'/W。

12.時間繼電器如何分類？

解：時間繼電器的種類很多，按其動作原理可分為電磁式、空氣阻尼式、電子式等。按觸點延時方式可分

為通電延時型和斷電延時型。

13.什么是主令電器？

解：主令電器是一種在電氣自動控制系統(tǒng)中用于發(fā)送或轉(zhuǎn)換控制指令的電器。它一般用于控制接觸器、繼

電器或其他電器線路，使電路接通或分斷，從而實現(xiàn)對電力傳輸系統(tǒng)或生產(chǎn)過程的自動控制。

14.如何選用行程開關(guān)？

解：行程開關(guān)的選用原那么：

(1)根據(jù)應(yīng)用場合及控制對象選擇種類。

(2)根據(jù)安裝使用環(huán)境選擇防護型式。

(3)根據(jù)控制回路的電壓和電流等級選擇行程開關(guān)系列。

(4)根據(jù)運動機械與行程開關(guān)的傳力和位移關(guān)系選擇行程開關(guān)的頭部形式。

15.如何選用低壓斷路器？

解：低壓斷路器常用來作電動機的過載與短路保護，其選用原那么是：

(1)低壓斷路器額定電壓等于或大于電路額定電壓。

(2)低壓斷路器額定電流等于或大于電路或設(shè)備額定電流。

(3)低壓斷路器通斷能力等于或大于電路中可能出現(xiàn)的最大短路電流。

(4)欠電壓脫扣器額定電壓等于電路額定電壓。

(5)長延時電流整定值等于電動機額定電流。

(6)瞬時整定電流：對于保護籠型異步電動機的斷路器，整定電流為8~15倍的電動機額定電流；對

于保護繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的斷路器，整定電流為3~6倍的電動機額定電流。

(7)6倍長延時電流整定值的可返回時間等于或大于電動機實際啟動時間。

16.簡述速度繼電器的工作原理。

解：速度繼電器工作原理：當繼電器使用時，其轉(zhuǎn)子的軸與電動機轉(zhuǎn)子的軸相連，定子套裝在轉(zhuǎn)子外圍。

當電動機轉(zhuǎn)動時，其轉(zhuǎn)子帶動速度繼電器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，定子內(nèi)的繞組因切割磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成感

應(yīng)電流，并在磁場的作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使定子朝著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動，當定子轉(zhuǎn)到?定角度時，壓下

相應(yīng)方向的常閉觸頭使常閉觸頭斷開、常開觸頭閉合。推動觸頭的同時也壓縮相應(yīng)的反力彈簧，阻止定子

轉(zhuǎn)子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。當電動機轉(zhuǎn)速下降并降到一定值時，電磁轉(zhuǎn)矩小于反力彈簧的拉力，定子返回原位，繼電

器觸頭也恢復(fù)到初始狀態(tài)。通過調(diào)節(jié)螺釘?shù)乃删o，可以調(diào)節(jié)反力彈簧的拉力的大小，即調(diào)整了觸頭動作所

需的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。當電動機轉(zhuǎn)動方向不同時，其定子擺桿推動的觸頭也不同。

習(xí)題2

1.常用的電氣控制系統(tǒng)圖有哪幾種？

解：常用的電氣系統(tǒng)圖包括3種：電氣原理圖、電器布置圖和安裝接線圖。

2.簡述繪制電氣原理圖的原那么。

解：應(yīng)注意遵循以下原那么：

(1)電氣原理圖中各電器元件的圖形符號和文字符號必須按相應(yīng)國家標準繪制和標注，同一功能的

電氣元件應(yīng)畫在一起，但同一電器的各部件不一定畫在一起。各電器元件布局上按功能分開畫出，如主電

路、控制電路、照明電路、信號電路和保護電路等，按照“從左到右、從上到下”的順序布置，并且盡可

能按動作順序排列。

(2)電氣原理圖中的電氣元器件、電源線、觸頭等均按標準規(guī)定的圖形符號統(tǒng)一繪制，并用國家標

準規(guī)定的文字符號標注。三相交流電源集中水平畫在圖面上方，相序從上到下依次為Ll、L2、L3,中性線

(N)和保護接地線(PE)排在L的下方。各元件的觸頭狀態(tài)均按電磁線圈未通電或沒有外力作用時的狀

態(tài)畫出。觸頭的圖形符號垂直放置時，按“左開右閉”的原那么繪制，即常開觸頭的方向向左、常閉觸頭

的方向向右；水平放置時按“上閉下開”的原那么繪制，即常開觸頭的方向向上，常閉觸頭的方向向下。

(3)電路中，對于需要測試和能夠拆接的連接點采用"空心圓"表示；有導(dǎo)電關(guān)系的導(dǎo)線連接點，

用“實心圓”表示；無導(dǎo)電關(guān)系的導(dǎo)線交叉點不畫實心圓，電路繪制中應(yīng)盡量防止線條交叉。

(4)電氣原理圖繪制要求層次清楚，各電器元件及觸頭安排合理，既要保證用最少的元件、最少的

導(dǎo)線、最少的觸頭，又要保證電路運行可靠，安裝、維修和調(diào)試方便。

3.電氣原理圖中，QS、FU、KM、KT、KA、SB、KS分別表示哪些電器元件？

解：QS：刀開關(guān)；FU：熔斷器；KM：接觸器；KT時間繼電器；KA：中間繼電器；SB：按鈕；KS：速

度繼電器。

4.什么是自鎖和互鎖？舉例說明各自的作用。

解：依靠接觸器本身的輔助觸頭使接觸器線圈保持帶電的現(xiàn)象稱為自鎖；兩個接觸器本身的常閉觸頭，分

別串接在兩個接觸器的控制電路中，KM1常閉觸頭串接在KM2控制支路，KM2常閉觸頭串接在KM1控

制支路，構(gòu)成了一種相互制約的關(guān)系，這種關(guān)系稱為互鎖。

5.什么是電氣互鎖，什么是機械互鎖？

解：利用接觸器本身的常閉觸頭進行互鎖，稱為電氣互鎖；利用正、反轉(zhuǎn)的控制按鈕的常閉輔助觸頭分別

串接在反轉(zhuǎn)控制電路和正轉(zhuǎn)控制電路中，從而實現(xiàn)對對方接觸器的制約，這種互鎖稱為機械互鎖或按鈕互

鎖。

6.試畫出用按鈕選擇電動機點動和連續(xù)運轉(zhuǎn)切換的控制電路。

解：如以下圖：

FU2

7.設(shè)計一個控制電路，要求第一臺電動機Ml起動10s后，第二臺電動機M2自行起動，運行5s后第一臺

電動機停止，再運行10s后第二臺也停止運行。

解：請選用兩個接觸器KM1、KM2和兩個時間繼電器KT1、KT2分別控制兩臺電動機的起停。其中KT1

的常開延時閉合觸點串接在KM2的控制電路中，KT2的常閉延時開按鈕串接在KM1電路中。圖略。

8.試分析圖2-7電路的工作原理，并說明電路中各電器觸頭的作用。

解：如圖2-7所示，圖中電動機Ml、M2分別由接觸器KM1、KM2控制，兩者在主電路中是并列關(guān)系，其順

序起動過程主要在控制電路完成?？刂齐娐分校擲B2按鈕按下，接觸器KM1線圈通電，其常閉輔助觸頭

閉合，Ml電動機起動；同時，接在接觸器KM2支路的接觸器KM1的常開輔助觸頭閉合，使得KM2支路具備

了起動條件，此時，按下SB3,那么接觸器KM2線圈通電，其常閉輔助觸頭閉合，M2電動機起動。由此可

見，Ml,M2兩臺電動機在控制電路上具有順序起動的邏輯，Ml電動機必須先于M2電動機起動，否那么M2

電動機無法起動。

兩臺電動機起動之后，KM1、KM2的常開輔助觸頭均閉合，此時，假設(shè)按下Ml停止按鈕SB1,由于KM2

常開輔助觸頭的存在，無法停止Ml電動機。因此，必須先按M2停止按鈕SB3,使M2電動機先停止，KM2

斷電后，才能夠按下按鈕SB1停止Ml電動機。所以，此電路不但具有順序起動控制，還具有按順序停止的

控制作用。

9.試分析圖2-10電路的工作原理，并說明電路中各電器觸頭的作用。

解：電路工作原理：合上電源開關(guān)QS,按下起動按鈕SB2,KM1、KT、KM3線圈同時通電并自鎖，電動

機三相繞組按星形接法接入三相交流電源開始減壓起動。由于時間繼電器KT線圈帶電，經(jīng)一段時間延時

后電動機到達額定轉(zhuǎn)速，其延時斷開常閉觸頭KT斷開，使KM3失電，而延時閉合常開觸頭閉合，使接觸

器KM2線圈得電，從而使電動機定子繞組由星形接法切換到三角形接法，實現(xiàn)全壓運行。

該控制電路由三個接觸器KM1、KM2、KM3和一個通電延時型時間繼電器KT,熱繼電器FR,按鈕

SB1、SB2等元件組成，具有短路保護、過載保護和失壓保護等功能。

10.試分析圖2-12電路的工作原理，并說明電路中各電器觸頭的作用。

解：電路工作原理：合上電源開關(guān)QS,按下起動按鈕SB2,KM1、KT線圈同時帶電并自鎖，將自耦變壓

器接入，電動機由自耦變壓器TA二次供電減壓起動。當電動機轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，時間繼電器KT常開

延時閉合觸頭閉合，使KA線圈通電并自鎖，KA常開輔助觸頭接通KM2,常閉觸頭斷開KM1,KM1斷

電釋放，將自耦變壓器從電路中切除。同時，KM2的常閉輔助觸頭斷開自耦變壓器的二次側(cè)，電動機進入

全壓運行狀態(tài)。

圖中接觸器KM1為減壓起動接觸器，接觸器KM2為全壓運行接觸器，KA為中間繼電器，KT為時間繼

電器，TA為自耦變壓器。

11.什么是減壓起動？減壓起動的方法主要有哪些？

解：三相異步電動機采用全壓直接起動時，雖然控制線路簡單、維護方便，但起動電流較大，約為正常工

作電流的4~7倍。因此，三相異步電動機當容量大于10KW時，必須采用減壓起動方式起動。常見的減壓

起動電路有：星形一三角形減壓起動電路、定子串電阻減壓起動電路、自耦變壓器減壓起動電路等。

12.什么是反接制動？

解：所謂反接制動是利用改變電動機電源相序，使電動機定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相

反，從而產(chǎn)生制動力，使電動機轉(zhuǎn)速迅速下降。

13.什么是能耗制動？

解：所謂能耗制動是在三相異步電動機脫離三相交流電源后，在定子繞組中通入?個直流電源，建立恒定

的靜止磁場，慣性旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子繞組切割定子恒定磁場，產(chǎn)生與慣性運動方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，從而到達制

動的目的。

14.簡述反接制動的優(yōu)缺點。

解：反接制動的優(yōu)點是制動力矩大，制動迅速，缺點是制動精度較差，制動過程沖擊大，容易損壞傳動部

件，能量消耗較大。因此反接制動適用于系統(tǒng)慣性較大，制動要求迅速，操作不頻繁的場合。

15.簡述能耗制動的優(yōu)缺點。

解：能耗制動的優(yōu)點是制動平穩(wěn)且能量消耗小，缺點是制動力較弱，另外需要額外的交直流轉(zhuǎn)換裝置。能

耗制動-一般用于制動要求平穩(wěn)、準確的場合。

16.試設(shè)計一種按時間順序起動3臺電動機的控制電路，并說明其工作原理。

解：需要3個接觸器KM1、KM2、KM3分別控制3臺電動機，并選用2個時間繼電器控制順序起動。當

KM1起動時，KT1線圈帶電，其常開延時閉合觸頭延時閉合那么KM2帶電起動；KM2起動時，KT2線圈

帶電，其常開延時閉合觸頭延時閉合那么KM3帶電起動。圖略。

習(xí)題3

3-1電氣設(shè)計主要包括哪些內(nèi)容？

解：電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計一般包括確定拖動方案，選擇電動機的功率和設(shè)計電氣控制電路。電氣控制電路

的設(shè)計又分為主電路設(shè)計和控制電路設(shè)計，一般情況下電氣控制電路的設(shè)計指的是控制電路的設(shè)計。

3-2試選用按鈕、接觸器等控制三相感應(yīng)電機啟停，并需要過我和短路保護。其中三相感應(yīng)電機額定功率

為5.5kW,額定電壓380V,起動電流為額定電流的7倍。試選擇接觸器、熔斷器、熱繼電器及電源

開關(guān)。

解：(1)接觸器額定電壓380,額定電流，線圈額定電壓380V,可選用CJ20-40交流接觸器。

(2)熔斷器額定電流為50A,可選用RLI-60型熔斷器，配用50A的熔體。

(3)熱繼電器的額定電流為14.5A,可選用JB16B20-3型熱繼電器，熱元件電流等級為16A,它的電

流調(diào)節(jié)范圍為10-16A,可以將電流調(diào)整在14.5A。

(4KW380V電機的額定電流是A左右，電機是重型負載，星三角啟動瞬間(啟動3~5秒)電流是額

定電流的3-6倍，到達90A左右，可選20-25A空氣開關(guān)。

3-3對保護一般照明線路的熔體額定電流該如何選擇？對保護一臺電動機和多臺電動機的熔體額定電流

該如何選擇？

解：(1)一般照明線路沒有沖擊電流的負載，應(yīng)使熔體的額定電流等于或稍大于線路工作電流I,即

IRNI

式中/R一熔體額定電流

/一工作電流

(2)對于一臺電動機，熔體額定電流可按以下關(guān)系選擇：

/R=(1.5-2.5)/〃或//?二朵

式中，—異步電動機額定電流

異步電動機的起動電流

(3)對于多臺電動機，如果用一個熔斷器保護，熔體按以下關(guān)系選擇:

1m

IR-

Z5

式中//篦一可能出現(xiàn)的最大電流。如果幾臺電動機不同時起動，那么/〃?為容量最大一臺電動機起動電

流，加上其它臺電動機的額定電流。

3-4簡要說明在電氣控制電路設(shè)計過程中應(yīng)遵循的根本原那么和考前須知。

解：(1)同一組件中電器元件的布置應(yīng)注意將體積大和較重的電器元件安裝在電器板的下面，而發(fā)熱元件應(yīng)

安裝在電氣箱(柜)的上部或后部，但熱繼電器宜放在其下部，因為熱繼電器的出線端直接與電動機相連便

于出線，而其進線端與接觸器直接相連接，便于接線并使走線最短，且宜于散熱；

(2)強電弱電分開并注意屏蔽，防止外界干擾；

(3)需要經(jīng)常維護、檢修、調(diào)整的電器元件安裝位置不宜過高或過低，人力操作開關(guān)及需經(jīng)常監(jiān)視的儀表的

安裝位置應(yīng)符合人體工程學(xué)原理；

(4)電器元件的布置應(yīng)考慮平安間隙，并做到整齊、美觀、對稱，外形尺寸與結(jié)構(gòu)類似的電器可安放在一起,

以利加工、安裝和配線。假設(shè)采用行線槽配線方式，應(yīng)適當加大各排電器間距，以利布線和維護；

(5)各電器元件的位置確定以后，便可繪制電器布置圖。電氣布置圖是根據(jù)電器元件的外形輪廓繪制的，即

以其軸線為準，標出各元件的間距尺寸。每個電器元件的安裝尺寸及其公差范圍，應(yīng)按產(chǎn)品說明書的標準

標注，以保證安裝板的加工質(zhì)量和各電器的順利安裝。大型電氣柜中的電器元件，宜安裝在兩個安裝橫梁

之間，這樣，可減輕柜體重量，節(jié)約材料，另外便于安裝，所以設(shè)計時應(yīng)計算縱向安裝尺寸;

(6)在電器布置圖設(shè)計中，還要根據(jù)本部件進出線的數(shù)量、采用導(dǎo)線規(guī)格及出線位置等，選擇進出線方式及

接線端子排、連接器或接插件，并按一定順序標上進出線的接線號。

3-5某機床主軸電機由一臺籠型電動機拖動，油泵由另一臺籠型電機拖動，采用直接起動方式。試設(shè)計

控制電路，其工藝要求是:

⑴主軸電機要求可以正向，反向運轉(zhuǎn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)點動控制。

⑵主軸電動機必須在油泵電動機起動后才能起動，油泵電動機必須在主軸電動機停止后才能停

止。

⑶具有必要的電氣保護。

解：控制電路設(shè)計原理圖如以下圖所示：其中KM1控制油泵電機，KM2,KM3控制主軸電機正反轉(zhuǎn)，SA1,

KM3

SA2

習(xí)題4

1.什么是可編程控制器？

解：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存

儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令，并通過數(shù)字式、

模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的設(shè)備，都應(yīng)按易于與工

業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原那么而設(shè)計。

2.可編程控制器主要有哪些特點？

解：

1、可靠性高，抗干擾能力強

2、通用性強，使用方便

3、程序設(shè)計簡單，易學(xué)易懂

4、采用先進的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便

5、系統(tǒng)設(shè)計周期短

6、安裝簡便，調(diào)試方便，維護工作量小

7、對生產(chǎn)工藝改變適皮性強，可進行柔性生產(chǎn)

3.舉例說明可編程控制器日前的應(yīng)用場合。

解：開關(guān)邏輯控制、模擬量控制、順序(步進)控制、定時控制、計數(shù)控制、閉環(huán)過程控制、數(shù)據(jù)處理、

通信和聯(lián)網(wǎng)

4.簡述PLC的開展概況和開展趨勢。

解：

PLC的開展過程

代次器件功能特點應(yīng)用范圍

第一代

1位微處理器邏輯運算、定時、計數(shù)替代傳統(tǒng)的繼電控制

1969~1972

第二代數(shù)據(jù)的傳送和比擬、模擬量能同時完成邏輯控制、模擬

8位微處理器及存儲器

19737975的運算，產(chǎn)品系列化量控制

第三代處理速度提高，向多功能及

高性能8位微處理器復(fù)雜控制系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)通信

1976T983聯(lián)網(wǎng)通信開展

第四代邏輯、運動、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)

16位、32位微處理器分級網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

1983~至今網(wǎng)功能的名副其實的多功能

開展趨勢

1、高速、大存儲容量方向開展

2、向多品種方向開展

(I)采用模塊化結(jié)構(gòu)

(2)開發(fā)更豐富的I/O模塊

(3)PLC的規(guī)模向兩端開展

(4)開展容錯技術(shù)

(5)增強通信網(wǎng)絡(luò)功能

(6)實現(xiàn)軟、硬件標準化

5.可編程控制器按組成結(jié)構(gòu)形式可分為？

解：整體式、機架模塊式、分散式

6.可編程控制器按輸入/輸出點數(shù)可分為？

解：小型機、中型機、大型機

7.可編程控制器根據(jù)其不同的用途可分為？

解：順序邏輯控制、閉環(huán)過程控制、多級分步式和集散控制系統(tǒng)、數(shù)字控制和機器人控制

8.比擬并說明PLC與繼電接觸器控制系統(tǒng)的區(qū)別和聯(lián)系。

解：組成器件不同、觸點數(shù)量不同、實施控制的方法不同、工作方式不同

9.比擬并說明PLC與微機(MC)的區(qū)別和聯(lián)系。

解：

(DPLC抗干擾性能比MC強；

⑵PLC編程比MC簡單；

(3)PLC設(shè)計調(diào)試周期短；

(4)PLC的輸入/輸出響應(yīng)速度慢，有較大的滯后現(xiàn)象(一般為毫秒級)，而MC的響應(yīng)速度快(為微秒級)；

(5)PLC易于操作，人員培訓(xùn)時間短，而MC那么較難，人員培訓(xùn)時間長；

(6)PLC易于維修，MC那么較困難

10.比擬并說明PLC與集散型控制系統(tǒng)的區(qū)別和聯(lián)系。

解：開展根底不同、開展方向不同、由微型計算機為主構(gòu)成的集散型控制系統(tǒng)將被PLC構(gòu)成的集散型控制

系統(tǒng)取代。

習(xí)題5

1.可編程控制器的結(jié)構(gòu)形式主要有哪兩種？它們的區(qū)別是？

解：PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩類。

整體式結(jié)構(gòu)在一個箱體內(nèi)包括有CPU,RAM.ROM,I/O接口、與編程器或EPROM寫入器相連的接口、

與I/O擴展單元相連的擴展口、輸入輸出端子、電源、各種指示燈等。它的特點是結(jié)構(gòu)非常緊湊；

模塊式結(jié)構(gòu)的PLC采用搭積木的方式組成系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)形式的特點是：CPU為獨立的模塊，輸入、輸出、

電源等也是獨立的模塊。耍組成一個系統(tǒng)，只需在一塊基板上插上CPU,以及電源、輸入、輸出模塊及其

它諸如通訊、計數(shù)、定位等特殊功能模塊。模塊式結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)配置非常靈活。

2.可編程控制器中CPU的主要任務(wù)是什么？

解：CPU由控制器和運算器組成，它是PLC的運算和控制中樞，對整個PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)而言，它起

著主導(dǎo)核心作用。CPU的主要任務(wù)是：

⑴診斷功能：診斷PLC電源、內(nèi)部工作電路的工作狀態(tài)和所存儲的用戶程序中的語法錯誤；

(2)控制從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)的接收和存儲1

(3)用掃描的方式通過I/O部件接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入狀態(tài)表或數(shù)據(jù)存儲器中；

(4)PLC進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進行數(shù)據(jù)傳送、

邏輯運算或算術(shù)運算等；

(5)根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標志位的狀態(tài)和輸出存放器表的內(nèi)容，再經(jīng)由輸出接口實現(xiàn)輸出控制、制表

打印或數(shù)據(jù)通訊等功能。

4.可編程控制器與個人計算機工作方式有何不同？

解：微型計算機采用等待命令和中斷工作方式；PLC在工業(yè)中使用對邏輯運算及穩(wěn)定性要求相應(yīng)較高，是

采用不斷循環(huán)的順序掃描的工作方式，即PLC工作時對用戶程序反復(fù)循環(huán)掃描，逐條地解釋用戶程序，并

加以處理。

5.試述可編程控制器的工作原理？

解：PLC是采用不斷循環(huán)的順序掃描的工作方式，即PLC工作時對用戶程序反復(fù)循環(huán)掃描，逐條地解釋用

戶程序，并加以處理。

PLC采用循環(huán)掃描工作方式的工作過程?般包括6個階段：以故障診斷和處理為主的公共操作、與編程器

等的通信處理、輸入掃描、執(zhí)行用戶程序、輸出處理、響應(yīng)外設(shè)。

6.可編程控制器的輸入/輸出處理規(guī)那么是什么？

解：(1)輸入映像存放器及其刷新。由圖5-10所示可知，來自現(xiàn)場的輸入信號經(jīng)PLC輸入端子進入PLC

內(nèi)部輸入電路，經(jīng)信號整理(電平轉(zhuǎn)換，濾波等)進入緩沖存放器內(nèi)等待CPU的采樣。

在PLC存儲器，有I/O數(shù)據(jù)存儲器區(qū)，對應(yīng)輸入信號的數(shù)據(jù)區(qū)，稱之為輸入映像存放器。當CPU采樣時,

輸入信號由緩沖區(qū)進入映像區(qū)，接下來就是信號輸入狀態(tài)刷新。

在采樣(輸入刷新)時刻，輸入映像存放器中的內(nèi)容與輸入信號(不考慮電路固有慣性和濾波滯后影響)

一致；其他時間范圍內(nèi)輸入信號變化不會改變輸入映像存放器中的內(nèi)容。由于PLC掃描周期較短，一般只

有幾十毫秒，兩次采樣間隔很短，對一般開關(guān)量來說，可以近似認為沒有因間斷采樣而引起誤差。即認為

一旦輸入信號發(fā)生改變，輸入映像存放器中的內(nèi)容也隨時發(fā)生改變。

(2)輸出映像存放器及輸出狀態(tài)刷新。與一般微型計算機一樣，CPU不能直接驅(qū)動負載。根據(jù)用戶程序要

求及當前輸入狀態(tài)，CPU對信號的運算結(jié)果放在輸入映像存放器中，在上步程序執(zhí)行結(jié)束(在下次掃描用

戶程序前)才將輸出映像存放器中的內(nèi)容通過輸出鎖存器輸出到輸出端上，這步操作稱為輸出狀態(tài)的刷新。

PLC

生產(chǎn)現(xiàn)場

輸入信號

圖5-10數(shù)據(jù)輸入/輸出狀態(tài)刷新示意圖

7.可編程控制器的滯后現(xiàn)象是怎樣產(chǎn)生的？

解：1)PLC以循環(huán)掃描方式進行工作，其輸入/輸出信號間的邏輯關(guān)系存在著原理上的滯后。掃描周期越

長，滯后周期越嚴重。

2)輸入狀態(tài)存放器的數(shù)據(jù)，取決于輸入效勞階段各實際輸入點的通/斷狀態(tài)。在用戶程序執(zhí)行階段，輸入

狀態(tài)存放器的數(shù)據(jù)不再隨輸入的變化而變化。

3)在用戶程序執(zhí)行階段，輸出狀態(tài)存放器的內(nèi)容隨程序執(zhí)行結(jié)果不同而隨時改變，但輸出狀態(tài)鎖存器的內(nèi)

容不變。

4)在輸出效勞階段，將用戶程序執(zhí)行階段的最終結(jié)果由輸出狀態(tài)存放器一起傳遞到輸出狀態(tài)鎖存器。輸出

端子的狀態(tài)由輸出狀態(tài)鎖存器決定。

8.可編程控制器的性能指標有哪些？

解：輸入/輸出點數(shù)(1/0點數(shù))、掃描速度、內(nèi)存容量、指令條數(shù)、內(nèi)部繼電器的種類和數(shù)量

9.梯形圖編程語言為什么是可編程控制器的主要編程語言？

解：PLC梯形圖(LAD)編程語言是為方便現(xiàn)場電氣工程技術(shù)人員掌握在繼電接觸器控制原理圖的根底上演

變而來的一種圖形語言。其結(jié)構(gòu)沿用了繼電接觸器控制原理的形式，把各種編程元件及命令用特定圖形符

號加以描述。對于同一控制電路，繼電接觸器控制原理圖與梯形圖輸入/輸出信號根本相同，控制過程等效。

梯形圖語言具有直觀、易懂、靈活性強、修改方便等優(yōu)點。

10.編寫梯形圖語言應(yīng)該遵循哪些原那么？

解：(1)梯形圖圖形符號應(yīng)放在左右兩條垂直母線之間。

(2)梯形圖按橫行從上到下排列，每一橫行由左至右編寫。

(3)梯形圖左側(cè)I/O點和內(nèi)部繼電器觸點可以是常開接點也可以是常閉接點，也可表示定時器/計數(shù)器的狀

態(tài)。

(4)梯形圖右側(cè)應(yīng)放置輸出元件，相當于繼電器控制原理圖中的繼電器線圈，梯形圖右側(cè)放置的輸出元件

一般為輸出繼電器、內(nèi)部繼電器的線圈或其他相當于線圈的狀態(tài)元件。

(5)梯形圖中對應(yīng)各種繼電器的常開或常閉觸點可以不受使用次數(shù)的限制，可任意串聯(lián)和并聯(lián)；同一編號

的輸出線圈一般只能在梯形圖中出現(xiàn)一次，不同的輸出線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。

(6)輸出點和輸出繼電器線圈對應(yīng)的是I/O映像存放器的相應(yīng)狀態(tài)，不能直接驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備?，F(xiàn)場設(shè)備只受

控于輸出繼電器對應(yīng)的接口元件，即通過輸出模塊的輸出接口控制現(xiàn)場設(shè)備。

習(xí)題6

1.說明FX系列PLC中主要的編程元件。

解：

FX系列PLC主要的編程元件有：輸入繼電器X、輸出繼電器Y、輔助繼電器M、數(shù)據(jù)存放器D、定時器

T、計數(shù)器C、指針P/I等。

2.舉例說明FX系列PLC的型號是如何定義的。

解：FX系列PLC的型號可表示如下：

FX2N-128MR-001

其中，

1——PLC系列名稱：FX系列；

2——PLC型號：2N；

3——輸入輸出點數(shù)總和，128,為64點輸入和64點輸出（8進制）；

4一一單元種類：M表示根本單元，E表示輸入/輸出混合擴展單元及擴展模塊，EX表示輸入專用擴展模

塊，EY表示輸出專用擴展模塊；

5一一輸出種類，R表示繼電器輸出，T表示晶體管輸出，S表示晶閘管輸出；

6—其他區(qū)分，001表示專為中國推出的產(chǎn)品.

3.說明FX系列PLC的定時器的分類情況。

解：

FX系列PLC的定時器的分類情況。

T0?T199（共200點）T200?T245（共46點）

通用定時器

100ms時鐘脈沖10ms時鐘脈沖

T246?T249（共4點）T250?T255（共6點）

積算型定時器

1ms時鐘脈沖100ms時鐘脈沖

4.說明FX系列PLC的計數(shù)器的分類情況。

解：

計數(shù)器可分為內(nèi)部信號計數(shù)器和外部信號計數(shù)器（高速計數(shù)器）。其中內(nèi)部信號計數(shù)器具體分類如下:

通用型斷電保持型

16位加計數(shù)器（共200點）C0-C99（共100點）C100~C199（共100點）

設(shè)定值K1?K32767

32位加/減計數(shù)器（共35點）C200~C219（共20點）C220?C234（共15點）

設(shè)定值K-2147483648?由（M8200?M8219）指定加減控由（M8220?M8234）指定加

K+2147483647制方向減控制方向

5.說明FX0N-40MR型號中40、M、R的意義，并說出它的輸入輸出點數(shù)。

解：

40—輸入輸出點數(shù)的總和為40；

M…單元種類為根本單元；

R…輸出種類為繼電器輸出。

24輸入16輸出。

6.為什么PLC中位元件的觸點可無數(shù)次使用？

解：PLC中位元件的觸點其實只是PLC內(nèi)部存放器的一個位，在程序中用到該繼電器時，只是重復(fù)的對

存儲器中的相應(yīng)位作“讀’操作，參與邏輯運算，所以可無限次使用.

7.衡量可編程控制器的根本技術(shù)指標是什么？

解：衡量可編程控制器的根本技術(shù)指標有很多，其中最為重要的一般是:

1）.輸入獺出點數(shù)（I/O點數(shù)）

2）.掃描速度

3）.內(nèi)存容量

4）.指令條數(shù)

5）.內(nèi)部繼電器的種類和數(shù)量

8.通用輔助繼電器和斷電保持輔助繼電器的主要區(qū)別是什么？

解：

如果在PLC運行時電源突然中斷，通用輔助繼電器將全部變?yōu)镺FF.假設(shè)電源再次接通，除了因外部輸

入信號而變?yōu)镺N的以外，其余的仍將保持為OFF狀態(tài)。

而斷電保持輔助繼電器可以記憶電源中斷瞬間的該繼電器的狀態(tài)，重新通電后再現(xiàn)其狀態(tài)。

9.以下圖所示的梯形圖中存在多處錯誤，找出錯誤。

解：錯誤如下：

1）第一行：輸入點為8進制，不能出現(xiàn)X009

2）第一行：輸出點為8進制，不能出現(xiàn)Y008

3）第二行：輸出點不能使用X,因此線圈不能使用X009

4）第三、第四行：Ml雙線圈輸出

5）第五行：Y012輸出線圈不能直接連接在左右母線之間?

10.以下圖中各定時器的定時時間各是多少？

解：T1為100ms通用定時器，定時時間為25.6s；

T202為10ms通用定時器，定時時間為l.23s。

習(xí)題7

1.寫出圖7-32和7-33所示梯形圖對應(yīng)的指令。

(1)

解：

0LDX000

1ORX001

2ANIX002

3MPS

4ANDX003

5OUTY001

6MRD

7ANDX004

8OUTY002

9MPP

10ANIX003

11OUTY003

12END

⑵

解：

0LDX002

1ANIMil

2LDMIO

3ANDC5

4ORB

5ORX003

6ANIM22

7LDX011

8ANDM12

9LDM41

10ANDM21

11ORB

12LDX000

13ANIT3

14ORB

15ANB

16OUTY002

17OUTT3K110

20END

2.畫出題中指令圖所對應(yīng)的梯形圖。

(1)

序號指令

0LDX000

1ORX001

2LDX002

3ANDX003

4LDIX004

5ANDX005

6ORB

7ORX006

8ANB

9ORX007

10OUTY001

(2)

序號指令

0LDX000

1MPS

2ANDX001

3MPS

4ANDX002

5MPS

6ANDX003

7MPS

8ANDX004

9OUTY000

10MPP

11OUTY001

12MPP

13OUTY002

14MPP

15OUTY003

16MPP

17OUTY004

解:

XOOOXOO1XOO2X003XOO1

0H-pH\-j-\I-pHI----------------------------------------------------------------------(vooo)

-----------------------------------------------------------------------------(yooi)

--------------------------------------------------------------------------------------------(\'OO2)

------------------------------------------------------------------------------------------------------------(yoo3)

<YOOI)

18-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------[END]

3.用一個按鈕控制一盞燈，要求按3次燈亮，再按3次燈滅，畫出梯形圖。

解：

1、梯形圖

Cl

{RSTCO]

{RSTCl]

K3

---------(CO)

K6

---------(Cl)

----------(yooo)

------------[END]

2、功能說明；

每按下XOOO一次，CO、Cl各計數(shù)一次，3次時，CO觸點動作，Y000線圈接通；6次時，C1常閉觸點動

作，斷開C1線圈，下一個掃描周期CO、Cl復(fù)位,系統(tǒng)復(fù)位。

4.設(shè)計一個三臺電動機順序自動啟動，間隔時間為10s,逆序自動停車，間隔時間為5s的控制電路。

解：

1、I/O分配

X20---------------------起動按鈕

X21---------------------停止按鈕

￥20—Y22------------電動機1一3

2、梯形圖

X020T4

0___1I1I___<Y020

Y020K100

Tl—<T1)

T1T3

7Tl—__iz_<\'O21)

K100

<T2)

T2Ml

___II___JZ_

1311<i'O22)

X021X020

___II___

161101)

MlK50

<T3)

T3K50

23Tl-----------------------------------------------------------------------------0」)

27----------------------------------------------------------------------------------[END]

3、功能說明:

按下X020,Y020得電并自鎖，同時啟動定時器TL10s后，T1觸點動作，Y021得電，同時啟動定時器

T2,10s后，T2觸點動作，Y022得電。

按下X021,輔助繼電器Ml得電并自鎖，Ml常閉觸點翻開，斷開Y022,同時啟動定時器T3,5s后，T3

常閉觸點翻開，斷開Y021,同時啟動定時器T4,5s后,T4常閉觸點翻開，斷開Y020,系統(tǒng)復(fù)位。

5.光電開關(guān)檢測傳送帶上通過的產(chǎn)品數(shù)量，有產(chǎn)品通過時信號燈亮并計數(shù)；如果10s內(nèi)沒有產(chǎn)品通過那么

發(fā)出報警信號，報警信號只能手動解除，試設(shè)計其梯形圖程序。

解：

1、I/O分配

X20一起動按鈕Y20一產(chǎn)品通過指示燈

X21—光電開關(guān)Y21一報警指示燈

X22一復(fù)位按鈕

2、梯形圖設(shè)計

3、功能說明

按下X020,系統(tǒng)啟動，定時器T1開始計時，假設(shè)10s內(nèi)有產(chǎn)品通過，X021閉合，產(chǎn)品通過指示燈Y020

亮，同時計數(shù)次數(shù)加1并存儲于數(shù)據(jù)存放器D0中，同時定時器T1復(fù)位，產(chǎn)品通過后，T1重新開始計時，

假設(shè)10s內(nèi)有產(chǎn)品通過，重復(fù)上述過程，假設(shè)10s內(nèi)無產(chǎn)品通過，不再進行計數(shù)，同時報警指示燈Y021

亮。

按下復(fù)位按鈕X022,系統(tǒng)復(fù)位。

6.三臺電機順序控制的梯形圖如圖7-34所示，圖中X000為一帶自鎖功能的啟動按鈕，分析此電路實現(xiàn)的

功能。

xooo

0{PLSMIO]

XOOOK50

3<ro)

MIO

8]

]

]

]

18)

)

)

)

XOOOCl

31HI——O'OOI)

XOOOCOC2

34<,002)

38■C,003)

42{END]

解：

1)XOOO起動時，M1O產(chǎn)生一個寬度為一個掃描周期的脈沖，使CO、Cl、C2、C3復(fù)位；同時使TO的常

開觸點每5s產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖.CO計數(shù)設(shè)定值為1,5s后動作；C1計數(shù)設(shè)定值為2,10s后動作；C2計

數(shù)設(shè)定值為3,15s后動作；C3計數(shù)設(shè)定值為4,20s后動作；因此，X000起動時Y001得電，10s后失電；

X000起動5s后Y002得電，15s后失電；X000起動10s后Y003得電，20s后失電。X000起動20s后C3

動作，使C0、Cl、C2、C3復(fù)位，進入下一個周期。

2)時序圖

Y001

YOO2

Y003

7.有兩臺三相異步電動機Ml和M2,要求:

(1)、Ml啟動后，M2才能手動啟動；

(2)、可采用自動方式，使Ml啟動后延時50s后M2自動啟動；

(3)、Ml停止后，M2延時30s后自動停止；

⑷、M2能進行點動調(diào)整；

(5)、可對啟動和停止的延時時間進行調(diào)整，使其分別為100s和80s。

設(shè)計梯形圖程序。

1、I/O分配：

輸入：

X000---手動/自動選擇(開關(guān))

X001…一Ml起動

X002—-Ml停止

X003-…-M2起動

X005-----M2點動

X006-…-時間調(diào)整(開關(guān))

X007…復(fù)位

輸出：

Y001…電機Ml

Y002--電機M2

2、梯形圖

8.八個人進行表決，當超過半數(shù)人同意時綠燈亮，正好半數(shù)人同意時黃燈亮，少于半數(shù)人同意時紅燈亮,

設(shè)計PLC程序。

解：

X010

0—iH-1------------------------------------------------------[SUMK2X000DOJ

---------------------------------------------[CMPDOK4MO]

M0

___II___

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