电气控制与PLC试题含答案

(A卷)

一、概念题（每小题2分，共30分）

    1．解释：

    1）低压电器：指用于交流50Hz（60Hz）、额定电压1200V以下或直流额定电压1500V以下的在电路内起电能分配、通断、保护、控制、调节或检测作用的电器。

    2）接触器：指用于远距离频繁接通和分断交直流主回路及大容量用电回路的一种低压控制电器。

    3）继电器：指用于接通和分断交直流小容量控制电路，在控制、保护电路中起信号转换作用的一种低压控制电器。

    4）常开（动合）触点与常闭（动断）触点：在原始状态时（吸引线圈未通电时）断开，线圈通电后闭合的触点是常开（动合）触点；在原始状态时（吸引线圈未通电时）闭合，线圈通电后断开的触点是常闭（动断）触点。

    5）电气控制线路中的自锁与互锁：依靠接触器自身辅助触头来保持接触器线圈通电的现象称为自锁；接触器彼此之间具有相互制约的控制关系称为互锁，即把一个接触器的辅助常闭触头串接在另一个接触器线圈的回路中。

    6）电气控制线路中有哪些常用的保护环节？电气控制线路中常用的保护环节有短路保护、过电流保护、过载保护或热保护、欠电压与零电流保护和弱磁保护。

7）PLC：是可编程序控制器的简称和缩写。早期可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）的缩写为PLC，此后不断发展，有关权威组织正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller），其缩写本应为PC，但与个人计算机（Personal Computer）缩写相同，为避免混淆，可编程序控制器仍使用PLC缩写。

    8）写出国际电工委员会（IEC）1994年5月公布的IEC61131-3（可编程序控制器语言标准）中5种编程语言，并译注英语及其缩写。

梯形图（Ladder Diagram, LAD）、语句表（Statement List, STL）、功能块图（Function Block Diagram, FBD）、顺序功能表图（Sequential Function Chart, SFC）、结构文本（Structured Test, ST）。

9）写出S7-200PLC编程元件（对应于CPU的存储区）I、Q、V、M、S、SM、L、T、C、AI、AQ、AC、HC的含义。

I：输入映像寄存器；Q：输出映像寄存器；V：变量寄存器；M：内部标志位寄存器；S：顺序控制继电器存储器；SM：特殊标志位存储器；L：局部存储器；T：定时器存储器；C：计数器存储器；AI：模拟量输入映像寄存器；AQ：模拟量输出映像寄存器；AC：累加器；HC：高速计数器。

10）说明ALD、OLD、LPS、LRD、LPP、LDS的逻辑堆栈指令的意义。

    ALD：栈装载与，电路块串联连接；OLD：栈装载或，电路块并联连接；LPS：逻辑入栈；LRD：逻辑读栈；LPP：逻辑出栈；LDS：装载堆栈。

    2．填空

    1）常用的电气控制系统图有（电气原理图、电器布置图和安装接线图）三种。

2）S7-200系列PLC有（CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226）五种CPU模块，最多可扩展到（7）个扩展模块。

3）S7-200PLC的程序有（主程序、子程序和中断程序）三种。

4）PLC的周期扫描工作模式

系统在初始化后,其循环扫描过程有RUN和STOP两种模式:，请在图1-1空格中由上而下填写出扫描过程的内容。

           RUN模式                                    STOP模式

图1-1  PLC循环扫描过程

5）填写表1-1中指令的名称和功能

表1-1  填写指令的名称和功能

根据给出的X62W卧式万能铣床电气控制原理图(见图2-1)，对以下4点进行电气控制线路分析。（每小题5分，共20分）

    1）主电动机M1的起-转-停控制

主电动机由KM3控制。为方便操作，主轴电动机的起停按钮各有两个，可在两处中的任一处进行操作。起动前，先将换向开关SA5旋转到所需旋转方向，然后按下起动按钮SB1或SB2，接触器KM3线圈通电并自锁，主轴电动机M1起动。热继电器FR1的动断触点串接于KM3控制电路中作过载保护。在主电动机达到一定转速时，速度继电主轴电动机制动时，按下停止按钮SB3或SB4，其动断触点断开，切断KM3电源，主轴电动机M1的电源被切断，因为惯性，M1会继续旋转。SB3或SB4的动合触点接通，使接触器KM2线圈通电，M1反接制动，直至转速降低至速度继电器KS的动合触点断开，反接制动停止。在速度继电器触点断开前，不应松开按钮SB3或SB4，以保证在整个停车过程中进行反接制动。

2）工作台横向（前、后）和升降（上、下）进给运动的控制

    先将工作台转换开关SA1扳在断开位置，这时SA1-1和SA1-3接通。工作台的横向和升降控制是通过十字复式操作手柄进行的，该手柄有上、下、前、后和中间零位共5个位置。在扳动手柄时，通过联动机构将控制运动方向的机械离合器合上，并压下相应行程开关SQ3（向下、向前）或SQ4（向上、向后）。比如欲使工作台向上运动，将手柄扳到向上位置，压下SQ4，接触器KM5线圈通电，M2电动机反转，工作台向上运动， 工作台上、下、前、后运动的终端限位，是利用固定在床身上的挡铁撞击手柄，使其回复到中间零位加以实现的。

    3）工作台纵向（左、右`）运动的控制

    首先将工作台转换开关SA1扳到断开位置，然后通过纵向操作手柄控制工作台的纵向运动。该手柄有左、右、中间3个位置，扳动手柄时，一方面合上纵向进给机械离合器同时压下行程开关SQ1（向右）或SQ2（向左）。比如欲使工作台向右运动，将手柄扳到向右位置，SQ1被压下，接触器KM4线圈通电，进给电动机M2正转，工作台向右移动。停止运动时，只要将手柄扳回中间位置即可。工作台向左、右运动的终端限位，也是利用床身上的挡铁撞动手柄使其回到中间位置实现的。 

    4） 工作台快速移动的控制

    工作台上述6个方向的快速移动也是由M2拖动的，通过上述两个操作手柄和快速移动按钮SB5和SB6实现控制。当按下SB5或SB6时，接触器KM6线圈通电，快速进给电磁铁YA线圈接通电源，通过机械机构将快速离合器挂上，实现快速进给。由于KM6线圈控制电路中没有自锁，所以快速进给为点动工作，松开按钮，仍以原进给速度工作。 

图2-1   X62W卧式万能铣床电气控制原理图

三、设计题（共20 分）

1、由语句表画梯形图。（5分）

2、将图3-3的梯形图转换为对应的语句表。（5分）

图3-3   梯形图

3、图3-4是一个三相一部电动机正反转控制的主电路和继电器控制电路图，其中KM1和KM2是分别控制正传和反转的交流接触器，FR是热继电器，SB2是右行启动按钮，SB3是左行启动按钮，启动后要求小车在左限位开关SQ1和右限位开关SQ2之间不停地自动循环往复，直至按下SB1停止。今要求用PLC控制，请设计其外部接线图和梯形图。（10分）

图3-4  小车自动往复运动的继电器控制电路图

图3-5  梯形图

四、综合题（共30分）

三相感应电动Y-△降压启动控制电路如图4-1所示，请按下列要求将其设计为PLC控制。

图4-1  

1）根据降压启动的控制要求和Y-△降压启动控制电路的工作原理，分析电路工作过程。（6分）

2）根据给出的输入/输出设备及PLC的I/O配置（见表2），设计PLC借接口，画出I/O接线图。（6分）

表4-1  输入输出设备及PLC的I/O配置

4）结合电器元件和编程元件的交互作用和动作顺序，描述PLC控制的电路工作过程。（6分）

（△运行）

（Y启动）

[解答]  1）该控制电路工作过程如下：

              KM1得电

    按SB1→    KM3得电                       KM3失电

              KT得电→延时→延时时间到→    KM2得电  →

                                                KM1仍得电→

2）PLC的I/O接线图

图4-2  PLC的I/O接线图

说明：由于KM2和KM3绝不能同时得电，一旦接触器出现故障，只有程序上的互锁是不够的，因此在硬件接线上必须增加互锁。

3）梯形图

首先将控制电路直接转换成下图所示的梯形图。

图4-3  直接转换的梯形图

根据梯形图编程规则简化和修改直接转换的梯形图。为了简化电路，当多个线圈都受某一串/并联电路控制时，可在梯形图中设置受电路控制的存储器的位，如图4-4中的M0.0。出于更加安全的考虑，防止接触器KM3尚未完全释放时KM2就吸合而造成电源短路事故，图4-4中设置定时器T38，在完成Y型接法启动后再经过0.5s的延时，才以△型接法正常运行。

图4-4  修改改进后的梯形图

4）电路的工作过程

按下启动按钮SB1→输入继电器I0.0得电→◎I0.0[1]闭合→M0.0得电

          ◎M0.0[2]闭合→Q0.0[2]得电→KM1得电→接通电动机电源

          ◎M0.0[3]闭合

                       T37[3]得电，开始延时→延时时间到

                       Q0.2[3]得电→KM3得电→电动机定子绕组接成Y形

电动机定子绕组接成Y形启动

        ◎M0.0[5]闭合

        ◎M0.0[1]闭合，自锁

      ＃T37[3]断开→Q0.2[3]失电→KM3失电→电动机定子绕组解除Y形

      ◎T37[4]闭合→T38[4]得电，开始延时→延时时间到→◎T38[5]闭合

      Q0.1[5]得电→KM2得电→电动机定子绕组接成△形运行

            ◎Q0.1[5]闭合，自锁