《電氣控制與S7-1200 PLC應(yīng)用技術(shù)》課后習(xí)題及答案-王明武

第一章作業(yè)參考答案

1-1簡述常用低壓電器如何分類？

答：按工作電壓等級分類可分為高壓電器、低壓電器；按動作原理分類可分為手動電器、

自動電器和其他電器；按工作原理分類可分為電磁式電器、非電量控制電器；按用途分類可

分為控制電器、配電電器、保護電器、主令電器、信號電器和執(zhí)行電器等。

1-2低壓斷路器主要由哪幾部分組成，各種脫扣器又是如何工作的？

答：低壓斷路器由操作機構(gòu)、觸點、保護裝置、滅弧系統(tǒng)組成，其中保護裝置包括過電

流脫扣器、失壓脫扣器、熱脫扣器、分磁脫扣器和自由脫扣器等。過電流脫扣器線圈和熱脫

扣器的熱元件與主電路串聯(lián)，欠電壓脫扣器線圈和電源并聯(lián)。

1）過電流脫扣器電路處于正常運行時，過流脫扣的電磁線圈雖然串在主回路中，但是

所產(chǎn)生的吸力尚不能使銜鐵動作。電路一旦發(fā)生發(fā)生短路或嚴重過載時，電流即會超過整定

值，過電流脫扣器銜鐵吸合使自由脫扣機構(gòu)動作，實現(xiàn)過流保護。過目流脫扣動作具有瞬動

特性或定時限特性。

2）熱脫扣器當電路發(fā)生過載時，熱脫扣器的熱元件發(fā)熱使雙金屬片向上彎曲，推動自

由脫扣機構(gòu)動作，從而實現(xiàn)過載保護.熱脫扣器動作具有反時限特性。

3）失壓脫扣器額定電壓時，低壓斷路器保持在合閘狀態(tài)。一旦電壓低于規(guī)定的整定值

或下降為零時，電磁吸力不足或消失，失壓脫扣器在彈簧的作用下銜鐵釋放，自由脫扣機構(gòu)

動作。

4）分勵脫扣器分勵脫扣器是一種用于遠距離操縱分閘的電壓源激勵脫扣器。當電源電

壓等于額定控制電源電壓的35%-70%之間的任一電壓時，即可靠分斷斷路器。

1?3熔斷器用途是什么？

答：熔斷器以金屬導(dǎo)體作為熔體串聯(lián)于電路中，當過載或短路電流通過熔體時，熔體基

于電流熱效應(yīng)和熱熔斷原理而自身發(fā)熱熔斷，避免電網(wǎng)和用電設(shè)備損壞，從而起到短路或嚴

重過載保護，以防止事故翌延。

熔斷器的種類很多，按結(jié)構(gòu)和用途可分為半封閉插入式、螺旋式、封閉式、自復(fù)式、

保護用快速熔斷器等類型。

1-4一般應(yīng)如何選擇熔斷器？

對于不同性質(zhì)的負載，熔斷器類型和熔體額定電流的選擇也各不相同。

1）用戶主要依據(jù)負載的保護特性、使用場合、安裝條件和短路電流的大小選擇熔斷器

規(guī)格型號。配電系統(tǒng)一般選用封閉管式熔斷器；振動場合一般選用螺旋式熔斷器；控制電路

和照明電路一般選用插入式、無填料封閉式熔斷器；保護晶閘管則應(yīng)選擇快速熔斷器。

2）配電系統(tǒng)中，通常由多級熔斷器保護。發(fā)生故障時，遠離電源端的前級熔斷器應(yīng)先

熔斷。所以，供電干線熔斷器的熔體額定電流應(yīng)比供電支線大1~2人級差，以防止熔斷器

越級熔斷而擴大故障范圍。

3）額定電壓是指熔斷器長期工作時和分斷后能夠承受的電壓，該值一般應(yīng)大于或等于

所在電路的額定電壓，否則將出現(xiàn)持續(xù)飛弧和電壓擊穿而危害電路的現(xiàn)象。

4）額定電流是指熔斷器長期工作時，溫升不超過規(guī)定值時所能承受的電流。熔斷器額

定電流等級較少，熔體額定電流等級較多，同一規(guī)格的熔斷器可安裝大同額定電流規(guī)格的熔

體，但熔斷器額定電流應(yīng)大于或等于所裝熔體的額定電流。

1-5交流接觸器的基本結(jié)構(gòu)有哪幾部分組成，各組成部分的作用是什么？

答：交流接觸器線圈通以交流電，主要用于頻繁地接通和分段控制交流電動機等電器設(shè)

備。交流接觸器主要由以下部分組成。

1）電磁機構(gòu)電磁機構(gòu)形式根據(jù)鐵心和銜鐵運動方式，可分為銜鐵繞棱角轉(zhuǎn)動拍合式、

銜鐵繞軸轉(zhuǎn)動拍合式、銜鐵直線運動螺管式等三種。交流電磁機構(gòu)線圈通入交流電會產(chǎn)生渦

流和磁滯損耗。為了減小因渦流和磁滯損耗造成的能力損失和溫升，鐵心和銜鐵用硅鋼片疊

壓而成，線圈繞在骨架上做成扁幣厚的形狀并與鐵心隔離，這樣有利于鐵心和線圈的散熱。

2）主觸點和滅弧系統(tǒng)主觸點截面積較大，一般為平面型，主要用于接通、斷開電流較

大的主電路。根據(jù)主觸點容量大小，有橋式觸點和指形觸點兩種形式，主觸點多為常開觸點,

一般用于主電路中。

3）輔助觸點輔助觸點截面積較小，具體分為輔助常開觸點、輔助常閉觸點兩種，均為

橋式雙斷點形式。輔助觸點不設(shè)滅弧裝置，所以它不能用來分合主電路，主要是在控制電路

中起到聯(lián)動作用，完成和接觸器有關(guān)的邏輯控制。

4）其他部分其他部分有絕緣外殼、反作用彈簧、緩沖彈簧、觸點壓力彈簧、短路環(huán)、

傳動機構(gòu)、支架和底座等。

1-6觸頭按照結(jié)構(gòu)形式和接觸形式如何分類？

答：觸頭按其結(jié)構(gòu)形式可分為指形觸頭和雙斷點橋式觸頭兩種；觸頭按其接觸形式可分

為點接觸、線接觸和面接觸三種。

1-7線圈通電時，常開觸頭和常閉觸頭如何動作？

答：觸點按其原始狀態(tài)可分為常開觸點和常閉觸點。線圈未通電時斷開，線圈通電后閉

合的觸點叫常開觸點，線圈未通電時閉合，線圈通電后斷開的觸點叫常閉觸點。

1-8電弧如何產(chǎn)生的？對電路有何影響？常用的滅弧方法有哪幾種？

答：電弧實際上是一種氣體放電現(xiàn)象。當動、靜觸點于通電狀態(tài)下脫離接觸的瞬間，動、

靜觸點的間隙很小，電路電壓幾乎全部降落在觸點之間，在觸點間形成極高的電場強度，觸

頭間產(chǎn)生大量的帶電粒子，形成熾熱的電子流，產(chǎn)生弧光放電現(xiàn)象，成為電弧。電弧既妨礙

電路的正常分斷，又對觸頭有嚴里的腐蝕灼燒作用。為此，必須采用適當且有效的措施進行

滅弧，從而保證電路和電器元件工作安全可靠。常用的滅弧方法有滅弧罩、磁吹式滅弧和滅

弧柵。

1-9什么是電磁式電器的吸力特性與反力特性？這兩種特性如何配合？

答：吸力特性是指電磁結(jié)構(gòu)使銜鐵吸合的力與空氣氣隙的關(guān)系曲線。電磁機構(gòu)使銜鐵釋

放的力與氣隙的關(guān)系曲線稱為反力特性，反作用力包括彈簧力、銜鐵自身重力、摩擦阻力等。

為使電磁機構(gòu)能正常工作，吸力特性與反力特性配合必須得當。吸合過程中，吸力必須

大于反力，即吸力特性始終位于反力特性上方，但也不能過大或過小。吸力過大，動、靜觸

頭接觸以及銜鐵與鐵心接觸時的沖擊力過大，容易使使觸頭和銜鐵發(fā)生彈跳，從而導(dǎo)致觸頭

熔焊或燒毀，影響電器的機械壽命；吸力過小，則會使銜鐵運動速度降低，難以滿足操作頻

率高的要求。反之，為保證銜鐵可靠釋放，反力必須大于吸力，即吸刀特性必須始終位于反

力特性的下方。

1/0繼電器與接觸器有何異同？

答：相同點：輸入信號都是電壓；都是利用電磁機構(gòu)的工作原理。

不同點：中間繼電器用于小電流控制電路中，起信號傳遞、放大、翻轉(zhuǎn)和分路等作用，

主要用于擴展觸點數(shù)量，實現(xiàn)邏輯控制；接觸器用于頻繁遠距離接通或分斷電動機主電路或

其他負載電路，是執(zhí)行電器，分主、輔助觸點，大多有滅弧裝置

什么是繼電器特性曲線？

答：電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理與電磁式接觸器相似，一般乜由反映輸入量變化的

感測機構(gòu)，以及完成機械或半導(dǎo)體觸點通斷的輸出執(zhí)行結(jié)構(gòu)組成。繼電器的主要特性是輸入

-輸出特性，又稱作繼電特性曲線.

L12通電延時型與斷電延時型時間繼電器工作原理是什么？

答：通電延時型線圈通電，瞬動常閉觸點斷開，瞬動常開觸點閉合；延遲一定時間后，

通電延時常閉觸點斷開，通電延時常開觸點閉合。線圈斷電后，瞬動觸點和通電延時觸點復(fù)

位。斷電延時型線圈通電，瞬動常閉觸點斷開，瞬動常開觸點閉合，斷電延時常閉觸點斷開,

斷電延時常開觸點閉合；線圈斷電延遲一定的時間后，瞬動常開觸點斷開，瞬動常閉觸點閉

合，斷電延時常開觸點斷開，斷電延時常閉觸點閉合。

1?13什么是主令電器？常用的主令電器有哪些？

答：主令電器是控制電路中用于發(fā)送和轉(zhuǎn)換控制命令的電器。主令電器種類很多，按用

途可分為按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)和接近開關(guān)等。

1-14行程開關(guān)是如何控制機械行程的？

答：行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，它是一種常用的將行程信號轉(zhuǎn)換為電信號的小電流主令

電器。行程開關(guān)利用生產(chǎn)機械某些運動部件上的擋鐵碰撞其滾輪使觸點動作來實現(xiàn)接通或分

斷控制電路，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動。

1-15指示和報警電器的作用是什么？

答：指示和報警電器主要用來對電氣控制系統(tǒng)的電源通斷、運行狀態(tài)、故隙報警及其他

信息等進行聲光指示。

第二章作業(yè)參考答案

2-1簡要闡述電氣原理圖、電氣安裝接線圖、電器元件布置圖的繪制原則。

答：電氣原理圖及其繪制原則

①電氣原理圖中應(yīng)采用國家統(tǒng)一規(guī)定的標準圖形符號和文字符號。電器元件不需要畫

出實際外形圖，而是將同一電器元件的各部分別繪在需要完成作用的地方，各部分都用同一

個文字符號表示。若有多個同一種類的電器元件，可用規(guī)定的文字符號加數(shù)字序號加以區(qū)別。

②電氣原理圖一般分為主電路和輔助電路兩部分，通常習(xí)慣將主電路放在電路圖的左

邊或上部，而將輔助電路放在右邊或下部。主電路一般由電源、斷路器、熔斷器、接觸器主

觸點、熱繼電器的熱元件和電動機等組成，用于直接控制電機啟停、制動、正反轉(zhuǎn)與調(diào)速,

主電路電流比較大；輔助電路又分為控制電路、保護電路、信號電路和照明電路等幾種類型,

一般由各種按鈕、接觸器/繼電器的線圈及輔助觸點、熱繼電器常閉觸點、保護電器觸點等

部分組成，輔助電路流過的電流匕較小。

③輔助電路應(yīng)垂直繪于兩條水平電源線之間，接觸器、繼電器、電磁鐵、指示燈等線

圈直接接地或下方的水平電源線上，控制觸點一般連接在上方水平線與耗能元件之間。

④電氣原理圖應(yīng)布局合理、排列均勻，既可水平位置，又可垂直位置，但文字符號不

可倒置，各電器元件位置應(yīng)根據(jù)便于閱讀的原則安排。

⑤所有電器的可動部分均按沒有通電或沒有外力作用狀態(tài)畫出。無論主電路還是輔助

電路，盡可能按動作順序從上到下、從左到右排列。具有循環(huán)運動的機構(gòu)，還應(yīng)給出工作循

環(huán)圖，萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)和行程開關(guān)應(yīng)繪出動作程序和動作位置。

⑥盡量減少線條和避免線條交叉。各個導(dǎo)線之間有電的聯(lián)系時，對于“T”形連接的接點,

在導(dǎo)線交叉處可畫實心圓點，也可不畫；對于“+”字交叉的接點，必須畫實點。

⑦必要時應(yīng)標出各電源電路的電壓值、頻率及相數(shù)、某些元器件的特性（如電阻，電

容器的參數(shù)值等），以及不常用的電器的操作方法和功能。

電器元件布置圖的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：

1）柜體不能做得太大或太小，外形尺寸、重量相近的電器組合在一起，并且應(yīng)考慮到

布線、接線和調(diào)整操作的空間，力求布局合理、整齊、美觀和對稱。

2）功能類似的元件盡量組合在一起，按鈕、開關(guān)、鍵盤，以及指示、檢測、調(diào)節(jié)等元

件為控制面板組件；控制電源、整流、濾波元件集中為電源組件；接觸器、繼電器、熔斷器

等為電氣板組件；熱繼電器一般安裝在接觸器的下面，以方便與電動機和接觸器連接。

3）盡量減少組件之間的連線數(shù)量，以減少相互干擾，同時將強、弱電應(yīng)該分開走線，

并且做好屏蔽和接地。

4）對于體積較大和較重電氣元器件，一般將其安裝在控制柜或面板的上方或后方，從

而有利于散熱。

5）需要經(jīng)常維護、檢修和調(diào)整參數(shù)的電器元件、操作開關(guān)、監(jiān)視儀器儀表，其安裝位

置應(yīng)高低適宜，以便于技術(shù)人員操作或監(jiān)控。

6）各電器元件位置確定后，即可繪制電器元件布置圖。布置圖根據(jù)電器元件外形輪廓

繪制，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)品說明書標注，以保證加工質(zhì)量和順利安裝。

繪制電氣安裝接線圖應(yīng)遵循以下原則：

1）接線圖中一般應(yīng)給出電氣設(shè)備和電器元件的相對位置、文字符號、端子號、導(dǎo)線號、

導(dǎo)線類型、導(dǎo)線截面、屏蔽和接地等，元器件所占圖面按實際尺寸以統(tǒng)一比例繪制。

2）設(shè)備內(nèi)部接線圖應(yīng)標明分線箱進線與出線的接線關(guān)系，端子號應(yīng)標清，以便配線施

工；設(shè)備外部接線圖表示設(shè)備外部的電動機或電器元件的接線關(guān)系，應(yīng)按電氣設(shè)備的實際相

應(yīng)位置繪制。

3）所有的電氣設(shè)備和電器元件均按實際安裝位置繪出，文字符號和端子號必須和電氣

原理圖中的標注一致，以便對照檢查接線。

4）不在同一安裝板或電氣柜上的電器元件的電氣連接一般應(yīng)通過瑞子排連接，并按照電

氣原理圖中的接線編號連接，應(yīng)清楚標示出各電器元件的接線關(guān)系與去向。

5）走向與功能相同的多根導(dǎo)線可用單線或線束表示，而且應(yīng)標明導(dǎo)線的規(guī)格、型號、顏

色、根數(shù)和穿線管的尺寸。

2-2全壓啟動電路常用的保護環(huán)節(jié)有哪些？各采用什么電器元件？

答：全壓啟動電路常用的保護環(huán)節(jié)主要有短路保護、過載保護，以及欠壓和失壓保護。

短路保護電器是熔斷器和斷路器，過載保護電器是熱繼電器，欠壓和矢壓保護依靠接觸器電

磁機構(gòu)來實現(xiàn)的。

2-3解釋“自鎖”和“互鎖”的含義，并舉例說明。

答：由接觸器本身輔助常開觸點閉合使其線圈長期保持通電的環(huán)節(jié)稱作“自鎖”，接觸器

輔助常開觸點因為起著自保持或自鎖作用，通常稱之為自鎖觸點。兩人接觸器的輔助常閉觸

點互相控制的邏輯關(guān)系稱為互鎖，即兩者存在相互制約的關(guān)系?；ユi有效地防止由于誤操作

而造成的兩相短路故障。

2-4多地控制電路中，常開起動按鈕和常閉停止按鈕的邏輯關(guān)系是什么？

答：多地控制電路中，常開起動按鈕為并聯(lián)關(guān)系，常閉停止按鈕為串聯(lián)關(guān)系。

2-5什么是減壓啟動？常用的減壓啟動方式有哪幾種？

答：減壓啟動是指將電壓適當降低后加到電動機定子繞組上進行啟動，待電動機啟動運

轉(zhuǎn)后，再使其電壓恢復(fù)到額定值正常運轉(zhuǎn)，啟動電流將會隨電壓降低而減小。

減壓啟動有定子繞組串電阻或電抗器降壓啟劭、定子繞組串自耦變壓器降壓啟動、延邊

三角形降壓啟動、星形-三角形降壓啟動等多種方式。

2-6什么是反接制動和能耗制動？兩種制動方式各有什么特點及適應(yīng)什么場合？

答：反接制動是改變電動機電源相序，即將任意兩根相線對調(diào)以改變電動機定子繞組電

源相序，定子繞組將產(chǎn)生反向的旋轉(zhuǎn)磁場，從而使轉(zhuǎn)子受到與當前旋轉(zhuǎn)方向相反的制動力矩

而迅速停轉(zhuǎn)。能耗制動，就是切斷交流電源后，在電動機定子繞組任意兩相通入直流電流,

形成一個固定磁場，該磁場與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生制動力矩而達到制動目的。制動結(jié)

束后，同樣必須及時切除直流電壓。

2-7電動機有哪幾種調(diào)速方法，特點各是什么？

答：三相異步電動機常用的調(diào)速方法有三種：變電壓調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速、變極對數(shù)調(diào)

速。

1.變電壓調(diào)速

變電壓調(diào)速主要采用晶閘管交流調(diào)壓器變電壓調(diào)速，即通過調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角來改變

電壓進行調(diào)速。這種調(diào)速方式線路簡單，但是調(diào)電壓過程中的轉(zhuǎn)差功秀以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)

子電阻或外接電阻上，效率低，僅用于小容量電動機或一些特殊場合，目前已很少應(yīng)用。

2.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速又可分為繞線轉(zhuǎn)子電動機在轉(zhuǎn)子電路串接電阻調(diào)速、繞線轉(zhuǎn)子電動機串級

調(diào)速、電磁離合器調(diào)速等。繞線轉(zhuǎn)子電動機串電阻調(diào)速設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、價格便宜,

但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上，效率隨轉(zhuǎn)差率增大而等比下降，目前已極少采用。

繞線轉(zhuǎn)子電動機串級調(diào)速是指繞線式電動機轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電動勢來改變。

電動機轉(zhuǎn)差率達到調(diào)速目的，大部分轉(zhuǎn)差功率被串入的附加電動勢吸收，再把吸收的

轉(zhuǎn)差功率回饋電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用。串級調(diào)速多用于風(fēng)機、水泵、軋鋼機、礦井提升機、

擠壓機。電磁離合器調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速平滑、運行可靠，但低負載運行時性能較差,

僅適用于特殊應(yīng)用場合下，以及對調(diào)速要求不高的中小功率，或要求平滑傳動、短時低速

運行的生產(chǎn)機械。

3.變極對數(shù)調(diào)速

變極對數(shù)調(diào)速其接線簡單、控制方便、價格低，具有較強的機械特性，不僅穩(wěn)定性良

好，而且無轉(zhuǎn)差損耗、效率高。這種調(diào)速屬于有級調(diào)速，級差較大，不能獲得平滑調(diào)速，主

要適用于不需要無

級調(diào)速的生產(chǎn)機械，如金屬切削機床、升降機、起重設(shè)備、風(fēng)機、水泵等。

2-8電氣控制系統(tǒng)分析的步驟及內(nèi)容是什么？

答：分析電氣原理圖時，必須與閱讀分析電氣安裝接線圖、電器元件布置圖，以及其他

技術(shù)資料結(jié)合起來。例如，各種電動機及執(zhí)行元器件的控制方式、位置及作用，各種與機械

有關(guān)的位置開關(guān)、主令電器的狀態(tài)等。

通常，分析電氣控制系統(tǒng)時，要結(jié)合有關(guān)技術(shù)資料將控制線路“化整為零”，即以某一電

動機，或者接觸器、繼電器線圈為對象，從電源開始，自上而下，自左而右，逐一分析其接

通及斷開的關(guān)系，并區(qū)分出主令信號、聯(lián)鎖條件和保護要求等。根據(jù)圖區(qū)坐標標注的檢索可

方便地分析出各控制條件與輸出的因果關(guān)系。

1）分析主電路無論線路設(shè)計還是線路分析都應(yīng)從主電路入手，從主電路的構(gòu)成可分析

出電動機或執(zhí)行電器的類型、工作方式、啟動、轉(zhuǎn)向、調(diào)速和制劭等基本控制要求。

2）分析控制電路主電路的控制要求是由控制電路來實現(xiàn)的。運用“化整為零”、“順藤

摸瓜”的原則，將控制線路按功能不同劃分成若干個局部控制線路。從電源和主令信號開始,

經(jīng)過邏輯判斷，寫出控制流程，以簡便明了的方式表達出電路的自動工作過程。

3）分析輔助電路輔助電路包括執(zhí)行元件的工作狀態(tài)顯示、電源顯示、參數(shù)測定、照明

和故障報警等部分。輔助電路相對獨立，其很多部分是由控制電路中的元件來控制的。

4）分析聯(lián)鎖與保護環(huán)節(jié)生產(chǎn)機械對安全性、可靠性有很高的要求，實現(xiàn)這些要求，除

了合理地選擇拖動、控制方案以外，控制線路中還應(yīng)設(shè)置一系列電氣保護和必要的電氣聯(lián)鎖,

這些環(huán)節(jié)是非常重要內(nèi)容，不能遺漏。

5）分析特殊控制環(huán)節(jié)某些控制線路中，還設(shè)置了一些與主電路、控制電路關(guān)系不密切,

且相對獨立的某些特殊環(huán)節(jié)。如計數(shù)、自動檢測、調(diào)溫等裝置。這些部分往往自成一個小系

統(tǒng)，其讀圖和分析方法可參照上述分析過程，靈活運用所學(xué)的電子技術(shù)、自控原理、檢測與

轉(zhuǎn)換等知識逐一分析。

6）總體檢查經(jīng)過“化整為零”，逐步分析了每一局部電路的工作原理以及各部分之間的

控制關(guān)系之后，還必須用“集零為整”的方法，檢查整個控制線路，看是否有遺漏。

2-9畫出三相異步電動機三地控制電氣控制電路。

2-10某機床的主軸和潤滑油泵各由一臺籠型異步電動機拖動，為其設(shè)計主電路和控制電

路，控制要求如下：（1）主軸電動機只能在油泵電動機啟動后才能啟動；（2）若油泵電動

機停車，則主軸電動機應(yīng)同時停車；（3）主軸電動機可以單獨停車；（4）兩臺電動機都需

要短路保護、過載保護。

答：油泵電動機由接觸器KM1控制，主軸電動機由接觸器KM2控制。由于KM1的常

開觸點串聯(lián)在KM2的線圈回路里，可保證主軸電動機在油泵電動機啟動后才能啟動。當油

泵電動機停車時主軸電動機也同時停車。當需要主軸電動機單獨停車時,可按停止按鈕SB3o

熱繼電器FR1、ER2可分別實現(xiàn)兩臺電動機的過載保護。短路保護由熔斷器FU實現(xiàn)。

2-11有一臺4級帶式運輸機，包括交流電動機Ml?M4,啟動時要求按一定時間間隔順序

啟動，停車時按一定時間間隔向相反方向依次停車。試設(shè)計電氣控制電路，并設(shè)置必要的

電氣保護。

2-12設(shè)計兩臺異步電動機的主電路和控制電路，控制要求如下:

(1),兩臺電動機互不影響地獨立啟動和停止；(2)控制電路能同時控制兩臺電動機的停止;

儂任臺電動機發(fā)生過載時，兩臺電動機均停止。

KM1KM2

第三章作業(yè)參考答案

3-1從PLC的定義中你能讀出哪三個方面的重要信息？

答：可編程控制器的定義中重點說明了三個概念：即PLC是什么，它具備什么功能（能

干什么），以及PLC及其控制系統(tǒng)的設(shè)計原則。

PLC是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)“，也是一種計算機；它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而

設(shè)計的“工業(yè)計算機。

PLC應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用

范圍。這也是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。

PLC采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序控制、定時、計

數(shù)和算術(shù)運算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的功能，并且非常容易與“工

業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”，易于“擴充”。?

3-2PLC按照I/O點數(shù)容量和結(jié)構(gòu)形式怎么進行分類？每一類特點是什么？

答：1）按I/O點數(shù)容量分類可分為小型機、中型機和大型機。

小型PLC的功能一般以開關(guān)量控制為主，輸入庫I出點數(shù)一般在256點以下。高性能小

型PLC還具有一定的通信能力和少量的模擬量處理能力。小型PLC價格低廉、體積小巧，

適合于控制單臺設(shè)備和開發(fā)機電一體化產(chǎn)品。

中型PLC的輸入/輸出點數(shù)在256~2048點之間。中型PLC不僅具有開關(guān)量和模擬量的

控制功能，還具有更強的數(shù)字計算能力，它的通信功能和模擬量處理能力更強大，適用于復(fù)

雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)線的過程控制場合。

大型PLC的輸入崎出點數(shù)在2048點以上，程序和數(shù)據(jù)存儲器容量最高可達10Mo大

型PLC的性能已經(jīng)與工業(yè)控制計算機相當，它具有計算、控制和調(diào)節(jié)的功能，還具有強大

的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力，有些還具有冗余能力。大型機適用于設(shè)備自動化控制、過程自

動化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。

2）按結(jié)構(gòu)形式分類可分為整體式和模塊式兩類。

整體式結(jié)構(gòu)的特點是將電源、CPU、存儲器、輸入/輸出接口等各個功能部件集成在一

個標準機殼內(nèi)，通常稱之為PLC主機或基本單元。有的PLC還設(shè)有擴展端口，通過擴展電

纜與擴展單元相連，井結(jié)合專用的特殊功能模塊，以構(gòu)成PLC不同的配置和功能。整體式

結(jié)構(gòu)的PLC體積小、成本低、安裝方便。微型和小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)

模塊式結(jié)構(gòu)PLC是由一些獨立模塊單元構(gòu)成，例如電源模塊、CPU模塊、輸入/輸出模

塊、各種功能模塊等。這些模塊插到機架插座上或安裝在底板上，組裝在一個機架內(nèi)。模塊

式結(jié)構(gòu)配置靈活、裝配方便、便于擴展。一般中、大型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)形式。

3-3S7-1200的硬件主要由哪些硬件構(gòu)成。

答：S7/200主要由控制器、信號板、信號模塊、通信模塊，以及電源、開關(guān)模塊或存

儲卡等附件組成。S7-1200提供了各種模塊和插入式板，用于通過附加I/O或其他通信協(xié)議

來擴展CPU功能，其硬件組成具有高度的靈活性，用戶可根據(jù)自身需求確定PLC的結(jié)構(gòu)，

系統(tǒng)擴展十分方便。

3-4S7-1200的CPU有哪些共性？

答：CPU的共性技術(shù)規(guī)范主要有：

DS7-1200集成有最大150KB工作寄存器、4MB裝載寄存器和10KB保持性寄存器,

而過程映像輸入、過程映像輸出各自占用1024B。

2）S7-1200具有可選的SIMATIC存儲卡附件，主要用于擴展存儲器容量和更新PLC

固件，或?qū)⒋鎯Φ某绦騻鬏數(shù)狡渌鸆PU。

3）系統(tǒng)可擴展1塊信號板和3塊通信模塊，用戶可用信號板擴展一路模擬量輸出或高

速數(shù)字量輸入/輸出。

4）S7-1200具有最多4路高數(shù)脈沖。其中，CPU1217C支持最高1MHz脈沖輸出，其

他機型支持最高100kHz脈沖輸出，而信號板可輸出最高200KHz脈沖。

5）數(shù)字量輸入為24VDC,輸入電流為4mA。高電平的最小電壓/電流為15VDC/2.5mA,

低電平的最大電壓/電流為5VDC,1mA。繼電器輸出為5~30VDC或5~250VAC,最大電流

為2A,白熾燈負載為DC30W或AC200W.DC/DCMOSFET高電平的最小輸出電壓為

20VDC,輸出電流為0.5A,低電平的最大輸出電壓為0.1VDC,白熾燈負載為5W。

6）S7-1200具有兩路集成的模擬量輸入，輸入范圍0-10V,10位分辨率，輸入電阻

大于等于100kC。

7）CPU1215C和CPU1217C具有2個PROFINET以太網(wǎng)端口，其他CPU具有1個

PROFINET以太網(wǎng)端口，傳輸速率為10/100Mbit/s。

8）實時時鐘的保存時間通常為20天，40C時最少為12天，最大誤差±60s/月。

9）CPU提供多種安全功能，從而用于防范對CPU和用戶程序天經(jīng)授權(quán)的訪問，實現(xiàn)

了安全防護和知識產(chǎn)權(quán)保護。

10）CPU配方功能可實現(xiàn)配方數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出。配方數(shù)據(jù)按照CSV標準格式存儲在

CPU或外部存儲卡中，并可通過集成的Web服務(wù)器或直接讀取外部存儲卡中文件來管理配

方數(shù)據(jù)文件，從而實現(xiàn)配方數(shù)據(jù)的下載、修改和刪除。

IDS7-1200使用梯形圖（LAD）、功能塊圖（FBD）和結(jié)構(gòu)化控制語言（SCL）編程。

實數(shù)數(shù)學(xué)運算、布爾運算和字傳送指令執(zhí)行速度分別為2.3兇指令、0.08即/指令和指

令。

12）CPU具有強大的調(diào)試與診斷功能，用戶可通過讀取設(shè)備或模塊的狀態(tài)LED、診斷

緩沖區(qū)而獲得具體的珍斷信息。

3-5S7-1200的CPU集成了哪些工藝功能？

答：S7-1200PLC集成了高速計數(shù)與頻率測量、高速脈沖輸出、PWM控制、運動控制

和PID控制功能。

3-6S7-1200支持哪些類型的通信？各種使用的通信功能模塊是什么？

答：S7-1200PLC具有強大的通信功能，具有PROFIBUS、PROFINET、AS-i、RS232/485、

PtP、USS、Modus等通信功能。通信模塊（CM）和通信處理器（CP）將擴展CPU的通信

接口，S7-1200最多可增加3個通信模塊，它們安裝在CPU模塊的左邊。通信模塊可使CPU

支持PROFIBUS、RS232/RS485（適用于PlP、USS、Modus）以及AS-i主站，通信處理器

可提供其他類型的功能，例如通過GPRS、LTE、IEC、DNP3或WDC網(wǎng)絡(luò)連接至ljCPU。

3?7S7?1200有幾種編程語言，各有什么特點?

答：S7-1200有三種編程語言，分別是梯形圖、功能塊圖和結(jié)構(gòu)化控制語言。

梯形圖由觸點、線圈和方框表示的指令框組成。觸點代表邏輯輸入條件，例如外部的開

關(guān)、按鈕和內(nèi)部條件等；線圈代表邏輯運算的結(jié)果，常用來控制外部的負載和內(nèi)部的標志位

等；指令框表示定時器、計數(shù)器或者數(shù)學(xué)運算等指令。梯形圖與繼電接觸器電路很相似，直

觀易懂，電氣人員和工程師很容易掌握，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

FBD也是一種圖形編程語言,FBD邏輯表示法以布爾代數(shù)中使月的圖形邏輯符號為基

礎(chǔ)，用類似于與門、或門的方框來表示邏輯運算關(guān)系，方框的左邊為邏輯運算的輸入變量,

右邊為輸出變量，輸入/輸出端的小圓圈表示非運算。方框被導(dǎo)線連接在一起，信號自左向

右流動，指令框用來表示一些復(fù)雜的功能。STEP7不限制FBD程序段中的指令的行和列數(shù)。

因此，有數(shù)字電路基礎(chǔ)的人很容易掌握，但在我國的電氣工程師中較少使用。

結(jié)構(gòu)化控制語言是一種基于PASCAL的高級編程語言，尤其適月于數(shù)值管理、過程優(yōu)

化、配方管理和數(shù)學(xué)計算、統(tǒng)計任務(wù)等應(yīng)用。SCL支持STEP7塊結(jié)構(gòu)，還可將用LAD和

FBD編寫的程序塊包括在用SCL編寫的程序塊中。SCL指令使用標準編程運算符，例如用

（：=）表示賦值，算術(shù)功能（+-*/）。SCL使用標準PASCAL程序控制操作，如IFTHEN

ELSE、CASE、REPEATUNTIL、GOTO和RETURN.SCL能像PASCAL一樣提供條件處

理、循環(huán)和嵌套控制結(jié)構(gòu)，因此在SCL中可比LAD或FBD更輕松地實現(xiàn)復(fù)雜的算法。

3-8S7-1200工作模式和處理掃描周期內(nèi)容是什么？

答：具體請參考教材

3-9TIA博途軟件有哪兩種視圖？各自有什么特點？

答：STEP7提供了兩種不同的項目視圖：根據(jù)工具功能組織的面向任務(wù)的Portal視圖,

或由項目中各元素組成的面向項目的項目視圖。

3-10怎樣設(shè)置數(shù)字量輸入點的上升沿中斷功能？

答：STEP7可為每個數(shù)字量輸入啟用上升沿和下降沿檢測，以及設(shè)置產(chǎn)生中斷事件時

調(diào)用的硬件中斷組織塊。如果沒有定義好的硬件中斷組織塊，可單擊后面的按鈕并新增硬件

中斷組織塊連接該事件。

3-11使用系統(tǒng)存儲器默認的地址MBLML0~M1.3各自有什么功能？

答：ML0~ML3的意義如下:

①M1.0（首次掃描）首次循環(huán)掃描時為TRUE（1狀態(tài)），以后為FALSE（0狀態(tài)），

主要完成系統(tǒng)上電后的初始化操倡。

②ML1（診斷狀態(tài)已更改）診斷時間后一個掃描周期內(nèi)置位1。由于啟動OB和程序

循序OB首次執(zhí)行完才能置位該位，即才能判斷是否發(fā)生診斷更改。

③M1.2（始終為1）總是為TRUE,即常開觸點總是閉合。

④M1.3（始終為0）總是為FALSE,即常閉觸點總是斷開。

3-12在符號名為Pump的數(shù)據(jù)塊中生成一個由50個整數(shù)組成的一維數(shù)組，數(shù)組的符號名為

Presso此外生成一個由Bool變量StartNStop和Int變量Speed組成的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的符號

名為MotOFo

答：如圖所示。

Pump

名稱數(shù)據(jù)類型啟動值保持性可從HMI...在HMI…設(shè)置值

<3▼Static▼@

2句■>PressArray（1..1O；ofInt□0

30,▼MotorStructQ@

4"StartBoolfalse70

5<3"StopBoolfalse2@

6句"Speedflnt0

3-1310.0：P和10.0有什么區(qū)別，為什么不能寫外設(shè)輸入點？

答：10.0：P訪問直接從被訪問點而非輸入過程映像獲得數(shù)據(jù)，這種訪問稱為“立即讀”

訪問，不會影響存儲在輸入過程映像中的相應(yīng)值。10.0：P物理輸入點直接從與其連接的現(xiàn)

場設(shè)備接收值，所以不允許對這些點進行寫訪問，與可讀寫的I訪問不同的是，ISO：P訪

問為只讀訪問。

3-14怎么切換程序中地址的顯示方式？

答：單擊工具欄上的行按鈕，將在選中的程序段下面插入一個新的程序段，附按鈕用于

刪除選中的程序段，總按鈕用于關(guān)閉或打開程序段的注釋。單擊君立按鈕，可選中只顯示絕

對地址、符號地址或同時顯示兩種地址，并在這三種方式之間切換。

3-15程序狀態(tài)由什么優(yōu)點？什么情況應(yīng)使用監(jiān)控表？

答：程序狀態(tài)可監(jiān)視用戶程序的運行，顯示程序中操作數(shù)的值和邏輯運算結(jié)果，還可修

改某些變量的值。使用程序狀態(tài)功能，可在程序編輯器中形象直觀地監(jiān)視梯形圖程序中的執(zhí)

行情況，觸點和線圈狀態(tài)一目了然，但是只能在屏幕上顯示一部分程序，往往不能同時看到

與某一程序功能有關(guān)的全部變量狀態(tài)。監(jiān)控表可有效地解決上述問題，使用監(jiān)控表可監(jiān)視、

修改和強制調(diào)用用戶程序或CPU內(nèi)的各個變量，可向某些變量寫入需要的數(shù)值進行程序的

測試。

3-16修改變量和強制變量有什么區(qū)別？

答：用戶可強制給程序中的變量指定固定的值，這一功能稱為強制。S7-1200系列PLC

只能強制外設(shè)輸入和外設(shè)輸出，而不能強制給高速計數(shù)器HSC、脈寬調(diào)制PWM和脈沖列

輸出的I/O點。執(zhí)行用戶程序前，強制值被用于輸入過程映像，處理程序時使用的是輸入點

的強制值。寫外設(shè)輸出點時，強制值被送給過程映像輸出，輸出值被強制覆蓋。

強制值不會因用戶程序的執(zhí)行而改變，被強制的變量只能讀取，不能用寫訪問來改變強

制值。輸入、輸出點被強制后，即使編程軟件被關(guān)閉、計算機與CPU通信斷開，或者CPU

斷電，強制值都被保存在CPU中，直到在線時用強制表停止強制功能。另外，用存儲卡將

帶有強制點的程序裝載到別的CPU中，將繼續(xù)程序中的強制功能。

第四章作業(yè)參考答案

4-1在MW10等于10()0或MW4大于5000時將M2.0置位，反之將M2.。復(fù)位。用比較指

令設(shè)計出滿足要求的程序。

4-2溫度量程為0~800C,被IVV96轉(zhuǎn)換為0-27648的整數(shù)，使用標準化和標定指令編寫

程序，在10.0的上升沿，將IW96輸出的模擬值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的浮點數(shù)溫度，單位為C,

存放在MD100中。

答：程序如卜：

4?3按下啟動按鈕后，運行5s,停止5s,重復(fù)執(zhí)行5次后停止。試設(shè)計其梯形圖并寫出相應(yīng)

的指令程序。

答：程序如下：

%M3.0EV8%Q0.0

TI--------1藍|-------------------------------（卜

5

4-4按下起動按鈕10.0,Q0.0控制的電動機運行30s,然后自動斷電，同時Q0.1控制的

制動電磁鐵開始通電，10s后自動斷電。試設(shè)計梯形圖和程序。

程序段2:

%Q0.0%Q0.1

-M------------(---)-~---~----'---------------------------

4-5使用定時器指令設(shè)計一個周期為10s,脈寬可調(diào)的脈沖信號程序。

▼程序段1：

%10.0%M3.0%Q0.0

%M3.1

▼程序段2:

▼程序段3:

■?fimerl'.Q%Q0.0

4-6設(shè)id—個2h30min的長延時電路程序。

4-7現(xiàn)有4臺電動機控制要求為：按M1~M4順序啟動，前級電機不啟動，后級

電動機不能啟動。前級電動機停止時，后級電動機也停止，試設(shè)計梯形圖并寫出語句表程

序。

程序段1:

注穿

4?9利用循環(huán)移位指令設(shè)計一個8路跑馬燈程序，每個跑馬燈間隔iso

第五章作業(yè)

5-1系統(tǒng)時間和本地時間分別是什么時間？怎樣設(shè)置本地時間的時區(qū)？

答：系統(tǒng)時間是格林尼治標準時間，本地時間是根據(jù)當?shù)貢r區(qū)設(shè)置的本地標準時間。設(shè)

置時區(qū)(SET_TIMEZONE)指令設(shè)置本地時區(qū)和夏令時參數(shù)，以用于將CPU系統(tǒng)時間轉(zhuǎn)

換為本地時間。

5-2什么是PID控制，其主要用途是什么？

答：PID(Proportion-Integral-Derivative)控制系統(tǒng)是應(yīng)用最為廣泛的閉環(huán)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

PID控制回路的原理是給被控對象一個設(shè)定值，然后通過測量元件將過程值測量出來，并與

設(shè)定值進行比較，將其差值送入PID控制器。PID控制器通過運算，計算出輸出值，送到執(zhí)

行器進行調(diào)節(jié)。其中的P、I、D指的是比例、積分、微分運算，通過這些運算，可使被控

對象隨設(shè)定值變化并使系統(tǒng)達到穩(wěn)定，自動消除各種干擾對控制對象的影響。

5-3編寫一段程序計算sin50+cos6()的值。

答：程序如下：

▼程序段1：

5-4編寫程序，10.0為1時求出MW10?MW20中最小的整數(shù)，存放在MW30中。

答：程序如下：

5-5編寫程序，在IO.1的上升沿，用“與”運算指令將MW2的最高3位清零，其余各位保持

不變。

答：程序如下：

▼程序段1:

AND

%10.1Word

TPI-----------------------------------------ENENO---------------------------------------------------------1

%M3.0%MW2|N1OUT%MN2

16#1FFF—|N2

5-6以0?1。為單位的整數(shù)格式的隹度值在MW8中，在10.2的上升沿，求出該角度的正弦值,

運算結(jié)果轉(zhuǎn)換為以為單位的雙整數(shù)，存放在MD8中，設(shè)計出程序。

答：程序如下：

CONV

202InttoReal

5-7半徑（小于1000的整數(shù)）在DB0.DBW0中，取圓周率為3.1416,用浮點數(shù)運算指令編

寫計算圓周長的程序，運算結(jié)果轉(zhuǎn)換為整數(shù)，存放在DB1.DBW2中。

答：程序如下:

5-8用10.0控制接在QB1上的8個彩燈是否移位，每2s循環(huán)左移1位。用IB1設(shè)置彩燈

的初始值，在10.1的上升沿將IB1的值傳送到QBL設(shè)計出梯形圖程序。

答：程序如下：

第六章作業(yè)參考答案

6-1什么是順序功能圖，它主要由哪些元素組成？順序功能圖的主要類型有哪些？

答：順序功能圖又稱為功能流程圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，它是一種描述順序控制系統(tǒng)的圖形表

示方法，是專用于工業(yè)順序控制程序設(shè)計的一種功能性說明語言。它能完整地描述控制系統(tǒng)

的工作過程、功能和特性，是分析、設(shè)計電氣控制系統(tǒng)控制程序的重要工具。功能圖主要由

“狀態(tài)”、“轉(zhuǎn)換”及有向線段等元素組成。

順序功能圖主要由單流程、可選擇的分支和連接、并行分支和連接、跳轉(zhuǎn)和循環(huán)等主要

類型。

6?2液體混合控制系統(tǒng)裝置示意圖如圖6?21所示?？刂埔笕缦拢喊聪缕饎影粹o，電磁閥

1閉合，開始注入液體1,液體到達L2的高度，停止注入液體1。同時電磁閥2閉合，

注入液體2,液體到達L1的高度，停止注入液體2,開啟攪拌機M,攪拌4s,停止

攪拌。同時電磁閥3閉合，液體達到L3高度，再經(jīng)2s停止放出液體。同時液體1注入。

開始循環(huán)。按停止按鈕，所有操作都停止，須重新起動。要求列出I/O分配表并編寫梯

形圖程序。

答：I/O分配表

起動按鈕：10.0L2液位傳感器：10.1L1液位傳感器：10.2L3液位傳感器：10.3

停止按鈕：10.3

電磁閥1：Q0.0電磁閥2：Q0.1電磁閥3：Q0.2攪拌機：Q0.3

程序段1:

注糅

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SI.U.2

6-3畫出圖6-22所示波形對應(yīng)的順序功能圖。

10,210,010,110.3

nnnn

QO.o|-------------------------1

QoiI|_________________

Q0.2