《電氣控制與PLC應用(第四版)》課后習題解答

《電氣控制與PLC應用》習題解答第一章常用低壓電器1-1從外部結構特征上如何區(qū)分直流電磁機構與交流電磁機構？怎么區(qū)分電壓線圈與電流線圈？答：從外部結構特征上，直流電磁機構鐵心與銜鐵由整塊鋼或鋼片疊制而成，鐵心端面無短路環(huán)，直流電磁線圈為無骨架、高而薄的瘦高型。交流電磁機構鐵心與銜鐵用硅鋼片疊制而成，鐵心端面上必有短路環(huán)，交流電磁線圈設有骨架，做成短而厚的矮胖型。電壓線圈匝數(shù)多，線徑較細，電流線圈導線粗，匝數(shù)少。1-2三相交流電磁鐵有無短路環(huán)，為什么？答：三相交流電磁鐵無短路環(huán)。三相交流電磁鐵電磁線圈加的是三相對稱電壓，流過三相對稱電流，磁路中通過的是三相對稱磁通，由于其相位互差120o，所產(chǎn)生的電磁吸力零值錯開，其合成電磁吸力大于反力，故銜鐵被吸牢而不會產(chǎn)生抖動和撞擊，故無需再設短路環(huán)。1-3交流電磁線圈誤接入對應直流電源，直流電磁線圈誤接入對應交流電源，將發(fā)生什么問題，為什么？答：交流電磁線圈誤接入對應直流電源，此時線圈不存在感抗，只存在電阻，相當于短路狀態(tài)，產(chǎn)生大的短路電流，立即將線圈燒毀。直流電磁線圈誤接入對應交流電源，由于阻抗存在，使線圈電流過小，電磁吸力過?。汇曡F吸合不上，時間一長，鐵心因磁滯、渦流損耗而發(fā)熱，致使線圈燒毀。1-4交流、直流接觸器是以什么定義的？交流接觸器的額定參數(shù)中為何要規(guī)定操作頻率？答：接觸器是按主觸頭控制的電流性質來定義為是交流還是直流接觸器。對于交流接觸器，其銜鐵尚未動作時的電流為吸合后的額定電流的5~6倍，甚至高達10~15倍，如果交流接觸器頻繁工作，將因線圈電流過大而燒壞線圈，故要規(guī)定操作頻率，并作為其額定參數(shù)之一。1-6交流接觸器與直流接觸器有哪些不同？答：1）直流接觸器額定電壓有：110、220、440、660V，交流接觸器額定電壓有：127、220、380、500、660V。2）直流接觸器額定電流有40、80、100、150、250、400及600A；交流接觸器額定電流有10、20、40、60、100、150、250、400及600A。3）常用接觸器線圈額定電壓等級為：交流線圈有127、220、380V；直流線圈有110、220、440V。4）直流接觸器起動功率和吸持功率相等。交流接觸器起動視在功率一般為吸持視在功率的5～8倍。1-18三角形接法的三相異步電動機為何必須采用三相帶斷相保護的熱繼電器來作斷相與過載保護？答：對于三角形聯(lián)接的三相異步電動機在正常運轉時，線電流是相電流的倍，串接在電動機電源進線中的熱元件是按電動機的額定電流即線電流來整定的。當發(fā)生一相電源斷路時，流過跨接全電壓下的一相繞組電流等于1.15倍額定相電流，而流過另兩相繞組串聯(lián)的電流僅為0.58倍的額定相電流。這時流過未斷相的那兩相電源線中的線電流正好為倍額定相電流即為額定線電流，接在電動機進線中的熱元件流過的是額定線電流，熱繼電器不動作，但流過全壓下的一相繞組已流過1.15倍額定相電流，時間一長有過熱燒毀危險。所以，三角形接法的三相異步電動機必須采用帶斷相保護的三相熱繼電器來作為斷相和過載保護。第二章電氣控制電路基本環(huán)節(jié)2-6電動機點動控制與連續(xù)運轉控制的關鍵控制環(huán)節(jié)是什么？其主電路又有何區(qū)別（從電動機保護環(huán)節(jié)設置上分析）？答：電動機點動控制與連續(xù)運轉控制的關鍵控制環(huán)節(jié)在于有無自鎖電路，該電路是用電動機起動接觸器的常開輔助觸頭并接在起動按鈕常開觸頭兩端構成。有自鎖電路為連續(xù)運轉，無自鎖電路為點動控制。對于點動控制的電動機主電路中不用接熱繼電器，即無需長期過載保護。2-7何為電動機的欠電壓與失電壓保護？接觸器與按鈕控制電路是如何實現(xiàn)欠電壓與失電壓保護的？答：電動機的欠電壓保護是指當電動機電源電壓降到0.6~0.8倍額定電壓時，將電動機電源切除而停止工作的保護。電動機的失電壓保護是指當電動機電源電壓消失而停轉，但一旦電源電壓恢復時電動機不會自行起動的保護。對于采用接觸器和按鈕控制的起動、停止電路，當電動機電源電壓消失或下降過多時，接觸器自行釋放，主觸頭斷開電動機主電路而停止轉動，接觸器自鎖常開觸頭斷開自鎖電路，電源恢復時，電動機不會自行起動，而需再次按下按鈕后電動機方可起動旋轉，實現(xiàn)欠電壓、失電壓保護。2-8何為互鎖控制？實現(xiàn)電動機正反轉互鎖控制的方法有哪兩種？它們有何不同？答：在控制電路中相互制約的控制關系稱為互鎖，其中電動機正反轉控制中正轉控制與反轉控制的互鎖最為典型。實現(xiàn)電動機正反轉互鎖控制的方法其一是將正反轉接觸器的常閉輔助觸頭串接在對方接觸器線圈的前面，此法常稱為電氣互鎖；其二是將正、反轉起動按鈕的常閉觸頭串接在對方接觸器線圈的前面，此法常稱為機械互鎖。常用電氣互鎖時，電路是正轉起動-停止-反轉起動的控制，而采用機械互鎖時，電路是可以實現(xiàn)由正轉直接變反轉的正轉起動-反轉-正轉-…-停止的控制。2-15試分析圖2-31中各電路中的錯誤，工作時會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？應如何改進？答：圖2-31中a）按下SB點動按鈕，KM線圈無法通電吸合，即無法工作。見題2-15改進圖a）。b）按下起動按鈕SB2，KM線圈通電后，按下停止按鈕SB1，KM線圈無法斷電釋放。見題2-15改進圖b）。c）按下SB2，KM線圈通電吸合后，按下SB1，KM線圈不能斷電釋放。見題2-15改進圖c）。d）按下SB2，KM線圈通電吸合，松開SB2，KM線圈斷電釋放成為點動控制。見題2-15改進圖d）。e）KM1線圈吸合時與KM2線圈通電吸合時，相序不變，電動機無法實現(xiàn)正、反轉。見題2-15改進圖e）。f）按下正轉起動按鈕SB2、KM1線圈無法通電吸合。見題2-15改進圖f）。g）控制電源一合閘，不用按下SB2，KM2線圈立即通電吸合。見題2-15改進圖g）。2-16兩臺三相籠型異步電動機M1、M2，要求M1先起動，在M1起動后才可進行M2的起動，停止時M1、M2同時停止。試畫出其電氣電路圖。答：見圖2-102-17兩臺三相籠型異步電動機M1、M2，要求既可實現(xiàn)M1、M2的分別起動和停止，又可實現(xiàn)兩臺電動機同時停止。試畫出其電氣電路圖。第四章電氣控制系統(tǒng)設計4-1電氣控制設計中應遵循的原則是什么？設計內(nèi)容包括哪些主要方面？答：在電氣控制系統(tǒng)的設計中，應遵循以下幾個原則：1）最大限度地滿足生產(chǎn)機械和生產(chǎn)工藝對電氣控制的要求，這些生產(chǎn)工藝要求是電氣控制設計的依據(jù)。因此在設計前，應深入現(xiàn)場進行調查，搜集資料，并與生產(chǎn)過程有關人員、機械部分設計人員、實際操作者密切配合，明確控制要求，共同擬定電氣控制方案，協(xié)同解決設計中的各種問題，使設計成果滿足生產(chǎn)工藝要求。2）在滿足控制要求前提下，設計方案力求簡單、經(jīng)濟、合理，不要盲目追求自動化和高指標。力求控制系統(tǒng)操作簡單、使用與維修方便。3）正確、合理地選用電器元件，確保控制系統(tǒng)安全可靠地工作。同時考慮技術進步、造型美觀。4）為適應生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇控制設備時，設備能力留有適當裕量。電氣控制系統(tǒng)設計內(nèi)容主要包括電氣原理圖設計和電氣工藝設計兩部分。以電力拖動控制設備為例，分別敘述如下：（一）、電氣原理圖設計內(nèi)容1）擬定電氣設計任務書。2）選擇電氣拖動方案和控制方式。3）確定電動機類型、型號、容量、轉速。4）設計電氣控制原理框圖，確定各部分之間的關系，擬定各部分技術指標與要求。5）設計并繪制電氣控制原理圖，計算主要技術參數(shù)。6）選擇電器元件，制定元器件目錄清單。7）編寫設計說明書。電氣原理圖是整個設計的中心環(huán)節(jié)，是工藝設計和制定其它技術資料的依據(jù)。（二）、電氣工藝設計內(nèi)容電氣工藝設計是為了便于組織電氣控制裝置的制造與施工，實現(xiàn)電氣原理圖設計功能和各項技術指標，為設備的制造、調試、維護、使用提供必要的技術資料。電氣工藝設計的主要內(nèi)容有：1）根據(jù)設計出的電氣原理圖及選定的電器元件，設計電氣設備的總體配置，繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖及總接線圖。總圖應反映出電動機、執(zhí)行電器、電器箱各組件、操作臺布置、電源以及檢測元件的分布情況和各部分之間的接線關系及連接方式，以供總裝、調試及日常維護使用。2）按照原理框圖或劃分的組件，對總原理圖進行編號，繪制各組件原理電路圖，列出各部件的元件目錄表，并根據(jù)總圖編號列出各組件的進出線號。3）根據(jù)組件原理電路圖及選定的元件目錄表，設計組件電器裝配圖（電器元件布置與安裝圖）、接線圖、圖中應反映出各電器元件的安裝方式和接線方式。這些資料是組件裝配和生產(chǎn)管理的依據(jù)。4）根據(jù)組件裝配要求，繪制電器安裝板和非標準的電器安裝零件圖紙。這些圖紙是機械加工的技術資料。5）設計電氣箱，根據(jù)組件尺寸及安裝要求確定電氣柜結構與外形尺寸，設置安裝支架，標明安裝方式，各組件的連接方式，通風散熱方式及開門方式等。6）匯總總原理圖、總裝配圖及各組件原理圖等資料，列出外構件清單，標準件清單，主要材料消耗定額等。這些是生產(chǎn)管理和成本核算必備的技術資料。7）編寫使用維護說明書。4-2如何確定生產(chǎn)機械電氣拖動方案？答：首先根據(jù)生產(chǎn)機械結構和工藝要求來選用電動機的種類、數(shù)量，然后根據(jù)各運動部件的調速范圍來選擇調速方案。在選擇電動機調速方案時，應使電動機的調速特性與負載特性相適應，以獲得電動機的充分合理利用。（一）、拖動方式的選擇電力拖動方式有單獨拖動與集中拖動兩種。電力拖動發(fā)展的趨向是電動機逐步接近工作機構，形成多電動機的拖動方式，這樣，不僅能縮短機械傳動鏈，提高傳動效率，便于自動化，而且也能使總體結構得到簡化。在具體選擇時，應根據(jù)工藝要求及結構具體情況決定電動機的數(shù)量。（二）、調速方案的選擇對于生產(chǎn)機械設備從生產(chǎn)工藝出發(fā)往往要求能夠調速，不同的設備有不同的調速范圍、調速精度等，為了滿足一定的調速性能，應選用不同的調速方案，如采用機械變速，多速電動機變速，變頻調速等方法來實現(xiàn)。隨著交流調速技術的發(fā)展，其經(jīng)濟技術指標不斷提高，采用各種形式的變頻調速技術，將是機械設備調速的主流。（三）、電動機調速性質應與負載特性相適應機械設備的各個工作機構，具有各自不同的負載特性，如機床的主運動為恒功率負載，而進給運動為恒轉矩負載。在選擇電動機調速方案時，要使電動機的調速性質與生產(chǎn)機械的負載特性相適應，以使電動機獲得充分合理的使用。如雙速籠型異步電動機，當定子繞組由三角形聯(lián)接改成雙星形聯(lián)接時，轉速增加一倍，功率卻增加很少，適用于恒功率傳動；對于低速為星形聯(lián)接的雙速電動機改成雙星形聯(lián)接后，轉速和功率都增加一倍，而電動機輸出的轉矩保持不變，適用于恒轉矩傳動。4-3電氣控制原理圖設計方法有幾種？常用什么方法？電氣控制原理圖的要求有哪些？答：電氣控制原理圖的設計方法有分析設計法和邏輯設計法兩種。分別介紹如下：（一）分析設計法分析設計法是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求選擇適當?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)或將比較成熟的電路按各部分的聯(lián)鎖條件組合起來，并經(jīng)補充和修改，將其綜合成滿足控制要求的完整電路，當沒有現(xiàn)成典型環(huán)節(jié)可運用時，可根據(jù)控制要求邊分析邊設計。由于這種設計方法是以熟練掌握各種電氣控制電路的基本環(huán)節(jié)和具備一定的閱讀分析電氣控制電路的經(jīng)驗為基礎，故又稱經(jīng)驗設計法。（二）、邏輯設計法邏輯設計法是利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學工具來進行電路設計。它是從工藝資料（工作循環(huán)圖、液壓系統(tǒng)圖等）出發(fā)，將控制電路中的接觸器、繼電器線圈的通電與斷電，觸頭的閉合與斷開，以及主令元件的接通與斷開等看成邏輯變量，并根據(jù)控制要求，將這些邏輯變量關系表示為邏輯函數(shù)關系式，再運用邏輯函數(shù)基本公式和運算規(guī)律對邏輯函數(shù)式進行化簡，然后按化簡后的邏輯函數(shù)式畫出相應的電路結構圖，最后再作進一步的檢查和完善，以期獲得最佳設計方案，使設計出的控制電路既符合工藝要求，又達到線路簡單、工作可靠、經(jīng)濟合理的要求。常用方法為分析設計方法。電氣控制原理圖設計應滿足以下要求：1）電氣控制電路滿足生產(chǎn)工藝要求。2）盡量減少控制電路中電流、電壓的種類，控制電壓選擇標準電壓等級。3）確保電氣控制電路工作的可靠性和安全性。4）應具有必要的保護。5）應簡潔方便電路設計要考慮操作、使用、調試與維修的方便，力求簡單經(jīng)濟。第五章可編程序控制器及其工作原理5-3PLC控制與繼電器控制比較，有何相同之處？有何不同之處？答：PLC控制與繼電器控制的比較見下表：比較項目繼電接觸器控制PLC控制控制功能的實現(xiàn)由繼電器和接觸器采用接各種控制功能是通過編制線方式來完成控制功能的程序來實現(xiàn)的對生產(chǎn)工藝過程變更的適適應性差，需重新設計，適應性強，只需對程序進應性控制速度改變電器元件及接線低，靠機械動作實現(xiàn)行修改極快，靠微處理器進行處理計數(shù)及其他特殊功能安裝、施工可靠性一般沒有連線多，施工繁瑣差，觸點多，故障多有安裝容易，施工方便高，元件經(jīng)過篩選和老化等可靠性措施壽命短長可擴展性維護困難工作量大，故障點不易查具有自診斷能力，維護工容易5-7PLC的工作方式是什么？何為PLC的掃描周期？答：PLC的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式，每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。5-8簡述PLC的工作過程。答：PLC的工作過程為“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”、“輸出刷新”三個階段。1）輸入采樣階段：PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入內(nèi)存中各對應的輸入映像寄存器中。此時，輸入映像寄存器被刷新。接著進入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。2）程序執(zhí)行階段：根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，PLC按先左后右、先上后下的步序逐點掃描。但遇到程序跳轉指令，則根據(jù)跳轉條件是否滿足來決定程序的跳轉地址。當指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”上一階段采入的對應輸入端子的狀態(tài)，從輸入映像寄存器“讀入”對應元件（“軟繼電器”）的當前狀態(tài)。然后進行相應的運算，運算結果再存入元件映像寄存器中。對元件映