《电气控制与PLC原理及应用-西门子S7-1200PLC 第2版》（实验指导）；习题及解答 陈建明第2版

可编程控制器实验指导书PAGE1（实验不分先后顺序，每位老师可根据实际情况选择。）实验一可编程控制器基本指令编程练习一、实验目的熟悉PLC实验装置，西门子编程控制器S7-200、S7-1200系列的外部接线方法,了解编程软件STEP7V4.0SP9及STEP7TIA(博途)的编程环境，软件的使用方法。掌握与、或、非逻辑功能的编程方法。完成与或非功能的实验,在基本指令的编程练习单元完成本实验。二、实验说明首先应根据参考程序，判断Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4的输出状态，在拨动输入开关I0.1、I0.3，观察输出指示灯Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4是否符合与、或、非逻辑的正确结果。三、实验步骤1、输入输出接线。2、打开主机电源将程序下载到主机中。3、启动并运行程序观察实验现象。四、梯形图参考程序程序见具体软件包。五、实验报告1、学习基本指令的编程。2、实现基本的点动和自锁的逻辑关系控制。3、将梯形图绘制到实验报告上。

实验二舞台灯光的模拟控制一、实验目的用PLC构成舞台灯光控制系统二、实验内容1.控制要求舞台灯光控制示意图L1、L2、L9→L1、L5、L8→L1、L4、L7→L1、L3、L6→L1→L2、L3、L4、L5→L6、L7、L8、L9→L1、L2、L6→L1、L3、L7→L1、L4、L8→L1、L5、L9→L1→L2、L3、L4、L5→L6、L7、L8、L9→L1、L2、L9→L1、L5、L8……循环下去。方式一、1200主机接线方式：1.I/O分配输入输出器件模块主机功能说明模块主机功能说明起动:SB1I0.0起动按钮L1Q0.0停止:SB2I0.1停止按钮L2Q0.1L3Q0.2L4Q0.3L5Q0.4L6Q0.5L7Q0.6L8Q0.7L9Q1.02、舞台灯光的模拟控制接线图如下图所示：3．实验步骤（1）按照电气原理图把实验接线接好，确认无接线错误。（2）将实验程序下载到PLC中，运行PLC。（3）按下SB1启动程序，观察实验运行现象。（4）按下SB2停止实验。三、舞台灯光部分控制梯形图程序见具体软件包。四、实验报告1、学习基本指令的编程。2、描述本实验的工作原理以及应用场合。3、将梯形图绘制到实验报告上。

实验三交通灯的模拟控制一、实验目的用PLC构成交通灯控制系统二、实验内容1．控制要求交通灯控制示意图起动后，南北红灯亮并维持25s。在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，1s后，东西车灯即甲亮。到20s时，东西绿灯闪亮，3s后熄灭，在东西绿灯熄灭后东西黄灯亮，同时甲灭。黄灯亮2s后灭东西红灯亮。与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。1s后，南北车灯即乙亮。南北绿灯亮了25s后闪亮，3s后熄灭，同时乙灭，黄灯亮2s后熄灭，南北红灯亮，东西绿灯亮，循环。

方式一、1200主机接线方式：1．I/O分配输入输出器件模块主机功能说明模块主机功能说明起动:SB1I0.0起动按钮南北红灯:L1Q0.0南北黄灯:L2Q0.1南北绿灯:L3Q0.2东西红灯:L4Q0.3东西黄灯:L5Q0.4东西绿灯:L6Q0.5南北车灯（乙）:L7Q0.6东西车灯（甲）:L8Q0.72、交通等的模拟控制接线图如下图所示：3．实验步骤（1）按照电气原理图把实验接线接好，确认无接线错误。（2）将实验程序下载到PLC中，运行PLC。（3）按下SB1启动程序，观察实验运行现象.三、交通灯部分控制梯形图程序见具体软件包。四、实验报告1、学习基本指令的编程。2、描述本实验的工作原理以及应用场合。3、将梯形图绘制到实验报告上。

实验四水塔水位的模拟控制 一、实验目的用PLC构成水塔水位控制系统二、实验内容1．控制要求水塔水位控制示意图按下SB4，水池需要进水，灯L2亮；直到按下SB3，水池水位到位，灯L2灭；按SB2，表示水塔水位低需进水，灯L1亮，进行抽水；直到按下SB1，水塔水位到位，灯L1灭，过2秒后，水塔放完水后重复上述过程即可。方式一、1200主机接线方式：2．I/O分配输入输出器件模块主机功能说明模块主机功能说明SB1I0.1停止按钮L1Q0.1SB2I0.2起动按钮L2Q0.2SB3I0.3停止按钮SB4I0.4起动按钮3.水塔水位的模拟控制接线图如下所示：3．实验步骤（1）按下SB4，水池需要进水，灯L2亮（2）直到按下SB3，水池水位到位，灯L2灭；（3）按SB2，表示水塔水位低需进水，灯L1亮，进行抽水；（4）直到按下SB1，水塔水位到位，灯L1灭，过2秒后，水塔放完水后重复上述过程即可。三、水塔水位控制梯形图程序见具体软件包。四、实验报告1、学习基本指令的编程。2、描述本实验的工作原理以及应用场合。3、将梯形图绘制到实验报告上。

实验五Y/Δ换接起动模拟实验一．实验目的用PLC构成Y/△换接起动控制系统。二．实验内容1．控制要求按下启动按钮SB1，电动机运行，U1，V1，W1亮，表示是Y型起动，2s后，U1，V1，W1灭，，U2，V2，W2亮表示△型起动。按下停止按扭SB2，电动机停止运行。Y/△换接起动控制示意图方式一、1200主机接线方式：I/O分配输入输出器件模块主机功能说明模块主机功能说明起动:SB1I0.0起动按钮U1Q0.0停止:SB2I0.1停止按钮V1Q0.1W1Q0.2U2Q0.3V2Q0.4W2Q0.53、Y/△换接起动的模拟控制接线图如下所示：三、换接起动控制梯形图程序见具体软件包。四、实验报告1、学习基本指令的编程。2、描述本实验的工作原理以及应用场合。3、将梯形图绘制到实验报告上。

实验六三相异步电动机的直接起动控制一．概述三相笼式异步电机由于结构简单、性价比高、维修方便等优点获得了广泛的应用。在工农业生产中，经常采用继电器接触控制系统对中小功率笼式异步电机进行直接起动，其控制线路大部分由继电器、接触器、按钮等有触头电器组成。图1是三相鼠笼异步电动机直接起动控制图。起动时，合上漏电断路器及空气开关QF，引入三相电源。按下起动按钮SB2，交流接触器KM1线圈通电，主触头KM1闭合，电动机接通电源直接起动。要使电机停止运转，按下开关SB1即可。二．实验目的1．熟悉三相鼠笼式异步电机直接起动控制线路中各电器元件的使用方法及其在线路中所起的作用。2．掌握三相鼠笼式异步电动机直接起动控制线路的工作原理、接线方法、调试及故障排除技能。

三．实验设备序号名称数量备注1电源仪表及控制屏1提供三相四线制380V、220V电压2M14B型异步电动机13交流接触器14热继电器15按钮开关26万用表、剥线钳、螺丝刀、尖嘴钳等（自备）1套7导线若干四．实验内容三相鼠笼式异步电动机直接控制。五．实验步骤1．检查各实验设备外观及质量是否良好。2．按图1三相鼠笼异步电机直接控制线路进行正确接线，先接主回路，再接控制回路。自己检查无误并经指导老师检查认可后方可合闸通电实验。（1）热继电器值调到1.0A。（2）合上漏电断路器及空气开关QF，引入三相电源。（3）按下起动按钮SB2，观察电机工作情况。（4）按下停止按钮SB1，切断电机控制电源。（5）断开空气开关QF，切断三相主电源。（6）断开漏电保护断路器，关断总电源。

实验七三相异步电动机接触器点动控制线路一．概述三相笼式异步电机由于结构简单、性价比高、维修方便等优点获得了广泛的应用。在工农业生产中，经常采用继电器接触控制系统对中小功率笼式异步电机进行点动控制，其控制线路大部分由继电器、接触器、按钮等有触头电器组成。图2是三相鼠笼异步电动机接触器点动控制线路。起动时，合上漏电保护断路器及空气开关QF，引入三相电源。按下起动按钮SB2时，交流接触器KM1的线圈通电，主触头KM1闭合，电动机接通电源起动。当手松开按钮时，接触器KM1断电释放，主触头KM1断开，电动机电源被切断而停止运转。图2二．实验目的1．熟悉三相鼠笼异步电动机点动控制线路中各元器件的使用方法及其在线路中所起的作用。2．掌握三相鼠笼异步电动机点动控制线路的工作原理、接线方法、调试及故障排除技能。三．实验设备序号名称数量备注1电源及仪表控制屏1提供三相四线制380V、220V电压2M14B型异步电动机13交流接触器14按钮开关25热继电器16导线若干四．实验内容三相鼠笼异步电动机接触器点动控制。五．实验步骤1．检查各实验设备外观及质量是否良好。2．按图2三相鼠笼式异步电动机接触器点动控制线路进行正确的接线。先接主回路，再接控制回路。自己检查无误并经指导老师检认可后方可合闸通电实验。（1）热继电器值调到1.0A。（2）合上漏电保护断路器及空气开关QF，引入三相电源。（3）按下起动按钮SB2时，观察电机工作情况，体会点动操作。（注意，操作次数不宜频繁过多）（4）断开空气开关QF，切断三相主电源。（5）断开漏电保护断路器，关断总电源。

实验八三相异步电动机接触器自锁控制线路一．概述三相笼式异步电机由于结构简单、性价比高、维修方便等优点获得了广泛的应用。在工农业生产中，经常采用继电器接触控制系统对中小功率笼式异步电机进行自锁控制，其控制线路大部分由继电器、接触器、按钮等有触头电器组成。图3是三相鼠笼异步电动机接触器自锁控制线路。起动时，合上漏电断路器及空气开关QF，引入三相电源。按下起动开关SB2，接触器KM1的线圈通电，主触头KM1闭合，电动机接通电源直接起动运转。同时与SB2并联的常开辅助触头KM1闭合并自锁。当手松开按钮时，由于辅助触点KM1闭合自锁，所以电动机一直运转。要使电机停止运转，按下开关SB1即可。二．实验目的1．熟悉三相鼠笼异步电动机的接触器自锁控制线路中各元器件的使用方法及其在线路中所起的作用。2．掌握三相鼠笼式异步电动机接触器自锁控制线路的工作原理、接线方法、调试及故障排除技能。三．实验设备序号名称数量备注1电源仪表及控制屏1提供三相四线制380V、220V电压2M14B型异步电动机13交流接触器14热继电器15按钮开关26万用表、剥线钳、螺丝刀、尖嘴钳等（自备）1套7导线若干四．实验内容三相鼠笼异步电动机接触器自锁控制线路。五．实验步骤1．检查各实验设备外观及质量是否良好。2．按图3三相鼠笼异步电动机接触器自锁控制线路进行正确接线，先接主回路，再接控制回路。自己检查无误并经指导老师检查认可方可合闸实验。（1）热继电器值调到1.0A。（2）合上漏电断路器及空气开关QF，引入三相电源。（3）按下起动按钮SB2，观察电机工作情况。（4）按下停止按钮SB1，切断电机控制电源。（5）断开空气开关QF，切断三相主电源。（6）断开漏电保护断路器，关断总电源。六．思考题1．在图3中，若自锁常开触头错接成常闭触头，会发生什么现象？2．自锁控制线路在长期工作后可能出现失去自锁作用的现象，试结合有关资料分析产生的原因。

实验九基于PLC控制方式的三相异步电动机点动与自锁控制2．I/O分配输入输出点动按钮：I0.0Q0.0自锁按钮：I0.1停止按钮：I0.23．按图所示的梯形图输入程序。4．调试并运行程序。点动与自锁梯形图点动与自锁梯形图第1章常用低压控制电器习题与思考题1．何谓电磁式电器的吸力特性与反力特性？吸力特性与反力特性之间应满足怎样的配合关系？答：不同的电磁机构，有不同的吸力特性。电磁机构动作时，其气隙是变化的，。.对于直流电磁机构：其励磁电流的大小与气隙无关，衔铁动作过程中为恒磁动势工作，根据磁路定律，式中为气隙磁阻，则，电磁吸力随气隙的减少而增加，所以吸力特性比较陡峭。对于交流电磁机构：设线圈外加电压不变，交流电磁线圈的阻抗主要决定于线圈的电抗，若电阻忽略不计，则，则，当电压频率、线圈匝数、外加电压为常数时，气隙磁通也为常数，即励磁电流与气隙成正比，衔铁动作过程中为恒磁通工作，但考虑到漏磁通的影响，其电磁吸力随气隙的减少略有增加，所以吸力特性比较平坦。答案图1.1为了保证衔铁能牢固吸合，反作用力特性必须与吸力特性配合好。在整个吸合过程中，吸力都必须大于反作用力，即吸力特性高于反力特性，但不能过大或过小，吸力过大时，动、静触头接触时以及衔铁与铁心接触时的冲击力也大，会使触头和衔铁发生弹跳，导致触头的熔焊或烧毁，影响电器的机械寿命；吸力过小时，会使衔铁运动速度降低，难以满足高操作频率的要求。因此，吸力特性与反力特性必须配合得当，才有助于电器性能的改善。在实际应用中，可调整反力弹簧或触头初压力以改变反力特性，使之与吸力特性有良好配合，参见答案图1.1答案图1.12．单相交流电磁机构为什么要设置短路环？它的作用是什么？三相交流电磁铁要否装设短路环？答：由于单相交流接触器铁心的磁通是交变的，故当磁通过零时，电磁吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹簧的作用下将被拉开，磁通过零后电磁吸力又增大，当吸力大于反力时，衔铁又被吸合。这样就使衔铁产生强烈的振答案图1.2动和噪声，甚至使铁心松散。因此，交流接触器铁心端面上都安装一个铜制的短路环。短路环将铁心端面分隔成两部分，当交变磁通穿过短路环所包围的截面积在短路环中产生涡流时，根据电磁感应定律，此涡流产生的磁通在相位上落后于短路环外铁心截面中的磁通，由、产生的电磁吸力为，作用在衔铁上的合成电磁吸力是，只要此合力始终大于其反力，衔铁就不会产生振动和噪声。参见答案图1.2所示。答案图1.2对于三相交流电而言，因为三相不可能同时为零。就相当于整个电磁铁磁通没有过零点，磁场不会消失，衔铁就不会振动。故无须加装短路环。3．从结构特征上如何区分交流、直流电磁机构？答：交流接触器的线圈通以交流电，将产生涡流和磁滞损耗，使铁心发热。为减少铁损，铁心用硅钢片冲压而成。为便于散热，线圈做成短而粗的筒状绕在骨架上。直流接触器的线圈通以直流电，铁心中不会产生涡流和磁滞损耗，所以不会发热。为方便加工，铁心用整块钢块制成。为使线圈散热良好，通常将线圈绕制成长而薄的筒状。4．交流电磁线圈通电后，衔铁长时间被卡不能吸合，会产生什么后果？答：衔铁在吸合过程中，交流励磁线圈的电流与气隙成正比，当线圈通电瞬间，衔铁尚未吸合时，气隙较大，电流将达到吸合后额定电流的5~15倍，如果衔铁长时间被卡不能吸合，容易烧毁线圈。5．交流电磁线圈误接入直流电源，直流电磁线圈误接入交流电源，会发生什么问题？为什么？答：交流电磁线圈接入直流电源时会通过很大的电流，很快会烧毁。因为交流线圈对交流电有感抗，而对直流电没有感抗，交流线圈只有很小的直流电阻，所以会通过很大的电流。若将直流电磁线圈误接入交流电源上，接触器将不能正常工作。因阻抗增大，电流减小，吸力不足，不能吸合，线圈电流降不下去。此外，直流电磁铁铁心采用整块钢制成，交流电磁场会导致铁心中产生较大的涡流，导致铁心和线圈发热。6．线圈电压为220V的交流接触器，误接入380V交流电源会发生什么问题？为什么？答：接入380V的电压远远超过它的额定电压220V,线圈电流将大大增加，线圈迅速发热最终导致烧毁。7．接触器是怎样选择的？主要考虑哪些因素？答：首先，根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型。交流负载应选用交流接触器，直流负载应选用直流接触器，如果控制系统中主要是交流负载，而直流电动机或直流负载的容量较小，也可都选用交流接触器来控制，但触点的额定电流应选得大一些。主要考虑因素有：接触器的额定电压、接触器的额定电流、电磁线圈的额定电压、触头数目、额定操作频率。8．两个相同的交流线圈能否串联使用？为什么？答：在交流控制线路中，不能串联接入两个电器线圈。因为每个线圈上所分配到的电压与线圈阻抗成正比，两个电器动作总有先后，先吸合的电器，磁路先闭合，其阻抗比没吸合的电器大，电感显著增加，线圈上的电压也相应增大，故没吸合电器的线圈的电压达不到吸合值。同时电路电流将增加，有可能烧毁线圈。因此，两个电器需要同时动作时，线圈应并联连接。9．常用的灭弧方法有哪些？答：当开关电器的触头分离时，触头间的距离很小，触头间电压即使很低，但电场强度很大（），在触头表面由于强电场发射和热电子发射产生的自由电子，逐渐加速运动，并在间隙中不断与介质的中性质点产生碰撞游离，使自由电子的数量不断增加，导致介质被击穿，引起弧光放电，弧隙温度剧增，产生热游离，不断有大量自由电子产生，间隙由绝缘变成导电通道，电弧持续燃烧。为了加速电弧熄灭，常采用以下灭弧方法：①电动力灭弧；②灭弧栅灭弧；③磁吹灭弧等。10．熔断器的额定电流、熔体的额定电流和熔体的极限分断电流三者有何区别？答：熔断器的额定电流是指所装熔体额定电流的最大值；熔断体的额定电流是在规定条件下，熔断体能够长期承载而不使性能降低的电流；熔断体的极限分断电流是指在规定的使用和性能条件下，熔断体在规定电压下能够分断的预期电流的极限值，必须大于线路中可能出现的最大短路电流，否则就不能获得可靠的短路保护。11．如何调整电磁式继电器的返回系数？答：继电器的释放值与吸合值之比称为继电器的返回系数。值是可以调节的，可通过调节释放弹簧的松紧程度（拧紧时，与同时增大，增大；放松时，减小）或调整铁心与衔铁间非磁性垫片的厚薄（增厚时增大，增大；减薄时减小）来达到。12．电气控制线路中，既装设熔断器，又装设热继电器，各起什么作用？能否相互代用？答：二者不能相互替换，热继电器和熔断器在电路中的保护作用是不相同的。热继电器只做长期的过载保护，而熔断器是做严重过载和短路保护，因此一个较完整的保护电路，特别是电动机控制电路，应该两种保护都具有。13．热继电器在电路中的作用是什么？带断相保护和不带断相保护的三相式热继电器各用在什么场合？答：热继电器（FR）主要用于电力拖动系统中电动机负载的过载保护。热继电器的选择主要根据电动机定子绕组的联结方式来确定热继电器的型号，在三相异步电动机电路中，对Y连接的电动机可选两相或三相结构的热继电器，一般采用两相结构的热继电器，即在两相主电路中串接热元件。对于三相感应电动机，定子绕组为A连接的电动机，必须采用带断相保护的热继电器。14．时间继电器和中间继电器在电路中各起什么作用？答：时间继电器用来控制电器延时通断。中间继电器实质上是一种电压继电器，它的特点是触头数目较多，电流容量可增大，起到中间放大（触头数目和电流容量）的作用。什么是主令电器？常用的主令电器有哪些？答：主令电器是在自动控制系统中发出指令或信号的电器，用来控制接触器、继电器或其他电器线圈，使电路接通或分断，从而达到控制生产机械的目的。主令电器应用广泛、种类繁多。按其作用可分为：按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器及其他主令电器（如脚踏开关、钮子开关、急停开关）等。试为一台交流380V、4kW（cosφ=0.88）、Δ连接的三相笼型异步电动机选择接触器、热继电器和熔断器。答：首先根据三相异步电动机的功率计算公式式中，为三相电源的线电压（V）；为电动机的线电流（A）；为电动机的功率因数。计算出电动机额定电流为A接触器选择：交流接触器；额定电压380V;额定电流l0A；电磁线圈额定电压110V/127V/220V/380V之中选一；参考型号为CJ20-10。热继电器选择：带断相保护的热继电器；热继电器的整定电流7.2A；热继电器的额定电流20A；参考型号为JR36-20。熔断器选择：有填料封闭管式熔断器；熔体额定电流IRN≥（1.5~2.5）IN=2.5×6.9=17.25A，选20A；熔体额定分断电流120kA；熔断器额定电流40A；熔断器额定电压380V

第2章常用低压控制电器习题与思考题1．自锁环节怎样组成？它起什么作用？并具有什么功能？答：在连续控制中，将接触器的常开辅助触头KMX与自复位启动按钮SBX并联，即可形成自锁环节。当启动按钮SBX松开后，接触器KMX的线圈通过其辅助常开触头的闭合仍继续保持通电，从而保证电动机的连续运行。这种依靠接触器自身辅助常开触头而使线圈保持通电的控制方式，称自锁或自保。起到自锁作用的辅助常开触头称自锁触头。所以自锁环节的功能就是在启动按钮松开后，能够保待接触器线圈一直通电，使电动机连续运行。2．什么是互锁环节？它起到什么作用？答：控制线路要求KM1与KM2不能同时通电时，为此要求线路设置必要的联锁环节。将其中一个接触器的常闭触头串入另一个接触器线圈电路中，则任何一个接触器先通电后，即使按下相反方向的启动按钮，另一个接触器也无法通电，这种利用两个接触器的辅助常闭触头互相控制的方式，叫电气互锁，或叫电气联锁。起互锁作用的常闭触头叫互锁触头。复合按钮的常闭触头同样也可起到互锁的作用，这样的互锁叫机械互锁。利用成对使用的机械联锁接触器，加上电气互锁，可形成机械、电气双重互锁。互锁环节的作用就是防止KM1与KM2同时通电造成电源短路等危险。答案图2-20习题3图3．分析如图2-20答案图2-20习题3图答：（c）和（f）能实现电动机正常连续运行和停止，因为按下SBl，接触器KM线圈通电并自锁，电动机连续运行；按下SB，KM线圈断电，电动机停止。其他则不能实现电动机正常连续运行和停止，因为图（a）接触器KM线圈不能得电，故不能启动；图（b）能启动连续运行，但不能切断接触器线圈供电，即不能停止；图（d）会引起电源短路；图（e）线圈不能保待连续通电。（图中，SBl为启动按钮，SB为停止按钮。）4．试采用按钮、刀开关、接触器和中间继电器，画出异步电动机点动、连续运行的混合控制电路。答：设计的控制电路图见答案图2.1所示。其中，SBl为连续运行启动按钮，SB2为停止按钮，SB3为点动按钮。答案图2.1答案图2.15．试设计用按钮和接触器控制异步电动机的启动、停止，用组合开关选择电动机旋转方向的控制线路（包括主电路、控制回路和必要的保护环节）。答：设计的控制电路图见答案图2.2所示。图中，SB2为正转启动组合按钮开关；SB3为反转启动组合按钮开关；SBl为停止按钮开关。（需要注意的是，组合按钮开关SB2和SB3必须选择“先断后合”型，否则会引发短路故障）答案图2.2答案图2.26．电器控制线路常用的保护环节有哪些？各采用什么电器元件？答：电气控制线路常用的保护环节有以下几种。短路保护：采用熔断器或断路器。短路时熔断器的熔体熔断或断路器脱扣，切断电路起保护作用。（1）电动机长期过载保护：采用热继电器或断路器。由于热继电器或断路器的双金属片的热惯性较大，即使发热元件流过几倍于额定值的电流，热继电器或断路器也不会立即动作。因此在电动机启动时间不太长的情况下，热继电器或断路器不会动作，只有在电动机长期过载时，热继电器才会动作，用它的常闭触头使控制电路断电。（2）过流保护：过电流一般比短路电流要小。采用过电流继电器或断路器和接触器配合使用。（3）欠电压、失电压保护：通过接触器的自锁环节来实现。当电源电压由于某种原因而严重欠电压或失电压（如停电）时，接触器断电释放，电动机停止转动。当电源电压恢复正常时，接触器线圈不会自行通电，电动机也不会自行启动，只有在操作人员重新按下启动按钮后，电动机才能启动。（4）互锁保护：将其中一个接触器的常闭触头串入另一个接触器线圈电路中，则任何一个接触器先通电后，即使按下相反方向的启动按钮，另一个接触器也无法通电。（5）断相保护（采用带断相保护的热继电器或其它断相保护装置）、漏电保护（采用剩余电流动作保护器或剩余电流动作断路器等）、人身安全保护（如电机外壳接地，红外接近开关等）等等。7．为什么电动机要设零电压和欠电压保护？答：零电压保护的目的是防止电气设备意外失电后因来电而导致电动机意外自行启动。设置了零电压保护环节，则电气设备意外失电再上电后，必须通过再次启动，电动机才能运行。欠电压保护的目的是防止当电源电压降低时而导致电动机产生故障。当电源电压下降到电动机额定电压的80％以下后，将导致电动机因转矩不足而转速下降，以致被迫停转，使电动机因堵转而烧毁。8．在有自动控制的机床上，电动机由于过载而自动停车后，有人立即按启动按钮，但不能开车，试说明可能是什么原因？答：电动机的控制电路中，一般将热继电器的常闭触头串联在控制回路中而起到过载保护的作用。电动机长期过载时，热继电器动作，常闭触头断开切断控制回路供电。由于双金屈片热惯性的原因，执继电器要经过一段时间的冷却后，常闭触头才可恢复常闭。因此，若在此前按下启动按钮，由于热继电器的常闭触头还未恢复常闭，控制回路仍然处于断开状态，所以电动机不能动作。另外，如果热继电器设置在手动复位，即使双金属片冷却下来，也不能复位，只有按下手动复位按钮，热继电器才能复位。如果使用了断路器作为电动机热过载保护装置，一旦断路器因热过载脱扣，断路器是不会自动复位的，必须等双金屈片冷却后重新合闸。9．试设计电器控制线路，要求：第一台电动机启动10s后，第二台电动机自动启动，运行5s后，第一台电动机停止，同时第三台电动机自动启动，运行15s后，全部电动机停止。答：设计控制电路图如答案图2.3所示。答案图答案图2.310．供油泵向两处地方供油，油都达到规定油位时，供油泵停止供油，只要有一处油不足，则继续供油，试用逻辑设计法设计控制线路。答：由2个液位开关BGl、BG2分别检测2处油位，油泵的运转由接触器KM控制，由2个液位开关控制接触器KM的通断。设液位开关的触头在油位未达到时闭合，达到时断开，则根据题目要求，可列出接触器通电状态的真值表，如答案表2.1所示。答案表2.1所示BG1BG2KM000011101111根据真值表可列出接触器KM通电的逻辑函数式为根据上式结果可画出控制电路如答案图2.4所示，图中液位开关状态为油位未达到时的状态。答案图答案图2.411．简化图2-21所示控制电路。图图2-21习题2-11图答：（a）逻辑表达式为KM=(KA1+KA2)(KA1+KA3)=KA1+KA2·KA3简化后的控制电路如答案图2.5所示。（b）逻辑表达式为简化后的控制电路如答案图2.6所示。（c）逻辑表达式为简化后的控制电路如答案图2.7所示。答案图2.7答案图2.6答案图2.5答案图2.7答案图2.6答案图2.52-12．电厂的闪光电源控制电路如图2-22所示，当发生故障时，事故继电器KA通电动作，试分析信号灯发出闪光的工作原理。图2-22习题2-12图答：当发生故障时事故继电器KA通电动作，KA常开触头闭合。通电延时时间继电器KT1通电，KT1瞬动触头闭合，指示灯HL亮；延时一段时间T1后，KT1通电延时闭合触头闭合，断电延时时间继电器KT2通电，KT2断电延时触头立即打开，时间继电器KT1断电，KT1通电延时闭合触头KT1和瞬动触头KT1立即断开，时间继电器KT2断电，同时指示灯HL灭；延时一段时间T2后，KT2断电延时闭合触头复位闭合，时间继电器KT1再次通电，指示灯HL再次亮起。重复上述过程，不断循环，故障指示灯按亮T1、灭T图2-22习题2-12图

第3章可编程控制器基础习题与思考题3-1.可编程控制器的特点有哪些？答：①反映速度快、噪音小、功耗低、体积小。②功能强大、编程方便，可以随时修改程序。③控制精度高，可以进行复杂的程序控制。④能够对控制过程进行自动检测。⑤系统稳定，安全可靠。3-2.可编程控制器与传统的继电器控制系统相比有哪些优点？答：绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。 可编程控制器以体积小功能强大所著称，它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。3-3.从软硬件两个角度说明PLC的高抗干扰性能。答：软件方面：具有故障检测功、信息包含和恢复功能，循环扫描时间的超时警戒等；硬件方面：对主要器件和部件用导磁良好的材料进行屏蔽，对供电系统和输入电路采用多种形式的滤波处理，I/O回路与微处理器之间用光电耦合器进行隔离。3-4.PLC怎样执行用户程序？说明PLC在正常运行时的工作过程。答：PLC首先逐行扫描用户程序，根据用户程序中的逻辑关系，以及所涉及的输入状态，分析得到相应用户程序行的输出结果，并将结果保存在输出映像寄存器中。当全部的用户程序扫描完毕后，统一将输出映像寄存器中的结果送到输出锁存器中，完成对输出的刷新。 PLC通电并运行时，首先进行初始化过程，然后依次为：CPU自诊断、通信信息处理、输入刷新、用户程序扫描、输出刷新、外部设备服务，并周而复始地循环执行这些步骤。3-5.如果数字量输入的脉冲宽度小于PLC的循环周期，是否能够保证PLC检测到该脉冲？为什么？答：不能保证检测到该脉冲。因为PLC对输入的处理集中在循环周期的某一时段进行，即所谓的输入刷新阶段。在这一时段外，PLC不响应任何输入信号的变化，因此假如某一输入脉冲的时间宽度小于PLC的循环扫描周期，则很可能当PLC进入输入刷新阶段之前，脉冲已经消失，所以不能保证PLC检测到该脉冲信号。3-6.影响PLC输出响应滞后的因素有哪些？你认为最重要的原因是哪一个？答：影响PLC输出响应滞后的因素大致有：循环周期、输入电路滤波时间、输出电流滞后等。相对而言，循环周期的长短对输出滞后的影响要大一些，而近来简化用户程序，则能缩短整个循环周期。3-7简述S7-1200PLC系统的基本构成。答：S7-1200PLC的基本组成包括基本单元（S7-1200CPU模块）、个人计算机（PC）或编程器、STEP7编程软件和网线等。其中基本单元也称为主机，或CPU模块，可以构成一个独立的控制系统，是PLC的核心部分，主要作用是完成逻辑运算、数字运算、协调系统内部各部分工作等。将STEP7编程软件安装在个人计算机中，或使用编程器来完成程序设计及下载等网线负责连接计算机和CPU模块，实现两者的通信。3-8S7-1200CPU121X系列有哪些产品？答：见表4-1。3-9S7-1200扩展I/O点数的途径有哪些？答：PLC的I/O功能主要靠配置各种I/O模块来实现。PLC主机可以通过输入/输出扩展接口扩展系统，扩展模块包括数字量输入/输出扩展模块、模拟量输入/输出扩展模块或智能输入/输出扩展模块等S7-1200允许通过信号板和信号模块扩展I/O设备，这使它具有强大的可扩展性和高度的灵活性。S7-1200也可以通过通信板CB1241和通信模块CM1241进行串口通信，使SIMATICS7-1200可以连接到现场设备、打印机、机器人控制、调制解调器、扫描仪、条码读取器、其他SIMATICS7和SIMATICS5PLC，以及许多其他制造商提供的系统。3-10常用的S7-1200的扩展板、模块有哪些？各适用于哪些场合？答：按照传输信号是数字量还是模拟量，以及信号是输入还是输出，可分为数字量输入/输出模块（SB1221、SB1222、SB1223、SM1221、SM1222）、模拟量输入/输出模块或输入/输出扩展模块（SB1231、SB1232、SM1231、SM1232）等。扩展模块主要有3种类型：信号模块、通信模块、信号板，此外还有通信板和电池板。信号板进行少量点数的扩展，信号模块进行较多点数的、更灵活的I/O点扩展，通信模块（CM1241、CM1242、CM1243、CM1245、CM1278）使SIMATICS7-1200可以连接到现场设备、打印机、机器人控制、调制解调器、扫描仪、条码读取器、其他SIMATICS7和SIMATICS5PLC，以及许多其他制造商提供的系统。3-11总结S7-1200通过信号板和信号模块进行扩展时的区别。答：信号板和信号模块都可以对CPU进行I/O点数的扩展。区别如下：1、使用情况不同。信号板进行少量点数的扩展，信号模块进行较多点数的、更灵活的I/O点扩展2、安装位置不同。信号模块安装在CPU的右侧，信号板安装在CPU的顶部。信号板直接插到S7-1200CPU前面的插座中，相互电气、机械连接，安装前后不会增加控制器所需的空间，安装尺寸不变，信号模块装在CPU的外侧，影响CPU的尺寸3、适用CPU不同。S7-1200的所有CPU模块都可以安装一块信号板，但信号模块不能与CPU1211C一起使用。3-12某PLC控制系统，经估算需要数字量输入点20个，数字量输出点10个，模拟量输入通道5个，模拟量输出通道3个。请选择S7-200PLC的机型及其扩展模块，要求按空间分布位置对主机及各模块的输入、输出点进行编址，并对主机内部的DC5V/DC24V电源的负载能力进行校验。答：根据表3-1，可选CPU1215C作为核心控制主机，但是其本机集成数字I/O为14/10,本机集成模拟I/O为2/2,所以仍需要进行扩展才能满足设计需求。选择SM1223DI8x24VDC，DQ8x24VDC，扩展6个DI选择SM1234扩展3个模拟量输入通道和1个模拟量输出通道这样I/O设计就能满足题中的20个DI,20个DO,5个A和3分AO的需求。具体I/O地址分配如如答案表3.1：答案表3.1I/O地址分配表DIDO1本机I0.01本机Q0.02本机I0.12本机Q0.13本机I0.23本机Q0.24本机I0.34本机Q0.35本机I0.45本机Q0.46本机I0.56本机Q0.57本机I0.67本机Q0.68本机I0.78本机Q0.79本机I1.09本机Q1.010本机I1.110本机Q1.111本机I1.2AI12本机I1.31本机AI013本机I1.42本机AI214本机I1.53扩展AI415扩展I2.04扩展AI616扩展I2.15扩展AI817扩展I2.2AO18扩展I2.31本机AQ019扩展I2.42本机AQ220扩展I2.53扩展AQ4电源功率预算如答案表3.2：答案表3.2电源功率预算表CPU功率预算5VDC24VDCCPU1215C1600mA400mA减系统要求5VDC24VDCCPU1215C，14点输入14*4mA=56mA1个SM1223，5V电源145mA-1个SM1223，6点输入-6*4mA=24mA1个SM1234,5V电源80mA1个SM1234,3个AI-60mA总要求225mA140mA等于电流差额5VDC24VDC总电流差额1375mA260mA由此可见，电源能满足扩展的需求，不需要额外提供24VDC电源。

第4章S7-1200及其常用基本指令习题与思考题1.S7-1200指令参数所用的基本数据类型有哪些？答：S7-1200PLC的指令参数所用的基本数据类型有布尔型（Bool）、字节型（Byte）、字型（Word）、双字型（DWord）、无符号8位整数USint、有符号8位整数Sint、无符号16位整数UInt、有符号16位整数Int、无符号32位整数UDint、有符号32位整数Dint、32位实数型Real、64位实数型LReal、IEC时间值Time、日期值Date，以及时钟值TOD、字节日期和时间结构DTL、单字符Char、双字符WChar、单字节字符串String、双字节字符串WString。2.定时器有几种类型？分别实现什么功能？答：定时器指令包括脉冲型定时器TP、接通延时定时器TON、关断延时定时器TOF和保持性接通延时定时器TONR。脉冲型定时器TP：脉冲型定时器可生成具有预设宽度时间的脉冲；接通延时定时器TON：接通延时定时器在预设的单一时段延时过后将输出Q设置为ON；关断延时定时器TOF：关断延时定时器在预设的单一时段延时过后将输出Q重置为OFF；保持性接通延时定时器TONR：保持性接通延时定时器在预设的多时段累积延时过后将输出Q设置为ON。3.计数器有几种类型？各有何特点？答：计数器指令包含加计数器CTU、减计数器CTD和加减计数器CTUD。加计数器CTU：首次扫描，计数器输出Q为0，当前值CV为0。加计数器对计