电气控制系统期末考题解析

电气控制系统期末考题解析一、引言电气控制系统是工业自动化的基础，涵盖传统继电-接触控制与现代PLC控制两大体系，是电气工程、自动化等专业的核心课程。期末考题通常围绕基础元件、典型电路、PLC应用三大模块，重点考察学生对原理的理解、电路的分析与设计能力。本文结合期末考高频考点与典型题型，提供系统的解析与备考策略，助力学生突破难点、提升应试能力。二、期末考核心知识点梳理（一）电气控制基本元件及符号1.控制元件：接触器（主触头通断主电路，辅助触头实现控制逻辑）、继电器（时间继电器、中间继电器、热继电器，用于延时、信号放大或保护）。2.保护元件：熔断器（短路保护，熔体熔化切断电路）、热继电器（过载保护，双金属片受热弯曲触发触点动作）、断路器（综合保护，兼具短路、过载、欠压保护）。3.操作元件：按钮（常开/常闭触头，手动输入信号）、转换开关（切换电路状态，如手动/自动模式）。注：元件符号需严格遵循GB/T4728标准（如接触器线圈用“□”表示，常开触头用“┬”表示）。（二）基本控制电路原理1.启停控制：核心是“自锁”（接触器辅助常开触头并联在启动按钮两端，保持线圈通电），实现“按启动按钮运行，按停止按钮停止”。2.正反转控制：通过改变电源相序实现，需设置互锁（接触器辅助常闭触头串联在对方线圈回路，防止同时吸合短路），常用“按钮互锁+接触器互锁”双重保护。3.星三角降压启动：启动时定子绕组接成星形（电压为电源电压的1/√3，启动电流为三角形的1/3），运行时切换为三角形（全压运行）。关键元件是时间继电器（控制切换时间）。4.制动控制：能耗制动（通入直流电流产生恒定磁场，转子感应电流产生制动力矩，平稳无冲击）、反接制动（改变相序，制动力矩大但有冲击，需串电阻限制电流）。（三）PLC基础与梯形图设计1.PLC组成：CPU（核心）、输入/输出模块（连接外部设备）、电源模块（供电）、编程器（编写程序）。2.梯形图规则：左母线开始，右母线结束；触头（常开/常闭）可串联/并联，线圈不能串联；同一元件的触头可重复使用，线圈只能出现一次。3.基本指令：LD（取常开触头）、LDI（取常闭触头）、OUT（输出线圈）、AND（触头串联）、OR（触头并联）、ANI（常闭触头串联）、ORI（常闭触头并联）。4.顺序控制：用步进指令（STL）实现多步流程（如流水灯、装配线控制），每步对应一个状态继电器（S），需设置转移条件。（四）电气原理图绘制规则1.主电路与控制电路分离：主电路（大电流回路，如电动机、熔断器、接触器主触头）画在左侧，控制电路（小电流回路，如按钮、继电器线圈、辅助触头）画在右侧。2.触头状态表示：所有元件按“常态”（未通电、未操作）绘制（如按钮未按下时常开触头断开，常闭触头闭合）。3.符号标准化：元件符号需标注编号（如接触器KM1、时间继电器KT1），同一元件的不同部分（主触头、线圈、辅助触头）用相同编号。三、典型题型深度解析（一）选择题：聚焦基础概念与细节例1：下列元件中，用于实现电动机过载保护的是（）A.熔断器B.热继电器C.接触器D.时间继电器答案：B解析：过载保护需反映电流持续超过额定值的情况，热继电器通过双金属片的热膨胀特性实现，动作时间与过载电流成正比（反时限特性）；熔断器用于短路保护（瞬时动作）；接触器用于通断电路；时间继电器用于延时控制。例2：PLC梯形图中，线圈不能直接接在左母线的原因是（）A.会导致短路B.不符合编程规则C.无法实现逻辑控制D.损坏PLC答案：B解析：梯形图的逻辑是“输入→逻辑运算→输出”，线圈直接接左母线相当于“无条件输出”，违反“左母线→触头→线圈→右母线”的规则，无法正确表达控制逻辑。（二）简答题：考察原理理解与表述例3：简述星三角降压启动的工作过程及优点。答案：工作过程：①启动时，接触器KM1（主接触器）、KM2（星型接触器）吸合，电动机定子绕组接成星形，降低启动电压（1/√3电源电压）；②时间继电器KT延时到后，KM2断开，KM3（三角形接触器）吸合，绕组切换为三角形，电动机全压运行。优点：①启动电流小（为三角形接法的1/3），减少对电网的冲击；②成本低（无需额外启动设备）；③操作简单（自动切换）。例4：什么是“零压保护”？如何实现？答案：零压保护是指当电源突然断电后，电动机停止运行，再次通电时需重新按启动按钮才能启动，防止意外启动。实现方式：通过接触器的自锁触头（辅助常开触头并联在启动按钮两端）。断电后，接触器线圈失电，自锁触头断开，再次通电时，必须重新按下启动按钮才能使接触器吸合。（三）分析设计题：综合应用与逻辑推导例5：试分析下图所示电动机正反转控制电路的工作原理，并指出其保护环节。（注：图中KM1为正转接触器，KM2为反转接触器，SB1为停止按钮，SB2为正转启动按钮，SB3为反转启动按钮，FR为热继电器，FU为熔断器）解析：1.正转过程：按下SB2→KM1线圈通电→KM1主触头闭合（电动机正转），KM1辅助常开触头闭合（自锁），KM1辅助常闭触头断开（互锁，防止KM2吸合）。2.反转过程：按下SB3→KM2线圈通电→KM2主触头闭合（电动机反转），KM2辅助常开触头闭合（自锁），KM2辅助常闭触头断开（互锁，防止KM1吸合）。3.停止过程：按下SB1→控制电路断开→KM1/KM2线圈失电→主触头断开（电动机停止），自锁触头断开。保护环节：①短路保护（FU）；②过载保护（FR，常闭触头串联在控制电路）；③零压保护（KM1/KM2的自锁触头）；④互锁保护（KM1/KM2的辅助常闭触头，防止相间短路）。例6：设计一个PLC控制的流水灯系统，要求：①灯L1→L2→L3→L4依次点亮，每盏灯亮2秒；②循环运行；③按下停止按钮SB1，所有灯熄灭。解析：1.I/O分配：输入（SB1：停止按钮，I0.0）；输出（L1：Q0.0，L2：Q0.1，L3：Q0.2，L4：Q0.3）。2.梯形图设计：用时间继电器T0（2秒）控制L1点亮，T0常开触头触发T1（2秒）控制L2点亮，依此类推；T3常开触头触发T0，实现循环；停止按钮I0.0常闭触头串联在总回路，按下后所有输出断开。3.指令表：LDI0.0（停止按钮常闭）ANDT3（循环条件）OUTT0（定时2秒）LDT0OUTQ0.0（L1亮）OUTT1（定时2秒）LDT1OUTQ0.1（L2亮）OUTT2（定时2秒）LDT2OUTQ0.2（L3亮）OUTT3（定时2秒）LDT3OUTQ0.3（L4亮）OUTT0（循环）（四）综合应用题：PLC与传统控制的结合例7：某机床需要实现“启动→主轴正转→进给运动→主轴停止→进给停止”的顺序控制，试设计传统继电-接触控制电路与PLC控制程序（要求有过载、短路保护）。解析：1.传统控制电路：主电路：主轴电动机M1（KM1控制）、进给电动机M2（KM2控制），串联FU（短路保护）、FR1/FR2（过载保护）。控制电路：启动按钮SB2→KM1线圈（主轴正转）→时间继电器KT1（延时2秒）→KM2线圈（进给运动）→KT2（延时5秒）→KM1断开→KT3（延时1秒）→KM2断开。保护环节：FR1/FR2常闭触头串联在控制电路，SB1（停止按钮）常闭触头串联在总回路。2.PLC控制程序：I/O分配：输入（SB1：I0.0，SB2：I0.1）；输出（KM1：Q0.0，KM2：Q0.1）。梯形图：用步进指令STL，状态S0（初始）→S1（主轴正转）→S2（进给运动）→S3（主轴停止）→S4（进给停止）→S0（循环）。转移条件：S0→S1（SB2按下）；S1→S2（KT1延时到）；S2→S3（KT2延时到）；S3→S4（KT3延时到）；S4→S0（无延时）。四、备考策略与应试技巧（一）分阶段复习：从框架到细节1.基础阶段（1-2周）：用思维导图梳理知识点（如“元件→电路→PLC”），重点记忆元件符号、电路原理、梯形图规则。2.强化阶段（1周）：做典型题（教材课后题、往年真题），重点练习分析设计题（如正反转电路、星三角启动）和PLC题（如流水灯、顺序控制）。3.冲刺阶段（3-5天）：查漏补缺，针对薄弱环节（如PLC梯形图、电路保护环节）进行专项训练，背诵简答题要点（如星三角启动优点、零压保护原理）。（二）典型题训练：掌握解题套路选择题：排除法（如“过载保护”选项中，熔断器、时间继电器明显不符合，选热继电器）；记忆细节（如星三角启动电流是1/3）。简答题：分点回答（用①②③标注），突出关键词（如“互锁”“自锁”“延时”）。分析设计题：先画主电路（大电流元件），再画控制电路（小电流元件），标注元件编号，说明工作过程（按“启动→运行→停止”顺序）。PLC题：先做I/O分配（输入/输出设备对应地址），再画梯形图（遵循规则），最后写指令表（对应梯形图）。（三）应试技巧：规范答题与时间管理1.规范答题：电气原理图用直尺画，元件符号正确；梯形图按左母线→触头→线圈→右母线顺序绘制；简答题分点，字迹清晰。2.时间管理：选择题（10