2025年高性能制造电气知识专项训练

2025年高性能制造电气知识专项训练考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.在高性能制造电气系统中，用于连接现场设备（如传感器、执行器）和控制器（如PLC）的数据总线，以下哪种通信方式通常能提供最高的实时性和最低的延迟？（）A.ModbusRTUB.Ethernet/IPC.ProfibusDPD.CANopen2.一台三相异步电动机额定功率为15kW，额定电压为380V，额定电流约为（）A（假设功率因数为0.85，效率为0.88）。A.20B.30C.40D.503.在PLC控制系统中，I/O模块的地址分配通常遵循的原则是（）。A.随机分配，越分散越好B.按功能区域集中分配，如输入区、输出区C.只分配奇数地址D.只分配偶数地址4.对于需要精确速度控制或位置控制的机床执行机构，通常优先选用（）。A.变频器B.直流伺服电机配合伺服驱动器C.交流异步电机D.步进电机5.以下哪种保护措施是电气线路中最基本的安全防护，用于防止人体直接接触带电体？（）A.过载保护B.短路保护C.漏电保护（RCD/GFCI）D.防雷保护6.在工业自动化网络中，EtherCAT是一种高性能以太网现场总线技术，其核心优势在于（）。A.成本低廉，易于部署B.支持多种设备类型，兼容性好C.无源拓扑结构，布线简单D.基于主从架构，具有极高的实时同步精度7.电气控制柜内，不同电压等级的接线端子排应（）。A.任意排列B.按电压由高到低垂直排列C.按电压由低到高垂直排列D.水平排列，无需考虑电压等级8.以下哪项不是工业机器人控制系统的主要功能？（）A.运动轨迹规划B.传感器数据采集与处理C.设备参数设置与校准D.自动进行物料搬运9.当PLC程序中的定时器（如TON）或计数器（如CTU）发生故障或被错误复位时，可能导致（）。A.系统输出错误B.系统立即停机C.系统进入安全状态D.对系统无任何影响10.在高性能制造中，为了实现设备状态实时监控和远程诊断，常需要采集设备的（）信息。A.只能是温度B.只能是振动C.温度、振动、电流、电压等多维度D.无法确定二、判断题（每题1分，共10分，请在括号内打√或×）1.PLC的工作方式是循环扫描执行用户程序。（）2.变频器可以改变交流电的频率和幅值，主要用于交流电机的软启动和调速。（）3.在低压配电系统中，漏电保护器（RCD）主要用于防止相间短路故障。（）4.电气原理图中的主电路和控电路是分开绘制的，主电路通常用粗线表示。（）5.工业网络通信协议TCP/IP通常用于对实时性要求极高的控制系统。（）6.伺服驱动器接收来自PLC的指令信号，并精确控制伺服电机转动。（）7.电动机的过载保护通常使用热继电器来实现。（）8.无论是输入模块还是输出模块，PLC的I/O点都只能连接固定数量的设备。（）9.在进行电气接线时，导线的剥线长度需要根据端子孔的大小来确定，通常不宜过长。（）10.高性能制造强调自动化、智能化，因此传统的人工看管电气设备的方式已经完全被淘汰。（）三、简答题（每题5分，共15分）1.简述变频器在改善交流异步电动机启动性能方面的主要作用。2.什么是PLC的扫描周期？影响扫描周期的因素有哪些？3.在高性能制造电气系统中，选择合适的传感器需要考虑哪些关键因素？四、计算题（共10分）某三相交流异步电动机额定参数如下：额定功率Pn=11kW，额定电压Un=380V，额定频率fn=50Hz，额定电流In=21.8A，额定功率因数cosφn=0.85，额定转速nN=1430r/min。请计算该电动机的额定转矩TN（单位：Nm）。（提示：可先计算额定转矩Te，再考虑效率影响）五、案例分析题（共25分）某高性能制造生产线部分电气控制要求如下：1.生产线启动后，主电机M1需要先低速运行（设为额定转速的50%），持续10秒。2.低速运行结束后，主电机M1自动加速至全速运行。3.M1运行期间，若检测到急停按钮被按下，M1应立即停止运行。4.M1停止运行后，冷却风扇F1需要延时启动，运行5分钟。5.生产线正常停止后，所有输出设备（假设包括M1和F1）应能通过急停按钮复位。请简述实现上述控制要求的PLC控制逻辑思路，并说明可能涉及的关键硬件模块（如输入、输出、定时器、计数器等）及其作用。试卷答案一、选择题1.C2.B3.B4.B5.C6.D7.B8.D9.A10.C二、判断题1.√2.√3.×4.√5.×6.√7.√8.×9.√10.×三、简答题1.解析思路：分析变频器启动过程与直接启动的区别。变频器启动时，输出电压逐渐升高，给电机提供平滑启动电流，避免启动电流冲击电网和损坏电机绕组。同时，启动过程平稳，减少启动时的机械冲击。相比直接启动，电流冲击小，转矩上升平稳，提高启动效率，对设备和电网更友好。答案要点：变频器启动时输出电压逐渐上升，限制启动电流，实现软启动；减少对电机和电网的冲击；启动平稳，降低机械磨损。2.解析思路：解释PLC的基本工作模式。PLC不是实时连续工作的，而是按扫描周期循环执行程序。每个周期分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。扫描周期是完成这三个阶段所需的时间。影响周期的主要因素有：用户程序指令数量（指令越多，执行时间越长）；I/O点数（扫描和更新I/O时间）；指令类型（复杂指令如高速计数、浮点运算比简单指令耗时长）；CPU处理速度；负载（外部设备响应时间）。答案要点：PLC按循环扫描方式工作，扫描周期是完成一个扫描过程的时间。主要影响因素包括：程序指令数量和复杂度；I/O点数；指令类型；CPU速度；外部负载响应时间。3.解析思路：分析传感器选型的关键维度。高性能制造要求高精度、高可靠性、快速响应。选型时需考虑：测量物理量类型（温度、压力、位移、速度等）；测量范围和量程；精度和分辨率要求；响应时间；环境条件（温度、湿度、振动、腐蚀性）；输出信号类型（电压、电流、数字量）；接口标准；抗干扰能力；成本预算；安装维护便利性；与控制系统（PLC、DCS）的兼容性。答案要点：测量参数与范围；精度与分辨率；响应时间；工作环境适应性；输出信号与接口；抗干扰能力；成本；安装维护；系统兼容性。四、计算题解析思路：首先根据电机参数计算额定转矩Te，使用公式Te=9550*Pn/nN。其中Pn=11kW，nN=1430r/min。计算出Te后，考虑电动机的额定效率ηn（通常在铭牌上给出或查阅手册，此处假设ηn约为0.87），实际额定转矩TN=Te*ηn。计算结果为：TN=9550*11/1430*0.87≈68.6Nm。答案：该电动机的额定转矩TN约为68.6Nm。五、案例分析题解析思路：分析控制要求，提取关键逻辑节点和时间节点。涉及启动（低速）、加速（至全速）、急停（立即停止）、延时（风扇启动）、复位（停止后风扇运行一段时间）。确定需要哪些输入（启动按钮、急停按钮）、输出（M1低速接触器KM1、M1全速接触器KM2、风扇接触器KM_F1）、中间继电器或辅助继电器（用于状态保持、延时控制）、定时器（T1控制低速时间、T2控制风扇延时时间）、计数器（如果需要）。描述逻辑时，可采用顺序执行或状态机的思路，说明各环节的触发条件和动作。答案要点：1.输入：启动按钮SB_Start,急停按钮SB_EStop。2.输出：KM1（控制M1低速），KM2（控制M1全速），KM_F1（控制风扇F1）。3.定时器：T1（控制低速运行10秒），T2（控制风扇延时5分钟）。4.控制逻辑：a.启动按钮SB_Start按下，使KM1线圈得电，M1低速运行。同时启动定时器T1。b.定时器T1计时10秒到，发出信号，使KM1失电，KM2得电。M1从低速自动加速至全速运行。c.若M1运行期间，急停按钮SB_EStop按下，则所有输出（KM1,KM2,KM_F1）立即失电，M1和F1停止。d.M1停止后（