矿石公司第九届职工职业技能竞赛堆取料机电控系统理论试卷及答案

矿石公司第九届职工职业技能竞赛堆取料机电控系统理论试卷及答案矿石公司第九届职工职业技能竞赛堆取料机电控系统理论试卷及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.堆取料机回转机构常用的速度反馈元件是（）。A.测速发电机  B.光电编码器  C.旋转变压器  D.霍尔传感器答案：B2.在PLC梯形图中，常闭触点与常开触点并联后，其逻辑关系为（）。A.与  B.或  C.非  D.异或答案：B3.堆取料机俯仰液压系统设置平衡阀的主要目的是（）。A.提高速度  B.防止失速下滑  C.降低噪声  D.节能答案：B4.变频器采用矢量控制时，必须首先完成（）。A.电机空载试验  B.电机参数自整定  C.制动电阻选型  D.载波频率设定答案：B5.堆取料机行走机构采用双电机刚性联接时，为防止“啃轨”，两变频器必须设置（）。A.转差补偿  B.主从控制  C.节能模式  D.瞬时停电再启动答案：B6.在PROFIBUS-DP网络中，每个网段最多可挂接（）个从站。A.31  B.32  C.63  D.126答案：B7.堆取料机电缆卷筒磁滞联轴器的作用是（）。A.增速  B.恒张力控制  C.减速增扭  D.制动答案：B8.当PLC的CPU电池电压低于2.7V时，系统指示灯（）。A.RUN灯快闪  B.ERR灯常亮  C.BAT灯常亮  D.FORCE灯亮答案：C9.堆取料机回转制动器在“大风保护”模式下的动作逻辑是（）。A.延时制动  B.立即制动并锁定  C.点动释放  D.频率下降后制动答案：B10.在S7-300系统中，若模拟量模块6ES7331-7KF02-0AB0的量程卡置于“D”位置，则输入信号为（）。A.0–20mA  B.±20mA  C.4–20mA  D.±10V答案：C11.堆取料机行走轨道设置的车挡限位属于（）。A.安全限位  B.减速限位  C.工作限位  D.编码器校准限位答案：A12.变频器制动单元报“OH”故障，其含义是（）。A.过压  B.过热  C.过流  D.接地答案：B13.在堆取料机PLC程序中，将MD100清零最简单可靠的方法是使用（）指令。A.MOVE  B.RESET  C.CLR  D.=0答案：C14.回转编码器每转输出2048个脉冲，经4倍频后，每转分辨率为（）。A.512  B.1024  C.2048  D.8192答案：D15.堆取料机俯仰角度显示乱跳，最可能的原因是（）。A.模拟量模块干扰  B.24V电源掉电  C.变频器过载  D.PLC扫描周期过长答案：A16.在以太网拓扑中，若交换机端口指示灯呈“绿色常亮”，表示（）。A.10Mbps链路  B.100Mbps链路  C.1000Mbps链路  D.端口故障答案：C17.堆取料机行走啃轨严重，电控优先检查（）。A.电机绝缘  B.变频器电流平衡  C.制动电阻  D.编码器电源答案：B18.若堆取料机“远程/就地”切换后无法远程启动，应首先检查（）。A.急停回路  B.就地按钮触点  C.上位机软件  D.变频器温度答案：B19.在S7-1500中，组织块OB82用于处理（）。A.循环中断  B.诊断中断  C.时间中断  D.启动中断答案：B20.堆取料机电缆卷筒力矩电机过热，最可能的原因是（）。A.卷盘直径过大  B.集电箱碳刷接触不良  C.力矩电机电压过高  D.电缆短路答案：B二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.以下属于堆取料机安全保护限位的有（）。A.回转锚定限位  B.俯仰极限限位  C.行走减速限位  D.电缆过紧限位  E.斗轮堵塞开关答案：ABD22.造成变频器“F0002”过压故障的原因可能有（）。A.减速时间过短  B.制动电阻断路  C.电网电压过高  D.负载突变  E.电机断相答案：ABC23.在PLC冗余系统中，必须配置相同的（）。A.CPU型号  B.内存卡容量  C.固件版本  D.电源模块  E.机架槽位答案：ABC24.堆取料机行走变频器采用主从控制时，从机需设置的参数有（）。A.从机地址  B.速度给定来源  C.转矩给定来源  D.电机极对数  E.制动方式答案：ABC25.以下属于PROFINETIO设备必须支持的服务有（）。A.DCP  B.SNMP  C.LLDP  D.ARP  E.FTP答案：ACD26.堆取料机俯仰角度标定所需工器具有（）。A.全站仪  B.水平仪  C.角度尺  D.笔记本电脑  E.绝缘表答案：ABCD27.在S7-300系统中，导致“SF”红灯亮的原因有（）。A.硬件中断丢失  B.模块插入错误  C.背板总线故障  D.程序扫描超时  E.内存卡未插答案：ABC28.堆取料机斗轮力矩限制功能可通过（）实现。A.电机电流采样  B.液压系统压力继电器  C.轴承座应变片  D.变频器转矩估算  E.转速差计算答案：ACD29.关于以太网环网冗余协议，下列说法正确的是（）。A.HSR无切换时间  B.PRP需双网并行  C.RSTP收敛时间小于50ms  D.MRP需管理交换机  E.STP可防环答案：ABDE30.堆取料机远程监控系统必须采集的信号有（）。A.各机构电流  B.俯仰角度  C.风速风向  D.斗轮转速  E.司机室温度答案：ABCD三、填空题（每空1分，共20分）31.堆取料机回转机构常采用__________控制方式，以保证两台电机负荷平衡。答案：主从速度+转矩下垂32.变频器制动电阻的阻值选择主要依据__________电流和制动__________。答案：最大、功率33.在S7-300模拟量输入模块中，当量程卡置于“B”位置时，输入信号为__________V。答案：±1034.堆取料机行走轨道接缝处的扁电缆应留__________余量，防止拉断。答案：S形伸缩35.电缆卷筒集电箱防护等级室内一般不低于IP__________。答案：4236.若俯仰编码器为单圈绝对值型，其输出接口通常为__________协议。答案：SSI37.变频器参数P1300=21表示控制方式为__________控制。答案：无速度传感器矢量38.在PLC程序中，组织块OB1的默认扫描周期为__________ms。答案：1039.堆取料机大风报警风速一般设定为__________m/s。答案：2040.当制动电阻表面温度超过__________℃时必须停机检查。答案：30041.堆取料机回转大轴承润滑泵运行反馈信号接入PLC的__________模块。答案：数字量输入42.PROFINETRT通信的抖动一般小于__________μs。答案：143.在S7-1500中，若需要掉电保持，变量必须定义在__________存储区。答案：保持性44.斗轮电机额定功率315kW，其主回路断路器额定电流宜选__________A。答案：63045.堆取料机行走啃轨量用__________测量最为直观。答案：卡轨尺46.变频器直流母线电容的ESR增大将导致__________故障率升高。答案：欠压47.在以太网拓扑中，若交换机支持IEEE1588，则可实现__________同步。答案：时钟48.堆取料机俯仰液压缸活塞杆表面镀铬层厚度一般为__________μm。答案：30–5049.回转减速机高速轴制动器间隙调整标准为__________mm。答案：0.3–0.550.当PLC发生“IO访问错误”时，CPU会调用__________组织块。答案：OB122四、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）51.堆取料机行走变频器可以不带制动单元，只要加大减速时间即可满足任何工况。（）答案：×52.绝对值编码器断电后仍能记住位置，因此无需回零。（）答案：√53.在矢量控制模式下，电机电缆长度超过50m就必须输出电抗器。（）答案：√54.堆取料机回转机构采用变频调速后，可完全取消机械制动器。（）答案：×55.PROFINETIO设备更换后无需任何设置即可直接运行。（）答案：×56.当风速超过25m/s时，堆取料机必须进入“暴风锚定”程序。（）答案：√57.制动电阻的功率越大，其阻值必然越小。（）答案：×58.在S7-300系统中，FM350-2模块可用于连接增量型编码器。（）答案：√59.堆取料机俯仰角度标定可在任意位置进行，无需参考水平基准。（）答案：×60.变频器采用V/F控制时，低速转矩输出能力优于矢量控制。（）答案：×五、简答题（共30分）61.（封闭型，6分）简述堆取料机行走机构“主从控制”参数设置步骤。答案：1）主机设速度模式，P1300=20，从机设转矩模式，P1300=21；2）主机AO输出转矩给定，接入从机AI2；3）从机P1500=2，转矩给定源选AI2；4）主机P0781=从机额定电流/主机额定电流，做电流比例修正；5）两机加减速时间、斜坡曲线一致；6）试运行后观察电流差<5%，否则微调P1780转矩补偿增益。62.（开放型，6分）堆取料机回转编码器出现“零位漂移”，请列出至少5种可能原因并给出排查方法。答案：1）编码器本体松动：停机检查安装支架，重新对零紧固；2）联轴器磨损：拆检弹性体，更换并重新对中；3）电缆屏蔽破损：用万用表测屏蔽层接地电阻，应<1Ω，必要时更换电缆；4）模块侧24V电源纹波大：用示波器测纹波，>200mV时加装DC-DC隔离电源；5）强电磁干扰：编码器电缆与动力电缆分开走线，间隔>300mm，穿金属管；6）PLC程序中未做断电保持：检查DB块“保持性”属性，修正后重新下载。63.（封闭型，6分）说明变频器“F0003”欠压故障的完整排查流程。答案：1）读直流母线电压，若<430V则确认电网电压；2）检查进线接触器、快熔，测三相电压平衡度<2%；3）测直流母线电容容量，若<80%标称值则更换；4）检查充电电阻是否烧断，断电测阻值，误差<±5%；5）检查制动单元是否误导通，拆除制动单元后试机；6）若以上正常，更换CU板并刷新固件。64.（开放型，6分）堆取料机远程监控系统出现“数据断流”，请给出分层排查思路。答案：1）物理层：用光功率计测光纤损耗，>3dB则清洁或更换跳线；2）数据链路层：交换机端口CRC错误包持续增长则更换网线或端口；3）网络层：Ping网关，丢包>1%则检查路由器CPU占用；4）传输层：用Wireshark抓包，若TCP重传>5%则上调Socket缓存；5）应用层：检查OPC服务器Item数量是否超限，>5000需分组；6）安全层：确认防火墙未屏蔽502端口，必要时添加白名单。65.（封闭型，6分）写出S7-300系统更换模拟量模块后无需停机的热插拔步骤。答案：1）确认CPU支持热插拔并启用；2）新模块与旧模块型号、量程卡位置完全一致；3）在HWConfig中预装新模块参数，下载至CPU；4）将旧模块解锁拉杆扳下，垂直拔出；5）插入新模块，听到“咔嗒”声后锁紧；6）CPU自动识别，SF灯熄灭，用VAT表验证信号正常。六、应用题（共50分）66.（计算类，10分）堆取料机行走电机额定功率90kW，额定电流164A，额定转速1485r/min，变频器采用矢量控制。现测得实际转速1450r/min，线速度25m/min，行走轮直径0.8m，机械效率0.92，求：（1）电机输出转矩；（2）此时行走阻力；（3）若要求带载启动时间≤6s，计算所需制动电阻最小功率。答案：（1）T=9550×P/n=9550×90/1485=578N·m；（2）n轮=25/(π×0.8)=9.95r/min，i=1485/9.95=149.2，F=2T×i×η/D=2×578×149.2×0.92/0.8=49.6kN；（3）E=½mv²，m=F/g=49600/9.81=5056kg，E=0.5×5056×(25/60)²=438kJ，P=E/t=438/6=73kW，考虑1.5倍裕量，选≥110kW制动电阻。67.（分析类，10分）俯仰系统液压缸无杆腔压力12MPa，有杆腔面积比2:1，俯仰臂质量45t，重心距铰点12m，平衡块质量20t，距铰点8m，斗轮及物料最大8t，距铰点18m，求：（1）空载时液压缸理论推力；（2）满载时液压缸所需最小推力；（3）若系统安全阀设定16MPa，判断能否满足满载工况。答案：（1）M臂=45×12=540kN·m，M块=20×8=160kN·m，M差=540-160=380kN·m，F=380/18=21.1kN；（2）M载=8×18=144kN·m，M总=380+144=524kN·m，F=524/18=29.1kN；（3）A无杆=π×0.14²/4=0.0154m²，Fmax=16×0.0154=246kN>29.1kN，满足。68.（综合类，15分）某堆取料机回转机构采用两台160kW变频电机，经行星减速机驱动大轴承，减速比i=240，大轴承节圆直径d=4.5m，摩擦系数μ=0.008，回转部分总重G=850t，启动时间要求≤8s，电机过载倍数2.0。请完成：（1）计算回转阻力矩；（2）确定单台电机所需启动转矩并校验过载能力；（3）若采用主从控制，从机转矩给定值如何折算；（4）给出变频器选型及制动电阻配置方案。答案：（1）MR=μGd/2=0.008×850×9.81×4.5/2=150kN·m；（2）n电机=1485r/min，n回转=1485/240=6.19r/min，角加速度ε=6.19×2π/60/8=0.081rad/s²，J=0.13mR²=0.13×850×2.25²=559t·m²，M惯=Jε=559×0.081=45.3kN·m，M总=150+45.3=195.3kN·m，单台M=195.3/2=97.6kN·m，电机额定转矩T=9550×160/1485=1030N·m，需过载97.6/1.03=94.8倍，远超2.0，故必须延长启动时间至20s或增功率；修正：取t=20s，M惯=18.1kN·m，M总=168.1kN·m，单台84kN·m，过载84/1.03=81.6倍仍不足，结论：单台160kW电机无法满足，应改选单台250kW，T=1608N·m，过载84/1.608=52.2倍仍不足，最终结论：需三台160kW，单台M=56kN·m，过载35倍，仍超标，故采用“变频+液压马达”混合驱动或延长启动至40s；（3）主从控制时，主机输出转矩经AO0–20mA对应0–200%电机额定转矩，从机AI2接收后，P1500=2，P0756=2，对应0–20mA线性折算；（4）变频器选G120250kW，制动电阻按回降能量E=½Jω²=½×559×(6.19×2π/60)²=118kJ，P=118/20=5.9kW，考虑重复工作制，选2×20kW并联，阻值R=U²/P=750²/20000=28Ω，选标准30Ω。69.（设计类，15分）根据下列要求设计一套堆取料机远程在线振动监测系统，并绘出系统拓扑图（文字描述即可）：要求：1）监测斗轮减速机、回转减速机、行走减速机共12测点；2）振动加速度量程0–50g，频率0.5–10kHz；3）数据通过光纤环网上传至中控室，协议采用ModbusTCP；4）中控室设置阈值报警、趋势分析、故障诊断专家系统；5）整体防爆等级不低于ExdIIBT4，IP65。答案：1）传感器选型：选用ICP型加速度计，灵敏度100mV/g，ExdIIBT4，M12不锈钢壳体，每只配防爆隔离栅；2）采集器：32通道同步AD，24位，102.4kHz/通道，DSP做FFT，结果打包为JSON，通过双冗余ARMCortex-M7控制器；3）通信：采集器自带SFP光口，支持PRP冗余，环网自愈<50ms，协议栈lwIP+ModbusTCPServer，保持寄存器地址40001–40096；4）中控室：上位机安装LabVIEW+MySQL，阈值报警分“警告”“危险”两级，短信猫推送；趋势分析采用小波包能量谱，专家系统基于ISO10816-3，加入神经网络自适应阈值；5）供电：现场防爆箱内220VAC→24VDC本安电源，冗余双路，UPS后备30min；6）拓扑描述：现场4只防爆箱→星型接入矿用铠装4芯单模光缆→井上防爆光交接箱→中控室核心交换机→冗余服务器→工程师站、手机APP。七、论述题（共30分）70.（30分）结合矿石公司堆场实际，论述“5G+远程操控”对传统堆取料机电控系统的改造要点、技术瓶颈与经济性分析，字数不少于600字。答案：（1）改造要点：1）在机上加装5GCPE，天线采用4×4