电气控制技术与PLC应用(专升本)地质大学期末开卷考试题库及答案

电气控制技术与PLC应用(专升本)地质大学期末开卷考试题库及答案一、单项选择题（本大题共20小题，每小题2分，共40分。在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。）1.电气控制系统中，热继电器在电动机控制电路中主要起（）作用。A.短路保护B.过载保护C.失压保护D.欠压保护【答案】B【解析】热继电器利用电流的热效应原理工作，主要用于电动机的长期过载保护。短路保护通常由熔断器或低压断路器完成；失压和欠压保护通常由接触器自锁电路实现。2.在PLC的编程语言中，最直观、最常用的图形化编程语言是（）。A.指令表B.结构化文本C.梯形图D.功能块图【答案】C【解析】梯形图（LD）沿袭了继电器控制电路的形式，逻辑清晰，形象直观，易于被电气工程人员掌握，是PLC首选的编程语言。3.PLC的工作方式是（）。A.并行工作方式B.串行工作方式C.循环扫描工作方式D.中断工作方式【答案】C【解析】PLC采用循环扫描的工作方式，即CPU从第一条指令开始执行，直到最后一条指令，完成一个扫描周期，并不断重复该过程。4.某三相异步电动机额定功率为7.5kW，额定电流为15.4A，启动电流倍数为7。若采用串电阻降压启动，将启动电流限制为额定电流的3倍，则启动瞬间（）。A.电流为15.4AB.电流为46.2AC.电流为107.8AD.电流为30.8A【答案】B【解析】全启动电流=15.4×75.在PLC梯形图中，两个或两个以上的触点串联连接的电路称为（）。A.与逻辑B.或逻辑C.与非逻辑D.或非逻辑【答案】A【解析】串联逻辑在布尔代数中对应“与”运算，只有所有串联触点都闭合时，电路才导通。6.西门子S7-200SMARTPLC中，定时器TON的分辨率（时基）为1ms、10ms和100ms，其中T37属于（）定时器。A.1msB.10msC.100msD.1s【答案】C【解析】在S7-200SMART中，T0-T199及T256-T515通常为接通延时定时器（TON），其中T37-T63的分辨率通常为100ms（具体参照手册，但一般T37为100ms分辨率的TON定时器）。7.下列关于PLC输入继电器（I）和输出继电器（Q）的说法，正确的是（）。A.输入继电器可以由程序驱动B.输出继电器可以直接驱动外部负载C.输入继电器的状态取决于外部输入信号D.输出继电器的状态只能由外部信号决定【答案】C【解析】输入继电器（I）接收外部输入信号，其状态由外部决定，程序只能读取不能驱动；输出继电器（Q）由程序驱动，其状态会输出给外部负载，但不能直接驱动大功率负载，通常需通过接触器等元件。8.能够实现“互锁”控制功能的电路是（）。A.自锁控制电路B.顺序控制电路C.正反转控制电路D.星-三角启动控制电路【答案】C【解析】正反转控制电路中，为了防止电源短路，必须在正转接触器线圈电路中串入反转接触器的常闭触点，在反转接触器线圈电路中串入正转接触器的常闭触点，这种控制称为互锁。9.PLC梯形图编程规则中，线圈（输出指令）必须放在（）。A.梯形图的最左边B.梯形图的最右边C.梯形图的任意位置D.触点的上方【答案】B【解析】梯形图遵循“左重右轻、上重下轻”的原则，逻辑运算（触点）在左，输出（线圈）在最右侧。10.在电气原理图中，文字符号“KM”通常代表（）。A.中间继电器B.接触器C.时间继电器D.熔断器【答案】B【解析】KM是接触器的标准文字符号；KA通常代表中间继电器；KT代表时间继电器；FU代表熔断器。11.若要将PLC中的计数值清零，应使用的指令是（）。A.MOVB.RSTC.ADDD.SUB【答案】B【解析】RST（Reset）指令用于复位计数器或定时器，将其当前值清零并将位元件复位。12.地质钻探设备中，为了防止钻机在卡钻时电动机过载，除了热继电器外，常增加（）保护。A.过流继电器B.速度继电器C.压力继电器D.温度继电器【答案】A【解析】过流继电器主要用于重载频繁启动的场合作为短路和过载保护，在重型机械如钻机中常见，用于应对瞬间的大电流冲击。13.PLC的I/O点数指的是（）。A.PLC能处理的输入点数与输出点数之和B.PLC内部寄存器的数量C.PLC的用户程序步数D.PLC的扫描周期时间【答案】A【解析】I/O点数是PLC最重要的性能指标之一，指输入接口和输出接口的数量总和，决定了PLC能控制的设备规模。14.在三相异步电动机反接制动控制电路中，当转速下降到接近零时，需要切断电源，这一控制通常由（）实现。A.热继电器B.速度继电器C.时间继电器D.行程开关【答案】B【解析】反接制动利用速度继电器检测电动机转速，当转速下降到一定值（如100r/min）时，速度继电器触点复位，切断反接电源，防止电动机反向启动。15.梯形图中的软继电器触点，在程序中可以（）。A.无限次使用B.只能使用一次C.最多使用10次D.不能使用常闭触点【答案】A【解析】PLC内部的软继电器（如M、S、Q的触点）是虚拟的，理论上可以在程序中无限次引用，没有机械磨损和数量限制。16.下列指令中，属于比较指令的是（）。A.LDB.MOVC.ADDD.>=【答案】D【解析】LD是装载指令，MOV是传送指令，ADD是加法指令，>=是大于等于比较指令。17.FX系列PLC中，辅助继电器M的作用是（）。A.直接驱动外部负载B.接收外部输入信号C.存储中间操作状态D.产生时钟脉冲【答案】C【解析】辅助继电器M相当于继电器控制系统中的中间继电器，用于在程序中暂存中间状态，不能直接驱动外部负载。18.设计PLC控制系统时，首先应进行（）。A.程序编写B.I/O分配C.机型选择D.软件调试【答案】B【解析】在系统设计的初步阶段，确定控制对象后，必须先进行I/O分配（列出I/O分配表），绘制硬件接线图，然后才能进行程序编写。19.能够实现多台电动机按顺序启动的控制方式是（）。A.自锁控制B.互锁控制C.顺序联锁控制D.行程控制【答案】C【解析】顺序联锁控制利用前一台电动机的接触器常开触点串联在后一台电动机的控制电路中，保证前一台启动后，后一台才能启动。20.在PLC中，断电数据保持功能通常由（）元件实现。A.输入继电器B.输出继电器C.普通辅助继电器D.断电保持辅助继电器或计数器【答案】D【解析】普通辅助继电器在PLC断电后状态复位为OFF，而断电保持继电器（如三菱的M500+，西门子的V区或掉电保持区）依靠内部电容或电池保持数据。二、填空题（本大题共15小题，每小题2分，共30分。请将正确答案填写在题中横线上。）21.电气原理图中，各电器元件的图形文字符号必须采用国家标准，其中“QS”代表________，“FR”代表________。【答案】电源开关；热继电器22.PLC的扫描周期主要包含三个阶段：输入采样阶段、________和输出刷新阶段。【答案】程序执行阶段23.三相异步电动机的调速方法主要有变极调速、变频调速和________。【答案】变转差率调速24.在梯形图中，连接左母线的第一个触点必须使用________指令。【答案】LD（或Load）25.若定时器T0的设定值为K50，时基为100ms，则定时时间为________秒。【答案】5【解析】T=26.接触器不仅有通断电路的主触点，还有辅助触点，其中________触点用于控制电路。【答案】辅助27.PLC编程元件中，________主要用于记录程序扫描次数或对外部事件进行计数。【答案】计数器28.电动机正反转控制电路中，若两个接触器同时吸合会造成电源________事故。【答案】相间短路（或两相短路）29.功能指令（FunctonInstruction）通常由功能号和________组成。【答案】操作数（或源操作数和目的操作数）30.在地质勘探仪器的PLC控制系统中，为了消除输入信号中的机械抖动干扰，通常在程序中利用________指令或定时器进行滤波处理。【答案】边沿检测（或微分）31.西门子S7系列PLC中，访问字节、字、双字时，数据类型标识符分别为B、W、________。【答案】D32.绘制电气原理图时，一般主电路画在________，控制电路画在右侧。【答案】左侧（或左方）33.PLC的输出模块主要有继电器输出、晶体管输出和________三种类型。【答案】晶闸管输出34.在顺序控制设计法中，使用________（SFC）可以清晰地描述系统的控制流程。【答案】状态转移图（或顺序功能图）35.设有一个16位有符号整数存储在VW0中，若其内容为FFFFH，则对应的十进制真值为________。【答案】-1【解析】FFFFH在16位有符号整数中为补码表示，表示-1。三、判断题（本大题共15小题，每小题2分，共30分。正确的打“√”，错误的打“×”。）36.热继电器在电动机控制电路中，由于其热惯性，所以不能用作短路保护。（）【答案】√【解析】热继电器热惯性大，动作时间长，短路时需要瞬间动作，否则会烧毁电机，故不能作短路保护。37.PLC的输入/输出继电器采用八进制或十六进制编号，且编号是连续的。（）【答案】×【解析】不同品牌的PLC编号规则不同，如三菱FX系列采用八进制（0-7），西门子采用字节.位方式，不一定是连续的八进制。38.梯形图中的“电流”方向是假想的，遵循从左向右、从上向下的原则。（）【答案】√【解析】梯形图中的“能流”是概念上的电流，用于理解逻辑关系，遵循左到右、上到下的拓扑结构。39.两个线圈并联连接在梯形图中，表示逻辑上的“或”关系。（）【答案】×【解析】线圈不能直接并联表示逻辑“或”。逻辑“或”是通过触点的并联实现的。两个线圈并联意味着两个独立的输出同时被驱动。40.交流接触器铁芯上装有短路环，其作用是消除铁芯振动和噪声。（）【答案】√【解析】短路环（分磁环）使得交变磁通产生相位差，从而在过零点时仍有吸力，消除振动。41.PLC在运行状态下，可以随时通过编程器修改用户程序。（）【答案】√【解析】大多数PLC支持在线编程功能，可以在RUN模式下下载或监控修改程序。42.行程开关不仅可以限制行程，还可以通过其触点转换控制电路的通断。（）【答案】√【解析】行程开关利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作，从而将机械信号转换为电信号。43.在PLC梯形图中，同一个编号的输出线圈可以在程序中出现多次，称为“双线圈输出”，这是合法的编程方式。（）【答案】×【解析】虽然语法上可能不报错，但双线圈输出会导致逻辑混乱，最后一次线圈的状态会覆盖前面的，通常应避免。44.中断处理方式比循环扫描方式具有更高的实时响应速度。（）【答案】√【解析】中断可以打断主程序立即执行中断服务程序，适用于需要快速响应的场合。45.星-三角降压启动仅适用于正常运行时定子绕组为三角形接法的异步电动机。（）【答案】√【解析】这是基本条件，如果是星形接法运行的电机，星-三角启动无意义或无法实现。46.PLC的接地端子必须与强电设备的接地端共用同一个接地体。（）【答案】×【解析】为了防止强电干扰，PLC最好采用专用接地，若共用，必须满足接地电阻要求且距离足够近，原则上推荐独立接地或共用接地但严格规范，笼统说“必须”共用是不严谨且错误的。47.计数器在达到设定值后，若继续输入计数脉冲，其当前值会继续增加。（）【答案】√【解析】对于增计数器，达到设定值后若不复位，继续计数当前值会继续增加，位元件保持接通。48.数据传送指令MOV执行后，源操作数的内容会被清零。（）【答案】×【解析】MOV指令是将源操作数的内容复制到目的操作数，源操作数的内容保持不变。49.在电气控制线路中，熔断器熔体的额定电流必须大于或等于负载的额定电流。（）【答案】×【解析】对于保护单台电机，熔体额定电流通常取电机额定电流的1.5~2.5倍；对于频繁启动或重载启动倍数更大。笼统说“大于等于”不够准确，且对于无冲击负载可以略大于，但保护特性要求匹配，不能简单说“必须大于等于额定电流”作为绝对正确陈述（实际上通常要大得多）。此处判定错，因为对于空载或轻载，选得过大失去保护作用，且对于一般负载，需考虑启动电流。50.PLC内部电源通常为开关电源，为CPU及扩展模块提供直流5V或24V工作电源。（）【答案】√【解析】这是PLC内部电源的标准配置。四、简答题（本大题共4小题，每小题6分，共24分。）51.简述PLC（可编程逻辑控制器）与传统的继电器控制系统相比有哪些主要优点。【答案】（1）可靠性高，抗干扰能力强：PLC采用大规模集成电路和微电子技术，内部电路采用光电隔离等抗干扰措施，平均无故障时间长。（2）功能完善，通用性强：PLC不仅具有逻辑控制功能，还具有算术运算、定时、计数、通信联网等功能，同一台PLC通过改变软件即可适应不同的控制对象。（3）编程简单，易于使用：梯形图语言沿用继电器控制符号，电气工程人员无需深入学习计算机知识即可掌握。（4）体积小，重量轻，功耗低：PLC结构紧凑，易于安装在机械设备内部。（5）设计、安装、调试周期短：通过软件编程代替硬接线，修改逻辑无需改动外部线路，大大缩短了工程周期。52.什么是PLC的扫描周期？扫描周期的长短主要受哪些因素影响？【答案】PLC的扫描周期是指PLC完成一次完整的工作循环所需的时间。一个扫描周期通常包括输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段（有的还包括通信处理、自诊断等）。影响扫描周期长短的主要因素有：（1）用户程序的长度和复杂度：程序指令越多，逻辑越复杂，执行时间越长。（2）指令的类型：执行不同指令所需的时间不同（如复杂运算指令比逻辑触点指令耗时多）。（3）PLC的CPU性能和处理速度。（4）系统的I/O点数：输入采样和输出刷新阶段需要的时间。（5）通信服务的时间：如果扫描周期包含通信任务，通信数据量也会影响周期。53.在电气控制系统中，为什么接触器具有失压（或欠压）保护功能？【答案】接触器利用电磁原理工作，其线圈电压必须维持在额定值附近才能吸合。当电源电压因某种原因严重降低或消失（失压）时，接触器铁芯线圈产生的电磁吸力不足以克服弹簧的反作用力，动铁芯释放，主触头断开，切断了电动机的主电源。当电压恢复正常时，接触器线圈不会自动吸合，必须重新按下启动按钮，电动机才能重新启动。这防止了电压恢复后电动机自行启动可能造成的人身设备事故，同时避免了电动机在低电压下长期运行导致的过热损坏，这就是失压和欠压保护。54.简述三相异步电动机星-三角（Y-△）降压启动的原理及适用场合。【答案】原理：启动时，将电动机定子绕组接成星形（Y），此时每相绕组承受的电压为电源线电压的1/，启动电流和转矩均为全压启动的1适用场合：（1）适用于正常运行时定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机。（2）适用于轻载或空载启动的场合。（3）适用于电动机容量较大，且直接启动时电网电压降过大或启动电流过大的情况。五、分析设计题（本大题共3小题，共76分。）55.（分析题20分）读图分析题：下图（文字描述）为某钻机给进机构的电气控制电路原理图。电路描述：主电路：三相电源通过QS、FU1、接触器KM1的主触点接通电动机M，热继电器FR串联在主回路中。控制电路：控制电压380V。停止按钮SB1（常闭），启动按钮SB2（常开）。KM1的常开辅助触点与SB2并联。KM1线圈与FR常闭触点、SB1串联。此外，还有一个行程开关SQ（常闭），串联在控制回路中。请回答以下问题：(1)分析该电路的控制功能。(2)若按下启动按钮SB2后，电动机转动但松手后立即停止，可能的原因有哪些？（列举两点）(3)行程开关SQ在此电路中起什么作用？【答案】(1)该电路是典型的具有过载保护、短路保护、失压保护及行程控制（限位）的单向连续运转控制电路。按下SB2，KM1吸合并自锁，电机启动；按下SB1，电机停止。(2)松手后立即停止，说明自锁电路失效。可能原因有：a.接触器KM1的常开辅助触点接触不良或接线松动，导致自锁回路断开。b.启动按钮SB2并联的KM1常开触点接线错误（未并联在SB2两端）。(3)行程开关SQ串联在控制回路中，起限位保护（或终端保护）作用。当机械部件运动到极限位置时，SQ被压下断开，切断KM1线圈电源，电机停止，防止设备越位撞坏。56.（设计题28分）某地质实验室需要对一个液体混合罐进行PLC控制。控制要求如下：(1)初始状态：罐体为空，阀门Y1（进液A）、Y2（进液B）、Y3（出液）均关闭，搅拌机M停止。(2)按下启动按钮SB1后，打开阀门Y1，液体A流入罐体。(3)当液位传感器SL1检测到中液位时，关闭Y1，打开阀门Y2，液体B流入。(4)当液位传感器SL2检测到高液位时，关闭Y2，启动搅拌机M，开始搅拌，搅拌时间为10秒。(5)搅拌时间到，停止搅拌机，打开阀门Y3放液。(6)当液位传感器SL3检测到低液位（空罐）时，关闭Y3，系统自动回到初始状态，等待下一次启动（或自动循环，此处假设单次循环后等待）。(7)按下停止按钮SB2，系统立即停止所有动作。请使用西门子S7-200SMART系列PLC（或三菱FX系列）进行设计。要求：(1)列出I/O分配表。(2)画出梯形图程序（可用文字描述逻辑结构或标准符号绘制）。(3)简要说明程序设计思路。【答案】(1)I/O分配表（基于西门子S7-200SMART）：信号名称物理地址功能说明SB1I0.0启动按钮（常开）SB2I0.1停止按钮（常闭，外部接线常闭，程序用常开或直接逻辑）SL1I0.2中液位传感器（常开，到达闭合）SL2I0.3高液位传感器（常开，到达闭合）SL3I0.4低液位传感器（常开，液位低时断开/或常闭视传感器类型而定，此处假设常开触点，无液时断开）Y1Q0.0进液A阀门Y2Q0.1进液B阀门Y3Q0.2出液阀门MQ0.3搅拌电机(2)梯形图程序逻辑（文字描述结构）：Network1:启动与停止控制使用启保停电路。LDI0.0(启动)，OM0.0(运行标志)，ANI0.1(停止)，=M0.0。Network2:初始化与步进控制（使用顺序控制继电器SCR或位元件M代表状态）设S0.0为初始态，S0.1为进A，S0.2为进B，S0.3为搅拌，S0.4为放液。S0.0(初始):LSCRS0.0,LDI0.0ANDM0.0,SCRTS0.1,SCRE.S0.1(进A):LSCRS0.1,=Q0.0(开Y1),LDI0.2(中液位),RQ0.0,SCRTS0.2,SCRE.S0.2(进B):LSCRS0.2,=Q0.1(开Y2),LDI0.3(高液位),RQ0.1,SCRTS0.3,SCRE.S0.3(搅拌):LSCRS0.3,=Q0.3(开M),LDSM0.1(首次扫描)或启动定时器T37(100ms,K100),LDT37,RQ0.3,SCRTS0.4,SCRE.S0.4(放液):LSCRS0.4,=Q0.2(开Y3),ANI0.4(低液位常开，无液时断开)，此处逻辑：检测到SL3断开瞬间（下降沿）或SL3为低电平。假设SL3为常开触点，液位低时断开。则逻辑为：LDNI0.4,RQ0.2,SCRTS0.0,SCRE.停止逻辑：在SCR段外或段内，若I0.1为0（按下），则复位所有S步，复位Q输出。(3)设计思路：本系统为典型的顺序控制系统，采用步进顺控法最为清晰。定义5个状态对应5个工作阶段。利用SCR指令构建状态框架，在每个状态