2026年电气控制与PLC应用技术项目式教程三菱FX3U王烈准课后习题附答案

2026年电气控制与PLC应用技术项目式教程三菱FX3U王烈准课后习题附答案1.控制要求：某设备需通过PLC实现三相异步电动机正反转控制，要求具备以下功能：（1）正转启动按钮SB1，反转启动按钮SB2；（2）正反转之间需电气互锁与机械互锁；（3）停止按钮SB3；（4）过载保护（热继电器FR动作时切断电机电源并报警）；（5）设置运行指示灯（正转时HL1亮，反转时HL2亮）。（1）列出I/O分配表（输入/输出设备与PLC端子对应关系）。（2）绘制梯形图程序（要求包含互锁逻辑、过载保护及指示灯控制）。（3）编写指令表（使用FX3U基本指令）。（4）若运行中按下SB1后电机未动作，可能的故障点有哪些？答案：（1）I/O分配表输入（X）：SB1（正转启动）-X0；SB2（反转启动）-X1；SB3（停止）-X2；FR（过载）-X3。输出（Y）：正转接触器KM1-Y0；反转接触器KM2-Y1；HL1（正转指示灯）-Y2；HL2（反转指示灯）-Y3；报警指示灯HL3-Y4（过载时亮）。（2）梯形图逻辑说明：启动逻辑：X0（SB1）按下时，Y0线圈得电并自锁，Y0常闭触点断开Y1线圈（电气互锁）；Y0常开触点闭合Y2（HL1亮）。停止逻辑：X2（SB2）为停止按钮，串联于Y0、Y1线圈回路；或通过X2的常闭触点切断自锁回路。互锁保护：Y0常闭触点串联于Y1线圈回路，Y1常闭触点串联于Y0线圈回路（电气互锁）；SB1、SB2的常闭触点交叉串联（机械互锁）。过载保护：X3（FR）常闭触点串联于Y0、Y1线圈回路，过载时X3断开，Y0/Y1失电；同时X3常开触点闭合Y4（HL3亮）。（3）指令表（部分关键指令）：LDX0ORY0ANIY1（电气互锁）ANIX2（停止按钮）ANIX3（过载保护）OUTY0LDY0OUTY2（正转指示灯）LDX1ORY1ANIY0（电气互锁）ANIX2ANIX3OUTY1LDY1OUTY2（反转指示灯）LDX3OUTY4（报警指示灯）（4）故障点分析：SB1触点接触不良（X0未输入信号）；Y0输出继电器损坏（PLC内部Y0触点未闭合）；KM1接触器线圈烧毁或主触点接触不良；互锁回路故障（如Y1常闭触点未断开，导致Y0无法得电）；过载保护未复位（X3处于断开状态）。二、星三角降压启动控制项目习题2.控制要求：某45kW三相异步电动机需采用星三角降压启动，要求：（1）启动时先接成星形（KMY吸合），经8s延时后自动切换为三角形（KMΔ吸合）；（2）设置启动按钮SB1、停止按钮SB2；（3）具备过载保护（FR）；（4）运行指示灯HL1（三角形运行时亮），启动指示灯HL2（星形启动时亮）。（1）设计主电路（包含断路器QF、熔断器FU、接触器KM、KMΔ、KMΔ，热继电器FR）。（2）绘制PLC控制梯形图（要求使用FX3U的定时器T0实现8s延时）。（3）若启动后5s即切换为三角形，可能的故障原因是什么？答案：（1）主电路设计要点：电源经QF、FU后接KM主触点；KM主触点输出端分别接KMΔ主触点（三角形接法）和KMΔ主触点（星形接法）；KMΔ主触点的中性点短接（星形）；FR热元件串联于电机主回路。（2）梯形图逻辑：启动逻辑：X0（SB1）按下，Y0（KM）得电并自锁，Y1（KMΔ）得电（星形启动），同时T0开始计时（设定值800，即8s）。切换逻辑：T0定时到，Y1失电（KMΔ断开），Y2（KMΔ）得电（三角形运行）。停止逻辑：X1（SB2）按下，Y0、Y1、Y2均失电。指示灯：Y1得电时Y3（HL2）亮（星形启动）；Y2得电时Y4（HL1）亮（三角形运行）。（3）故障原因：定时器T0设定值错误（如设定为500，对应5s）；PLC程序中T0线圈的驱动条件异常（如存在其他复位指令提前触发T0复位）；外部干扰导致PLC内部定时器计数异常（需检查接地或增加滤波电路）；硬件问题（如PLC定时器模块故障）。三、四工位传送带顺序控制项目习题3.控制要求：某生产线有四台传送带M1-M4，需按以下顺序控制：（1）启动时M1→M2→M3→M4依次启动，每台间隔3s；（2）停止时M4→M3→M2→M1依次停止，每台间隔2s；（3）设置急停按钮SB5（所有电机立即停止）；（4）任意一台电机过载（FR1-FR4）时，全线停机并报警（HL5亮）。（1）设计I/O分配表（包含输入：启动SB1、停止SB2、急停SB5、FR1-FR4；输出：M1-M4接触器Y0-Y3，报警HL5-Y4）。（2）绘制步进梯形图（使用STL指令）。（3）若启动时M1、M2同时启动，可能的程序错误是什么？答案：（1）I/O分配表输入：SB1-X0；SB2-X1；SB5-X2；FR1-X3；FR2-X4；FR3-X5；FR4-X6。输出：M1-Y0；M2-Y1；M3-Y2；M4-Y3；HL5-Y4。（2）步进梯形图设计（关键步骤）：初始状态S0：等待启动信号（X0=ON）。状态S20（M1启动）：Y0=ON，T0计时3s（设定值300）。状态S21（M2启动）：T0=ON时转移，Y1=ON，T1计时3s。状态S22（M3启动）：T1=ON时转移，Y2=ON，T2计时3s。状态S23（M4启动）：T2=ON时转移，Y3=ON，进入运行保持状态。停止触发（X1=ON）：进入停止流程，状态S30（M4停止）：Y3=OFF，T3计时2s；S31（M3停止）：T3=ON时Y2=OFF，T4计时2s；依此类推至S33（M1停止）。急停处理（X2=ON）：所有Y0-Y3=OFF，跳转至初始状态S0；任意FR动作（X3-X6=ON）时，触发Y4=ON并停止所有电机。（3）程序错误分析：状态转移条件错误（如S21的转移条件未正确设置为T0=ON，导致S20与S21同时激活）；定时器T0的设定值未正确写入（如T0线圈未被驱动，导致计时未开始）；STL指令使用错误（如未正确使用RET指令，导致状态未顺序执行）；启动按钮SB1的自锁逻辑缺失（X0未保持ON，导致多个状态同时触发）。四、自动分拣系统控制项目习题4.控制要求：某自动分拣系统需将物料按颜色（红、蓝、白）分拣至三个料仓，控制要求：（1）物料由传送带M1输送，光电传感器PS1检测物料到达（X0）；（2）颜色传感器CS1（红-X1，蓝-X2，白-X3）检测颜色；（3）分拣气缸Y0（红）、Y1（蓝）、Y2（白）分别将物料推至对应料仓；（4）传送带M1由Y3控制，启动按钮SB1（X4），停止按钮SB2（X5）；（5）物料间隔时间≥2s（通过定时器T0控制，避免连续分拣）。（1）编写梯形图程序（要求包含物料检测、颜色判断、分拣执行及间隔控制）。（2）若红色物料被错误分拣至蓝色料仓，可能的原因有哪些？答案：（1）梯形图逻辑：启动控制：X4（SB1）按下，Y3（M1）得电并自锁；X5（SB2）按下，Y3失电。物料检测：X0（PS1）上升沿触发（使用PLSM0），M0=ON时读取颜色传感器状态（X1/X2/X3）。颜色判断：若X1=ON（红），Y0=ON（推料）并保持0.5s（T1=50）；若X2=ON（蓝），Y1=ON（T2=50）；若X3=ON（白），Y2=ON（T3=50）。间隔控制：每次分拣完成后，T0计时2s（设定值200），期间禁止再次触发分拣（通过M1=ON锁存X0信号）。（2）错误分拣原因：颜色传感器CS1故障（红色检测信号未正确输入X1，或X1触点接触不良）；程序中颜色判断逻辑错误（如将X1的条件误写为X2）；分拣气缸Y0输出继电器损坏（PLC内部Y0触点未闭合）；物料检测信号干扰（PS1误触发，导致颜色传感器读取时机错误）；定时器T1时间过短（推料气缸未完成动作即复位）。五、PLC与触摸屏通信项目习题5.控制要求：某设备需通过FX3UPLC（带FX3U-485BD通信模块）与威纶通触摸屏MT8071iE通信，实现以下功能：（1）触摸屏实时显示电机运行状态（Y0-Y3）；（2）触摸屏设置电机启动/停止按钮（控制Y0-Y3）；（3）显示PLC内部数据寄存器D0（温度值，0-100℃）。（1）说明通信参数设置（波特率、数据位、停止位、校验位）。（2）编写PLC程序（要求使用RS指令实现数据读写）。（3）若触摸屏无法显示D0数据，可能的故障点有哪些？答案：（1）通信参数设置：波特率：9600bps（默认常用值）；数据位：7位（FX3U-485BD支持7/8位，此处选7位）；停止位：1位；校验位：偶校验（E）；站号：PLC设为0，触摸屏设为1（根据实际配置调整）。（2）PLC程序要点（使用RS指令）：初始化：设置D8120（通信格式）为H61（对应7位数据、偶校验、1位停止位、9600bps）；发送数据：将Y0-Y3的状态（K4Y0）存入发送缓冲区D8122；接收数据：从接收缓冲区D8124读取触摸屏发送的控制指令（如启动/停止信号）；温度显示：将D0（温度值）通过ASCII码转换后存入发送缓冲区，供触摸屏读取。（3）故障点分析：通信线缆连接错误（485+/-线接反或接触不良）；通信参数不匹配（PLC与触摸屏的波特率、校验位等设置不一致）；RS指令程序错误（如发送/接收缓冲区地址错误，未正确使用M8123完成标志）；触摸屏画面变量地址设置错误（D0未正确关联到触摸屏的显示元件）；PLC通信模块故障（FX3U-485BD损坏或未正确安装）。六、综合设计项目习题6.设计要求：某小型自动化生产线包含上料、加工、下料三个工位，要求：（1）上料工位：传感器检测料仓无料时报警（HL1），有料时气缸Y0推料至传送带M1；（2）加工工位：物料到达时（传感器X1），启动加工电机M2（Y1），加工时间15s（T0），完成后M2停止；（3）下料工位：物料到达时（传感器X2），气缸Y2下料，同时计数传感器X3统计产量（存入D0）；（4）全线急停按钮SB3（X3），故障时所有设备停止并报警（HL2）。（1）完成I/O分配表（输入/输出设备与X/Y对应）。（2）绘制完整梯形图程序（包含顺序控制、报警、计数功能）。（3）若产量计数错误（多计或少计），可能的优化措施有哪些？答案：（1）I/O分配表（示例）输入：料仓无料X0；加工位传感器X1；下料位传感器X2；急停SB3-X3；计数传感器X4；过载FR-X5。输出：推料气缸Y0；M1传送带Y1；M2加工电机Y2；下料气缸Y3；报警HL1-Y4；报警HL2-Y5。（2）梯形图关键逻辑：上料控制：X0=ON（无料）→Y4=ON（报警）；X0=OFF（有料）→Y0=ON（推料），T1计时1s（推料时间）后Y0=OFF。加工控制：X1上升沿触发→Y2=ON（M2启动），T0计时15s→Y2=OFF（加工完成）。下料控制：X2上升沿触发→Y3=ON（下料），T2计时0.5s→Y3=OFF。计数功能：X4上升沿