2026年电气自动化控制系统设计考试押题实战试卷及答案

2026年电气自动化控制系统设计考试押题实战试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在电气自动化控制系统设计中，PLC的扫描周期是指（）A.CPU执行一次用户程序所需的时间B.CPU完成一次输入采样、程序执行和输出刷新全过程所需的时间C.CPU从启动到停止运行所需的时间D.CPU与上位机通信一次所需的时间2.下列哪种传感器适合用于测量高速旋转轴的转速？（）A.热电偶B.增量式编码器C.热电阻D.应变片3.在PID控制中，若系统响应出现持续等幅振荡，最可能的原因是（）A.比例系数过大B.积分时间过长C.微分时间过小D.采样周期过小4.三相异步电动机采用Y-△降压启动时，启动电压降为额定电压的（）A.1/√3倍B.1/3倍C.√3倍D.1/2倍5.下列哪项不是PLC输出模块的常见类型？（）A.继电器输出B.晶体管输出C.双向晶闸管输出D.变压器输出6.在电气控制线路中，自锁环节的作用是（）A.实现启动后松开按钮仍保持通电B.防止两个接触器同时通电C.实现定时控制D.实现顺序启动控制7.变频器调速系统中，V/F控制方式适用于（）A.高精度转速控制场合B.风机、水泵类平方转矩负载C.需要快速动态响应的伺服系统D.恒转矩负载的精密调速8.下列接地方式中，用于保护人身安全的是（）A.工作接地B.保护接地C.防雷接地D.屏蔽接地9.在PLC梯形图中，下列哪个指令表示常闭触点？（）A.LDB.LDIC.OUTD.SET10.电气控制系统设计的基本依据是（）A.控制对象的工艺要求和控制要求B.设计者的个人经验C.现有产品的通用方案D.上级领导的指导意见二、判断题（每题2分，共10分）1.在电气控制线路中，热继电器可以作为短路保护装置使用。2.PLC的输入继电器只能由外部信号驱动，不能由程序内部指令驱动。3.变频器的制动电阻只有在回馈制动时才接入电路消耗能量。4.在PID调节中，增大微分时间可以加快系统响应速度，但过大会引入高频噪声。5.电气原理图中，同一电器的各部件必须画在同一处，不能分开绘制。三、填空题（每空1分，共10分）1.电气控制系统设计的基本环节包括：拟定控制方案、设计电气原理图、选择电气元件、设计工艺文件以及编制______。2.PLC的基本结构由CPU、______、输入/输出接口电路、电源及编程设备等组成。3.PID控制器的三个主要参数是比例系数Kp、积分时间T4.在电气控制系统中，常用的降压启动方式有Y-△降压启动、自耦变压器降压启动和______。5.变频器的给定方式主要有模拟量给定、______和通信方式给定。6.电气控制系统图主要包括电气原理图、电气接线图和______。7.直流电动机的调速方法有电枢回路串电阻调速、调压调速和______调速。8.在PLC编程中，定时器T0若设定值为K50，其时基为100ms，则定时时间为______s。9.为保证控制系统安全可靠运行，PLC的接地电阻应小于______Ω。10.自动化控制系统设计完成后，需进行系统调试，调试步骤一般为离线模拟调试和______。四、简答题（每题5分，共20分）1.简述PLC控制系统设计的基本步骤。2.什么是互锁控制？在电动机正反转控制线路中为什么要设置互锁？3.简述变频器调速的基本原理，并写出异步电动机同步转速公式。n其中n0为同步转速（r/min），f为电源频率（Hz），p4.在电气控制系统设计中，选择接触器时应考虑哪些主要参数？五、计算分析题（每题10分，共20分）1.某三相异步电动机额定功率PN=15 kW，额定电压U(1)电动机的额定电流IN(2)若采用Y-△降压启动，启动电流为直接启动时的多少倍？该电动机能否在重载下启动？I代入数据：I(2)Y-△降压启动时，启动电流为直接启动的1/3。由于启动转矩也降为直接启动的1/3，启动转矩较小，故不适用于重载启动，仅适用于轻载或空载启动场合。解析：Y-△启动时每相绕组电压降为额定电压的1/2.某温度控制系统采用PID控制器，被控对象传递函数为：G采样周期Ts=0.1 s。控制器参数整定为K(1)写出理想PID控制器的连续传递函数Gc(2)用一阶向后差分法对该PID控制器进行离散化，写出其离散化表达式或差分方程。答案：(1)理想PID控制器传递函数为：G代入Kp=2，TG(2)采用一阶向后差分法，将s替换为1−s代入得：G整理得差分方程为：u解析：将传递函数展开为Gc(z)=4+0.21六、综合设计题（20分）某生产线送料小车控制系统，工艺要求如下：-小车在A点和B点之间自动往复运行，A、B两点分别装有行程开关SQ1、SQ2；-按下启动按钮SB1后，小车从A点出发向B点运行；-小车到达B点后停留10s，然后自动返回A点；-小车到达A点后停留5s，再自动向B点运行，如此往复；-按下停止按钮SB2后，小车完成当前行程后停止在A点或B点；-设置紧急停止按钮SB3，按下后小车立即停车；-小车电机为三相异步电动机，正转（A→B）由接触器KM1控制，反转（B→A）由接触器KM2控制；-要求设置过载保护、短路保护和必要的互锁。已知PLC输入/输出分配如下表：输入元件地址说明SB1I0.0启动按钮（常开）SB2I0.1停止按钮（常闭）SB3I0.2急停按钮（常闭）SQ1I0.3A点行程开关（常开）SQ2I0.4B点行程开关（常开）FRI0.5热继电器辅助触点（常闭）输出元件地址说明KM1Q0.0正转接触器（A→B）KM2Q0.1反转接触器（B→A）HL1Q0.2运行指示灯HL2Q0.3故障指示灯请完成以下设计内容：(1)设计PLC外部接线原理图（主电路和控制电路可用文字描述接线关系）；(2)编写满足上述工艺要求的PLC梯形图程序（可用指令表或结构化文本描述，需体现自锁、互锁、定时、停止及急停逻辑）；(3)说明该控制系统的联锁保护措施及其作用。答案：(1)主电路与控制电路接线描述主电路：三相电源L1、L2、L3经断路器QF和熔断器FU接至接触器KM1、KM2主触点，KM1与KM2主触点输出相序相反，接至热继电器FR后接三相异步电动机M。控制电路：PLC数字量输入公共端1M接DC24V电源正极（或负极，取决于PLC型号）；启动按钮SB1常开触点一端接输入端子I0.0，另一端接输入公共端。停止按钮SB2常闭触点串入输入回路端子I0.1与公共端之间。按表对应接入各输入元件。输出公共端1L接AC220V或DC24V负载电源，Q0.0接KM1线圈一端，KM1线圈另一端接电源零线（或负极）；Q0.1接KM2线圈，Q0.2接运行指示灯HL1，Q0.3接故障指示灯HL2。KM1、KM2线圈回路中还需串入对方接触器的常闭辅助触点实现硬件互锁。(2)梯形图程序（用指令表方式描述）//网络1：正转控制（A→B），含启动、自锁、互锁、停止、急停

LDI0.0//启动按钮

ORQ0.0//正转自锁

ANI0.1//停止按钮（常闭）

ANI0.2//急停按钮（常闭）

ANI0.5//热继电器常闭

ANQ0.1//反转互锁

ANT1//B点停留定时器动作后切断正转

OUTQ0.0//正转输出

LDQ0.0//正转运行时计时

TONT0,+1000//T0为B点停留定时器，10s（若时基10ms则为K1000）

//网络2：反转控制（B→A），含自锁、互锁、停止、急停

LDT0//T0计时到，启动反转

ORQ0.1//反转自锁

ANI0.1//停止按钮

ANI0.2//急停按钮

ANI0.5//热继电器常闭

ANQ0.0//正转互锁

ANT2//A点停留定时器动作后切断反转

OUTQ0.1//反转输出

LDQ0.1//反转运行时计时

TONT1,+500//T1为A点停留定时器，5s

//网络3：A点停留定时器

LDQ0.1//反转运行时

TONT2,+500//到达A点后停留5s（与T1逻辑配合，亦可由SQ1触发）

//网络4：运行指示灯

LDQ0.0

ORQ0.1

OUTQ0.2//HL1运行指示灯

//网络5：故障指示灯（过载或急停）

LDI0.5

ORI0.2

OUTQ0.3//HL2故障指示灯程序说明：当小车从A点出发正转运行至B点，压合SQ2（I0.4）后，T0开始计时10s（程序网络1中T0在正转输出为ON时计时，实际应设计为SQ2触发后开始计时）。为简化描述，网络1中T0计时10s后其常闭触点断开Q0.0，T0常开触点启动Q0.1反转。小车返回A点压合SQ1（I0.3）后，T1、T2配合实现停留5s后再次启动正转。实际工程中可用SQ2、SQ1信号作为定时器启动条件，逻辑更加精确。(3)联锁保护措施及其作用①电气互锁：KM1与KM2控制回路中相互串入对方常闭辅助触点，并在PLC程序中也设置互锁（ANQ0.1、ANQ0.0），防止正反转接触器同时吸合造成主电路相间短路。②停止保护：停止按钮SB2采用常闭触点接入输入回路，即使PLC程序运行异常，也能通过断开输入信号切断输出。③急停保护：急停按钮SB3采用常闭触点，按下时立即断开控制逻辑，使所有输出复位，实现紧急停车。④过载保护：热继电器FR常闭触点串入控制逻辑，电动机过载时断开控制回路，防止电机烧毁。⑤短路保护：主电路设置断路器QF和熔断器FU，对短路故障提供保护。解析：本题综合考查PLC控制系统设计的完整流程。核心要点为：(1)外部接线必须采用"输入元件常闭接法"保证安全性；(2)梯形图逻辑需同时采用软件互锁与硬件互锁双重保护；(3)启停控制采用"启动优先、停止优先"原则，急停与过载信号串接在公共回路中，确保任何故障都能切断输出；(4)定时器配合行程开关实现往复延时控制。设计时应遵循"安全第一、逻辑清晰、便于维护"的原则。参考答案与解析一、单项选择题1.答案：B解析：扫描周期定义为PLC完成一次完整的"输入采样—程序执行—输出刷新"循环所需时间，选项A仅包含程序执行阶段，不完整。2.答案：B解析：增量式编码器输出脉冲频率与转速成正比，响应速度快，适合高速测速。热电偶与热电阻用于测温，应变片用于测力/应变。3.答案：A解析：比例系数过大导致增益过高，系统相角裕度下降，容易引发等幅甚至发散振荡。积分时间过长主要影响稳态误差消除速度。4.答案：A解析：Y接法时每相绕组电压为线电压的1/3，即启动电压降为额定值的5.答案：D解析：PLC输出模块常见类型为继电器、晶体管和双向晶闸管输出，变压器输出不存在。6.答案：A解析：自锁依靠接触器自身的常开辅助触点并联在启动按钮两端，松开启动按钮后线圈仍能保持通电。7.答案：B解析：V/F控制为开环控制，精度较低，适用于风机、水泵等对调速精度要求不高的平方转矩负载。8.答案：B解析：保护接地将电气设备不带电的金属外壳与大地可靠连接，防止绝缘损坏时外壳带电危及人身安全。9.答案：B解析：LDI（LoadInverse）为取反指令，用于常闭触点。LD为常开触点，OUT为线圈输出，SET为置位指令。10.答案：A解析：控制对象的工艺要求和控制要求是电气控制系统设计的出发点和根本依据。二、判断题1.答案：错误解析：热继电器具有热惯性，只能作过载保护，不能替代熔断器或断路器作短路保护。2.答案：正确3.答案：正确4.答案：正确5.答案：错误解析：电气原理图中，同一电器的各部件（如接触器的线圈和触点）可按功能分散绘制在不同回路中，但需标注相同文字符号。