09- 0(上)电气控制技术参考 (2) 1

华侨大学电气控制技术试卷A（参考答案）
专业：电气项目及自动化07（A/B班）测试日期：2009年12 月22日
姓名：班级学号：
一、简要分析下列问题（36%）
1、配电线路与电控系统的常见的保护类型有那些？
答：保护主要包括两大类：其一为保证在故障工作状态下线路及设备的安全。

其二为保证人身安全。

常见有：(1)过、欠电流保护;(2)过、欠压（失压）保护;(3)电动机的断相保护;(4)漏电保护。

（5）其它保护，如温度保护、限位保护、速度保护等
2、继电器与接触器都是控制电器，结构原理上有何区别？
答：从执行机构看，接触器通常有主触头与辅助触头之分，主触头用于大容量电路或主电路，有较强的灭弧措施，而辅助触头用于控制电路等辅助电路，没有额外的灭弧措施；继电器没有主辅触头之分，用于小容量辅助电路，最多存在灭火花电路。

从感测器官看，绝大部分接触器是单一的电压信号，而且动作值正常使用时不用整定。

继电器的感测信号可能是电量，也可能是非电量，动作值使用时要根据不同的控制要求设定。

3、交流接触器使用一段时间后，线圈过热或烧损试分析不少于6种的原因。

答：（1）电源电压过高或过低；（2）线圈技术参数（如额定电压、频率、负载因数及适用工作制等）与实际使用条件不符（3）操作频率过高（4）线圈制造不良或所以机械损伤、绝缘损坏等（5）使用环境条件：如空气潮湿，含有腐蚀性气体或环境温度过高（6）运动部分卡住（7）交流铁心极面不平或去磁气隙过大（8）交流接触器派生直流操作的双线圈，因常闭联锁触头熔焊不释放、而使线圈过热。

4、分析变频器控制电路的基本构成与作用。

答：变频器控制电路的基本构成有：(1)变频器主控制电路：由高性能的微处理器及其外围电路构成。

主要完成输入信号处理、加减速率调节功能、运算处理、PWM波形处理；提供主电路控制信号。

（2）检测电路：将变频器或电动机的工作状态反馈至微处理器。

（3）外部接口电路：与系统中的其它部件连接的接口，如顺序控制指令输入电路，频率信号或模拟信号、通讯接口（如RS232、RS485、现场总线）等。

（4）数字操作器：人机界面，提供设定与显示。

（5）变频器的保护电路：对各种信号进行处理与运算，提供相应的保护。

5、简述CNC系统管理软件与控制软件的作用。

答：CNC系统是一个实时计算机系统，其软件包括管理软件与控制软件两大部分。

管理软件：用于系统自检与故障判断、机床状态与报警；加项目序的输入、输出、显示加工零件、刀具位置、系统参数等。

控制软件：用于控制机床运动，包括译码、刀具补偿、速度控制、插补运算、位置控制等。

6、开放系统互连模型OSI采用那7层结构？DeviceNet现场总线采用何种结构？
答：OSI参考模型将整个网络的通信功能划分成7个层次，由低到高分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

DeviceNet现场总线采用采用7层结构中的三层：物理层、数据链路层和应用层。

二、下图为实现电机带漏电保护的、采用时间原则的反接制动控制线路，指出并说明图中的错误，给出改正后的线路图。

（10%）
答：错误1：漏电保护应采用断路器QF而不是转换开关QS，
错误2：电机要实现漏电保护，机壳应接地。

错误3：与SB1常开并联的触点没有文字符号，按设计要求，此处应为KM1。

错误4：KM2常闭控制KM2线圈，KM2无法保持得电，按设计要求，此处应为互锁，改为KM1常闭。

错误5：时间继电器线圈与触点的类型不一致，按设计要求应为断电延时，触点图形符号改为断电延时。

改正后电路如下所示：
三、图示说明软起动器的原理图，简要说明斜坡恒流升压起动方法。

（10%）
答：电子式软起动器是利用电力电子技术、自动控制技术和计算机技术，将强电和弱电结合起来的控制技术。

下图软起动器的原理示意图。

实际上是一种电子降压起动。

软起动器原理示意图图斜坡恒流起动
斜坡恒流升压起动方式是在晶闸管的移相电路中，引入电机电流反馈，使电机在起动过程中保持恒流、起动平稳。

这种软起动方式是应用最多的起动方法，尤其适用于风机、泵类负载的起动。

起动曲线如图所示。

四、图示为采用时间原则控制的绕线式异步电动机转子绕组串电阻起动，试分析其工作原理。

若采用电流原则，作出相应的控制线路图。

（12%）
答：按下SB2，起动时KM得电，转子串最大电阻（1RQ+2RQ+3RQ）起动，KT1得电计时。

KT1时间到，KM1得电，旁路切断1RQ电阻，电机串电阻（2RQ+3RQ）起动，KT2得电计时；KT2时间到，KM2得电，电机串电阻3RQ起动，KT3得电计时；KT3时间到，KM3得电，电机全压起动并运行；停止时，按下SB1，KM失电，所有电器失电，电机失电，依靠惯性停转。

采用电流原则时，控制电路如下所示，KA1、KA2、KA3为检测起动电流的过流继电器，KA1
设定值>KA2设定值>KA3设定值。

五、某一控制要求如下：
（起动按钮）电机正转起动（程序1）正向起动（程
序2）起动，正向失电（程序3）失电；1分钟
后反转、失电进入（程序1）。

系统无起、制动要求，试用
一般设计法设计电气控制线路，并有短路保护、过载保护、失压保护与停止功能。

（16%）
解：所设计的电路如下图所示：
六、图示为从一地运货到两地的控制系统示意图。

其中系统的某一功能对应的控制要求如下：开机时小车不处于于SQ1处，则闪烁报警（闪1秒，灭1秒，周期为2秒），此时起动按钮SB1按下无效。

若小车位SQ1处，按下起动按钮SB1，车斗上料位SQ4动作则直接右行，否则YV1动作装料到上料位SQ4动作，YV1失电后右行，SQ2处卸料（YV2动作3分钟），然后小车左行返回到SQ1处；继续装料到上料位SQ4动作，小车右行至SQ3卸料（YV2动作3分钟），小车再左行到SQ1处，构成一个工作周期。

开机后自动工作30个工作周期后，停在SQ1处；若正常停（SB2）则完成当前周期后停在SQ1处。

若急停（SB3）或小车电机过载（FR1）故障，系统停止工作，如上闪烁报警。

试设计PLC应用系统的I/O安排与状态流程图。

（16%）
答：I/O安排与相应的状态流程图如下图所示：
华侨大学电气控制技术试卷B（参考答案）
专业：电气项目及自动化07（A/B班）测试日期：2009年12 月22日
姓名：班级学号：
一、简要分析下列问题（32%）
1、交流电磁机构与直流电磁机构有那些基本区别？
答：直流电磁机构恒安匝，吸合过程中稳态电流不变，而交流电磁机构在吸合时电流最大，吸合后电流最小。

因此，频繁起动的场所应采用直流操作线圈。

交流电磁机构存在铁耗，铁芯与衔铁采用叠片；而直流可采用整块钢。

交流线圈应考虑散热，做低矮型的，直流线圈则做成瘦高型的；
转动式交流做成绕转轴运动的，直流可做成绕棱角运动。

交流电磁吸力存在过零，对单相电磁机构应装设分磁环，而直流不用。

2、刀开关、熔断器、断路器这三种配电电器，应用上有何区别？
答：刀开关是一种手动电器，主要用于隔离电源用的，大多数不能直接载流操作，对于负荷开关只能通断正常电流。

熔断器感测器官与执行机构为同一体，即熔体，用于电流性质的保护，可用于反时限安秒特性的过载保护与短路瞬时保护。

断路器是一种多感测器官（各种脱扣器）配电电器，其作用主要是分闸，合闸方式有手动、电磁铁、电动机等方式。

作为电流性质的保护有反时限的过载保护、带延时的短路保护、瞬时的短路保护，而且有的还可选择。

此外，还有失欠压保护、漏电保护等其它性质的保护。

3、热继电器使用后出现误动作，试分析不少于6种在原因。

答：（1）整定值偏小或选型错误；（2）电动机起动时间过长；（3）系统操作频率过高（4）有
强烈外部冲击振动（5）没有考虑温度补偿。

（6）热元件联接导线截面太细或没有搪锡处理。

（7）安装形式错误。

4、变频器有那些逆变器开关方式与控制策略？
答：变频器逆变器开关方式有：PAM(脉幅调制)变频器与PWM(脉宽调制)变频器。

变频器用不同的控制方式，得到的调速性能、特性及用途是不同的。

控制方式大体分为开环控制及闭环控制。

开环控制有U/f电压与频率成正比的控制方式
闭环有转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制。

现在矢量控制可以实现与直流机电枢电流控制相媲美，直接转矩控制直接取交流电动机参数进行控制，其方便准确精度高。

5、什么是插补技术？CNC实现边插补边加工是如何完成的？
答：在已知运动轨迹的起点与终点坐标、轨迹的曲线方程，由数控系统实时地计算出各个中间点坐标的过程，称为插补。

其本质是用一小段直线或圆弧来拟合加工对象的曲线。

CNC是边插补边加工，在每个插补周期内必须计算出下一个处理周期的位置增量。

位置控制由相应的软件或硬件，在每个采样周期内，将插补计算的理论位置与实际位置比较，用差值控制进给电机，从而拖动工作台或刀具运动。

6、现场总线按其传送数据的通信宽度来分有那些结构？
答：按其传送数据的通信宽度来分:
①传感器总线(sensorbus)：数据宽度为位(bit)，如AS-i和Seriplex等；
②设备总线(devicebus)：数据宽度为字节(byte)，如Interbus和DeviceNet等；
③全服务的现场总线（fieldbus）：数据宽度为数据流或模块(block)。

以报文通信为主，除了
对装置进行读取数据外，还包括一些对装置的操作和控制功能。

如FF总线、Lonworks总线、Hart总线等。

二、下图为变频器应用系统电控结构图，分别说明图中数字标示部分元部件的作用或容量选
择。

（10%）
答：（1）变压器：若单独供电，选为变频器容量的1.5倍左右。

（2）配电用断路器；漏电断路器：容量为变频器额定电流的1.5~2倍，应带漏电保护；（3）电磁接触器MC1：当过载继电器THRX动作时切断变频器电源以保护变频器
（4）电磁接触器MC2、MC3：当变频器故障时或与电网相同频率运行时，电机直接投入电网，就注意电机停止后才能切断MC2，除非选用具备电网电源切换功能的。

（5）噪声滤波器：所以PWM逆变电路频率高与变频器带有微处理器，可降低电网与变频器间相互的无线干扰与感应干扰。

（6）输入输出AC电抗器：输入电抗器实现变频器与电源的匹配，降低高次谐波的影响，改善功率因数。

输出电抗器，则降低变频器输出谐波对电机的影响，避免电动机运行噪声。

（7）热继电器FR：电动机过载时通过MC1切断变频器
（8）电网电源切换接触器：变频运行与工频运行方式的选择。

三、图示并说明DeviceNet现场总线媒体访问单元的结构。

（12%）
答:DeviceNet媒体访问单元的结构如下图所示：
媒体访问单元包括收发器、连接器、误接线保护电路、稳压器和光隔离器。

收发器可采用市面上的集成CAN收发器或通用的微处理器设计，注意需保证符合DeviceNet
规范。

误接线保护（MWP）电路如下图所示，要求节点能承受连接器5根线的各种组合的接线错误。

连接器采用5针结构，即1对信号线、1对电源线和1根屏蔽线。

包括密封式和非密封式连接器。

四、图示为液压系统用三个液压油缸分别用于左、右滑台进退及工件夹紧的控制。

电磁铁YA1、YA2用于左滑台进给和后退，YA3、YA4用于右滑台进给和后退，YA5、YA6用于工件的夹紧与放松，压力继电器SP检测夹紧状态。

KM3为控制液压泵电动机，SA为点动选择开关，系统在工件未夹紧时点动调整；SB4用于滑台向后调整；按钮SA4、SA5用于左、右滑台进给选择开关。

SB6用于工件放松。

按下SB5（夹紧运动），当夹紧结束后，放开SB5，左滑台进退工作，试分析左、右滑台进退及工件夹紧的控制与相关电器的工作过程。

（10%）
答：装上工件，按SB5→YA5线圈通电，夹工件→夹紧后SP继电器动作→松SB5、YA5线圈断电；（加指示）→KA5线圈通电→KA1、KA3线圈通电自锁→电磁铁线圈YA1、YA3线圈通电，左、右滑台快进；
分别压下各自的液压行程阀转为工进；正向终点分别压下SQ3、SQ4→KA1、KA3、YA2、
YA4线圈断电→KA2、KA4线圈通电自锁→电磁换向阀YA2、YA4线圈分别通电→左、右滑台快退；
退到原位→压下SQ1、SQ2→KA2、KA4线圈分别断电→YA2、YA4线圈断电，循环结束。

五、一控制系统要求有二台三相笼型异步电机拖动。

电机M1采用时间原则的星三角起动，无制动要求，SB1、SB2为起停控制按钮；电机M2直接起动，可双向运行，正反转起动按钮为SB4、SB5，停止按钮为SB3，停止时，正反转都采用速度原则的能耗制动。

运行时要求有漏电保护、过载保护与短路保护。

试设计该系统的电气控制线路。

（16%）答：
电机M1控制线路电机M2控制线路
六、图示为三种液体的混合搅拌装置。

其中某一功能的控制要求如下：
开机自动排空：按下起动按钮SB1后，若SQ1动作，则闪烁报警（闪烁灯亮1秒，灭1秒）YV4得电，当SQ1复位，后继续排空5分钟后，YV4失电，排空结束进入工作过程；若按下起动按钮SB1时，SQ1处于复位状态，则直接开始工作。

工作过程如下：YV1得电注入A种液体至SQ1动作后YV1失电，而SQ1动作时YV2得电注入B 种液体至SQ2动作后YV2失电，同样YV3得电注入C种液体至SQ3动作后失电。

此后搅拌电机M1工作10分钟后，YV4得电，开始排出产品，当SQ1复位后继续排空5分钟进入下一工作周期。

每一工作班为30个工作周期自动停止。

当急停或搅拌电机过载时，系统停止工作并闪烁报警（闪烁灯亮0.5秒，灭0,5秒），PLC重新开机，故障闪烁报警自动消除。

试设计PLC应用系统的I/O安排与状态流程图。

（16%）
答：I/O安排与相应的状态流程图如下图所示：。