1、一、电气控制与 PLC 应用部分 一、填空题： 1、三相异步电动机主要由 定子 和 转子 组成。2、电磁机构由吸引线圈、 铁心 、衔铁等几部分组成。 3、PLC 的软件由系统程序和 用户程序 两大部分组成。4、K2M0 组成 8 位字元件，最低位是 M0 ，最高位是 M7 。5、在变址寄存器中，当 V0=14，Z0=10 时，D6V0 是 D20 ，D10Z0 是 D20 。6、FX 2N - 16MR 表示为 FX 2N 系列的基本单元，I/O 总接口数为 16 。7、PLC 硬件结构主要由 CPU 、 存储器 、I/O 接口、通信接口和电源组成。8、梯形图的编程规则：上重下轻 、左重右轻。
2、10、PLC 常用的编程语言有： 梯形图 、指令表、高级语言。11、执行指令“ADD K50 K20 D1”后，D1 数据寄存器的操作数是 70 。 12、PLC 中 每一个扫描周期分为 输入采样 、程序执行、 输出刷新。13、利用 PLC 基本指令对梯形图编程时，通常按从左到右 、 自上而下的原则进行。14、比较类指令包括三种，即接点比较指令、 组件比较 指令和 区间比较 指令。15、主控、主控复位指令分别是（MC MCR）16、PLC 输出继电器的触点与输出端子相连，输出端除了提供一对继电器常开触头用于接通负载以外，还可以提供内部 常开 和 常闭 触点供编程使用。17、PLC 中的两条步进
3、指令是 STL 和 RET 18、FX 系列 PLC，脉冲执行方式传送指令是 MOVP 。19、PLC 程序中手动程序和自动程序需要 互锁 。20、FX 系列 PLC，32 位的数值传送指令是 DMOV 。21、熔断器主要作为电路的 短路 保护元件。22、各种低压断路器在结构上都有主触头、灭弧装置、自由脱扣器和 操作机构 等部分组成。23、触头的接触形式有： 点接触 、线接触、面接触。22、交流接触器的触点系统分为主触头和 辅助触点 ，用来直接接通和分断交流主电路和控制电路。23、热继电器是利用 电流 流过发热元件产生热量来使检测元件受热弯曲，进而推动机构动作的一种保护电器，主要被用作电动机的
4、长期 过载 保护。24、电气控制系统中常用的保护环节有 短路 保护、过电流保护、过载保护、失电压保护、欠电压保护、过电压保护及弱磁保护等。25、PLC 的基本结构由 CPU、 存储器 、输入输出接口、电源、扩展接口、通信接口、编程工具、智能 I/O 接口、智能单元等组成。二、问答题：1、简述 PLC 的周期扫描 工作方式？答： PLC 采用逐行循环扫描的串行工作方式，每一个扫描周期包括输入采样、程序执行和输出刷新 3个阶段。2、什么叫同步转速？什么叫作转差率？电动机的转速 n 增大时，转差率 S 怎样变化？ 答：旋转磁场的转速叫同步转速。电动机转子的转速与旋转磁场转速之差叫做转速差，转速差与同
5、步转速的比值叫转差率，用 S 表示，即 S=n0-n/n03、写出梯形图对应的指令表，找出程序中启动接点、停止接点、自锁接点。启动接点是 X0，停止接点 X1、自锁接点 Y0、Y1。4、什么叫状态流程图？状态流程图包括几方面？答：状态流程图是描述顺序控制功能的图解表示法，状态流程图主要由状态（工步） 、有向连线、转换条件组成。 5、写出对应的指令表，并分析 Y0 几秒后接通？答：20 秒后接通。6、说明 FX2N - 48MT 型号中 48、M、T 的意义，并说出它的输入、输出点数各是多少答：M 表示为 FX2N 系列的基本单元、T 表示晶体管输出；输入、输出点数各是 24。三、判断题：1、正
6、反转控制用两个接触器实现，正反转接触器之间必须实现接触器常闭触头的联锁。接触器联锁触头具有“常闭、串联”的特点。 （ ）2、熔断器在电气控制线路中起短路保护作用。 （ ）5、 设（D0）=100、 （D10）=100，则执行“CMP D0 D10 M0”指令语句后，M1 标志位接通。 （ ）8、PLC 的所有软元件都是采用十制进行编号的，如输出继电器有Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8、Y9、Y10等。 （ ）9、PLC 中 ALT 是加 1 指令。 INC 才是 （ ）10、实现同一个控制任务的 PLC 应用程序是唯一的。 （ ）11、七段数码管可以显示数字 09，十六进制
7、数字 AF。 （ ） 3、步进接点如同主控指令一样，将左母线移到步进接点右边。所以，步进指令后必须使用“取”指令。（ ）4、多地控制的接线原则是：启动按钮互相串联，停止按钮相互并联。 （ ）6、热继电器只能用于电动机的过载保护，不能做短路保护。 （ ）7、自锁控制能实现电动机的连续运行，接触器自锁触头具有“常开、并联”的特点。 （ ）12、负荷开关主要用于控制电动机的频繁启动与停止。 （ ）13、PLC 输出继电器不仅由外部输入信号驱动，而且也能被程序指令驱动。 （ ）14、LDP 指令监视元件的接通状态，即在操作中元件由 OFF 到 ON 时产生一个扫描周期接通脉冲。 （ ）四、选择题1、判
8、断交流或直流接触器的依据是：（ B）A、线圈电流的性质 B、主触点电流的性质C、主触点的额定电流 D、辅助触点的额定电流2、用于使自动空气开关远距离断开电路的是： （C ）A、过电流脱扣器 B、欠电压脱扣器C、分励脱扣器 D、自由脱扣器3、电磁机构中，吸引线圈的作用是：（ A ）A、将电能转化成磁场能量 B、将磁场能转化成电能4、三相异步电动机主要组成系统是定子系统和（ A ）转子A、壳体机构 B、转子系统 C、电枢系统 D、机电系统5、把线圈额定电压为 220V 的交流接触器线圈误接入 380V 的交流电源上会发生的问题是：（C ）A、接触器正常工作 B、接触器产生强烈震动 C、烧毁线圈 D
9、、烧毁触点6、下述对 PLC 存储器描述错误的是：（ A）A、存放输入信号 B、存放用户程序C、存放数据 D、存放系统程序 7、分析电气原理图的基本原则是：（ C ）A、先分析交流通路 B、先分析直流通路C、先分析主电路、后分析辅助电路 D、先分析辅助电路、后分析主电路8、自动空气开关的电气符号是：（B ）A、SB B、QF C、FR D、FU9、下列对 PLC 软继电器的描述，正确的是：（ A ）A、有无数对常开和常闭触点供编程时使用B、只有 2 对常开和常闭触点供编程时使用C、不同型号的 PLC 的情况可能不一样D、以上说法都不正确10、ST 指令的作用是：（ A ）A、用于单个常开触点与
10、母线连接B、用于单个常闭触点与上面的触点并联连接C、用于单个常闭触点与前面的触点串联连接D、用于单个常开触点与上面的触点并联连接 五、综合题：1、分析判断控制电路能否实现自锁控制，若不能，试分析说明原因。2、分析判断控制电路能否实现正反转控制，若不能，是说明原因。 3、根据状态流程图绘出梯形图4、某台设备电气接线图如下图所示，两台电动机分别受接触器 KM1、KM2 控制。系统控制要求是：两台电动机均可单独启动和停止；如果发生过载，则两台电动机均停止。第一台电动机的启动/停止控制端口是 X1、X2；第二台电动机的启动/停止控制端口是 X3、X4。试编写 PLC 控制程序（梯形图） 。答案左：5、
11、下图为三相笼型电机单向旋转能耗制动控制电路，当按下停止按钮 SB1 时，电动机无制动过程，试分析故障原因。二、电机工作控制电路部分一、H 桥式电机驱动电路 图 2.1 中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于H 桥式驱动电路是因为它的形状酷似字母 H。4 个三极管组成 H 的 4 条垂直腿，而电机就是 H 中的横杠（注意：图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。如图所示，H 桥式电机驱动电路包括 4 个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。 图 2.
12、1 H 桥式电机驱动电路 要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图 2.2 所示，当 Q1 管和 Q4 管导通时，电流就从电源正极经 Q1 从左至右穿过电机，然后再经 Q4 回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管 Q1 和 Q4 导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。图 2.2 H 桥电路驱动电机顺时针转动 图 2.3 所示为另一对三极管 Q2 和 Q3 导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管 Q2 和Q3 导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭
13、头表示为逆时针方向）。 图 2.3 H 桥电路驱动电机逆时针转动 二、使能控制和方向逻辑驱动电机时，保证 H 桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管 Q1 和 Q2 同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。三、电源电路读图要点和举例电源电路是电子电路中比较简单然而却是应用最广的电路。拿到一张电源电路图时，应该：先按“整流滤波稳压”的次序把整个电源电路分解开来，逐级细细分析。逐级分析时要分清主电路和辅助电路、主要元件和次要元件，弄清它们的作用和参数要
14、求等。例如开关稳压电源中，电感电容和续流二极管就是它的关键元件。因为晶体管有 NPN 和 PNP 型两类，某些集成电路要求双电源供电，所以一个电源电路往往包括有不同极性不同电压值和好几组输出。读图时必须分清各组输出电压的数值和极性。在组装和维修时也要仔细分清晶体管和电解电容的极性，防止出错。熟悉某些习惯画法和简化画法。最后把整个电源电路从前到后全面综合贯通起来。这张电源电路图也就读懂了。 例 1：电热毯控温电路 图 3.1 是一个电热毯电路。开关在“1”的位置是低温档。220 伏市电经二极管后接到电热毯，因为是半波整流，电热毯两端所加的是约 100 伏的脉动直流电，发热不高，所以是保温或低温状
15、态。开关扳到“2”的位置，220 伏市电直接接到电热毯上，所以是高温档。 图 3.1 电路原理图例 2：高压电子灭蚊蝇器 图 3.2 是利用倍压整流原理得到小电流直流高压电的灭蚊蝇器。220 伏交流经过四倍压整流后输出电压可达 1100 伏，把这个直流高压加到平行的金属丝网上。网下放诱饵，当苍蝇停在网上时造成短路，电容器上的高压通过苍蝇身体放电把蝇击毙。苍蝇尸体落下后，电容器又被充电，电网又恢复高压。这个高压电网电流很小，因此对人无害。 图 3.1 电路原理图由于昆虫夜间有趋光性，因此如在这电网后面放一个 3 瓦荧光灯或小型黑光灯，就可以诱杀蚊虫和有害昆虫。四 TTL 与 CMOS 非门电路1
16、，电路的组成非门电路是 TTL 集成门电路中结构最简单的一种电路，因非门电路的输出与输入反相，所以非门电路又称为反相器，典型的 TTL 反相器电路如图 4.1 所示。图 4.1TTL 反相器电路由图 2-10 可见，反相器电路由输入级，倒相级和输出级三部分组成。因图 2-9 所示电路的输入和输出级电路都是由三极管组成的，所以，图 2-10 所示电路称为 TTL（Transistor-Transistor Logic）门电路。目前较通用的 TTL 门电路是 74LS 系列的集成电路。2电路工作原理设电源的电压 Vcc=5V，R1=3k，R2=750 ，R3=360，R4=100，各三极管的 =3
17、0，导通电压 Von=0.7V，输入的低电平电压 VIL=0.2V，输入的高电平电压 VIH=3.4V。当输入信号电压 A 为 VIL 时，因输入信号直接加在三极管 T1 的发射极，三极管 T1 的基极通过电阻 R1 接电源，所以，三极管 T1 基极的电位大于发射极的电位，三极管 T1 导通，三极管 T1 基极的电位为 0.9V（VIL+Von=0.2+0.7=0.9V）。因三极管 T1 集电极回路的电阻是 R2 和三极管 T2 集电结的电阻，三极管 T1 基极的 0.9V 电位不能使三极管 T2 和 T4 导通，所以三极管 T1 集电极回路的电阻很大，使三极管 T1 进入深度饱和的状态，UC
18、ES1 很小，三极管 T2 基极的电位约等于 VIL，三极管 T2截止，三极管 T2 集电极的电位为高电平，发射极为低电平，所以，三极管 T4 截止，三极管 T3 导通，输出高电平 V0H。当输入信号电压 A 为 VIH 时，输入信号电压与三极管 T1 的导通电压相加，使三极管 T1 基极的电位可能达 VIH+Von=3.4+0.7=4.1V。实际的情况是：三极管 T1 基极的电位达 2.1V 时，因三极管 T1的集电结，三极管 T2 的发射结，三极管 T4 的发射结相串联，同时导通，使三极管 T1 基极的电位被钳在 2.1V，集电极的电位为 1.4V。当输入信号电压 A 为 VIH 时，三极
19、管 T1 集电极的电位为 1.4V，基极的电位为 2.1V，发射极的电位为 3.4V，三极管的这种工作状态，相当于发射极和集电极对调，称为倒置。因处在倒置状态下的三极管，没有电流的放大作用，三极管 T1 的集电极电流很小，集电极处在高电位 1.4V，所以，三极管T2 导通，发射极为高电位，集电极为低电位，三极管 T3 截止，三极管 T4 导通，输出低电平 V0L。由上面的分析过程可见，图 2-10 所示电路输出电压和输入电压的逻辑关系是：所以，图 4.1 所示的电路称为非门电路。在图 4.1 所示的电路中，因三极管 T2 集电极输出的电压信号和发射极输出的电压信号变化的方向相反，所以，由三极管
20、 T2 组成的电路称为倒相级。三极管 T3 和 T4 组成输出级电路，三极管 T3 和 T4的工作状态总是一个导通，另一个截止，处在这种工作状态下的输出电路称为推挽输出电路。推挽输出电路不仅有很低的静态功耗，而且带负载的能力很大。电路中的二极管 D1 的作用是负极性输入信号的钳位，该二极管可对输入的负极性干扰脉冲进行有效的抑制，以保护集成电路的输入端不会因负极性输入脉冲的作用，引起三极管 T1 发射结的过流而损坏。二极管 D2 的作用是提高三极管 T3 发射极的电位，以确保三极管 T4 饱和导通时，三极管 T3 可靠的截止。3.CMOS 反相器CMOS 反相器是 CMOS 集成电路最基本的逻辑
21、元件之一，其电路如图 4.3 所示，它是由一个增强型 NMOS 管 TN 和一个 PMOS 管 TP 按互补对称形式连接而成。图 4.3CMOS 反相器两管的栅极相连作为反相器的输入端，漏极相连作为输出端，TP 管的衬底和源极相连接电源UDD， TN 管的衬底与源极相连后接地，一般地 UDD(UTN+|UTP|)，(UTN 和|UTP|是 TN 和 TP 的开启电压)。当输入电压 ui=“0”（低电平）时，NMOS 管 TN 截止，而 PMOS 管 TP 导通，这时 TN 管的阻抗比 TP 管的阻抗高的多，（两阻抗比值可高达 106 以上），电源电压主要降在 TN 上，输出电压为“1”（约为
22、UDD）。当输入电压 ui=“1”（高电平）时，TN 导通， TP 截止，电源电压主要降在 TP 上，输出uo=“0”，可见此电路实现了逻辑“非”功能。通过 CMOS 反相器电路原理分析，可发现 CMOS 门电路相比 NMOS、PMOS 门电路具有如下优点：无论输入是高电平还是低电平，TN 和 TP 两管中总是一个管子截止，另一个导通，流过电源的电流仅是截止管的沟道泄漏电流，因此，静态功耗很小。两管总是一个管子充分导通，这使得输出端的等效电容 CL 能通过低阻抗充放电，改善了输出波形，同时提高了工作速度。由于输出低电平约为 0V，输出高电平为 UDD，因此，输出的逻辑幅度大。4、门电路控制例
23、1：设计一个楼上、楼下开关的控制逻辑电路来控制楼梯上的路灯，使之在上楼前，用楼下开关打开电灯，上楼后，用楼上开关关灭电灯；或者在下楼前，用楼上开关打开电灯，下楼后，用楼下开关关灭电灯。设楼上开关为 A，楼下开关为 B，灯泡为 Y。并设 A、B 闭合时为 1，断开时为 0；灯亮时 Y 为1，灯灭时 Y 为 0。根据逻辑要求列出真值表。三、AT89S51 单片机简介AT89S51 为 ATMEL 所生产的可电气烧录清洗的 8051 相容单芯片，其内部程序代码容量为 4KB一、AT89S51 主要功能列：1、为一般控制应用的 8 位单芯片2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz）3
24、、内部程式存储器（ROM）为 4KB4、内部数据存储器（RAM）为 128B5、外部程序存储器可扩充至 64KB6、外部数据存储器可扩充至 64KB7、32 条双向输入输出线，且每条均可以单独做 I/O 的控制8、5 个中断向量源9、2 组独立的 16 位定时器10、1 个全多工串行通信端口11、8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能12、单芯片提供位逻辑运算指令二、AT89S51 各引脚功能介绍：VCC：AT89S51 电源正端输入，接+5V。VSS：电源地端。XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和
25、XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。RESET：AT89S51 的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51 便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址 0000H 处开始读入程序代码而执行程序。EA/Vpp：“EA“为英文“External Access“的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部 EPROM 中
26、）来执行程序。因此在 8031 及 8032中，EA 引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至 8751 内部 EPROM 时，可以利用此引脚来输入 21V 的烧录高压（Vpp） 。ALE/PROG：ALE 是英文“Address Latch Enable“的缩写，表示地址锁存器启用信号。 AT89S51 可以利用这支引脚来触发外部的 8 位锁存器（如 74LS373） ，将端口 0 的地址总线（A0 A7）锁进锁存器中，因为AT89S51 是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时 ALE 引脚的输出
27、频率约是系统工作频率的 1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录 8751 程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。AT89S51 PSEN：此为“Program Store Enable“的缩写，其意为程序储存启用，当 8051 被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0） ，会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到 EPROM 的 OE 脚。AT89S51可以利用 PSEN 及 RD 引脚分别启用存在外部的 RAM 与 EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用 64K 的定址范围。PORT0（P0.0P0.7）：端口 0 是一个 8
28、位宽的开路汲极（Open Drain）双向输出入端口，共有 8 个位，P0.0 表示位0，P0.1 表示位 1，依此类推。其他三个 I/O 端口（ P1、P2、P3 ）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0 在当做 I/O 用时可以推动 8 个 LS 的 TTL 负载。如果当 EA 引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器） ，P0 就以多工方式提供地址总线（A0 A7 ）及数据总线（D0D7） 。设计者必须外加一锁存器将端口 0 送出的地址栓锁住成为 A0A7 ，再配合端口 2 所送出的 A8A15 合成一完整的 16 位地址总线，而定址到 64K 的外部存储器空间。PORT2
29、（P2.0P2.7）：端口 2 是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，每一个引脚可以推动 4 个 LS 的 TTL 负载，若将端口2 的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2 除了当做一般 I/O 端口使用外，若是在AT89S51 扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节 A8A15，这个时候 P2 便不能当做 I/O 来使用了。PORT1（P1.0P1.7）：端口 1 也是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4 个 LS TTL 负载，同样地若将端口 1 的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用 8052 或是 8032 的
30、话，P1.0 又当做定时器 2 的外部脉冲输入脚，而 P1.1 可以有 T2EX 功能，可以做外部中断输入的触发脚位。PORT3（P3.0P3.7）：端口 3 也具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4 个 TTL 负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下：P3.0：RXD ，串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断 0 输入。P3.3：INT1，外部中断 1 输入。P3.4：T0 ，计时计数器 0 输入。P3.5：T1 ，计时计数器 1 输入。P3.6：WR ：外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。
