電氣控制系統(tǒng)期末考題解析一、引言電氣控制系統(tǒng)是工業(yè)自動化的基礎(chǔ)，涵蓋傳統(tǒng)繼電-接觸控制與現(xiàn)代PLC控制兩大體系，是電氣工程、自動化等專業(yè)的核心課程。期末考題通常圍繞基礎(chǔ)元件、典型電路、PLC應(yīng)用三大模塊，重點考察學(xué)生對原理的理解、電路的分析與設(shè)計能力。本文結(jié)合期末考高頻考點與典型題型，提供系統(tǒng)的解析與備考策略，助力學(xué)生突破難點、提升應(yīng)試能力。二、期末考核心知識點梳理（一）電氣控制基本元件及符號1.控制元件：接觸器（主觸頭通斷主電路，輔助觸頭實現(xiàn)控制邏輯）、繼電器（時間繼電器、中間繼電器、熱繼電器，用于延時、信號放大或保護(hù)）。2.保護(hù)元件：熔斷器（短路保護(hù)，熔體熔化切斷電路）、熱繼電器（過載保護(hù)，雙金屬片受熱彎曲觸發(fā)觸點動作）、斷路器（綜合保護(hù)，兼具短路、過載、欠壓保護(hù)）。3.操作元件：按鈕（常開/常閉觸頭，手動輸入信號）、轉(zhuǎn)換開關(guān)（切換電路狀態(tài)，如手動/自動模式）。注：元件符號需嚴(yán)格遵循GB/T4728標(biāo)準(zhǔn)（如接觸器線圈用“□”表示，常開觸頭用“┬”表示）。（二）基本控制電路原理1.啟?？刂疲汉诵氖恰白枣i”（接觸器輔助常開觸頭并聯(lián)在啟動按鈕兩端，保持線圈通電），實現(xiàn)“按啟動按鈕運(yùn)行，按停止按鈕停止”。2.正反轉(zhuǎn)控制：通過改變電源相序?qū)崿F(xiàn)，需設(shè)置互鎖（接觸器輔助常閉觸頭串聯(lián)在對方線圈回路，防止同時吸合短路），常用“按鈕互鎖+接觸器互鎖”雙重保護(hù)。3.星三角降壓啟動：啟動時定子繞組接成星形（電壓為電源電壓的1/√3，啟動電流為三角形的1/3），運(yùn)行時切換為三角形（全壓運(yùn)行）。關(guān)鍵元件是時間繼電器（控制切換時間）。4.制動控制：能耗制動（通入直流電流產(chǎn)生恒定磁場，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流產(chǎn)生制動力矩，平穩(wěn)無沖擊）、反接制動（改變相序，制動力矩大但有沖擊，需串電阻限制電流）。（三）PLC基礎(chǔ)與梯形圖設(shè)計1.PLC組成：CPU（核心）、輸入/輸出模塊（連接外部設(shè)備）、電源模塊（供電）、編程器（編寫程序）。2.梯形圖規(guī)則：左母線開始，右母線結(jié)束；觸頭（常開/常閉）可串聯(lián)/并聯(lián)，線圈不能串聯(lián)；同一元件的觸頭可重復(fù)使用，線圈只能出現(xiàn)一次。3.基本指令：LD（取常開觸頭）、LDI（取常閉觸頭）、OUT（輸出線圈）、AND（觸頭串聯(lián)）、OR（觸頭并聯(lián)）、ANI（常閉觸頭串聯(lián)）、ORI（常閉觸頭并聯(lián)）。4.順序控制：用步進(jìn)指令（STL）實現(xiàn)多步流程（如流水燈、裝配線控制），每步對應(yīng)一個狀態(tài)繼電器（S），需設(shè)置轉(zhuǎn)移條件。（四）電氣原理圖繪制規(guī)則1.主電路與控制電路分離：主電路（大電流回路，如電動機(jī)、熔斷器、接觸器主觸頭）畫在左側(cè)，控制電路（小電流回路，如按鈕、繼電器線圈、輔助觸頭）畫在右側(cè)。2.觸頭狀態(tài)表示：所有元件按“常態(tài)”（未通電、未操作）繪制（如按鈕未按下時常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合）。3.符號標(biāo)準(zhǔn)化：元件符號需標(biāo)注編號（如接觸器KM1、時間繼電器KT1），同一元件的不同部分（主觸頭、線圈、輔助觸頭）用相同編號。三、典型題型深度解析（一）選擇題：聚焦基礎(chǔ)概念與細(xì)節(jié)例1：下列元件中，用于實現(xiàn)電動機(jī)過載保護(hù)的是（）A.熔斷器B.熱繼電器C.接觸器D.時間繼電器答案：B解析：過載保護(hù)需反映電流持續(xù)超過額定值的情況，熱繼電器通過雙金屬片的熱膨脹特性實現(xiàn)，動作時間與過載電流成正比（反時限特性）；熔斷器用于短路保護(hù)（瞬時動作）；接觸器用于通斷電路；時間繼電器用于延時控制。例2：PLC梯形圖中，線圈不能直接接在左母線的原因是（）A.會導(dǎo)致短路B.不符合編程規(guī)則C.無法實現(xiàn)邏輯控制D.損壞PLC答案：B解析：梯形圖的邏輯是“輸入→邏輯運(yùn)算→輸出”，線圈直接接左母線相當(dāng)于“無條件輸出”，違反“左母線→觸頭→線圈→右母線”的規(guī)則，無法正確表達(dá)控制邏輯。（二）簡答題：考察原理理解與表述例3：簡述星三角降壓啟動的工作過程及優(yōu)點。答案：工作過程：①啟動時，接觸器KM1（主接觸器）、KM2（星型接觸器）吸合，電動機(jī)定子繞組接成星形，降低啟動電壓（1/√3電源電壓）；②時間繼電器KT延時到后，KM2斷開，KM3（三角形接觸器）吸合，繞組切換為三角形，電動機(jī)全壓運(yùn)行。優(yōu)點：①啟動電流小（為三角形接法的1/3），減少對電網(wǎng)的沖擊；②成本低（無需額外啟動設(shè)備）；③操作簡單（自動切換）。例4：什么是“零壓保護(hù)”？如何實現(xiàn)？答案：零壓保護(hù)是指當(dāng)電源突然斷電后，電動機(jī)停止運(yùn)行，再次通電時需重新按啟動按鈕才能啟動，防止意外啟動。實現(xiàn)方式：通過接觸器的自鎖觸頭（輔助常開觸頭并聯(lián)在啟動按鈕兩端）。斷電后，接觸器線圈失電，自鎖觸頭斷開，再次通電時，必須重新按下啟動按鈕才能使接觸器吸合。（三）分析設(shè)計題：綜合應(yīng)用與邏輯推導(dǎo)例5：試分析下圖所示電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的工作原理，并指出其保護(hù)環(huán)節(jié)。（注：圖中KM1為正轉(zhuǎn)接觸器，KM2為反轉(zhuǎn)接觸器，SB1為停止按鈕，SB2為正轉(zhuǎn)啟動按鈕，SB3為反轉(zhuǎn)啟動按鈕，F(xiàn)R為熱繼電器，F(xiàn)U為熔斷器）解析：1.正轉(zhuǎn)過程：按下SB2→KM1線圈通電→KM1主觸頭閉合（電動機(jī)正轉(zhuǎn)），KM1輔助常開觸頭閉合（自鎖），KM1輔助常閉觸頭斷開（互鎖，防止KM2吸合）。2.反轉(zhuǎn)過程：按下SB3→KM2線圈通電→KM2主觸頭閉合（電動機(jī)反轉(zhuǎn)），KM2輔助常開觸頭閉合（自鎖），KM2輔助常閉觸頭斷開（互鎖，防止KM1吸合）。3.停止過程：按下SB1→控制電路斷開→KM1/KM2線圈失電→主觸頭斷開（電動機(jī)停止），自鎖觸頭斷開。保護(hù)環(huán)節(jié)：①短路保護(hù)（FU）；②過載保護(hù)（FR，常閉觸頭串聯(lián)在控制電路）；③零壓保護(hù)（KM1/KM2的自鎖觸頭）；④互鎖保護(hù)（KM1/KM2的輔助常閉觸頭，防止相間短路）。例6：設(shè)計一個PLC控制的流水燈系統(tǒng)，要求：①燈L1→L2→L3→L4依次點亮，每盞燈亮2秒；②循環(huán)運(yùn)行；③按下停止按鈕SB1，所有燈熄滅。解析：1.I/O分配：輸入（SB1：停止按鈕，I0.0）；輸出（L1：Q0.0，L2：Q0.1，L3：Q0.2，L4：Q0.3）。2.梯形圖設(shè)計：用時間繼電器T0（2秒）控制L1點亮，T0常開觸頭觸發(fā)T1（2秒）控制L2點亮，依此類推；T3常開觸頭觸發(fā)T0，實現(xiàn)循環(huán)；停止按鈕I0.0常閉觸頭串聯(lián)在總回路，按下后所有輸出斷開。3.指令表：LDI0.0（停止按鈕常閉）ANDT3（循環(huán)條件）OUTT0（定時2秒）LDT0OUTQ0.0（L1亮）OUTT1（定時2秒）LDT1OUTQ0.1（L2亮）OUTT2（定時2秒）LDT2OUTQ0.2（L3亮）OUTT3（定時2秒）LDT3OUTQ0.3（L4亮）OUTT0（循環(huán)）（四）綜合應(yīng)用題：PLC與傳統(tǒng)控制的結(jié)合例7：某機(jī)床需要實現(xiàn)“啟動→主軸正轉(zhuǎn)→進(jìn)給運(yùn)動→主軸停止→進(jìn)給停止”的順序控制，試設(shè)計傳統(tǒng)繼電-接觸控制電路與PLC控制程序（要求有過載、短路保護(hù)）。解析：1.傳統(tǒng)控制電路：主電路：主軸電動機(jī)M1（KM1控制）、進(jìn)給電動機(jī)M2（KM2控制），串聯(lián)FU（短路保護(hù)）、FR1/FR2（過載保護(hù)）?？刂齐娐罚簡影粹oSB2→KM1線圈（主軸正轉(zhuǎn)）→時間繼電器KT1（延時2秒）→KM2線圈（進(jìn)給運(yùn)動）→KT2（延時5秒）→KM1斷開→KT3（延時1秒）→KM2斷開。保護(hù)環(huán)節(jié)：FR1/FR2常閉觸頭串聯(lián)在控制電路，SB1（停止按鈕）常閉觸頭串聯(lián)在總回路。2.PLC控制程序：I/O分配：輸入（SB1：I0.0，SB2：I0.1）；輸出（KM1：Q0.0，KM2：Q0.1）。梯形圖：用步進(jìn)指令STL，狀態(tài)S0（初始）→S1（主軸正轉(zhuǎn)）→S2（進(jìn)給運(yùn)動）→S3（主軸停止）→S4（進(jìn)給停止）→S0（循環(huán)）。轉(zhuǎn)移條件：S0→S1（SB2按下）；S1→S2（KT1延時到）；S2→S3（KT2延時到）；S3→S4（KT3延時到）；S4→S0（無延時）。四、備考策略與應(yīng)試技巧（一）分階段復(fù)習(xí)：從框架到細(xì)節(jié)1.基礎(chǔ)階段（1-2周）：用思維導(dǎo)圖梳理知識點（如“元件→電路→PLC”），重點記憶元件符號、電路原理、梯形圖規(guī)則。2.強(qiáng)化階段（1周）：做典型題（教材課后題、往年真題），重點練習(xí)分析設(shè)計題（如正反轉(zhuǎn)電路、星三角啟動）和PLC題（如流水燈、順序控制）。3.沖刺階段（3-5天）：查漏補(bǔ)缺，針對薄弱環(huán)節(jié)（如PLC梯形圖、電路保護(hù)環(huán)節(jié)）進(jìn)行專項訓(xùn)練，背誦簡答題要點（如星三角啟動優(yōu)點、零壓保護(hù)原理）。（二）典型題訓(xùn)練：掌握解題套路選擇題：排除法（如“過載保護(hù)”選項中，熔斷器、時間繼電器明顯不符合，選熱繼電器）；記憶細(xì)節(jié)（如星三角啟動電流是1/3）。簡答題：分點回答（用①②③標(biāo)注），突出關(guān)鍵詞（如“互鎖”“自鎖”“延時”）。分析設(shè)計題：先畫主電路（大電流元件），再畫控制電路（小電流元件），標(biāo)注元件編號，說明工作過程（按“啟動→運(yùn)行→停止”順序）。PLC題：先做I/O分配（輸入/輸出設(shè)備對應(yīng)地址），再畫梯形圖（遵循規(guī)則），最后寫指令表（對應(yīng)梯形圖）。（三）應(yīng)試技巧：規(guī)范答題與時間管理1.規(guī)范答題：電氣原理圖用直尺畫，元件符號正確；梯形圖按左母線→觸頭→線圈→右母線順序繪制；簡答題分點，字跡清晰。2.時間管理：選擇題（10