2025年電氣自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)沖刺押題培訓(xùn)及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需采集0-10V模擬量信號(hào)，選用S7-1200PLC的模擬量輸入模塊時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇以下哪種量程設(shè)置？A.±5VB.0-20mAC.0-10VD.±10V答案：C解析：題目明確要求采集0-10V信號(hào)，模塊量程需與信號(hào)范圍匹配，0-10V量程可直接對(duì)應(yīng)，避免信號(hào)截?cái)嗷蚍蔷€性誤差。2.變頻器矢量控制模式與V/F控制模式的主要區(qū)別在于？A.矢量控制支持多電機(jī)同步B.矢量控制可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩精確控制C.V/F控制適用于高速場(chǎng)景D.V/F控制需編碼器反饋答案：B解析：矢量控制通過(guò)坐標(biāo)變換將交流電機(jī)參數(shù)解耦，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的獨(dú)立控制，而V/F控制僅維持電壓與頻率的比例關(guān)系，轉(zhuǎn)矩控制精度較低。3.某步進(jìn)電機(jī)步距角為1.8°，細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為16，其實(shí)際步距角為？A.0.1125°B.0.225°C.0.05625°D.0.9°答案：A解析：實(shí)際步距角=標(biāo)稱步距角/細(xì)分?jǐn)?shù)=1.8°/16=0.1125°。4.以下哪種傳感器適用于金屬物體的非接觸式精確定位（精度±0.1mm）？A.電感式接近開(kāi)關(guān)B.電容式接近開(kāi)關(guān)C.激光位移傳感器D.超聲波傳感器答案：C解析：激光位移傳感器通過(guò)三角測(cè)距原理，可實(shí)現(xiàn)亞毫米級(jí)精度，適用于金屬表面的高精度測(cè)量；電感式接近開(kāi)關(guān)僅能檢測(cè)有無(wú)，精度較低。5.PLC程序中，若需實(shí)現(xiàn)“當(dāng)按鈕SB1按下且溫度T1≤50℃時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)M1”，梯形圖應(yīng)使用？A.SB1的常閉觸點(diǎn)與T1的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)后驅(qū)動(dòng)M1B.SB1的常開(kāi)觸點(diǎn)與T1的常閉觸點(diǎn)并聯(lián)后驅(qū)動(dòng)M1C.SB1的常開(kāi)觸點(diǎn)與T1的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)后驅(qū)動(dòng)M1D.SB1的常開(kāi)觸點(diǎn)與T1的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)后驅(qū)動(dòng)M1答案：C解析：按鈕按下時(shí)SB1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合（邏輯1），溫度≤50℃時(shí)T1的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合（假設(shè)T1為溫度≤50℃時(shí)閉合的條件），兩者需同時(shí)滿足，故串聯(lián)。6.ModbusRTU協(xié)議中，校驗(yàn)碼采用的是？A.CRC-16B.奇偶校驗(yàn)C.漢明碼D.循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC-32）答案：A解析：ModbusRTU默認(rèn)使用CRC-16作為校驗(yàn)碼，用于檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。7.設(shè)計(jì)三相異步電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路時(shí)，必須設(shè)置的保護(hù)是？A.過(guò)壓保護(hù)B.互鎖保護(hù)C.欠壓保護(hù)D.溫度保護(hù)答案：B解析：正反轉(zhuǎn)接觸器若同時(shí)吸合會(huì)導(dǎo)致電源短路，因此需通過(guò)接觸器輔助觸點(diǎn)或PLC程序?qū)崿F(xiàn)互鎖，防止同時(shí)動(dòng)作。8.某PID控制器參數(shù)設(shè)置為P=2，I=0.5s，D=0.1s，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)較大超調(diào)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先調(diào)整哪個(gè)參數(shù)？A.增大PB.減小IC.增大ID.增大D答案：D解析：微分作用（D）可預(yù)測(cè)誤差變化趨勢(shì)，抑制超調(diào)；增大D可增強(qiáng)對(duì)誤差變化的抑制，降低超調(diào)量。9.工業(yè)機(jī)器人與PLC通信時(shí)，若需實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)的高速傳輸，最適宜的通信協(xié)議是？A.ModbusTCPB.ProfibusDPC.EtherCATD.CAN總線答案：C解析：EtherCAT（以太網(wǎng)控制自動(dòng)化技術(shù)）采用分布式時(shí)鐘和報(bào)文幀處理，通信周期可達(dá)微秒級(jí)，適用于實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)景。10.以下哪種接地方式可有效抑制PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾？A.信號(hào)地與保護(hù)地共地B.信號(hào)地與保護(hù)地分開(kāi)接地C.所有設(shè)備外殼接同一根接地棒D.控制電源地浮空答案：B解析：信號(hào)地（模擬地、數(shù)字地）與保護(hù)地（設(shè)備外殼地）需分開(kāi)接地，避免地環(huán)路干擾；共地可能導(dǎo)致大電流通過(guò)信號(hào)地，引入噪聲。二、填空題（每空1分，共20分）1.PLC的掃描周期主要由______、______和______三部分組成。答案：輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段2.變頻器的基本組成包括______、______和______，其中______負(fù)責(zé)將直流電轉(zhuǎn)換為可調(diào)頻率的交流電。答案：整流單元、中間直流環(huán)節(jié)、逆變單元；逆變單元3.增量式編碼器輸出的三路信號(hào)為_(kāi)_____、______和______，其中______用于判斷旋轉(zhuǎn)方向。答案：A相、B相、Z相；A相與B相的相位差（或A相超前/滯后B相）4.工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的抗干擾措施包括______、______、______和______（至少4種）。答案：屏蔽電纜、接地隔離、電源濾波、軟件冗余（或光電耦合、合理布線等）5.西門(mén)子S7-1500PLC的分布式I/O通信通常采用______協(xié)議，其最大數(shù)據(jù)傳輸速率為_(kāi)_____。答案：PROFINET；100Mbps（或1Gbps，取決于接口類型）6.設(shè)計(jì)恒壓供水系統(tǒng)時(shí)，壓力傳感器的量程應(yīng)選擇為系統(tǒng)最大工作壓力的______倍，以避免過(guò)載損壞。答案：1.2~1.57.步進(jìn)電機(jī)的“失步”現(xiàn)象主要由______、______或______引起。答案：負(fù)載轉(zhuǎn)矩過(guò)大、脈沖頻率過(guò)高、驅(qū)動(dòng)電源功率不足三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共32分）1.簡(jiǎn)述PLC程序設(shè)計(jì)的基本原則。答案：①可靠性原則：避免程序死循環(huán)，設(shè)置故障檢測(cè)與保護(hù)（如過(guò)載、短路）；②簡(jiǎn)潔性原則：減少不必要的觸點(diǎn)和線圈，優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)（如使用子程序、中斷）；③可讀性原則：合理命名變量（如“M1_Start”），添加注釋說(shuō)明邏輯功能；④可維護(hù)性原則：模塊化設(shè)計(jì)（如將電機(jī)控制、傳感器采集分為獨(dú)立塊），預(yù)留擴(kuò)展接口（如未使用的I/O點(diǎn)）；⑤實(shí)時(shí)性原則：縮短掃描周期，優(yōu)先處理關(guān)鍵信號(hào)（如急停、安全門(mén)狀態(tài)）。2.變頻器運(yùn)行中出現(xiàn)“過(guò)流故障（OC）”，請(qǐng)列出可能的原因及排查步驟。答案：可能原因：①電機(jī)負(fù)載突然增大（如機(jī)械卡阻）；②變頻器輸出短路（電纜絕緣損壞）；③電機(jī)繞組短路；④變頻器逆變模塊損壞；⑤加速時(shí)間設(shè)置過(guò)短（電流上升過(guò)快）。排查步驟：①檢查電機(jī)與機(jī)械負(fù)載連接，手動(dòng)盤(pán)車(chē)確認(rèn)是否卡阻；②斷開(kāi)電機(jī)電纜，測(cè)量變頻器輸出端相間電阻（正常應(yīng)平衡）；③測(cè)量電機(jī)三相繞組絕緣電阻（應(yīng)≥5MΩ）；④觀察故障記錄，若加速時(shí)頻繁報(bào)OC，增大加速時(shí)間；⑤若以上正常，更換變頻器逆變模塊或送修。3.說(shuō)明如何根據(jù)檢測(cè)對(duì)象選擇接近開(kāi)關(guān)類型（至少對(duì)比3種）。答案：①金屬檢測(cè)：優(yōu)先選電感式接近開(kāi)關(guān)（僅對(duì)金屬敏感，抗干擾強(qiáng)）；②非金屬（如塑料、液體）檢測(cè)：選電容式接近開(kāi)關(guān)（對(duì)介電常數(shù)變化敏感，但易受濕度影響）；③遠(yuǎn)距離檢測(cè)（≥1m）：選超聲波接近開(kāi)關(guān)（不受顏色、透明度影響，但易受噪聲干擾）；④高精度定位（≤1mm）：選激光式接近開(kāi)關(guān)（基于反射光強(qiáng)，適用于光滑表面）。4.繪制三相異步電機(jī)星三角降壓?jiǎn)?dòng)的電氣控制原理圖（文字符號(hào)標(biāo)注關(guān)鍵元件）。答案：（注：此處為文字描述，實(shí)際應(yīng)包含主電路與控制電路）主電路：電源→斷路器QF→熔斷器FU→接觸器KM1主觸點(diǎn)→熱繼電器FR→電機(jī)繞組；星型連接時(shí)KM2主觸點(diǎn)短接三相繞組末端，三角型連接時(shí)KM3主觸點(diǎn)連接繞組首尾?？刂齐娐罚?jiǎn)?dòng)按鈕SB2→KM1線圈（自鎖）→時(shí)間繼電器KT線圈→KT延時(shí)斷開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)KM2線圈→KT延時(shí)閉合觸點(diǎn)串聯(lián)KM3線圈；停止按鈕SB1串聯(lián)于總回路，KM2與KM3輔助常閉觸點(diǎn)互鎖。四、設(shè)計(jì)題（20分）某工廠需設(shè)計(jì)一套恒壓供水控制系統(tǒng)，要求：-供水壓力范圍：0.3-0.6MPa（目標(biāo)值0.45MPa）-控制對(duì)象：2臺(tái)37kW三相異步電機(jī)（1用1備）-檢測(cè)元件：壓力傳感器（0-1MPa，4-20mA輸出）-PLC選型：西門(mén)子S7-1200（CPU1214C）-變頻器選型：西門(mén)子G120（功率45kW）請(qǐng)完成以下設(shè)計(jì)：（1）硬件配置清單（含型號(hào)、數(shù)量）；（2）I/O地址分配表；（3）控制流程說(shuō)明（含PID調(diào)節(jié)邏輯）。答案：（1）硬件配置清單：|設(shè)備名稱|型號(hào)/規(guī)格|數(shù)量|說(shuō)明||----------------|-------------------------|------|-----------------------||PLC控制器|S7-1214CDC/DC/DC|1|集成14DI/10DO，支持?jǐn)U展||模擬量輸入模塊|SM1231AI4×RTD/TC|1|轉(zhuǎn)換4-20mA信號(hào)（需配置為電流輸入）||變頻器|G120CU250S-2+PM240-245kW|1|帶PROFINET接口，支持PLC控制||壓力傳感器|E+HPMP131（0-1MPa，4-20mA）|1|精度0.25%FS，適合工業(yè)水系統(tǒng)||斷路器|施耐德NSX100N3P50A|2|電機(jī)主回路保護(hù)||交流接觸器|施耐德LC1-D65|2|電機(jī)工頻/變頻切換||熱繼電器|施耐德LRD-25C|2|電機(jī)過(guò)載保護(hù)||中間繼電器|施耐德RXM2LB2BD|4|擴(kuò)展PLC輸出觸點(diǎn)容量|（2）I/O地址分配表：|信號(hào)類型|地址|描述|備注||----------|-------|-----------------------|-----------------------||數(shù)字量輸入（DI）|I0.0|手動(dòng)/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)（手動(dòng)=1）|三位選擇開(kāi)關(guān)||DI|I0.1|電機(jī)1故障反饋|熱繼電器FR1常閉觸點(diǎn)||DI|I0.2|電機(jī)2故障反饋|熱繼電器FR2常閉觸點(diǎn)||DI|I0.3|急停按鈕|常閉觸點(diǎn)，串聯(lián)于控制回路||模擬量輸入（AI）|AIW0|壓力傳感器信號(hào)|4-20mA→0-27648（PLC內(nèi)部值）||數(shù)字量輸出（DO）|Q0.0|變頻器啟動(dòng)信號(hào)（RUN）|控制G120的STO1端子||DO|Q0.1|變頻器頻率給定使能|切換模擬量/通信給定||DO|Q0.2|電機(jī)1工頻接觸器KM1|中間繼電器驅(qū)動(dòng)||DO|Q0.3|電機(jī)2工頻接觸器KM2|中間繼電器驅(qū)動(dòng)|（3）控制流程說(shuō)明：①模式選擇：手動(dòng)模式下，通過(guò)按鈕直接控制電機(jī)工頻運(yùn)行；自動(dòng)模式下，PLC根據(jù)壓力反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)。②初始狀態(tài)：變頻器停止，KM1、KM2斷開(kāi)，壓力傳感器實(shí)時(shí)采集信號(hào)（AIW0）。③PID調(diào)節(jié)邏輯：-設(shè)定值SP=0.45MPa，轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部值：(0.45/1)×27648=12441（4-20mA對(duì)應(yīng)0-1MPa，1MPa=27648）。-反饋值PV=AIW0實(shí)時(shí)讀取，誤差e=SP-PV。-PID輸出（0-100%）轉(zhuǎn)換為變頻器頻率給定（0-50Hz），公式：頻率=PID輸出×50%。④電機(jī)切換邏輯：-當(dāng)PID輸出≥95%（即變頻器滿頻運(yùn)行，壓力仍不足）時(shí)，延時(shí)30s后啟動(dòng)備用電機(jī)（KM2吸合，工頻運(yùn)行）。-當(dāng)壓力≥0.55MPa時(shí)，先停止備用電機(jī)（KM2斷開(kāi)），再降低變頻器頻率。-任一電機(jī)故障（I0.1或I0.2=0）時(shí)，立即停止該電機(jī)，切換至另一臺(tái)。⑤保護(hù)功能：-過(guò)壓保護(hù)：壓力＞0.6MPa時(shí)，變頻器急停，聲光報(bào)警；-欠壓保護(hù)：壓力＜0.3MPa時(shí)，啟動(dòng)備用泵（若未運(yùn)行）；-變頻器故障（通過(guò)PROFINET讀取故障代碼）時(shí)，切換至工頻運(yùn)行并報(bào)警。五、綜合分析題（8分）某污水處理廠曝氣池的溶解氧（DO）控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常：PLC顯示DO值波動(dòng)大（±1.5mg/L），實(shí)際測(cè)量值穩(wěn)定在2.0mg/L左右。請(qǐng)分析可能原因及解決措施。答案：可能原因及解決措施：1.傳感器故障：-原因：DO傳感器膜片污染（導(dǎo)致信號(hào)漂移）、電極老化（響應(yīng)延遲）、校準(zhǔn)失效（標(biāo)定值與實(shí)際值偏差）