2025年電氣自動化考試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.某PLC輸入模塊型號為6ES7221-1BF22-0XA0，其輸入信號類型為（）。A.直流24V開關量輸入B.交流220V開關量輸入C.4-20mA模擬量輸入D.0-10V模擬量輸入2.三相異步電動機采用變頻調速時，若保持U/f恒定，其機械特性的（）基本不變。A.最大轉矩B.啟動轉矩C.同步轉速D.額定轉速3.在PID控制系統(tǒng)中，增大比例系數(shù)Kp會導致系統(tǒng)（）。A.穩(wěn)態(tài)誤差增大，響應速度變慢B.穩(wěn)態(tài)誤差減小，超調量增大C.穩(wěn)態(tài)誤差不變，抗干擾能力增強D.穩(wěn)態(tài)誤差增大，振蕩次數(shù)減少4.以下電力電子器件中，屬于全控型器件的是（）。A.晶閘管（SCR）B.二極管（VD）C.絕緣柵雙極晶體管（IGBT）D.門極可關斷晶閘管（GTO）5.某溫度檢測系統(tǒng)采用PT100熱電阻作為傳感器，其測量電路應選用（）。A.單臂電橋B.雙臂電橋C.惠斯通電橋D.恒流源配差分放大器6.電氣控制系統(tǒng)中，熱繼電器的主要作用是（）。A.短路保護B.過載保護C.欠壓保護D.過壓保護7.在DCS（分布式控制系統(tǒng)）中，控制站的核心功能是（）。A.人機交互B.數(shù)據(jù)采集與處理C.實時控制運算D.系統(tǒng)通信8.步進電動機的步距角由（）決定。A.電源頻率和通電方式B.電機齒數(shù)和通電方式C.電源電壓和負載轉矩D.脈沖頻率和脈沖數(shù)量9.以下關于PLC梯形圖編程規(guī)則的描述，錯誤的是（）。A.觸點可以放在線圈的左邊或右邊B.輸出線圈不能直接連接左側母線C.同一編號的線圈在同一程序中只能出現(xiàn)一次D.梯形圖應按從左到右、從上到下的順序編寫10.某工業(yè)現(xiàn)場需要測量0-10MPa的壓力，要求精度等級0.5級，應選擇量程為（）的壓力傳感器。A.0-10MPaB.0-16MPaC.0-25MPaD.0-40MPa二、填空題（每空1分，共20分）1.PLC的工作過程主要分為______、______和______三個階段。2.三相異步電動機的轉速公式為n=______，其中s為轉差率，f為電源頻率，p為極對數(shù)。3.PID控制中的三個參數(shù)分別是______、______和______。4.電力系統(tǒng)中性點接地方式主要有______、______和______三種。5.常見的位置檢測傳感器有______、______和______（至少列舉三種）。6.變頻器的基本結構包括______、______和______三個部分。7.電氣原理圖中，QS表示______，F(xiàn)U表示______，KM表示______。8.工業(yè)現(xiàn)場總線中，PROFIBUS-DP的傳輸速率范圍是______。三、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯誤打“×”）1.PLC的輸出繼電器（Q）可以直接驅動220V、5A的交流接觸器線圈。（）2.異步電動機的轉速總是略低于同步轉速，因此轉差率s始終為正值。（）3.在PID控制中，積分作用（I）可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，但會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（）4.晶閘管一旦導通，門極失去控制作用，因此無法用于直流斬波電路。（）5.熱電阻傳感器的測量精度受連接導線電阻的影響，可通過三線制或四線制接線方式減小誤差。（）6.DCS系統(tǒng)的冗余設計主要是為了提高系統(tǒng)的實時性。（）7.步進電動機的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉速與脈沖頻率成正比。（）8.電氣控制電路中，互鎖環(huán)節(jié)的作用是防止兩個接觸器同時吸合導致電源短路。（）9.模擬量輸入模塊（AI）的分辨率越高，轉換精度越高，但抗干擾能力可能下降。（）10.變頻器的恒轉矩控制模式適用于風機、泵類負載。（）四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述PLC的掃描周期及其影響因素。2.對比分析異步電動機變頻調速與變極調速的優(yōu)缺點。3.說明PID控制中比例（P）、積分（I）、微分（D）環(huán)節(jié)的作用。4.列舉三種常見的電力電子變換器類型，并各舉一例應用場景。五、綜合分析題（每題10分，共20分）1.某傳送帶控制系統(tǒng)要求：當啟動按鈕SB1按下時，傳送帶電機M1啟動；運行10秒后，電機M2啟動；當停止按鈕SB2按下時，兩臺電機同時停止；若電機M1過載（熱繼電器FR1動作），則兩臺電機均停止。請設計該系統(tǒng)的電氣控制原理圖（主電路+控制電路），并說明各元件的作用。2.某溫度控制系統(tǒng)采用PID控制器，初始參數(shù)為Kp=2，Ti=10s，Td=2s。實際運行中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)響應速度慢、超調量大且穩(wěn)態(tài)誤差較大。請分析可能的原因，并提出參數(shù)調整方案（需說明調整后參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響）。六、設計題（10分）基于西門子S7-1200PLC設計一個恒壓供水控制系統(tǒng)，要求：（1）系統(tǒng)包含3臺水泵（M1、M2、M3），平時2用1備；（2）管網(wǎng)壓力通過壓力傳感器（4-20mA信號）檢測，設定壓力為0.5MPa；（3）當實際壓力低于設定值時，按M1→M2→M3順序啟動備用泵；當壓力高于設定值時，按M3→M2→M1順序停止冗余泵；（4）具備過載保護（FR1、FR2、FR3）和緊急停止功能（SB0）。請完成以下設計內容：（1）I/O地址分配表；（2）控制流程圖（梯形圖或順序功能圖）；（3）關鍵程序段說明（如壓力信號處理、泵組切換邏輯）。答案一、單項選擇題1.A2.A3.B4.C5.D6.B7.C8.B9.A10.B二、填空題1.輸入采樣；用戶程序執(zhí)行；輸出刷新2.60f(1-s)/p3.比例系數(shù)Kp；積分時間Ti；微分時間Td4.中性點不接地；中性點經(jīng)消弧線圈接地；中性點直接接地5.編碼器；接近開關；激光位移傳感器（或旋轉變壓器、電感式位移傳感器等）6.整流單元；中間直流環(huán)節(jié)；逆變單元7.刀開關；熔斷器；接觸器8.9.6kbps~12Mbps三、判斷題1.×（PLC輸出繼電器容量有限，需通過中間繼電器過渡）2.√（異步電機靠轉差產(chǎn)生電磁轉矩，故轉速低于同步轉速）3.√（積分作用累積誤差，消除穩(wěn)態(tài)誤差，但會引入相位滯后）4.×（晶閘管可用于直流斬波，需配合關斷電路）5.√（三線制可抵消導線電阻的影響，四線制精度更高）6.×（冗余設計主要提高系統(tǒng)可靠性）7.√（步進電機的基本特性）8.√（互鎖通過常閉觸點實現(xiàn)，防止接觸器同時吸合）9.√（高分辨率需更多位數(shù)，易受噪聲干擾）10.×（恒轉矩模式適用于傳送帶等恒轉矩負載，風機泵類為平方轉矩負載，需變轉矩模式）四、簡答題1.PLC掃描周期是指PLC完成一次輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新所需的時間。影響因素包括：（1）CPU處理速度；（2）用戶程序的長度（指令數(shù)量）；（3）是否啟用中斷或特殊功能模塊；（4）通信任務的繁忙程度。掃描周期過大會導致系統(tǒng)響應滯后，需優(yōu)化程序結構（如減少循環(huán)嵌套、使用高效指令）。2.變頻調速優(yōu)點：調速范圍寬（1:100以上）、平滑無級調速、效率高（無轉差損耗）、可實現(xiàn)軟啟動；缺點：需要變頻器，成本較高，對電網(wǎng)有諧波污染。變極調速優(yōu)點：結構簡單、成本低、運行可靠；缺點：調速級數(shù)少（一般2-4級）、調速不平滑、轉矩突變可能影響機械壽命，適用于對調速精度要求不高的場合（如機床主軸）。3.比例（P）環(huán)節(jié)：成比例地反映系統(tǒng)誤差，誤差越大，控制作用越強，可加快響應速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差；但過大的Kp會導致系統(tǒng)超調增大，甚至不穩(wěn)定。積分（I）環(huán)節(jié)：累積誤差，消除穩(wěn)態(tài)誤差；但積分作用過強（Ti過?。瓜到y(tǒng)超調加大，過渡時間變長。微分（D）環(huán)節(jié)：反映誤差的變化趨勢，提前產(chǎn)生控制作用，抑制誤差的變化，減小超調，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；但對噪聲敏感，Td過大會加劇噪聲影響。4.（1）整流器（AC→DC）：如電力機車的牽引供電系統(tǒng)，將電網(wǎng)交流電轉換為直流供電機使用；（2）逆變器（DC→AC）：如新能源汽車的電機驅動系統(tǒng)，將電池直流電轉換為三相交流電驅動電機；（3）斬波器（DC→DC）：如電動汽車的直流降壓電路，將高壓電池電壓轉換為低壓（12V/24V）供車載電器使用；（4）交流調壓器（AC→AC）：如燈光調節(jié)系統(tǒng)，通過改變交流電的導通角調節(jié)燈光亮度（任選三種即可）。五、綜合分析題1.電氣控制原理圖設計：主電路：三相電源→QS（刀開關）→FU（熔斷器）→KM1主觸點→FR1→M1；同理KM2主觸點→FR2→M2?？刂齐娐罚弘娫碙1→SB2常閉→SB1常開→KM1線圈→FR1常閉→FR2常閉→L2；KM1輔助常開觸點并聯(lián)SB1實現(xiàn)自鎖；KM1常開觸點→時間繼電器KT線圈→L2；KT延時閉合觸點→KM2線圈→L2；SB2常閉觸點串聯(lián)在KM1、KM2線圈回路中，實現(xiàn)急停；FR1常閉觸點串聯(lián)在總回路中，過載時切斷所有電機。元件作用：QS隔離電源；FU短路保護；KM1/KM2控制電機啟停；FR1/FR2過載保護；KT實現(xiàn)M2的延時啟動；SB1/SB2為啟動/停止按鈕。2.原因分析：（1）響應速度慢可能是Kp過小，比例作用不足；（2）超調量大可能是Ti過小（積分作用過強）或Td過?。ㄎ⒎肿饔貌蛔?，無法抑制誤差變化）；（3）穩(wěn)態(tài)誤差大可能是積分作用不足（Ti過大）。調整方案：（1）增大Kp（如Kp=3~4），提高系統(tǒng)響應速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差；（2）增大Ti（如Ti=15~20s），減弱積分作用，降低超調；（3）增大Td（如Td=3~4s），增強微分作用，提前抑制誤差變化，減小超調。調整后需觀察系統(tǒng)響應，若仍有振蕩，可適當降低Kp或增大Ti。六、設計題（1）I/O地址分配表：輸入（DI）：SB0（緊急停止）：I0.0FR1（M1過載）：I0.1FR2（M2過載）：I0.2FR3（M3過載）：I0.3輸出（DO）：KM1（M1接觸器）：Q0.0KM2（M2接觸器）：Q0.1KM3（M3接觸器）：Q0.2報警指示燈（過載）：Q0.3模擬量輸入（AI）：壓力傳感器（4-20mA）：AIW0（對應0-1MPa，需線性轉換）（2）控制流程圖（梯形圖邏輯）：①初始化：所有泵停止，壓力設定值0.5MPa存入MD100。②壓力信號處理：AIW0（0-27648）轉換為實際壓力值P=AIW0×1MPa/27648，存入MD104。③主邏輯循環(huán)：-若SB0按下（I0.0=0）或任意FR動作（I0.1/I0.2/I0.3=0），則切斷所有KM線圈（Q0.0-Q0.2=0），觸發(fā)報警（Q0.3=1）。-正常運行時，比較P與設定值：-P＜0.45MPa（下限）：檢查當前運行泵數(shù)量，若1臺運行則啟動M2，若2臺運行則啟動M3。-P＞0.55MPa（上限）：檢查當前運行泵數(shù)量，若3臺運行則停止M3，若2臺運行則停止M2。-0.45MPa≤P≤0.55MPa：保持當前泵組運行。（3）關鍵程序段說明：①壓力信號線性轉換：使用公式“實際壓力=（AIW