2025年電氣自動(dòng)化考試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某PLC輸入模塊型號(hào)為6ES7221-1BF22-0XA0，其輸入信號(hào)類型為（）。A.直流24V開關(guān)量輸入B.交流220V開關(guān)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(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速時(shí)，若保持U/f恒定，其機(jī)械特性的（）基本不變。A.最大轉(zhuǎn)矩B.啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩C.同步轉(zhuǎn)速D.額定轉(zhuǎn)速3.在PID控制系統(tǒng)中，增大比例系數(shù)Kp會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)（）。A.穩(wěn)態(tài)誤差增大，響應(yīng)速度變慢B.穩(wěn)態(tài)誤差減小，超調(diào)量增大C.穩(wěn)態(tài)誤差不變，抗干擾能力增強(qiáng)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(guān)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(yīng)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(hù)B.過載保護(hù)C.欠壓保護(hù)D.過壓保護(hù)7.在DCS（分布式控制系統(tǒng)）中，控制站的核心功能是（）。A.人機(jī)交互B.數(shù)據(jù)采集與處理C.實(shí)時(shí)控制運(yùn)算D.系統(tǒng)通信8.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角由（）決定。A.電源頻率和通電方式B.電機(jī)齒數(shù)和通電方式C.電源電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩D.脈沖頻率和脈沖數(shù)量9.以下關(guān)于PLC梯形圖編程規(guī)則的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.觸點(diǎn)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(cè)母線C.同一編號(hào)的線圈在同一程序中只能出現(xiàn)一次D.梯形圖應(yīng)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(jí)0.5級(jí)，應(yīng)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(gè)階段。2.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為n=______，其中s為轉(zhuǎn)差率，f為電源頻率，p為極對(duì)數(shù)。3.PID控制中的三個(gè)參數(shù)分別是______、______和______。4.電力系統(tǒng)中性點(diǎn)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(jié)構(gòu)包括______、______和______三個(gè)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(cuò)誤打“×”）1.PLC的輸出繼電器（Q）可以直接驅(qū)動(dòng)220V、5A的交流接觸器線圈。（）2.異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速總是略低于同步轉(zhuǎn)速，因此轉(zhuǎn)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(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（）4.晶閘管一旦導(dǎo)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(dǎo)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(shè)計(jì)主要是為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。（）7.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)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(gè)接觸器同時(shí)吸合導(dǎo)致電源短路。（）9.模擬量輸入模塊（AI）的分辨率越高，轉(zhuǎn)換精度越高，但抗干擾能力可能下降。（）10.變頻器的恒轉(zhuǎn)矩控制模式適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)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(duì)比分析異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速與變極調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)。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(yīng)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(dāng)啟動(dòng)按鈕SB1按下時(shí)，傳送帶電機(jī)M1啟動(dòng)；運(yùn)行10秒后，電機(jī)M2啟動(dòng)；當(dāng)停止按鈕SB2按下時(shí)，兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)停止；若電機(jī)M1過載（熱繼電器FR1動(dòng)作），則兩臺(tái)電機(jī)均停止。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)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(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、超調(diào)量大且穩(wěn)態(tài)誤差較大。請(qǐng)分析可能的原因，并提出參數(shù)調(diào)整方案（需說明調(diào)整后參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響）。六、設(shè)計(jì)題（10分）基于西門子S7-1200PLC設(shè)計(jì)一個(gè)恒壓供水控制系統(tǒng)，要求：（1）系統(tǒng)包含3臺(tái)水泵（M1、M2、M3），平時(shí)2用1備；（2）管網(wǎng)壓力通過壓力傳感器（4-20mA信號(hào)）檢測，設(shè)定壓力為0.5MPa；（3）當(dāng)實(shí)際壓力低于設(shè)定值時(shí)，按M1→M2→M3順序啟動(dòng)備用泵；當(dāng)壓力高于設(shè)定值時(shí)，按M3→M2→M1順序停止冗余泵；（4）具備過載保護(hù)（FR1、FR2、FR3）和緊急停止功能（SB0）。請(qǐng)完成以下設(shè)計(jì)內(nèi)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(guān)鍵程序段說明（如壓力信號(hào)處理、泵組切換邏輯）。答案一、單項(xiàng)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(shí)間Ti；微分時(shí)間Td4.中性點(diǎn)不接地；中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地；中性點(diǎn)直接接地5.編碼器；接近開關(guān)；激光位移傳感器（或旋轉(zhuǎn)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(guān)；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(jī)靠轉(zhuǎn)差產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，故轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速）3.√（積分作用累積誤差，消除穩(wěn)態(tài)誤差，但會(huì)引入相位滯后）4.×（晶閘管可用于直流斬波，需配合關(guān)斷電路）5.√（三線制可抵消導(dǎo)線電阻的影響，四線制精度更高）6.×（冗余設(shè)計(jì)主要提高系統(tǒng)可靠性）7.√（步進(jìn)電機(jī)的基本特性）8.√（互鎖通過常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，防止接觸器同時(shí)吸合）9.√（高分辨率需更多位數(shù)，易受噪聲干擾）10.×（恒轉(zhuǎn)矩模式適用于傳送帶等恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，風(fēng)機(jī)泵類為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，需變轉(zhuǎn)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(shí)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(wù)的繁忙程度。掃描周期過大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)滯后，需優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)（如減少循環(huán)嵌套、使用高效指令）。2.變頻調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍寬（1:100以上）、平滑無級(jí)調(diào)速、效率高（無轉(zhuǎn)差損耗）、可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)；缺點(diǎn)：需要變頻器，成本較高，對(duì)電網(wǎng)有諧波污染。變極調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、運(yùn)行可靠；缺點(diǎn)：調(diào)速級(jí)數(shù)少（一般2-4級(jí)）、調(diào)速不平滑、轉(zhuǎn)矩突變可能影響機(jī)械壽命，適用于對(duì)調(diào)速精度要求不高的場合（如機(jī)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(qiáng)，可加快響應(yīng)速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差；但過大的Kp會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)超調(diào)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(qiáng)（Ti過?。?huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大，過渡時(shí)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(diào)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；但對(duì)噪聲敏感，Td過大會(huì)加劇噪聲影響。4.（1）整流器（AC→DC）：如電力機(jī)車的牽引供電系統(tǒng)，將電網(wǎng)交流電轉(zhuǎn)換為直流供電機(jī)使用；（2）逆變器（DC→AC）：如新能源汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將電池直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)；（3）斬波器（DC→DC）：如電動(dòng)汽車的直流降壓電路，將高壓電池電壓轉(zhuǎn)換為低壓（12V/24V）供車載電器使用；（4）交流調(diào)壓器（AC→AC）：如燈光調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過改變交流電的導(dǎo)通角調(diào)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(shè)計(jì)：主電路：三相電源→QS（刀開關(guān)）→FU（熔斷器）→KM1主觸點(diǎn)→FR1→M1；同理KM2主觸點(diǎn)→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(diǎn)并聯(lián)SB1實(shí)現(xiàn)自鎖；KM1常開觸點(diǎn)→時(shí)間繼電器KT線圈→L2；KT延時(shí)閉合觸點(diǎn)→KM2線圈→L2；SB2常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在KM1、KM2線圈回路中，實(shí)現(xiàn)急停；FR1常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在總回路中，過載時(shí)切斷所有電機(jī)。元件作用：QS隔離電源；FU短路保護(hù)；KM1/KM2控制電機(jī)啟停；FR1/FR2過載保護(hù)；KT實(shí)現(xiàn)M2的延時(shí)啟動(dòng)；SB1/SB2為啟動(dòng)/停止按鈕。2.原因分析：（1）響應(yīng)速度慢可能是Kp過小，比例作用不足；（2）超調(diào)量大可能是Ti過?。ǚe分作用過強(qiáng)）或Td過?。ㄎ⒎肿饔貌蛔悖瑹o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(diào)整方案：（1）增大Kp（如Kp=3~4），提高系統(tǒng)響應(yīng)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(diào)；（3）增大Td（如Td=3~4s），增強(qiáng)微分作用，提前抑制誤差變化，減小超調(diào)。調(diào)整后需觀察系統(tǒng)響應(yīng)，若仍有振蕩，可適當(dāng)降低Kp或增大Ti。六、設(shè)計(jì)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(bào)警指示燈（過載）：Q0.3模擬量輸入（AI）：壓力傳感器（4-20mA）：AIW0（對(duì)應(yīng)0-1MPa，需線性轉(zhuǎn)換）（2）控制流程圖（梯形圖邏輯）：①初始化：所有泵停止，壓力設(shè)定值0.5MPa存入MD100。②壓力信號(hào)處理：AIW0（0-27648）轉(zhuǎn)換為實(shí)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(dòng)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(bào)警（Q0.3=1）。-正常運(yùn)行時(shí)，比較P與設(shè)定值：-P＜0.45MPa（下限）：檢查當(dāng)前運(yùn)行泵數(shù)量，若1臺(tái)運(yùn)行則啟動(dòng)M2，若2臺(tái)運(yùn)行則啟動(dòng)M3。-P＞0.55MPa（上限）：檢查當(dāng)前運(yùn)行泵數(shù)量，若3臺(tái)運(yùn)行則停止M3，若2臺(tái)運(yùn)行則停止M2。-0.45MPa≤P≤0.55MPa：保持當(dāng)前泵組運(yùn)行。（3）關(guān)鍵程序段說明：①壓力信號(hào)線性轉(zhuǎn)換：使用公式“實(shí)際壓力=（AIW