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1、PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)1/24 PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)1.1 简述可编程控制器的产生背景和发展历程。答：20 世纪 60 年代末，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位。当时这种大规模生产线的控制大多是采用继电器控制系统控制，存在体积大、可靠性低、耗电多、查找和排除故障困难、改变生产程序非常困难，特别是其接线复杂、对生产工艺变化的适应性差等缺点。1968 年 GM 公司希望能有一种新型工业控制器，能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。提出了 10 项招标指标。1969 年，美国数字设备公司（DEC）按照这 10 项指标
2、研制出了世界上第一台可编程序逻辑控制器型号为 PDP-14，用它来代替传统的继电器控制系统。在美国通用汽车公司生产线上应用并取得了成功，从此开创了可编程序逻辑控制器的时代。回顾可编程控制器的发展过程，大致可划分为4 个阶段。从 1969 年到 20 世纪 70 年代中期。这一阶段可编程控制器主要用于逻辑运算和计时、计数运算，其中央处理器（CPU）由中小规模数字集成电路组成，存储器为磁芯存储器，控制功能比较简单。20 世纪 70 年代中期到 80 年代初期。CPU 采用微处理器，存储器采用半导体存储器，不仅整机的体积减小，而且数据处理能力获得很大提高，增加了数据运算、传送、比较等功能，实现了对模
3、拟量的控制。20 世纪 80 年代初期到 90 年代初期。由于 16 位、32 位微处理器的出现和应用，PLC 向大规模、高速度、高性能和网络化方向发展，形成了多种系列化产品，出现了结构紧凑、功能强大、性能价格比高的新一代产品，并出现多种不同性能的分布式网络系统.20 世纪 90 年代至今。这一阶段 PLC 继续得到快速发展，系统在网络通信、设备冗余等方面都有了长足的进步，成为一种功能强大的、成熟的控制系统。同时，通信从各厂家的自成系统逐步向开放的、统一的和通用的标准网络结构发展。PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)2/24 1.2 简述可编程控制器的特点和分类。答：PLC 的基本特点 软
4、硬件功能强。在硬件方面，选用优质器件，采用合理的系统结构，加固简化安装，使它能抗震动冲击。对于工业生产过程中最常见的瞬间干扰，采取了隔离和滤波技术。软件方面，PLC 也采取了很多特殊措施，设置了“看门狗”WDT。还设置了故障检测及诊断程序，用以检测系统硬件是否正常、用户程序是否正确，便于自动地做出相应的处理，如报警、封锁输出、保护数据等。使用维护方便。产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。运行稳定可靠。PLC 用软件代替大量的中间继电器和时
5、间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可以减少到继电器控制系统的十分之一到百分之一，大大减少了因触点接触不良造成的故障。设计施工周期短。用可编程控制器完成一项控制工程时，由于其硬、软件齐全，所以设计和施工可同时进行。由于用软件编程取代了继电器硬接线实现的控制功能，使得控制柜的设计及安装接线工作量大为减少，缩短了施工周期。同时，由于用户程序大都可以在实验室里模拟调试，模拟调试好后再将 PLC 控制系统在生产现场进行联机统调，使得设计方便、快速、安全，因此，大大缩短了设计和施工周期。PLC 的分类 从结构上看，PLC 可分为整体式、模板式及分散式三种形式。根据 PLC 处理 I/O
6、点数规模来分类，PLC 可分为 4 类：微型、小型、中型和大型。按生产厂家分类 PLC 的生产厂家很多，每个厂家生产的 PLC，其点数、容量、功能各有差异，但都自成系列，指令及外设向上兼容。1.3 简述可编程控制器的应用领域。答：1、开关逻辑和顺序控制。PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制，可用于单机控制、多机群控制、自动化PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)3/24 生产线的控制等。2、模拟量控制。在生产过程中，许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。目前大部分 PLC 产品都具备处理模拟量的功能。3
7、、定时控制。PLC 为用户提供了一定数量的定时器，并设置了定时器指令，定时精度高，设定方便、灵活。同时 PLC 还提供了高精度的时钟脉冲，用于准确的实时控制。4、数据采集与监控。由于 PLC 在控制现场实行控制，所以把控制现场的数据采集下来，做进一步分析研究是很重要的。5、联网、通信及集散控制。PLC 通过网络通信模块以及远程 I/O 控制模块，可实现 PLC 与 PLC 之间、PLC 与上位机之间的通信、联网；实现 PLC 分布控制，计算机集中管理的集散控制，增加系统的控制规模，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。1.4 与继电器控制系统相比 PLC 有哪些特点？答：PLC 与继电器控制系
8、统功能与特点的比较 比较项目 继电器控制 PLC 控制功能的实现 对继电器进行硬接线，完成相应的控制功能 对 PLC 进行编程实现所需控制要求 对生产工艺变化的适应性 需进行重新设计与接线，适应性差 只需对程序进行修改，适应性强 可靠性 元器件多，触点多，容易出现故障 采用大规模集成电路，绝大部分是软继电器，可靠系性高 灵活性 差 具有种类齐全的扩展单元，扩展灵活 控制的实时性 机械动作时间常数大，实时性差 微处理器控制，实时性好 占用空间与安装 控制柜体积大，笨重，安装施工工作量大 体积小，重量轻，安装工作量小 使用寿命 易损，寿命短 寿命长 复杂控制能力 差 很高 调试、维护 复杂，工作量
9、大 工作量小 硬件成本 较低 较高 2.1 可编程控制器由哪几部分组成？各部分的作用及功能是什么？答：可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。中央处理单元（CPU）。CPU 作为整个 PLC 的核心，起着总指挥的作PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)4/24 用。存储器（RAM、ROM）。存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。输入输出单元（I/O 单元）。I/O 单元实际上是 PLC 与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。电源。
10、PLC 电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。PLC 内有一个稳压电源用于对 PLC 的 CPU 单元和I/O 单元供电。编程器。编程器是 PLC 的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC 的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC 的工作状态。2.2可编程控制器的工作方式是什么？它的工作过程有什么显著特点？答：周期性顺序扫描是 PLC 特有的工作方式，在运行过程中，总是处在不断循环的顺序扫描过程中。每次扫描所用的时间称为扫描时间，又称为扫描周期或工作周期。PLC 的工作过程有两个显著特点：一是周期性顺序扫描，一是集中批处理。2.3
11、 简述可编程控制器的工作过程。答：PLC 的工作过程分为 4 个扫描阶段。公共处理扫描阶段。包括 PLC 自检、执行来自外设命令、对看门狗 WDT清零等。输入采样扫描阶段。这是第一个集中批处理过程。在这个阶段中，PLC按顺序逐个采集所有输入端子上的信号，将所有采集到的一批输入信号写到输入映像寄存器中。执行用户程序扫描阶段。这是第二个集中批处理过程。在执行用户程序阶段，CPU 对用户程序按顺序进行扫描。该阶段，除了输入映像寄存器外，各个元件映像寄存器的内容是随着程序的执行而不断变化的。输出刷新扫描阶段。当 CPU 对全部用户程序扫描结束后，将元件映像寄存器中各输出继电器的状态同时送到输出映像寄存
12、器中。在输出刷新阶段结束后，CPU 进入下一个扫描周期。PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)5/24 2.4 可编程控制器对输入/输出的处理规则是什么？答：PLC 在输入输出的处理方面必须尊守以下原则：输入映象寄存器的数据，取决于输入端子板上各输入端子在上一个周期间的接通、断开状态。程序如何执行取决于用户所编程序和输入输出映象寄存器的内容。输出映象寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映象寄存器中数据决定。输出端子的接通断开状态，由输出锁存器决定。2.5 可编程控制器有哪些基本性能指标。答：PLC 种类、型号繁多，技术性能也各不相同，但其中基本的
13、技术性能指标还是基本一致的。CPU，PLC 的核心部件和控制中心。CPU 的性能，如数据运算处理的能力、运算速度、通信功能等决定了 PLC 的性能，是 PLC 重要的性能指标。I/O 点数。指 PLC 能够处理的 I/O 总数，它决定了控制系统在实际应用中规模的大小。存储容量。PLC 的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。扫描速度。PLC 厂家通常以扫描 1000 条基本指令所需的时间，来表示扫描速度。可靠性和使用条件。可靠性高是 PLC 广泛应用于工业控制领域的主要原因。可靠性指标可用平均故障间隔时间和平均故障修复时间等来评估。易操作性。指安装、程序设计和修改维护以及故障处理等方面是否方
14、便和简易。可以通过标准化机架、模块、状态指示灯、在线诊断等方面来评估。可扩展性。如 I/O 点数和类型的扩展、特殊信号处理的扩展、控制区域的扩展等，为控制系统的扩展留有适量的余地。编程语言和指令功能。选择编程语言对 PLC 进行编程时，主要应考虑要便于使用和实现，同时应考虑应用程序的主要功能等。丰富的指令集有利于实现各种复杂的运算和控制、通信功能。PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)6/24 2.6 简述 PLC 系统配置的基本原则。答：PLC 的系统配置应遵循以下五条原则：完整性原则。通常可把 PLC 与被控对象看成一个 PLC 控制系统，而 PLC本身则为这个系统中的一个子系统。从系统
15、论的观点看，若要使系统发挥其应有的作用，系统必须完整。可靠性原则。考虑的是配置好的系统能否可靠工作，具体可从 PLC 本身的质量、供货方的技术服务情况、能否满足重要场合下的可靠性要求，是否进行冗余配置等方面进行考虑。发展性原则。PLC 是当今众多高科技集成的结晶，其发展日新月异，各个 PLC 生产厂家经常有新模块或新机型问世。要以发展的眼光进行 PLC 控制系统的配置。继承性原则。进行新的 PLC 系统配置时，要考虑到以前所用的 PLC 的情况，尽可能选用比较熟悉，最好是使用过的厂家的产品或型号。经济性原则。用 PLC 控制系统是否合算；用何种配置更合算。3.1 S7-200 指令参数所用的基
16、本数据类型有哪些?答：S7-200PLC 指令参数所用的基本数据类型有 1 位布尔型(BOOL)、8 位字节型 BYTE）、16 位无符号整数(WORD)、16 位有符号整数(INT)、32 位无符号双字整数(DWORD)、32 位有符号双字整数(DINT)、32 位实数型(REAL)。不同的数据类型具有不同的数据长度和数据范围 3.2 立即 I/O 指令有何特点?它应用于什么场合?答：立即触点指令。立即（Immediate）触点指令只能用于输入 I，执行立即触点指令时，立即读入物理输入点的值，根据该值决定触点的接通/断开状态，但是并不更新该物理输入点对应的映像寄存器的值。LDI、AI、OI
17、来表示开始、串联和并联的常开立即触点，用 LDNI、ANI、ONI 来表示开始、串联和并联的常闭立即触点。触点符号中间的“I”和“/I”表示立即常开触点和立即常闭触点。立即输出指令。立即输出指令只能用于输出量（Q），执行该指令时，将栈顶值立即写入指定的物理输出位和对应的输出映像寄存器。线圈符号的“I”用来表示立即输出。立即置位与立即复位指令。执行 SI（Set Immediate，立即置位）或 RIPLC 及其应用思考题与习题(参考答案)7/24（Reset Immediate，立即复位）指令时，从指定位地址开始的 N 个连续的物理输出点将被立即置位或复位，N=1128。线圈中的 I 表示立即
18、。该指令只能用于输出量（Q），新值被同时写入对应的物理输出点和输出映像寄存器。3.2 逻辑堆栈指令有哪些?各用于什么场合?答：逻辑堆栈指令包括：LPS、LPP、LRD 和 LDS，这些指令中除 LDS 外，其余指令均无操作数。只用于语句表(STL 指令)编程。使用梯形图(LAD)、功能块图(FBD)编程时，梯形图(LAD)、功能图块(FBD)编辑器会自动插入相关的指令处理堆栈操作。3.4定时器/计数器有几种类型?各有何特点?与定时器/计数器相关的变量有哪些?梯形图中如何表示这些变量?答：S7-200 定时器按工作方式分有通电延时定时器（TON）、断电延时型定时器（TOF）、记忆型通电延时定时器
19、（TONR）。定时器号决定了定时器的时基,每个定时器均有一个 16 位的当前值寄存器用以存放当前值（16 位符号整数）；一个 16位的预置值寄存器用以存放时间的设定值；还有一位状态位，反应其触点的状态。（1）通电延时定时器（TON）通电延时定时器（TON）用于单一间隔的定时。当 IN 端接通时，定时器开始计时，当前值从 0 开始递增，计时到设定值 PT 时，定时器状态位置 1，其常开触点接通，其后当前值仍增加，但不影响状态位。当前值的最大值为32767。当 IN 端分断时，定时器复位，当前值清 0，状态位也清 0。若 IN端接通时间未到设定值就断开，定时器则立即复位。（2）断电延时型定时器（T
20、OF）断电延时定时器（TOF）用来在输入（IN）电路断开后延时一段时间，再使定时器为 OFF。它用输入从 ON 到 OFF 的负跳变启动定时。接在定时器IN 输入端的输入电路接通时，定时器位变为 ON，当前值被清零。输入电路断开后，开始定时，当前值从 0 开始增大，当前值等于设定值时，输出位变为 OFF，当前值保持不变，直到输入电路接通。（3）记忆型通电延时定时器（TONR）记忆型通电延时定时器（TONR）的输入电路接通时开始定时。当前值大PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)8/24 于等于 PT 端指定的设定值时，定时器位变为 ON。达到设定值后，当前值仍继续计数，直到最大值为 3276
21、7。输入电路断开时，当前值保持不变。计数器用来累计输入脉冲的个数。主要由一个 16 位的预置值寄存器、一个16 位的当前值寄存器和一位状态位组成。当前值寄存器用以累计脉冲个数，计数器当前值大于或等于预置值时，状态位置 1。S7-200 系列 PLC 有三类计数器：CTU-加计数器，CTUD-加/减计数器，CTD-减计数，（1）加计数器指令（CTU）当复位（R）输入电路断开，加计数脉冲输入（CU）电路由断开变为接通（即CU 信号的上升沿），计数器的当前值加 1，直至计数最大值为 32767。当前值大于等于设定值（PV）时，该计数器位被置 1。当复位（R）输入为 ON 时，计数器被复位，计数器位变
22、为 OFF，当前值被清零。（2)减计数指令（CTD）在减计数脉冲输入（CD）的上升沿（从 OFF 到 ON），从设定值开始，计数器的当前值减 1，减至 0 时，停止计数，计数器位被置 1。装载输入（LD）为 ON时，计数器位被复位，并把设定值装入当前值。（3)加/减计数指令（CTUD）在加计数脉冲输入（CU）的上升沿，计数器的当前值加 1，在减计数脉冲输入（CD）的上升沿，计数器的当前值减 1，当前值大于等于设定值（PV）时，计数器位被置位。复位（R）输入为 ON，或对计数器执行复位（R）指令时，计数器被复位，如图 10-16 所示。当前值为最大值 32767 时，下一个输入（CU）的上升沿使
23、当前值变为最小值-32768。当前值为-32 768 时，下一个输入（CD）的上升沿使当前值变为最大值 32767。3.5 写出图 3-107 所示梯形图的语句表。图 3-107 习题 5 梯形图 答：PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)9/24 LD I0.0 ON I0.2 LD I0.1 LD M0.0 AN M0.1 OLD ALD AN T36=Q0.0 S Q0.1,3 TON T36,20 3.6 写出如图 3-108 所示梯形图的语句表。图 3-108 习题 6 梯形图 答：网络 1 LD I0.0 O I0.3 LPS AN I0.1 PLC 及其应用思考题与习题(参考答
24、案)10/24 LPS A I0.2=Q0.0 LPP A I0.4=Q0.1 LPP LPS AN M0.1=Q0.2 LPP A M0.2=Q0.3 网络 2 LD I0.5 EU LD M0.3 CTU C12,20 3.7 用置位、复位指令设计一台电动机的启、停控制程序。解：输入 输出 启动信号 I0.0 电动机 Q0.0 停止信号 I0.1 PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)11/24 3.8 用移位寄存器指令(SHRB)设计一个路灯照明系统的控制程序，8 盏路灯按从左到右的顺序依次点亮。各路灯之间点亮的间隔时间为 20 s。解：输入 输出 启动信号 I0.0 L0L7 Q0.
25、0Q0.7 停止信号 I0.1 PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)12/24 3.9 设计一个计数范围为 4000 的计数器。解：3.10 用整数除法指令将 VW100 中的数据(180)除以 6 后存放到AC0 中。解：PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)13/24 4-1 简述 S7-300 PLC 的基本系统构成。答：S7-300PLC 基本系统由 CPU 模块、数字量模块、模拟量模块和供电模块等构成。4-2 S7-300 PLC 的结构特点是什么？答：基于模块化结构设计的 S7-300 系列 PLC，具有以下结构特点。采用集成的背板总线（Back-Plane Bus）采用 D
26、IN 标准导轨，安装和更换模块方便 硬件组态灵活 机架扩展方便 4-3 数字量输入和输出模块的功能是什么？答：数字量输入模块将现场送来的数字信号电平转换成 S7-300 内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。S7-300 模拟量输入模块的输入测量范围很宽，它可以直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号，而 S7-300 模拟量输出模块可以输出 010V、15V、-1010V、020mA、420mA、-2020mA 等模拟信号。4-4 S7-300 PLC 的脉冲定时器有几种？各有什么特点？答：脉冲定时器 SP 指令是产生指定时间宽度脉冲的定时器。当逻辑位有PLC 及其应用思考
27、题与习题(参考答案)14/24 正跳沿时，脉冲定时指令启动，开始计时；同时定时器节点立刻输出高电平“1”，直到定时时间到，定时器节点输出将自动变为“0”。脉冲定时器可以将长信号变成指定宽度的脉冲。需要注意是，如果定时时间未到，而逻辑位的状态变为低电平“0”，则定时器停止计时，输出也立刻变为低电平“0”，直到逻辑位下一个正跳沿的发生，脉冲定时器（SP）将重新启动并计时。扩展脉冲定时器（SE）与（SP）指令相似，但（SE）指令具有保持功能。一旦逻辑位有正跳沿发生，程序中相应的定时器启动，同时输出高电平“1”。定时时间到后，输出将自动变成低电平“0”。如果定时时间尚未到达，逻辑位的状态就由“1”变为
28、“0”，这时定时器仍然继续运行，直到计时完成。这一点是（SE）指令与（SP）指令的不同之处。4-5 简述 S7-300 PLC 计数器线圈指令。答：计数器线圈指令包括计数器置初值指令、加法计数器线圈指令、减法计数器线圈指令 3 条。计数器置初值指令（SC）。当逻辑位有正跳沿时，计数器置初值线圈将预置值装入指定计数器中；若逻辑位的状态没有正跳沿发生，则计数器的值保持不变。加法计数器线圈指令（CU）。当逻辑位有正跳沿时，加法计数器线圈使指定计数器的值加 1；如果逻辑位的状态没有正跳沿发生，或者计数器数值已经达到最大值 999，则计数器的值保持不变。减法计数器线圈指令（CD）。当逻辑位有正跳沿时，减
29、法计数器线圈使指定计数器的值减 1；如果逻辑位的状态没有正跳沿发生，或者计数器数值已经达到最小值 0，则计数器的值保持不变。4-6 简述 S7-300 PLC 控制网络的四个层次的作用和优点。答：（1）SINEC S1 SINEC S1 是用于连接执行器、传感器、驱动器等现场器件的总线规范，符合执行器-传感器接口（IEC TG17B）规范，介质为双绞线电缆，连接长度为 100m，单主机时可以有 31 个从站，最大优点是可以用通信电缆直接供电。SINEC S1即 ASI传感器-执行器接口协议，SINEC S1 网是通过直接相连的电缆传输简PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)15/24 单的二
30、进制编码的传感器和执行器信号，S1 的信息流为 4 位编码，用于每个从站传递信息到主站，主站可以是 PLC 或 PC，S1 的规则允许以简单的方式对现场装置直接相连，西门子公司设计的 CP2413 用于 PC 与 S1 网络的连接，CP2433 用于 S5 系列 PLC 与 S1 网的连接。（2）SINEC L2 SINEC L2 是面向现场级的通信网，属于现场总线系统，因为它有如下优点：对于各种装置、各个部门行业、特殊应用具有普遍适用性；符合 ISO、DIN 或相关组织的标准，具有开放性和发展性。SINEC L2 遵从 DIN19245 标准，是西门子的过程现场总线标准（PROFIBUS），
31、它为分布式 I/O 站或驱动器等现场总线提供了高速通信所需的用户接口，以及在主站间大量数据内部交换的接口。介质为双绞线或光缆，为光缆时表示为 L2FO，节点数为 127个，光缆长度为 23.8km，双绞线长度为 9.6km。（3）SINEC H1 SINEC H1 遵从以太网（IEEE802.3）协议，介质为双绞线电缆或光缆，为光缆时表示为 HIFO，可以用于构成单元网络或局域网络。网络节点数可以达到 1024 个，使用光缆时距离可以达到 4.6km，使用电缆时距离为 1.5km，协议采用 H1-TF 和 H1-MAP。SINEC H1 是基于以太网的工业标准总线系统，它将 MAP 通信所认定
32、的以太网作为通信的基础。SINEC H1 网络可用在大量的总线部件、接口模块的连接上，SINEC H1 电缆有附加的屏蔽层，因此有更高的可靠性。SINEC H1 的独特的接地技术可以保护接入的各种装置，使用带有两端口的收发器可以节约系统成本。（4）SINEC H3 SINEC H3 是遵从 FDDI(ISO9314)规范的主干网，通信介质为光缆，双环拓扑结构，可以扩至 500 个网络节点，距离可以达到 100km。SINEC H3 采用双环冗余设计，数据传输率为 100Mbit/s，允许分布区域的最大环周长为100km，并有高的负载承受能力。4-7 简述通信模块 CP430 实现通信的方法。答
33、：CP430 通信处理模块有一个 RS-232C 串行通信接口，它使 S7-300PLC能与其他具有 RS-232C 接口的设备进行数据交换，一般地将其称为计算机。PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)16/24 CP430 是 PLC 与计算机进行数据交换的通道，如图 4-13 所示。一方面，CP430的 RS-232C 接口与计算机相连；另一方面，CP430 通过背板总线与 PLC 的 CPU 相连。CP430 模块能根据 CPU 模块的命令自主管理串行口的收发工作。CP430 模块固化有两个标准通信协议：即 3964（R）通信协议和 ASCII 通信协议。用 STEP7中的专用工具可选
34、择通信协议并确定协议的参数，该参数存入 CPU 模块的系统数据中，该内容随 PLC 的其他组态数据被下载。当 PLC 启动时，有关的参数传入CP430，然后，CP430 按照选定的通信协议传输数据。4-8 简述 PROFIBUS-DP 网的优点。答：西门子 PLC 系列 S7 产品组成的 PROFIBUS-DP 网的优点如下：（1）集中和分布系统的编程。都用 STEP7 编程，在编程时不用考虑硬件配置。（2）集中和分布的全系统性能。SIMATIC S7/M7 提供了有效的系统支持，包括软件参数化 I/O，多功能诊断能力，功能模块易于连接等。（3）通过 PROFIBUS-DP 编程测试启动。分布
35、式的自动化结构对于系统的安装、使用和维修可以分散进行；使用 STEP7 进行现场集中控制编程、诊断、测试就像采用集中处理单元的集中编程接口时一样。（4）集成的 DP 接口。接口已经集成在许多 CPU 中，为用户节省了槽位，并能对系统性能进行优化。（5）提供了系统操作者的控制和监视。在配置和实际操作中，SIMATIC S7/M7和 COROS 操作盘可以相互配合使用；在网络中，站节点是连在集中编程接口（MPI）还是 PROFIBUS-DP 上并不重要。5-1 简述 PLC 系统设计的一般原则和步骤。答：1、PLC 应用系统设计时，应遵循以下基本原则：（1）最大限度的满足被控对象的控制要求。在系统
36、设计前，设计人员应深入现场进行调查研究，搜集资料，并要与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同确定电气控制方案，协同解决设计中出现的各类问题，使设计成果满足控制要求。（2）在能满足控制要求的前提下，尽量使设计的控制系统性价比高、结构简单、使用及维修方便。PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)17/24（3）确保设计的控制系统安全可靠，正确及合理的选择元器件。（4）PLC 选型时，应适当对 I/O 点数以及存储器容量留有一定余量。2、PLC 应用系统设计与调试主要有以下几个步骤：（1）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求（2）确定输入输出设备（3）选择合适的 PLC 型号（4）I
37、/O 地址分配（5）设计应用系统的 PLC 梯形图程序（6）将程序输入 PLC（7）软件模拟调试（8）现场调试（9）编制技术文件 5-2 功能表图有哪几种类型？答：功能表图从结构上可分为顺序结构、选择序列结构、并行分支结构、循环结构及复合结构等几种。5-3 绘制功能表图有哪些规则？答：步和步之间必须有转移隔开；转移和转移之间必须有步隔开；转移和步之间用有向线段连接，正常功能图的方向是从上向下或是从左到右。按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头；一个顺序功能图中至少有一个初始步。5-4 功能表图的基本元素有哪些？答：功能表图的基本元素有流程步、有向连线、转移和动作说明等四部分。5-5 用顺序控
38、制设计法编写梯形图程序的基本步骤是什么？答：用顺序控制设计法编写程序的基本步骤是：分析控制要求。将控制过程分成若干个工作步，明确每个工作步的功能，弄清步的转换是单向进行还是多向进行，确定步的转换条件。必要时可画出工作流程图，有助于理顺整个控制过程的进程和分析各步的相互联PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)18/24 系。为每个步设定控制位。控制位最好使用同一个内存单元的若干连续位。若用定时器/计数器的输出作为转换条件，则应确定各定时器/计数器的编号和设定值。确定输入和输出点的个数。根据要求，确定输入和输出点的个数，并选择 PLC 机型，做出 I/O 分配。在前两步的基础上画出功能图 根据功
39、能图画梯形图 添加某些特殊要求的程序 5-6 PLC 系统故障有哪些类型，常用的检测方法有哪几种？答：为了尽快找出系统故障的部分，可将故障大体分类如下：外部设备故障。外部设备就是与实际过程直接联系的各种开关、传感器、执行机构、负载等。这部分设备发生故障，直接影响系统的控制功能。这类故障一般由设备本身的质量和寿命所致。系统故障。这是影响系统运行的全局性故障。系统故障可分为固定性故障和偶然性故障。硬件故障。这类故障主要指系统中的模块（特别是 I/O 模块）损坏而造成的故障。这类故障一般比较明显，且影响也是局部的，它们主要是由使用不当或使用时间较长，模块内元件老化所致。软件故障。这类故障是软件本身所
40、包含的错误所引起的，这主要是软件设计考虑不周，在执行中一旦条件满足就会引发。故障的检测有下列方法：直接检测法、判断检测法、跟踪检测等 3 种基本方法。5-7 设计一个由图 5-49 所示三相异步电动机自耦变压器降压启动继电器控制电路图的 PLC 控制梯形图程序。PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)19/24 图 5-49 三相异步电动机自耦变压器降压启动控制电路图 解：5-8 根据图 550 给出的时序图，用不同的指令编制两个实现该功能的 PLC 梯形图程序。PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)20/24 图 5-50 题 5-8 时序图 解：程序 1 程序 2：5-9 设计一个如图
41、5-51 所示的运料小车在 A、B 两地间自动往返运行控制的梯形图程序。1、在自动状态下无论在何地启动均先向 B 地运行，当小车碰到B 地停车限位开关 SQ2 时小车停下，打开底门电磁阀卸料。20 秒后再向 A 地运行并关闭底门。2、当小车碰到 A 地限位开关 SQ1 时，小车停下，等待装料，20秒后再向 B 地运行，如此往复循环。3、按下停止按钮时，无论小车在何方向运行均立刻停止。PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)21/24 解：输入 输出 启动信号 I0.0 右行 Q0.0 停止信号 I0.5 左行 Q0.1 右限 I0.2 YV Q0.2 右安 I0.4 左限 I0.1 左安 I0
42、.3 PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)22/24 6.1 选择 PLC 构成控制系统主要从哪几方面入手？试举例说明。答：目前，在市场上可供选用的 PLC 品牌及型号非常多。用户在进行 PLC选型时应以满足系统功能为前提，不能盲目贪大求全而造成浪费。要全面权衡利弊、合理选型以达到经济实用的目的。一般 PLC 选型可从以下几点来进行综合考虑。1根据 I/O 点数多少进行选择。仔细分析要设计的系统，弄清楚该系统所需要的 I/O 点数。再按实际所需点数的 10左右留出备用量（预留备用量是考虑到将来工艺改进及生产发展的需要）后确定所需PLC 的点数。2根据存储器大小进行选择。选择存储器容量时应先
43、对用户程序进行粗略的估算。一般按估算的总容量的 25左右留有备用量。3根据 I/O 响应时间进行选择。输入输出的响应时间包括输入延迟、输出延迟以及扫描方式引起的延迟等。4根据输出负载类型进行选择。PLC 根据输出负载的特点可分为继电器输出型、晶体管输出型以及晶闸管输出型三类。5跟据是否联网通信进行选择。若 PLC 控制系统需要联入网络，则 PLC 需具有通信联网功能，即要求 PLC 应提供可连接其他设备的相应接口。6跟据 PLC 的结构进行选择。PLC 按结构可分为整体式和模块式两类。所以在选择结构时要根据实际要求等各方面综合考虑。6.2 试举一 PLC 在工业控制中的应用实例，并分析其实现控
44、制的PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)23/24 工作过程。（略）6.3 PLC 系统设计主要有哪些步骤？答：PLC 应用系统设计与调试主要有以下几个步骤：1深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求 被控对象是指系统中受控的机电设备、生产线或生产过程等。控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护及联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分进行设计，化整为零，有利于编程和调试。该步骤是整个系统设计的基础。2确定输入输出设备 根据被控对象对 PLC 应用系统的功能要求，确定系统所需的用户输入元件、输出元件及由输出元件驱动的控制对象。在 PLC
45、 控制系统中常用的输入元件有按钮、选择开关、行程开关、传感器等；常用的输出元件有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。当输出元件确定后，相对应的输出电源的种类、电压等级及容量就可以一并确定。3选择合适的 PLC 型号 选择 PLC 应在满足控制系统要求的前提下，在保证系统安全可靠、维护简单、性价比要高、有适当的余量等原则下进行。4I/O 地址分配 进行输入/输出点的分配，并编制输入/输出分配表或者绘制 PLC 系统外部接线图。为便于程序设计，也可以将定时器、计数器、内部辅助继电器等元件按类编制表格，写出元件名、设定值以及具体作用。完成以上内容后，就可以进行 PLC 程序设计。在程序设计的同时也可以
46、进行控制柜（或操作台）的设计以及现场施工。5设计应用系统的 PLC 梯形图程序 编程是指根据流程图或工作功能图表等设计出梯形图的过程。是整个PLC 系统设计的核心部分，也是比较困难的一步。要设计梯形图，首先必须要十分熟悉系统的控制要求，同时设计人员还应具备一定的电气设计的实践经验。PLC 及其应用思考题与习题(参考答案)24/24 6将程序输入 PLC 将程序输入 PLC 有两种方法：一种是用手持编程器输入；另一种是用带编程软件的计算机通过通讯电缆下载到 PLC。在使用手持编程器输入程序时，需使用指令表语言，比较麻烦，现在已基本不用。如今在工业现场，大多是利用编程软件在计算机上编程，然后通过连
47、接计算机和 PLC 的通讯电缆将程序直接下载到PLC 中去。7软件模拟调试 程序输入 PLC 后，应先进行模拟调试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。因此在将 PLC 连接到现场设备之前，必须进行软件调试，以排除程序中的错误。另外，软件调试时，应充分考虑实际使用时可能出现的各种故障并进行模拟调试，若不能满足的应及时修改程序。软件模拟调试是整体调试的基础，有效的模拟调试将会缩短整体调试的周期。另外。一般编程软件都提供监控功能，我们可以利用监控功能进行软件调试。8现场调试 在以上步骤完成后，就可以进行整个系统的联机调试。把 PLC 安装到实际的控制系统中，连上实际的输入信号和负载设备，
48、然后进行现场调试。在调试中出现的问题，要逐一排除，直至调试成功。如果控制系统是由几个部分组成，可以先作局部调试，然后再进行整体调试。如果控制程序的步序较多，也可先进行分段调试，然后再进行整体调试。另外，在调试中可以整定一些需调整的参数让其符合工艺要求中的技术指标。特别要注意的是，现场调试一定要在软件模拟调试通过后才能进行，以避免不必要的麻烦。9编制技术文件 整理好 PLC 外部接线图、相关电气控制原理图、带注释的 PLC 软件程序和必要的文字说明、设备清单、电器布置图、电气元件明细表、操作说明书、调试流程步骤等系统技术文件。为系统交付使用及以后的维护与改进等做好准备。6.4 PLC 控制系统正常运行的条件是什么？（略）