PLC及其应用思考题与习题 参考答案.doc

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l 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l 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，实现了对模拟量的控制。

l 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.l 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1.2简述可编程控制器的特点和分类答： PLC的基本特点l 软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l 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。

l 运行稳定可靠PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，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l 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l 从结构上看，PLC可分为整体式、模板式及分散式三种形式l 根据PLC处理I/O点数规模来分类，PLC可分为4类：微型、小型、中型和大型l 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、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l 中央处理单元（CPU）CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用l 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l 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 l 电源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l 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l 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。

l 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l 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l 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器中在输出刷新阶段结束后，CPU进入下一个扫描周期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：l 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l 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l 输出映象寄存器的数据取决于输出指令的执行结果l 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l 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，但其中基本的技术性能指标还是基本一致的。

l 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l 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l 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l 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l 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l 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便和简易可以通过标准化机架、模块、状态指示灯、诊断等方面来评估l 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l 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：l 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。

从系统论的观点看，若要使系统发挥其应有的作用，系统必须完整l 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l 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l 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l 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：l 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l 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l 立即置位与立即复位指令执行SI（Set Immediate，立即置位）或RI（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=1～。