PLC原理与实验复习题.docx

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PLC原理与实验复习题

PLC原理与实验

一、基本知识

1.PLC主要由哪几个部分组成？

它们的主要功能是什么？

1.CPU模块

CPU是PLC的控制中枢，它不断地读取输入信号，执行用户程序，并刷新控制输出。

2.I/O模块

输入模块（Input）和输出模块（Output）简称为I/O模块。

输入模块用来接收和采集输入信号，它分为数字量输入模块和模拟量输入模块两类。

输入模块用来输出控制信号，它分为数字量输出模块和模拟量输出模块两类。

3.编程装置与编程软件

可编程控制器的编程可以通过两种方式实现：

使用编程装置或编程软件。

（1）编程装置

编程装置，又称编程器，是用来生成用户程序，并对它进行编辑、检查、修改和下载的装置。

编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，一般用于小型可编程控制器的编程或现场的维护与检修。

（2）编程软件

编程软件安装在PC机上，可以用来生成梯形图、功能块和指令表等各种类型的用户程序，并对它进行编辑、检查、修改和下载。

由于PC机的处理能力远大于编程器，故编程软件+PC机的编程方式应用最为广泛。

4.电源

可编程控制器可以使用220V交流电源或24V直流电源。

电源模块的作用是将交流电源转换成CPU、I/O模块等所需的直流电源。

在许多应用场合，电源模块还要为外部传感器提供24V直流电源。

2.从结构上看，整体式PLC和模块式PLC各有什么特点？

分别适用于什么场合？

1.整体式

整体式又称箱体式，通常为小型可编程控制器所采用。

从结构上看，整体式可编程控制器由两部分组成，即：

基本单元和扩展单元。

基本单元——包括CPU、电源模块和一定数量的I/O模块。

扩展单元——主要包括各种I/O模块和通信模块。

2.模块式

模块式结构通常为大、中型可编程控制器所采用，具有较强的扩展能力。

从结构上看，模块式可编程控制器由机架和模块两部分组成，机架上有模块安装插座，并为模块提供电源和通信连接。

3.简述PLC的扫描工作过程。

在循环扫描工作状态下，PLC周而复始的执行一系列任务，任务循环执行一次称为一个扫描周期。

每一个扫描周期要经历以下阶段：

1.读取输入

在读取输入阶段，PLC将物理输入点的状态读入输入映像寄存器。

具体而言：

♦当外部输入电路闭合时，相应的输入映像寄存器为“1”状态。

此时，在梯形图中，表征外部物理触点的常开触点的逻辑状态为ON或常闭触点的逻辑状态为OFF。

♦当外部输入电路断开时，相应的输入映像寄存器为“0”状态。

此时，在梯形图中，表征外部物理触点的常开触点的逻辑状态为OFF或常闭触点的逻辑状态为ON。

2.执行用户程序

在执行用户程序阶段，PLC逐条执行指令，并将运算结果存储在相应的映象寄存中。

具体而言：

♦程序顺序执行，除非遇到跳转指令。

♦运算结果写入到相应的映象寄存器中。

输入映象寄存器的状态不更新

3.通信处理

在通信处理阶段，PLC处理通信端口或智能I/O模块的通信服务请求。

4.CPU自诊断测试

在CPU自诊断测试阶段，PLC将检测CPU、存储区和扩展模块的状态是否正常。

5.修改输出

在该阶段中，CPU把存储在输出映象寄存器中的数据写到相应的物理输出点。

4.S7-200系列PLC的CPU有几种？

它们各自的模块扩展能力如何？

S7-200系列PLC有5种CPU模块：

♦CPU221——S7-200系列的入门级产品，无扩展能力，仅有数字量I/O点。

♦CPU222——可以带2个扩展模块，可以有模拟量I/O点。

♦CPU224——可以带7个扩展模块，具有较强的处理能力。

♦CPU226——可以带7个扩展模块，具有更强的处理能力和较大的存储器容量。

♦CPU226XM——可以带7个扩展模块，与CPU226的处理能力相似，但存储器容量更大，是S7-200系列PLC中的高端产品。

5.S7-200系列PLC有哪几类扩展模块？

每类扩展模块又可分成几个子类？

从型号上如何区分？

2.3.2数字量扩展模块

数字量扩展模块可以提供本机之外的数字量I/O点，以满足不同的控制需求，节约投资费用。

S7-200的数字量扩展模块包括EM221，EM222和EM223三种类型。

♦EM221——数字量输入扩展模块

♦EM222——数字量输出扩展模块

♦EM223——数字量输入/输出扩展模块

2.3.3模拟量输入输出扩展模块

模拟量I/O的主要功能是实现A/D和D/A转换，以实现过程变量（如：

温度、压力、流量和液位等）检测与控制。

S7-200的数字量扩展模块包括EM231，EM232和EM235三种类型。

♦EM231——模拟量输入扩展模块，4路输入

♦EM232——模拟量输出扩展模块，2路输出

♦EM235——模拟量输入/输出扩展模块，4路输入，1路输出。

2.3.4温度测量扩展模块

温度测量扩展模块是模拟量I/O扩展模块的特殊形式，包括热电偶输入模块和热电阻输入模块两类，它们均有冷端补偿功能。

♦EM231TC——热电偶模块可用于J、K、E、N、S、T和R型热电偶，用户用模块下方的DIP开关来选择热电偶的类型。

♦EM231RTD——热电阻输入模块，热电阻的接线方式有2线、3线和4线3种。

4线方式的精度最高，2线方式的精度最低。

♦EM231热电阻模块可通过DIP开关来选择热电阻的类型、接线方式、测量单位和开路故障的方向，而连接到同一个扩展模块上的热电阻必须是相同类型的。

2.3.5通信扩展模块

S7-200提供了以下几种通信模块，以适应不同的通信方式。

♦EM277——Profibus-DP从站模块，支持Profibus-DP现场总线通信协议，用来实现S7-200与Profibus-DP现场总线上PLC之间的通信。

此外，EM277也支持MPI的通信方式。

♦EM241——调制解调器（Modem）通信模块，用来实现远程拨号通信。

♦CP243-1——工业以太网通信模块，用来实现PLC与PC机之间，PLC之间的以太网通信。

♦CP243-1IT——工业以太网通信模块，用来实现PLC与PC机之间，PLC之间的以太网通信，同时提供对Web/E-mail等应用的支持。

♦CP243-2——AS-i主站模块，最多可连接31个（62个）AS-i从站。

通过AS-i网络可以增加数字量输入/输出的点数。

6.S7-200系列PLC有几种工作方式？

在不同的工作方式下，可以实现何种功能或完成何种工作？

如何实现工作方式的切换？

工作方式

可编程控制器主要有两种工作方式，即：

♦RUN（运行）方式

♦STOP（停止）方式。

在RUN（运行）方式下，PLC执行用户程序，实现控制功能。

在PLC面板上，用“RUN”LED表示相应的工作方式。

STOP（停止）方式下，PLC不执行用户程序。

此时，可以用编程软件创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功能，并将用户程序和硬件设置信息下载到PLC中。

工作方式的切换

（1）用方式开关改变工作方式

当CPU模块上的方式开关在STOP位置时，将停止用户程序的运行；当CPU模块上的方式开关在RUN位置时，将启动用户程序的运行；

PLC通电后的初始工作方式也与方式开关的位置有关。

当方式开关在STOP位置时，CPU自动进入STOP方式；当方式开关在RUN位置时，CPU自动进入RUN方式；

（2）用STEP7-Micro/WIN32编程软件改变工作方式

在使用编程软件控制CPU的工作方式之前，应先建立编程软件与PLC之间的通信连接，并将方式开关置于STOP或TERM位置。

在编程软件中，单击工具条上的运行按纽即可进入运行方式；单击工具条上的停止按纽即可进入停止方式。

选择“PLC→运行”或“PLC→停止”菜单命令亦可实现工作方式的改变。

（3）用STEP7-Micro/WIN32编程软件改变工作方式

在使用编程软件控制CPU的工作方式之前，应先建立编程软件与PLC之间的通信连接，并将方式开关置于STOP或TERM位置。

在编程软件中，单击工具条上的运行按纽即可进入运行方式；单击工具条上的停止按纽即可进入停止方式。

选择“PLC→运行”或“PLC→停止”菜单命令亦可实现工作方式的改变。

7.当外部输入电路接通时，其对应的输入过程映象寄存器的状态如何？

此时，梯形图中相应的常开触点和常闭触点的状态如何？

外部输入电路接通时，对应的数如过程映像寄存器为“1”状态，梯形图对应的常开触点接通，常闭触点断开

8.S7-200系列PLC的I/O地址如何分配？

I/O地址的分配原则：

（1）按模块的类型进行地址分配

（2）同类模块按位置排列地址。

从CPU开始，地址从左至右增加。

（3）对于数字量I/O模块而言，如果模块中的点未用完分配的字节，剩余的位也不会分配给后续模块。

9.对于S7-200系列PLC，按驱动电路的不同，数字量输出模块可以分成几种类型？

它们各适用于哪种应用场合？

按驱动电路的不同，输出模块可以分成以下三类：

♦大功率晶体管和场效应管型——主要用于驱动直流负载。

♦双向晶闸管型——主要用于驱动交流负载。

♦小型继电器型——用于驱动交流或直流负载，输出一个触点信号。

优缺点:

♦晶体管型（大功率晶体管和场效应管型）与双向晶闸管型输出模块分别用于驱动直流负载和交流负载，它们的可靠性高，反应速度快，寿命长，但过载能力稍差。

♦继电器型输出模块可用于驱动交流或直流负载，使用电压范围宽，导通压降小，承受瞬间过电流和过电压的能力较强，但动作速度较慢，寿命有一定限制。

10.PLC编程语言的国际标准是哪个？

它推荐了几种编程语言？

S7-200系列PLC提供了几种编程语言？

可编程控制器标准——IEC61131-3

♦顺序功能图（SequentialFunctionChart）

这是一种位于其它编程语言之上的图形语言，它提供了一种组织程序的图形方法。

在顺序功能图，可以用别的语言嵌套编程。

♦梯形图（LadderDiagram）

主要特点：

与继电器控制系统的电路图相似，直观易懂，尤其适用于开关量逻辑控制。

编程元件：

触点、线圈和功能块

♦功能块图（FunctionBlockDiagram）

主要特点：

与数字逻辑门电路相似，有数字电路基础的人易于掌握。

编程元件：

类似于与门、或门的方框。

♦指令表（InstructionList）

在西门子的S7系列可编程控制器中，指令表（IL）被称为语句表（STL），这是一种与汇编语言类似的指令体系。

主要特点：

适合于比较熟悉可编程控制器和逻辑程序设计的人员，可以实现某些其它语言（如：

梯形图、功能块图）难以实现的功能。

♦结构文本（StructuredText）

结构文本（ST）是为IEC61131-3标准创建的一种高级编程语言，它能实现复杂的数学运算，使用结构文本（ST）编写的程序非常简洁和紧凑。

上述5种语言，可以分为三种类型：

♦图形语言——梯形图（LD）和功能块图（FBD）

♦文字语言——指令表（IL）和结构文本（ST）

♦结构块控制程序流程图——顺序功能图（SFC）

供S7-200使用的编程软件——STEP7-Micro/WIN32提供了两种指令集：

♦SIMATIC指令集——由西门子公司提供，包括梯形图、功能块图和语句表。

SIMATIC指令集的执行时间短，但其中的某些指令不是IEC61131-3的标准指令。

♦IEC761131-3指令集——只包括梯形图和功能块图语言。

IEC61131-3指令集符合国际标准，但指令的数量较少，执行速度也相对慢些。

此外，SIMATIC指令集中的某些指令，可以作为IEC61131-3指令集中的非标准扩展使用。

11.S7-200系列PLC支持哪几类通信协议？

通过编程软件对PLC进行用户程序的下载和载时，采用什么通信协议？

★

（1）

•PPI

•MPI

•Profibus－DP

•Asinterface

•自由口通讯

•以太网通讯

•modem通讯

（2）PPI,自由口通讯★

12.S7-200系列PLC采用了何种现场总线通信协议？

该现场总线通信协议分为几个部分？

各有何用途？

PROFIBUS（ProcessFieldBus）由西门子公司开发研制，目前已成为ISO标准。

它由3个系列组成：

•PROFIBUS－DP用于分散的外部设备和自控设备之间的高速数据传输；

•PROFIBUS－FMS适用于一般自动化的中速数据传输；

•PROFIBUS－PA用于过程自动化的低速数据传输。

PROFIBUS也得到了世界上众多仪表或控制系统厂商的支持。

13.S7-200系列PLC通过那种模块接入Profibus-DP网络？

作为Profibus-DP的网络节点，S7-200系列PLC是主站还是从站?

EM277——Profibus-DP从站模块★

S7-200在DP网中做从站，主站可以是S7－300，S7－400，上位PC机等

14.Profibus-DP网络的最高通信速率是多少?

随着距离的变化，Profibus-DP网络的通信速率是否有变化？

通讯波特率从9.6k到12M，网段长度与波特率成反比

9.6k：

1200米

12M：

100米

二、编程基础

1.S7-200系列PLC的程序结构是怎样的？

S7-200中的用户应用程序由主程序、子程序和中断程序三部分组成。

1、主程序

主程序是程序的主体，每一个项目都必须且只能有一个主程序。

在S7-200的编程项目中，主程序用OB1来表示。

主程序的作用：

通过指令控制整个应用程序的执行。

在主程序中，可以直接执行指令，也可以调用子程序和中断程序。

主程序的调用：

每次CPU扫描都要执行一次主程序。

2、子程序

子程序是一个可选的指令集，仅在被其它程序调用时执行。

子程序的作用：

♦简化程序代码

♦减少扫描时间

♦便于移植

3、中断程序

中断程序也是一个可选的指令集，中断程序不是由主程序调用的，而是在中断事件发生时由操作系统调用的。

中断程序的作用：

用来处理预先规定的中断事件。

2.S7-200系列PLC中，常用的CPU存储区有哪几种？

1.输入映象寄存器（I）

输入映象寄存器存储外部输入信号的状态，外部输入电路接通时对应的映象寄存器状态为“1”，反之亦然。

♦标识符——I

♦范围——I0.0-I15.7

2.输出映象寄存器（Q）

输出映象寄存器存储逻辑运算的结果状态，当输出映象寄存器中的数据传送到输出模块后，再由后者驱动外部负载。

♦标识符——Q

♦范围——Q0.0-Q15.7

3.变量存储区（V）寻址

变量存储器在程序执行过程中存放中间结果或用来保存与工序、任务有关的其它数据。

♦标识符——V;

♦可以按位、字节、字和双字来存取

4.位存储区（M）

用来保存中间操作状态和其他控制信息。

♦标识符——M

♦范围——M0.0-M31.7

♦可以按位存取，也可按字节、字和双字来存取。

5.特殊存储器（SM）

特殊存储器为CPU与用户程序之间交换信息提供了手段，可以用SM位来选择和控制CPU的某些特殊功能。

♦标识符——SM;

♦可以按位、字节、字和双字来存取。

6.局部存储器（L）

S7-200有64个字节的局部存储器，其中60个字节可作为暂时存储器或给子程序传递参数，建议不要使用最后4个字节。

♦标识符——L

♦范围——L0.0-L31.7

♦可以按位存取，也可按字节、字和双字来存取。

7.定时器存储区（T）

定时器可用于时间累计，相当于时间继电器。

每个定时器有两个数据存储的位置。

♦当前值寄存器——十六位有符号整数，存储定时器所累计的时间;

♦定时器位——按照当前值和预置值的比较结果来置位或复位。

8.计数器存储区（C）

计数器可用于累计其输入端脉冲电平由低到高变化的次数。

每个计数器有两个数据存储的位置。

♦当前值寄存器——十六位有符号整数，存储累计值;

♦计数器位——按照当前值和预置值的比较结果来置位或复位。

9.顺序控制继电器存储区（S）

顺序控制继电器（SCR）用于组织机器的顺序操作，提供控制程序的逻辑分段。

10.模拟量输入存储区（AI）

在S7-200中，输入的模拟量被转换成1个字长的数据。

♦标识符——AI

♦起始字节为偶数

♦模拟量输入值为只读数据

如：

AIW2，AIW4等

11.模拟量输出存储区（AQ）

在S7-200中，1个字长的数据可以被转换成模拟量输出。

♦标识符——AQ

♦起始字节为偶数

♦模拟量输出值用户不能读取

如：

AQW2，AQW4等

12.累加器存储区（AC）

累加器是可以像存储器那样使用的读/写单元。

CPU提供了4个32位累加器，可以按字节、字和双字来存取累加器中的数据。

•标识符——AC

♦存取的数据长度由所使用的指令决定

♦字节和字只能存取累加器的低8位或低16位，双字存取全部32位。

如：

AC0-AC3

13.高速计数器存储区（HC）

高速计数器用来对高速事件进行计数，它独立于CPU的扫描周期。

♦标识符——HC

♦当前值和设定值为32位有符号整数

♦当前值为只读数据

如：

HC1，HC2等

3.理解直接寻址与间接寻址的相关概念。

1.直接寻址

♦直接寻址使用存储器地址进行存取操作；

♦需要指明存储区域、数据长度和存放位置。

2.间接寻址

♦间接寻址使用指针进行存取操作

♦对存储区域有限制，可以对I、Q、V、M、S、T（仅当前值）和C（仅当前值）区域进行间接寻址，但不能对独立的位（Bit）或模拟量进行间接寻址。

4.理解绝对地址与符号地址的相关概念。

绝对地址——使用区域标识符加位、字节或字位置表示的地址（在3.2.1中介绍过）。

最为常用，但不便于记忆。

符号地址——使用由字母与数字组成的符号表示的地址，它与绝对地址有一一对应的关系，且需要事先定义。

符号地址也是常用的地址表示方式。

举例：

♦I0.0，绝对地址，SIMATIC程序编辑器使用；

♦%I0.0，绝对地址，IEC程序编辑器使用；

♦#INPUT1，符号地址，#号表示为局部变量；

♦“INPUT1”，符号地址，“”号表示为全局变量

5.熟悉S7-200系列PLC的指令规约，如：

使能输入、使能输出、能流、网络等。

1.指令的表示与“能流”

在Simatic指令系统中，

方框——表示功能指令，其输入端在左侧，输出端在右侧。

左侧垂直母线——提供“能流”

“能流”——梯形图中逻辑信号传递的图解表示

2.网络

在梯形图中，

网络——独立的程序段，由触点、线圈和方框组成。

网络的相关要素——

网络有编号

在网络中，能流只能从左至右流动。

允许以网络为单位添加注释

3.指令的输入与输出

条件输入指令——必须有能流输入才能执行的指令，它们不能直接连接到左侧母线上。

无条件输入指令——指令的执行与能流无关才能指令，应将它们直接连接到左侧母线上。

4EN——使能输入。

在LAD和FBD中，表示指令的方框称为盒，而盒的输入就是EN。

当能流到达使能输入端时，指令才能执行。

ENO——使能输出。

在LAD和FBD中，盒的输出就是ENO。

如果能流到达使能输入端且指令正确执行，则ENO会将能流传递给下一元素。

如果指令执行出错，则能流会在出错的指令处中断。

6.熟悉S7-200系列PLC的常用指令，如：

位逻辑、输出、定时器、计数器、比较、数据转换、移位与循环、程序控制、简单的逻辑运算与算术运算等。

3.3位逻辑指令

3.3.1触点指令

1.标准触点指令

指令功能：

♦常开触点

当常开触点对应的输入映象寄存器位（bit）为1时，触点闭合；

♦常闭触点

当常闭触点对应的输入映象寄存器位（bit）为0时，触点闭合；

指令格式：

在不同的编程语言中，有不同的表示方式。

在LAD中：

用触点表示在FBD中：

用指令方框（盒）的输入来表示，而具体的运算功能由触点间的相互连接方式决定。

在SIL中：

常开触点用LD，A，O等指令表示；常闭触点用LDN，AN，ON等指令表示；

2.立即触点

指令功能：

立即触点不是根据CPU的扫描周期来进行修改，而是立即修改。

当立即触点指令执行时，读取物理输入，但不修改输入映象寄存器。

♦常开触点

当常开触点对应的物理地址位（bit）为1时，触点闭合；

♦常闭触点

当常闭触点对应的输入映象寄存器地址位（bit）为0时，触点闭合；

在不同的编程语言中，有不同的表示方式。

在LAD中：

用加立即标识的触点表示

在FBD中：

用操作数前加立即标识的功能框的输入表示

在SIL中：

常开触点用LDI，AI，OI等指令表示；

常闭触点用LDNI，ANI，ONI等指令表示；

3.堆栈及STL的运算指令

S7-200拥有一个9位的堆栈

栈顶：

用来存储逻辑运算的结果

其余各位：

用来存储中间运算的结果

（1）LD类（装载）指令

♦LD——用于常开触点，将位值装入栈顶；

♦LDN——用于常闭触点，将位值装入栈顶；

♦LDI——用于常开立即触点，将位值装入栈顶；

♦LDNI——用于常闭立即触点，将位值装入栈顶

（2）A类（与）指令

♦A——AND（与）操作，用于常开触点，结果送入栈顶；

♦AN——AND（与）操作，用于常闭触点，结果送入栈顶；

♦AI——AND（与）操作，用于常开立即触点，结果送入栈顶；

♦ANI——AND（与）操作，用于常闭立即触点，结果送入栈顶；

（3）O类（或）指令

♦O——OR（或）操作，用于常开触点，结果送入栈顶；

♦ON——OR（或）操作，用于常闭触点，结果送入栈顶；

♦OI——OR（或）操作，用于常开立即触点，结果送入栈顶；

♦ONI——OR（或）操作，用于常闭立即触点，结果送入栈顶；

（4）堆栈操作类指令

♦ALD（装载与）——对堆栈第1、2层的数据进行AND（与）操作，运算结果送入栈顶，堆栈深度减1；

♦OLD（装载或）——对堆栈第1、2层的数据进行OR（或）操作，运算结果送入栈顶，堆栈深度减1；

♦LPS（入栈）——复制栈顶的数据，并将其压入堆栈，栈中原有数据依次下移一层，栈底数据被推出；

♦LRD（读栈）——将堆栈中第2层的数据复制到栈顶，原栈顶数据消失，其余各层数据不变；

♦LDS——将堆栈中第n层的数据复制到栈顶，原栈顶数据消失，栈中原有数据依次下移一层，栈底数据被推出；

3.3.2输出指令

1.输出

在LAD中：

输出指令与线圈相对应，驱动线圈的触点电路接通后，线圈流过“能流”，指定输出位的映象寄存器状态为1。

在FCB中：

输出指令与功能框的输出相对应（多输入）或者与“=”号功能框相对应（单输入）。

在STL中：

输出指令与“=”号相对应。

2.立即输出

在执行立即输出指令时，将新的输出值同时写入相应的物理位和输出映象寄存器。

在LAD中：

立即输出指令与带“I”标识的线圈相对应。

在FCB中：

立即输出指令与带“I”标识的“=”号功能框相对应。

在STL中：

输出指令与带“I”标识的“=”号相对应

3.置位与复位

置位指令（set）——置位从指定位地址开始的N个点的映象寄存器（将其状态置为1）。

复位指令（reset）——复位从指定位地址开始的N个点