可编程控制技术应用与实战课后思考题答案.docx
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可编程控制技术应用与实战课后思考题答案
基础导论课后思考题
1.什么是可编程控制器？
可编程控制器（ProgrammableLogicController）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体技术、自动控制技术、数字技术和网络通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置，简称为PLC。
2.可编程控制器基本组成有哪些？
可编程控制器包括硬件系统和软件系统两大部分，其中，硬件系统主要由中央处理器、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口和电源等部分组成。
软件系统则由系统程序（系统诊断程序、输入处理程序、编译程序和监控程序）和用户程序（用户通过高级语言编写的控制应用程序）组成。
3.可编程控制器的主要功能和特点是什么？
可编程序控制器的主要功能包括：
逻辑处理功能、顺序控制功能、数据运算功能、准确定时功能（高档PLC可进行毫秒级计时）、高速计数功能（高档PLC计数频率可高达几百赫兹）、中断处理功能（利用此功能可实现各种内外中断，高档PLC可实现毫秒级响应）、程序与数据存储功能、联网通信功能、自检测、自诊断功能。
可编程序控制器的主要特点包括：
可靠性高，抗干扰能力强、功能完善，通用、适用性强、编程简单易学，深受工程技术人员欢迎、质量可靠、维护方便，容易改造、体积小，重量轻，能耗低、性能价格比好，经济核算。
4.什么是可编程控制器的扫描周期？
可编程序控制器对用户程序执行一次完整的扫描操作所需的时间称为扫描周期，典型值为1～100ms。
扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置、用户程序长短及指令的种类有很大关系，当用户程序较长时，指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。
5.可编程控制器通常使用那些语言？
不同生产厂家的可编程控制器，其编程语言也不相同，但基本上可归纳为几种类型：
梯形图编程、顺序功能图编程、功能块图编程、指令表编程、结构化文本等。
6.可编程控制器的应用范围有哪些？
可编程控制器可广泛地用于国防、科技、工业控制等领域。
也可用于商业、、，其编程语言也不相同，但基本上可归纳为几种类型：
梯形图编程、顺序功能图编程、功能块图编程、指令表编程、结构化文本等。
7.可编程控制器的I/O接口分为几种类型？
可编程控制器的I/O接口分为数字量输入（DI）、模拟量输入（AI）、数字量输出（DO）、模拟量输出（AO）等。
还有的可直接接收温度（即电阻值）。
8.可编程控制器的编程器有几种？
可编程控制器的编程器通常有手持式编程器（只能用于语句表编程）、台式编程器（宽屏显示并带有存储模块烧结口）、PC编程软件等。
9.简述可编程控制器的工作过程。
简单地说，可编程控制器处于RUN状态时，用户程序是在不断地被CPU实施循环扫描和处理，当用户程序扫描结束并开始执行新一轮的扫描之前，系统开始进行输入/输出通道内容刷新。
既输入通道数据传送到输入映像区；输出映像数据传送到输出通道。
用户程序开始执行扫描时，CPU只与输入映像和输出映像进行数据交换，输入/输出通道此时处于高阻状态，也就是说CPU在执行用户程序处理时，不接收外部输入/输出通道数据刷新。
10.常用的可编程控制器产品有哪些？
目前，可编程控制器的生产厂家很多，主流产品包括：
西门子、三菱、欧姆龙、罗克韦尔、施耐德、ABB等。
项目一课后思考题
1.三菱FX2NPLC的硬件组成有哪些？
各起什么作用？
三菱FX2NPLC属于一体式结构，由主控制器和扩展控制器（扩展模块）组成，其中，主控制器中包括：
中央处理器、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口和电源等。
扩展控制器不带中央处理器、存储器，只带有适配器和输入/输出接口。
通常在能够满足控制点要求时，只使用主控制器，点数不够时可增加扩展控制器，扩展控制器不能独立使用，必须和主控制器联合使用。
2.三菱FX2NPLC的I/O接口主要连接哪种类型的变量？
三菱FX2NPLC的数字量输入接口可连接数字开关量，如主令开关、开关量传感器、其他控制的无源触点；模拟量输入可连接传感器或变送器，也可以直接连接温度模块（电阻）。
数字量输出可连接数字量输出如接触器、电磁阀、信号灯或其他自动化控制单元的输入接口；模拟量输出可连接伺服阀、伺服控制器、变频器等。
3.输入映像、输出映像与外部设备之间的关系是什么？
可编程控制器通常都具有输入映像和输出映像，它是CPU中的数据寄存器，平时处于高端隔离，当用户程序扫描结束后，输入映像和输出映像全部打开，同时，外部的输入接口将外部数据传送给输入映像，输出映像将数据传送给外部输出接口。
4.块或和块与指令的基本特点是什么？
如何使用块或和块与指令？
三菱FX2NPLC编程时会用到“块或”、“块与”指令，主要用于处理多个变量构成网络时的编程，如两个分支均由多个变量串联时，要对其进行或操作就要用到“块或“；另外，两个分支均由多个变量并连时，要对其进行与操作就要用到”块与“。
5.断电延时的主要概念是什么？
主要用在什么场合？
可编程控制器编程时经常会用到时间继电器，时间继电器又分通电延时和断电延时，通电延时的常开触点在线圈得电后延时导通，线圈断电时即时断开。
断电延时的常开触点在线圈得电后即刻导通，线圈不断开，其触点就一直闭合，当线圈断电时，常开触点会延时恢复到位。
所以，断电延时通常用在断电后要实施一定时间控制的系统中。
6.计数器是否具有记忆功能？
系统断电后再来电其累计值是否会保存？
所有可编程控制器的内部计数器都具有断电记忆功能，在其运行过程中，计数器经过计数脉冲实施数值的累加，当断电时，程序不再运行，所以，此时的计数器当前值并没有被刷新，等再次来电时，计数器会按照断点数值继续累加。
7.主控指令的主要特点是什么？
如何使用主控指令？
可编程控制器的主控指令是对两段不同的程序进行屏蔽运行，即当条件满足时，执行主控指令和主控结束指令之间的程序内容，然后，继续向下执行。
当条件不满足时，则跳过主控指令和主控结束指令之间的程序内容，直接执行后续的程序。
如手自动控制程序，就可以将自动控制程序用主控指令圈起来。
8.三菱FX2NPLC的常用特殊辅助继电器有哪些？
主要用来起什么作用？
三菱FX2NPLC常用的特殊辅助继电器如下：
M8000——在PLC运行期间始终保持接通。
M8001——在PLC运行期间始终保持断开。
M8002——PLC开始运行的第一个扫描周期接通，此后就一直断开。
M8011——周期为10ms的时钟脉冲（5ms通、5ms断）。
M8012——周期为100ms的时钟脉冲（50ms通、50ms断）。
M8013——周期为1s的时钟脉冲（0.5s通、0.5s断）。
M8014——周期为1min的时钟脉冲（0.5min通、0.5min断）。
M8020——指令执行结果为0时接通。
M8021——指令执行结果有借位时接通。
M8022——指令执行结果有进位时接通。
M8028——接通时，定时器T32～T62的时基改为0.01s。
M8030——锂电池欠电压指示，当锂电池电压跌落时接通。
M8034——禁止输出，接通时全部输出被切断。
M8067——指令执行错误标志。
9.为什么微分指令不能直接用来控制输出，而必须要控制带有锁定功能输出软元件？
可编程控制器中都会用到微分（上升沿、下降沿）指令，用户程序被实施扫描时，当出现微分指令时，则输出为“1“，但到结束指令时，其输出自动清”0“。
而下一个扫描周期也不会改变其输出的状态。
所以，微分指令只对边沿信号起作用切只输出一个扫描周期。
当控制语句写在微分指令的上面时，就不会对起实现控制输出。
另外，因为他只出现一个扫描周期，所以，不能用来控制常规的输出，必须使用带有锁存功能的软元件。
10.如何实现定时器、计数器设定值的变量控制？
它的好处是什么？
通常对可编程控制器中的定时器和计数器的给定量都是常数，但在完成不同控制要求时，会对定时器和计数器的给定值进行修改，但由不能进行人工修改，就会将定时器和计数器的给定值用数据寄存器来代替，数据寄存器中的数据可以是变化的数值。
项目二课后思考题
1.三菱FX2N系列PLC的安装应注意哪些问题？
三菱FX2N系列PLC安装时需留有一定的空间，基本单元和扩展单元之间的距离不小于50mm，PLC与动力线之间的距离应保持在200mm，控制线尽量不要和动力线混槽，以免产生电磁干扰。
PLC的输入接口电源最好使用自身配带的24伏直流电源，但该电源不能直接给传感器供电，以免因负载电流过大烧毁内置电源。
当使用外接直流电源时，要使用稳压性能较好的直流开关电源。
PLC安装在电气控制柜中时，要远离发热元件（变压器、整流元件），要与动力部分保持隔离，安装部位在中部，发热元件安装在PLC的上方，输出接触器安装在PLC的下方，保证动力线不穿越PLC的控制线路。
2.三菱FX2N系列PLC的布线原则有哪些？
三菱FX2N系列PLC的连接线路主要是动力线、控制线、通讯线等。
这些线路虽然都与PLC直接相连，但由于电压等级的不同和信号性质的不同，应进行一些特殊的布线处理。
所以，PLC在进行布线安装时，不同电压等级的线路、控制线、动力线、通信线不要混槽布线。
通信线路在有外界干扰源情况下应使用屏蔽线，屏蔽线在接地处理时实施一端接地。
3.PLC中指针的概念？
它主要起什么作用？
指针是给程序指定了一个节点，用来执行特定指令的跳转。
指针在编程时，可随意定义。
并放在左侧母线的左边。
指针又分为分支指针和中断指针两类，其中，分支用指针P0～P127在使用时，要与相应的条件跳转相结合。
中断用指针I×××是指明某一中断源的中断程序入口指针，执行到中断返回指令时返回主程序。
它应在主程序结束指令之后使用。
4.条件跳转指令和主控指令有哪些区别？
它们各自的特点是什么？
条件跳转指令和主控指令都是在满足条件时不执行某段程序，但条件跳转指令比主控指令更宽泛一些，跳转不执行的内容，可以是任意范围而不受具体限制，而主控指令所不执行的那部分内容往往与所满足的条件有着一定的关联。
另外，条件跳转而不执行的那部分内容，状态保持而不被刷新，但主控指令不执行那部分，其状态则会被刷新清零。
5.为什么PLC的输出触点连接感性负载时需在负载两端并联浪涌保护电路？
可编程控制器的输出触点其带载能力较小，特别是晶体管输出时，当连接感性负载时，因触点闭合或断开时，感性负载即会产生高电压，高电压施加在输出触点上就会造成触点的损坏或降低其寿命。
增加浪涌保护电路（反接续流二极管、阻容回路），会使其抵消感性负载产生的高电压，从而保护输出触点不被损坏或延长触点的使用寿命。
6.断电保护型数据寄存器的主要作用是什么？
在什么场合使用比较合适？
可编程控制器中的数据寄存器可用来存放工艺数据或中间运行状态及结果，有时被控设备是在有序的进行加工，当出现中途停电或终止停车时，再次运行需要接着上一个工序继续进行，这就要求可编程控制器在中断控制时应具有记忆功能。
因数据寄存器分为记忆型和非记忆型，所以，当控制这类设备时，应先将输出结果输出给数据寄存器（记忆型），然后再转给输出继电器。
7.K4M0、K2X000、K2Y000分别代表什么涵义？
三菱FX2N型PLC中的软元件具有组输出。
其中，K4M0是指M0～M15；K2X000是指X000～X007；K2Y000是指Y000～Y007。
8.如何利用比较指令实现振荡脉冲电路？
通过对定时器或按照一定时间进行数值相加的寄存器当前值的比较，实现振荡电路。
如定时器设定值为12秒，即时间常数为K120，可通过对定时器当前值的触点比较（以60为界定），小于60则M0为“1”；大于60则M0为“0”。
同时，再设置定时器为自动启动，即可实现以6秒为节拍的振荡脉冲输出。
9.交替指令LAT和LATP有什么不同？
具体表现是什么？
交替输出指令LAT是接收输入信号，目标位元件[D]实施一次ON/OFF操作。
而交替输出指令LATP是接收输入信号的上升沿，目标位元件[D]实施一次ON/OFF操作。
边沿触发的特点是只与信号变化的瞬间有关，而与信号变化持续的时间无关。
在病床呼叫系统中，采用了LATP指令，这样病人启动呼叫信号时为报警呼叫，护士启动呼叫信号时，则为消除报警呼叫。
10.在用户编程时，什么情况下会使用子程序？
编制子程序一般遵循两个原则，其一是控制系统庞大，控制要求复杂，造成用户程序内容偏多，不便于工程技术人员和维修人员的阅读。
其二是有些程序的功能会在程序中反复执行，重复编写会造成程序的臃肿。
对于第一种，利用子程序可以将程序分割成易于管理的小块，使程序的结构简单。
方便工程技术人员的阅读、调试、查询、维护。
而对于第二种，可以将具有相同功能的程序内容归纳为子程序，在需要时随时调用，这极大地解决了程序臃肿问题，也可以提高程序扫描的时间。
项目三课后思考题
1.顺序控制系统主要应用在哪些领域？
顺序控制是指按照预先规定的顺序，对生产设备进行有序的操作。
它的特点是将较复杂的生产过程分解成若干的工作步骤，每个工作步骤都包含一个具体的控制任务，既形成一个状态。
由于顺序控制属于节拍性的工作流程，所以，它可以不考虑相邻节拍中控制对象之间的互锁或联锁。
这在某种程度上可使控制程序大大简化。
顺序控制通常在机械加工、生产制造、冶金生产、汽车装配线等领域中使用。
2.顺序控制和逻辑控制的主要区别有哪些？
顺序控制具有一定的工作节拍，控制过程按照工艺要求分步分时进行，而每步即为独立的控制内容，所以，顺序控制不需要严格的电气互锁，但控制时间相对较长一些。
而逻辑控制是根据工艺要求，实时地进行逻辑控制，同一时间内会有多个控制输出。
逻辑控制的特点是节省控制时间，但需要实施电气的互锁或联锁。
3.顺序控制中的步是什么意思？
步在控制程序中起什么作用？
在顺序控制中，步也称为状态。
步是指把系统的一个工作循环过程分解成若干个顺序相连的阶段。
步用矩形框表示，框内的数字表示步的编号。
在控制过程中，步被激活时称此步为活动步；反之称为非活动步，步的激活需要转换条件。
在控制程序中，每个步均指满足一定条件的操作内容。
把各个步串联起来，即为控制程序。
4.SFC程序中如何执行选择性分支？
SFC中的选择性分支是指流程通道在2个以上，并根据条件有选择地执行某个分支操作。
但流程向多分支转换时，只能转向某一个分支，具体转向哪个分支，与转换条件有关。
5.PLC程序设计的主要内容有哪些？
PLC控制系统设计的原则是在最大限度地满足被控对象控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、安全可靠。
此外，考虑到今后生产的发展和工艺的改进，在选择PLC机型时，应适当留有余地。
通常PLC控制系统的设计内容包括：
分析控制对象、明确设计任务和要求、选定PLC的型号及所需的I/O模块、绘制控制电路接线图、编写控制电路I/O分配表。
进行编程（顺序功能图、梯形图）设计、编写操作使用说明书等。
6.PLC程序设计的主要步骤有哪些？
PLC程序设计的主要步骤为
1）分析被控对象的工艺条件和控制要求，被控对象就是受控的机械、电器设备、生产线或者生产过程。
控制要求主要是指控制的基本方式，应完成的动作，自动工作循环的组成，必要的保护和连锁等。
2）PLC控制系统的硬件配置
PLC控制系统的硬件设计可以分为PLC机型的选择、I/O模块的选择、画出I/O端子的接线图等内容。
根据已确定的I/O设备，统计所需的I/O点数，选择合适的PLC类型（包括机型、存储容量、I/O模块和电源模块的选择等）。
3）软件设计
软件设计就是在硬件设计的基础上，分配输入元件和输出元件的地址号，应用相关编程软件编写用户应用程序。
根据控制要求设计出顺序功能图、梯形图或语句表等程序，这是整个设计的核心工作。
4）调试程序
将编译过的程序下载到PLC中，先进行仿真模拟调试，然后再进行现场系统调试。
如果控制系统是由几个部分组成的，则应先进行局部调试，再进行整体调试。
调试中出现的问题，要逐一排除，直至调试成功。
5）程序固化
若程序需频繁修改，可先选用RAM（RAM内的程序和数据需后备电池支持）；若长期使用不需改变或试运行期结束，可选用EPROM或EEPROM。
把已调试通过的程序写入EPROM或EEPROM中（具有断电保存功能，不需要再配置后备电池），将程序固化，PLC控制系统就可正式投入运行。
7.三菱FX2N系列PLC的移位指令有几种？
三菱FX2N系列PLC的移位指令分为8种：
即右循环移位指令、左循环移位指令、带进位右循环移位指令、带进位左循环移位指令、位右移指令、位左移指令、字右移指令、字左移指令等。
8.PLC移位指令的功能是什么？
在编程中具体有哪些应用？
PLC的移位指令其功能是实现某个通道中某个位信号的左有移动，移动后的通道可实现数据的改变、“1”状态的移动等。
在编程时利用移动指令可实现顺序控制节拍的形成。
也可以使数据形成代码实现逻辑控制，还可以实现数值的乘、除运算。
9.如何利用移位指令实现PLC的顺序控制？
通过PLC的移位指令实现顺序控制，其移位的效果既是产生节拍。
如PLC初次上电时，将数值1传送给K4M0，然后按照每个步的转换条件实施位左移操作，使“1”在M0～M15中逐位左行。
通过M0、M1、M2、……M15分别实现顺序控制。
M0～M15的每个位既是顺序控制节拍的条件，因为M0～M15的每个位每次只有一个位为“1”，所以，实现了顺序控制。
10.在三菱PLC编程软件中如何实现软元件的搜索和替换？
运行GXWorks2编程软件，在程序编辑器上按“空格”键，弹出“搜索对话框，在搜索对话框中既要选择梯形图符号，又要选择需要搜索的软元件，然后点击“搜索”按钮，光标就会停留在梯形图对应的软元件上，继续点击“搜索”按钮，光标继续寻找下一个软元件，直至搜索到程序的结尾。
软元件的搜索/替换还可以通过选择主菜单中的“搜索/替换\软元件搜索”操作完成，执行上述操作后，弹出“搜索/替换”软元件窗口，分别填写需要搜索的软元件和需要替换的软元件，确认后即可实现搜索的软元件被新的软元件替换功能。
项目四课后思考题
1.三菱FX2NPLC的特殊功能模块有哪些？
三菱FX2N系列PLC具有多种特殊功能模块，其中FX2N-2AD可用于模拟量输入处理（电压值或电流值），A/D转换后形成12位数值。
FX2N-2DA可用于模拟量输出处理，12位数值实施D/A转换后形成（电压值或电流值）。
除此而外，还有运动控制模块、高速计数器模块等。
2.三菱FX2NPLC与特殊功能模块如何进行连接？
三菱FX2N系列PLC特殊功能模块均作为扩展单元，它们与PLC的连接都是通过扩展电缆进行。
连接时将PLC主控制器放在左面，然后依此连接特殊功能模块，电缆之间的连接采用绞链式连接方式。
3.BFM的基本概念，它的主要功能有哪些？
BFM是特殊功能模块的缓冲寄存器，用来存放模拟量的数值和控制字。
在BFM中，#0中存储着模拟量转换成数字量后的低8位数据，#1中存储着模拟量转换成数字量后的高4位数据，转换后的数字量为12位。
#17中的b1、b0形成的二进制代码实现模拟量通道的选择和转换开始，既：
b0=0时，#0、#1读取CH1通道的数据内容并进行转换；
b0=1时，#0、#1读取CH2通道的数据内容并进行转换；
b1由0变成1时，模拟量开始向数字量转换。
4.三菱FX2NPLC的模拟量数据读取指令的主要功能？
特殊功能模块读指令FROM的参数由m1、m2、D、n构成，参数的功能及取值范围见下表。
特殊功能模块读指令
特殊功能模块读指令参数功能
参数
功能说明
m1
特殊功能模块位置编号，m1=0～7
m2
读出数据的特殊功能模块缓冲存储器BFM首址，m2=0～32767
D
BFM数据传送到PLC的存储字元件首地址
n
传送数据个数，n=1～32767
特殊功能模块读指令参数取值范围
参数
取值
m1
K/H
m2
K/H
D
KnYKnMKnSTCDV/ZK/H
n
K/H
当驱动条件成立时，把位置编号m1的特殊功能模块中以BFM#m2为首址的n个缓冲存储器的内容读到PLC中以D为首址的n个字元件中。
5.三菱FX2NPLC的模拟量数据写入指令的主要功能？
特殊功能模块写指令TO的参数由m1、m2、S、n构成，参数的功能及取值范围见下表。
特殊功能模块写指令
表4-6特殊功能模块读指令参数功能
参数
功能说明
m1
特殊功能模块位置编号，m1=0～7
m2
要写入数据到特殊功能模块缓冲存储器BFM首址，m2=0～32767
S
写入到BFM数据的字元件存储首址
n
传送数据个数，n=1～32767
特殊功能模块读指令参数取值范围
参数
取值
m1
K/H
m2
K/H
D
KnYKnMKnSTCDV/Z
n
K/H
当驱动条件成立时，把PLC中以S为首址的n个字元件的内容写入到位置编号为m1的特殊功能模块中以m2为首址的n个缓冲存储器BFM中。
6.为什么物料混配系统中对2号泵的启动需要沿触发？
2号泵运行与中液位有关，当达到高液位时，2号泵将停止运行。
开始进行绞拌。
当搅拌完成后开启放料阀，但是由于放料导致液位降到高液位以下，此时，由于中液位满足条件，所以，会导致2号泵继续工作。
利用上升沿触发，可以只在液位上升时2号泵启动有效，而在液位降低时，由于没有上升沿的出现，所以，2号泵不会启动。
7.利用振荡器信号处理物料混配系统中的搅拌器程序其优点有哪些？
首先振荡器是实施搅拌器正、反转控制，这正好迎合了振荡器的特点，其次，振荡器信号本身就是相互独立的两组驱动输出，所以，利用振荡器信号实现搅拌器的正、反转控制，既简单又可靠。
另外振荡器信号是脉冲信号，它可以直接驱动电动机的转向，而不需要对应的启停、换向、互锁、联锁处理。
8.三相电压调节模块采用什么信号进行控制？
主要功能是什么？
单相电压调节模块的主电路输入为AC：
220V；输出是AC：
0～220V。
其控制信号是4～20mA，控制信号（一路模拟量输出信号）由PLC提供，三个电压调节模块组成三相调节电压，4～20mA分别串联在三个单相电压调节模块的信号控制端，实施对输出电压的调节。
通过温度传感器，对烘道内的温度进行检测（多点检测），并与给定值进行比较，实施PID运算和调节，最终输出4～20mA控制信号，控制三个单相电压调节模块的电压输出。
从而控制加热元件的热量输出，恒定烘道的温度。
9.变频器是如何实现供水管网压力恒定的？
在高层供水系统中，因为用户用水量的变化导致供水管网压力下降，这一变化现象传输给变频器，变频器调整频率，以增加供水的流量。
当变频控制电动机的频率调整到50Hz时，供水管网的压力仍在下降，此时，就应该实施加泵，加泵的原则是将已经达到50Hz的供水泵电动机迅速切换到工频，然后利用变频器对另外1台水泵进行变频软启动。
以次增加供水流量的需求，恒定供水管网的压力恒定。
同理，当用户的用水量下降而导致供水管网压力上升时，迅速摘除工频泵，以减少供水流量，恒定供水管网压力。
10.为什么产品预热处理系统中对温度采用多点检测方式？
在对烘道的温度进行检测时，由于烘道很长，切靠近出入口处的温度片低，所以，单一的温度点检测，可能不能真实地反映烘道的温度，采取多点检测，即在不同位置放置传感器，然后再将多个测量信号进行平均值处理。
以次得到较为接近的烘道温度。
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