PLC原理与实验复习题.docx

1、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

2、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

3、. 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

4、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

5、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： CPU221S7-200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

6、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

7、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。 EM231 TC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。 EM231 RTD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

8、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。 EM277Profibus-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。 C

9、P243-1 IT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。 CP243-2AS-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

10、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STEP 7-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

11、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STEP 7-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

12、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

13、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（Sequential Fun

14、ction Chart）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（Ladder Diagram）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（ Function Block Diagram ）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（Instruction List）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

15、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（Structured Text）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。 SI

16、MATIC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P

17、LC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（Process Field Bus）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： PROFIBUSDP用于分散的外部设备和自控设备之间的高速数据传输； PROFIBUSFMS适用于一般自动化的中速数据传输； PROFIBUSPA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?EM277Pro

18、fibus-DP从站模块S7-200在DP网中做从站，主站可以是S7300，S7400，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。

19、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-I15.72.输出映

20、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-Q15.73. 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

21、。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

22、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。

23、 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-AC313. 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

24、）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”

25、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

26、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，

27、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LDN

28、I，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 AAND（与）操作，用于常开触点，结果送入栈顶； ANAND（与）操作，用于常闭触点，结果送入栈顶； AIAND（与）操作，用于常开立即触点，结果送入栈顶； ANIAND（与）操作，用于常闭立即触点，结果送入栈顶；（3）O类（或）指令 OOR（或）

29、操作，用于常开触点，结果送入栈顶； ONOR（或）操作，用于常闭触点，结果送入栈顶； OIOR（或）操作，用于常开立即触点，结果送入栈顶； ONIOR（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

30、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