自2011级《电气控制与PLC应用》习题答案.doc 9页

'PLC原理及应用习题集答案教材：《电气控制与PLC应用Ⅱ》习题(电子工业出版社第2版,2012年2月)说明：使用班级：自动化2011级，思考题仅提供课余讨论思考或课堂练习作业或按要求去完成，但不作为作业题。第一章常用低压控制电器习题1、电气图中QF、SB、SA、SQ、FU、KM、KA、KT分别是什么电气元件的文字符号？答：QF：自动空气开关（简称空开）；SB：控制按钮；SA：旋钮开关；SQ：行程开关或接近开关；FU：熔断器；KM：接触器：KA：中间继电器：KT：时间继电器。2、思考题：试设计出自己自家供电系统原理图。提示：用空开。3、思考题：某工厂控制室或家装有一（组）照明灯，需两地控制灯亮与灭，试绘制其电路原理图。提示：用两个开关，用2线连接，控制火线。两地控制的开关，是三个接线点：一公共点、其余两接线点是1开1闭点，这样两个接线点两个开关对接上，一公共点接火线，另一公共点下端接一组照明灯，照明灯另一端接零线即可。第二章电气控制线路的基本原则和基本环节习题1、现场调试现手头只有两个按钮、并且每一个按钮只有一个常开触点，设想可以增加别的电气元件，设计一台电动机的启动停止的控制电路。答：提示：用一个常开按钮控制启动，另一个常开按钮控制一个可以增加的别的中间继电器电气元件的线圈，用该继电器的常闭触点代替停止的常闭抽点（即是停止按钮）就行了。画出原理图就行了。2、思考题：设计一台电动机的星-三角启动停止主电路和控制电路（必须掌握！）。解释提示：上课详细讲述了主电路和控制电路，自己复习熟练掌握它。第三章可编程控制器基础习题1、PLC的定义是什么？答：可编程序控制器（简称PLC）是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时、算术运算、控制算法及通讯等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。2、PLC有哪些主要特点？1）可靠性高，抗干扰能力强；2）灵活性强，控制系统具有良好的柔性； 3）编程直观，使用实用性强；4）控制系统易于实现，底层开发较少，系统集成较多；可并行设计硬件和软件，易于大系统联合开发和攻关；5）维修方便，PLC系统自诊断能力完善。6）体积小，能耗低；7）功能强，性价比高等等。3、PLC有哪些主要功能？答：1)、开关量逻辑控制；2)、模拟量控制3)、闭环控制；4)、定时控制5)、计数控制；6)、顺序控制7)、数据处理；8)、通讯和联网等4、简述PLC用户程序的工作过程，有何特点？答：PLC对用户程序的工作过程是循环扫描，可分为三个阶段进行：1）、输入采样阶段（将现场的全部信息采集到控制器中）2）、程序执行阶段（从首地址开始执行程序、直到结束，并将结果存放在内部映像寄存器中）3）、输出刷新阶段（CPU将输出映像区的内容集中转存到输出锁存器，然后传送到各个相应的输出端子，最后再驱动实际输出负载）。特点是集中采样与集中输出。第四章S7-200PLC的系统配置习题1、特殊存储器标志位SM0.0、SM0.3、SM0.4、SM0.5的代表什么？2、S7-200CPU221和CPU222的本机I/O是如何分配的？3、S7-200CPU224和CPU226的本机I/O是如何分配的？4、S7-200CPU224XP的本机I/O是如何分配的？5、S7-200的模拟量输入模块EM231的地址是如何分配的？6、S7-200的模拟量输出模块EM232的地址是如何分配的？7、S7-200CPU224XP+16DI/16DO+4AI的地址是如何分配的？8、S7-200模拟量输入模块数据字格式是什么？9、S7-200模拟量精度或分标率是什么？答：1、（特殊存储器标志位SM0.0、SM0.3、SM0.4、SM0.5的代表什么？）SM0.0：运行时该位始终为1，也有的称“常ＯＮ”标志位。SM0.3：开机后进入RUN方式，该位将接通一个扫描周期SM0.4：该位提供一个周期为1分钟、占空比为50﹪的时钟脉冲SM0.5：该位提供一个周期为1秒钟、占空比为50﹪的时钟脉冲。2、（S7-200CPU221和CPU222的本机I/O是如何分配的？）CPU221：总I/O10点；本机数字输入6点，I0.0～I0.５；字节分配：IB0本机数字输出４点，Q0.0～Q0.３；字节分配：QB0CPU222：总I/O14点；本机数字输入8点，I0.0～I0.7；字节分配：IB0本机数字输出6点，Q0.0～Q0.5；字节分配：QB0 3、CPU224：总I/O24点；本机数字输入14点，I0.0～I0.7；I1.0～I1.5本机数字输出10点，Q0.0～Q0.7；Q1.0～Q1.1CPU226：总I/O40点；本机数字输入24点，I0.0～I0.7；I1.0～I1.7；I2.0～I2.7本机数字输出16点，Q0.0～Q0.7；Q1.0～Q1.74、CPU224XP：总I/O24点；本机数字输入14点，I0.0～I0.7；I1.0～I1.5本机数字输出10点，Q0.0～Q0.7；Q1.0～Q1.1总AI/O3通道：模拟量输入通道AIW0，AIW2；模拟量输出通道AQW0；说明：CPU224XP和CPU224DI/DO一样，只是多了模拟量的2AI/1AO通道及相关的频率提高到100kＨz等。5、S7-200的模拟量输入模块EM231的地址是如何分配的？EM231是模拟量输入模块,是4通道电流/电压输入,信号的量程(信号的变化范围,如-10～+10V,0～20mA等)用模块上的DIP开关拨到不同的位置(ON或OFF)设定,该模拟量输入模块需要供应24V直流电源。S7-200将模拟量值转换成1个字长（16位）的数据。可以用区域标志符AI、数据长度W及字节的起始地址来存取这些值。因为模拟值输入为1个字长，且从偶数位字节（如0、2、4、6）开始，所以必须用偶数字节地址（如AIW0、AIW2、AIW4、AIW6）来存取这些值。模拟量输入值为只读数据。模拟量转换的实际精度是12位。格式：AIW[起始字节地址]，如AIW0注意：三个要点答上就行！下一题该注意点相同。6、S7-200的模拟量输出模块EM232的地址是如何分配的？EM232是模拟量输出模块，是2通道电流/电压输出，信号的量程(信号的变化范围,如-10～+10V,0～20mA等)用模块上的DIP开关拨到不同的位置(ON或OFF)设定,该模拟量输出模块需要供应24V直流电源。S7-200把1个字长（16位）的数字值按比例转换为电流或电压。可以用区域标志符AQ、数据长度W及字节的起始地址来改变这些值。因为模拟量为1个字长，且从偶数位字节（如0、2、4、6）开始，所以必须用偶数字节地址（如AQW0、AQW2、AQW4、AQW6）来改变这些值。模拟量输出为只写数据。模拟量转换的实际精度是12位。格式：AQW[起始字节地址]，如AQW27、S7-200CPU224XP+16DI/16DO+4AI/1AO的地址是如何分配的？依此分配的地址排列如下：CPU224XP主机单元16DI/16DO扩展单元4AI/1AO扩展单元4AII／1AO4AII／1AO输入地址输入14点：I0.0～I0.7；I1.0～I1.5输入16点，I2.0～I2.7；I3.0～I3.7输入地址AIW4、AIW6AIW8、AIW10输入地址AIW12、AIW14AIW16、AIW18输入地址AIW20、AIW22AIW24、AIW26输出地址输出10点：Q0.0～Q0.7；输出16点，Q2.0～Q2.7；AQW4AQW8AQW12 Q1.0～Q1.1Q3.0～Q3.7模拟输入地址2通道AIW0，AIW2；模拟输出地址1通道AQW0；8、S7-200模拟量输入模块数据字格式是什么？是带符号的16位二进制数，双极性时，满量程-10V至+10V对应数字-32000至+32000；单极性时，满量程0至+10V对应数字0至32000。9、S7-200模拟量精度或分标率是什么？双极性时是11位数二进制的数值位加1位符号位；单极性时是12位二进制的数值位加1位符号位；从高位b15符号位依次放置数值位，双极性低4位b3b2b1b0和单极性低三位b2b1b0补0。第五章S7-200可PLC的指令系统习题1、说明西门子公司S7-200系列PLC下列内容的意义：1.1、I0.0和Q0.0；1.2、M0.0和V0.0；1.3、T36和T63；1.4、AIW0和AQW0；1.5、C0和AC0；解答：答：1.1I0.0表示输入映像寄存器0字节第1位（答b0位也对)；Q0.0表示输出映像寄存器0字节第1位（答b0位也对)；1.2M0.1表示内部标志位存储器（也称内部线圈）0字节第2位；V0.0表示变量存储器0字节第1位；1.3T36表示号为36时基10ms的TON（接通延时）或TOF（断开延时）定时器；T37表示号为37时基100ms的TON或TOF（断开延时）定时器；1.4AIW0表示模拟量输入映像寄存器0通道（或一个或第一通道）的字地址；AQW0表示模拟量输出映像寄存器0通道的字地址；1.5C0表示计数器存储器0；它具有一16位的当前值和一个一位的状态值； AC0表示累加器0，是32位可读写累加器单元。2．1、设计一个开机自检灯闪亮的S7-200PLC程序，开机后隔一秒，一个灯闪亮一秒停一秒；下一个灯灯闪亮一秒停一秒；共8个灯依次这样闪亮，用以检查灯的好坏。要求写出I/O分配表，编制梯形图原理程序并写出助记符程序。解答：参阅程序2.2、设计一个6个灯检查闪亮的S7-200PLC程序，开机后第一次按按钮，第一个灯亮，第二次按按钮，第二个灯亮，以此类推直到第六次按按钮，第六个灯亮，再按一次按钮，灯熄灭，这样用以检查灯的好坏。要求写出I/O分配表，编制梯形图原理程序并写出助记符程序。解答：参阅程序3、S7-200系列PLC中下列内容的意义：SMW22、SMW24和SMW26，SMB34，SMB35。解答：SMW22表示上次扫描时间，也就是当前扫描时间；SMW24表示最短的扫描时间；SMW26表示最长的扫描时间；SMB34定义定时中断0的时间间隔（从1-255ms，以1ms为增量）；SMB35定义定时中断1的时间间隔（从1-255ms，以1ms为增量）；4、编制一个S7-200PLC控制的10灯一秒钟循环闪亮的程序（用一个定时器或计数器，一秒定时或计数，依次控制10灯，完了再循环控制下一次依次，死循环控制）。答：参阅程序；5、思考题：试写出西门子公司S7-200系列PLC的CPU224XP（或用定时中断100毫秒）采集模拟输入值的控制程序（说明：CPU224XP和CPU224DI/DO一样，只是多了模拟量的2AI/1AO）答：参阅程序；第六章STEP7-Micro/WIN32编程软件习题1、STEP7-Micro∕WIN32的基本功能是什么？答：STEP7-Micro∕WIN32的基本功能是协助用户完成开发用户程序（控制应用软件），如创建用户程序、修改和编辑原有的用户程序，在线调试监控用户程序等。2、STEP7-Micro/WIN32编程程序的基本组件是什么？答：用户程序使用三个基本组织组件，包括主程序、子程序和中断服务程序，来结构化用户的控制程序。 主程序：主程序中包括控制应用的指令。S7--200在每一个扫描周期中顺序执行这些指令。主程序也被表示为OB1。子程序：子程序是应用程序中的可选组件。只有被主程序、中断服务程序或者其它子程序调用时，子程序才会执行。当您希望重复执行某项功能时，子程序是非常有用的。中断服务程序：中断服务程序是应用程序中的可选组件。当特定的中断事件发生时，中断服务程序执行。可以为一个预先定义好的中断事件设计一个中断服务程序。当特定的事件发生时，S7-200PLC会立即执行中断服务程序。3、练习题：上机练习：熟练掌握编程软件并通过实验验证第四章和第五章有关内容。第七章S7-300和S7-400PLC的系统配置与编程1、S7-300PLC本地最大可以扩展几个机架？每个机架最多可以安装几个I∕O模块？答：三个扩展机架，8块I∕O模块，加上中央机架总共4个机架，32个模块，2、S7-300PLC对每个槽位分配的I∕O字节是几个？分配的模拟量数据通道是几个？答：4个I∕O字节，对于32位，如I0.0～I3.7或Q0.0～Q3.7。分配的模拟量I∕O槽分配16个字节，而每个模拟量通道的地址占2个字节，所以共8个模拟量数据通道，如AI模块:PIW256～PIW270，或AO模块:PQW256～PQW270。3、S7-300模拟量数据字格式是什么？答：带符号的16位二进制数，双极性，-10V至+10V对应的满量程-27648至+27648。4、三菱FX系列（FX2N-5A，FX3U-4AD）模拟量输入数据字格式是什么？答：带符号的16位二进制数，三菱FX2N-5A模拟量模块-10～+10VDC对应-32000～+32000；FX3U-4AD模拟量输入模块-10～+10VDC对应-32000～+32000。5、简述三菱Q系列高速模拟量输入模块Q64ADH数据字格式和转换时间。6、S7-400PLC本地最大可以扩展几个机架？每个机架最多可以安装几个I∕O模块？7、S7-400PLC对每个槽位分配的I∕O字节是几个？分配的模拟量数据通道是几个？（注：5、6、7题答案参阅原始资料的内容！）8、思考题：西门子S7-200系列、S7-300、S7-400系列各种PLC和三菱FX系列、Q系列各种PLC的性能比较。第八章可编程控制器系统设计与应用习题（可选做1～2题）1．1、一台4000吨专用液压机设备，冲压压制某一规格产品的最终形成要靠位移的多少或者压力高低来控制，现该压机系统选用S7-200系列PLC用位移进行控制。位移传感器选用德国ASM公司的WS12-1000-10V-HG型号的传感器，AD模块选用S7-200系列 的相应AI模块。已知该型号位移传感器代表0～1000mm位移对应0～10V电压信号，也即对应AD的0～32000的数字采集信号；PLC系统配置是S7-200-CPU226+4AD，只用AD的第一通道采集位移信号。试写出完成该位移信号采集并转换成毫米数值和在950mm位移处发出控制保护信号的PLC的梯形图程序及语句表程序。解：参阅程序；1.2、某台专用压机设备系统，压力是控制系统的关键参数，如果系统选用西门子S7-200系列PLC进行监控，压力传感器选用德国进口的HAD-4444-B-400-000型号的传感器，AI模块选用S7-200的EM231型4AI的模拟输入模块。已知该型号压力传感器代表0～400Bar压力对应0～10VDC电压信号，也即对应AI的0～32000的数字信号；系统配置是S7-200的CPU226+EM231模拟输入模块，用AI的第一通道采集压力信号。试写出完成该压力信号采集并在200Bar和250Bar压力值时的控制保护信号的梯形图程序及语句表程序。解：参阅程序；1.3解：参阅程序；1.4解：参阅程序；2．1、用定时器中断设置一个每0.1S采集一次模拟输入值的控制程序（或做下面的习题3）。解：课堂上已经练习作了，参阅相关程序；2.2、解答：定时中断200ms，次数6次即可。3、某温度控制系统，要求设定控制的恒定温度是55℃，试用S7-200的PID指令，设计温度控制系统的PLC控制程序。解：参阅程序；4、在用于S7-300/400PLC程序设计中，OB1、OB35、OB100、FB41表示什么内容？答：在用于S7-300/400PLC程序设计中，OB1、OB35、OB100、FB41依次表示的内容是：OB1用于主程序循环组织块；OB35用于循环中断5组织块(缺省时间间隔：100ms)，它以固定的时间间隔来中断用户程序；OB100用于暖启动组织块；FB41是PID基本功能块，供应用程序调用。OB30：循环中断0组织块(缺省时间间隔：5s)；OB31：循环中断1组织块(缺省时间间隔：2s)； OB32：循环中断2组织块(缺省时间间隔：1s)；OB33：循环中断3组织块(缺省时间间隔：500ms)；OB34：循环中断4组织块(缺省时间间隔：200ms)；OB35：循环中断5组织块(缺省时间间隔：100ms)；OB36：循环中断6组织块(缺省时间间隔：50ms)；OB37：循环中断7组织块(缺省时间间隔：20ms)；OB38：循环中断8组织块(缺省时间间隔：10ms)；5、思考题：在液压伺服控制系统中，往往靠测量流量计流量计算出油缸的速度，计算公式是：Q=（VS）/1000000，其中：Q是流量、单位是升（L）/Min；V是速度、单位是mm/Min；S是油缸的截面、由（3.14/4）*D*D（D是直径，单位是mm）计算；已知VC流量计测得流量是0.16L~16L/Min对应二次仪表输出0~10VDC信号，用S7-200的AD模块测量，试编写计算速度V的梯形图程序及语句表程序。解：参阅程序；6、思考题：有条件可以上机练习熟练掌握编程软件并通过实验验证本章有关内容。第九章S7-200可编程序控制器的通讯与网络1、S7-200系列PLC是通过什么和工业以太网、PROFIBUS-DP网络连接通讯的？解：通过CP243-1工业以太网模块和EM277PROFIBUS-DP模块连接通讯的。思考题：1、S7-200可编程序控制器的基本系统是什么？通过怎样的通讯接口来编程和调试？解：基本系统是AC电源∕DC输入∕DC输出的一个CPU主机（如CPU221或222或224或226），PPI编程电缆，安装有STEP7-Micro∕WIN32的编程软件包的PC个人电脑。通过CPU主机的RS-485通讯口用PPI编程电缆和PC机连接编程和调试程序。第十章基于S7-300∕400的工业网络1、简述S7-300系列PLC的CPU317-2PN/DP模块的主要网络特性？答：1）PROFInet工业以太网网络，也可以在此网络上实现基于组件的自动化中实现分布式智能系统；2）MPI网络； 3）PROFIBUSDP主/从网络接口。说明：PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUSInternational，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。作为一项战略性的技术创新，PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。PROFINET是适用于不同需求的完整解决方案，其功能包括8个主要的模块，依次为实时通信、分布式现场设备、运动控制、分布式自动化、网络安装、IT标准和信息安全、故障安全和过程自动化。2、SIMATIC通信网络的主要类型有哪些？答：1）PTP（点对点）通信；2）MPI（多点接口）；3）Profibus（现场总线）；4）工业以太网；3、S7-400系列PLC的典型应用是什么？答：基本机架（最小槽位的），电源模块，CPU416-2DP，以太网模块，串行通信模块（可选，实现PtP），通过Profibus-DP网络连接S7-300系列PLC的各种信号模块。说明：由于有专门的通讯与网络课，本习题也可以作为课堂练习题做或授课时反复强调务必让学生理解并掌握就行。第九章和第十章综合思考题：1、西门子S7-200系列的PPI的网络、S7-300、S7-400系列PLC的MPI网络、Profibus-DP网络及工业以太网网络的性能比较。2014,11月定稿'