S7-1500PLC應(yīng)用技術(shù)郭瓊課后參考答案

第1章PLC概述1.1PLC具有什么特點(diǎn)？主要應(yīng)用在哪些方面？答：PLC也稱可編程序控制器（ProgrammableController），是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便；功能強(qiáng)大、通用性好等特點(diǎn)。1.2PLC按I/O點(diǎn)數(shù)可分為哪幾類？答：根據(jù)PLC及可擴(kuò)展的輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)，可以將PLC分為小型PLC、中型PLC和大型PLC三類。一般小型PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以下，中型PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)在256～2048個點(diǎn)，大型PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上。1.3整體式PLC與模塊式PLC各有什么特點(diǎn)？答：按PLC的結(jié)構(gòu)分類，PLC可分為整體式和模塊式。整體式PLC將電源、CPU、存儲器、I/O系統(tǒng)都集中在一個小箱體內(nèi)，小型PLC多為整體式PLC；模塊式PLC是按功能分成若干模塊，如電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、功能模塊、通訊模塊等，再根據(jù)系統(tǒng)要求，組合不同的模塊，形成不同用途的PLC，大中型的PLC多為模塊式PLC。1.4PLC按硬件結(jié)構(gòu)分為整體式PLC和模塊式PLC兩種。1.5試闡述PLC的工作原理。答：PLC工作時，采用周期循環(huán)掃描的工作方式；即在每個工作周期中，輸入、輸出接口的信號狀態(tài)都會被掃描一次并實(shí)時更新到過程映像輸入?yún)^(qū)、過程映像輸出區(qū)中；PLC中的用戶程序?qū)⒁援?dāng)前存儲到過程映像區(qū)的輸入、輸出狀態(tài)為基礎(chǔ)執(zhí)行程序，并將中間計(jì)算結(jié)果實(shí)時更新到過程映像輸出區(qū)中。1.6輸入輸出模塊是CPU與外部檢測和控制元件的接口。1.7S7-1500PLC系統(tǒng)可以由哪些模塊組成？答：可以由CPU、信號模塊、通信模塊、工藝模塊、電源模塊等模塊組成。1.8PLC控制系統(tǒng)與繼電接觸器控制系統(tǒng)在運(yùn)行方式上有何不同？答：繼電器控制系統(tǒng)采用的是“并行運(yùn)行”方式，各條支路同時上電；當(dāng)一個繼電器的線圈通電或者斷電，該繼電器的所有觸點(diǎn)都會立即同時動作。而PLC采用“周期循環(huán)掃描”的工作方式，即CPU是通過逐行掃描并執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)一個邏輯線圈接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)并不會立即動作，必須等到程序掃描執(zhí)行到該觸點(diǎn)時才會動作。第2章S7-1500PLC硬件系統(tǒng)2.1S7-1500CPU模塊可分為標(biāo)準(zhǔn)型、緊湊型、安全型和工藝型等類型。2.2存儲卡的作用是什么？答：主要用于存儲CPU的用戶程序。2.3什么是固件?為什么要固件更新？答：固件（Firmware）相當(dāng)于智能設(shè)備的操作系統(tǒng)，智能設(shè)備功能的更新以及一些錯誤的更正可通過固件版本的升級來實(shí)現(xiàn)。2.4S7-1500系統(tǒng)電源模塊的作用是什么？答：S7-1500PLC系統(tǒng)電源模塊分為兩種：負(fù)載電源(PM)、系統(tǒng)電源(PS)。PM模塊為S7-1500模塊的輸入輸出電路及傳感器、執(zhí)行器等器件提供電源；此外，在某些情況下還需要使用PM模塊為CPU和PS提供24VDC電源。PS模塊連接到背板總線（U型連接器）并專為背板總線提供內(nèi)部所需的系統(tǒng)電壓，系統(tǒng)電源為系統(tǒng)的各個模塊提供電源。2.5描述PLC數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出模塊的功能。答：通過輸入模塊將現(xiàn)場輸入變量采集并傳送到CPU進(jìn)行計(jì)算和邏輯處理，然后將CPU邏輯運(yùn)算結(jié)果和控制指令通過輸出模塊輸出并控制外部設(shè)備運(yùn)行的目的。2.6模擬量輸入模塊輸入電壓為1-5V，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量額定范圍是多少？答：0~27648。2.7模擬量輸出模塊電壓輸出范圍設(shè)置為（-10～+10），若模塊輸出電壓是-3.5V，則PLC輸出的數(shù)字量是多少？答：-9677。2.8S7-1500PLC系統(tǒng)的通信模塊支持哪些通信協(xié)議？答：PROFINET/ETHERNET、PROFIBUS以及PTP等協(xié)議。第3章TIAPortal編程軟件及使用3.1SIMATICSTEP7編程軟件可分為哪兩個版本？各自的適用范圍是什么？答：1）STEP基本版，用于組態(tài)S7-1200控制器。2）STEP7專業(yè)版，用于組態(tài)S7-1200、S7-1500、S7-300/400和WinAC。3.2S7-1500PLC支持哪些編程語言？各有什么特點(diǎn)？答：1）梯形圖、語句表、功能塊圖和結(jié)構(gòu)化控制語言等編程語言。2）由于PLC產(chǎn)生于替代繼電器邏輯功能的需求，因此其基本的編程語言梯形圖也非常接近于繼電器電路，它很容易被熟悉繼電器控制的電氣人員所掌握，特別適合于數(shù)字量邏輯控制。功能塊圖也是一種圖形化編程語言，是與數(shù)字邏輯電路類似的一種PLC編程語言，有數(shù)字電路基礎(chǔ)的技術(shù)人員很容易上手和掌握；但同樣的也不適合人工編寫復(fù)雜控制任務(wù)及大型程序的應(yīng)用。語句表是一種文本編程語言，類似于微機(jī)的匯編語言，適合于有一定編程基礎(chǔ)的程序員使用；存在著指令記憶困難、程序可讀性差的缺點(diǎn)，不適合人工編寫復(fù)雜控制任務(wù)及大型程序的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)化控制語言是一種類似PASCAL的高級編程語言，不僅可以完成PLC典型應(yīng)用（如輸入/輸出、定時、計(jì)數(shù)等），還可以具有循環(huán)、選擇、數(shù)組、高級函數(shù)等高級語言的特性，非常適合于復(fù)雜的運(yùn)算功能、數(shù)學(xué)函數(shù)、數(shù)據(jù)處理和管理以及過程優(yōu)化等。3.3通SIMATIC定時器相比，IEC定時器有什么優(yōu)點(diǎn)？答：SIMATIC定時器是CPU的特定資源，數(shù)量固定。I，IEC定時器占用CPU的工作存儲器資源，數(shù)量與工作存儲器大小有關(guān)，IEC定時器可設(shè)定的時間遠(yuǎn)大于SIMATIC定時器可設(shè)定的時間。3.4符號尋址有什么優(yōu)點(diǎn)？答：采用符號尋址便于記憶和識別，增強(qiáng)程序的可讀性、簡化程序的調(diào)試過程，為后續(xù)編程和維護(hù)提高效率。3.5強(qiáng)制功能有什么作用？使用時有什么約束？答：在程序調(diào)試過程中，由于硬件輸入信號不能在線修改而無法對程序進(jìn)行模擬調(diào)試；這時可通過強(qiáng)制功能讓某些I/O保持為用戶指定的值；與修改變量不同，一旦I/O被強(qiáng)制，則其始終保持為強(qiáng)制值，不受程序運(yùn)行影響，直到用戶取消強(qiáng)制功能。3.6在TIAPortal中選擇一款1500CPU，進(jìn)行硬件組態(tài)，并進(jìn)入相應(yīng)位置啟用系統(tǒng)時鐘功能，并在OB1程序中輸入圖3-78程序，在線仿真觀察程序運(yùn)行情況。答：略（參見教材例題）第4章S7-1500PLC的常用指令4.1按下按鈕SB1(I10.0)，輸出(Q4.0)變?yōu)椤?”狀態(tài)并保持；按鈕SB2(I10.1)）按下3次后(用計(jì)數(shù)器)，定時器開始計(jì)時，5s后輸出（Q4.0）變?yōu)椤?”狀態(tài)，同時計(jì)數(shù)器被復(fù)位。試編寫梯形圖程序。答：4.2采用沿檢測指令編寫一段程序，完成對MW0進(jìn)行初始化清零操作。4.3分析圖4.2中的定時器是否計(jì)時，如果不計(jì)時如何修改程序？答：1）可以在定時器功能框的Q連接變量；2）可以在定時器功能框的ET連接變量。4.4程序如圖所示，程序運(yùn)行后（MW4）的值是多少？（MW6）的值是多少？4.5根據(jù)下圖所示信號燈控制系統(tǒng)的時序圖設(shè)計(jì)出梯形圖。

答：4.6編寫一段程序，實(shí)現(xiàn)定時器自復(fù)位并產(chǎn)生脈沖。答：4.7編寫程序，完成如下控制要求：按下SB1按鈕，電機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)；按下SB2按鈕，電機(jī)點(diǎn)動運(yùn)轉(zhuǎn)；按下SB3按鈕，電機(jī)停止。答：4.8有一汽車停車場，最大容量只能停車1000輛，為了表示停車場是否有空位（Q4.0燈亮表示有空位、Q4.1燈亮表示已滿），試用PLC程序來實(shí)現(xiàn)控制要求。4.9洗手間小便池在有人使用時光電開關(guān)使I10.0為ON，沖水控制系統(tǒng)在使用者使用3s后令Q4.0為ON，沖水2s，使用者離開后沖水3s，設(shè)計(jì)出梯形圖程序。Q4.0Q4.0I10.03s2s3s答：4.10用PLC的輸入地址I10.0、I10.1的狀態(tài)控制輸出通道Q4.0的狀態(tài)，當(dāng)I10.0=1、I10.1=0時，輸出Q4.0以1.2s周期閃爍；當(dāng)I10.0=0、I10.1=1時，Q4.0以3s的周期閃爍；當(dāng)I10.0=1、I10.1=1時，Q4.0為ON。試采用程序控制指令編寫程序，滿足控制要求。

答：第5章程序塊及應(yīng)用5.1用戶程序中包含哪些程序塊？各有什么作用？答：包括組織塊（OB）、功能（FC）、功能塊（FB）和數(shù)據(jù)塊（DB）；各種程序塊的類型及功能描述見下表。程序塊功能簡要描述組織塊（OB）OB定義用戶程序的結(jié)構(gòu)，是操作系統(tǒng)和用戶程序之間的接口。功能（FC）FC包含用于處理重復(fù)任務(wù)的程序例程。FC沒有“存儲區(qū)”。功能塊（FB）FB是一種代碼塊，它將值永久地存儲在“存儲區(qū)”(背景數(shù)據(jù)塊)中，使得即使塊任務(wù)執(zhí)行完成后，這些值仍然可用。數(shù)據(jù)塊（DB）分為背景數(shù)據(jù)塊和全局?jǐn)?shù)據(jù)塊：背景數(shù)據(jù)塊與FB調(diào)用相關(guān)，在調(diào)用時自動生成，存儲特定FB的數(shù)據(jù)；全局?jǐn)?shù)據(jù)塊用于存儲程序數(shù)據(jù)，任何OB、FB或FC都可訪問全局DB中的數(shù)據(jù)。5.2程序循環(huán)組織塊和啟動組織塊有什么區(qū)別？答：要啟動用戶程序執(zhí)行，項(xiàng)目中至少要有一個循環(huán)執(zhí)行組織塊，例如OB1；操作系統(tǒng)在每個掃描周期，會按照序號由小到大的次序依次調(diào)用循環(huán)執(zhí)行組織塊。啟動組織塊Startup在CPU從STOP模式切換到RUN模式時執(zhí)行一次，執(zhí)行完后，開始執(zhí)行程序循環(huán)OB1。5.3采用結(jié)構(gòu)化程序編程有什么優(yōu)點(diǎn)？答：結(jié)構(gòu)化程序?qū)?fù)雜的自動化任務(wù)劃分為與工藝功能相對應(yīng)的更小的子任務(wù)，子任務(wù)在程序中以程序塊表示，通過對不同任務(wù)程序塊的調(diào)用來構(gòu)建程序。使各程序塊實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，從而實(shí)現(xiàn)在不同項(xiàng)目間反復(fù)使用，簡化用戶程序的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)；也使程序的測試和調(diào)試更為簡化。比較適合于較復(fù)雜的自動化控制任務(wù)設(shè)計(jì)。5.4FC和FB有什么區(qū)別？答：與FB不同，F(xiàn)C不具有相關(guān)的背景DB。而FB的輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)、輸入/輸出參數(shù)和靜態(tài)變量都存儲在一個單獨(dú)的、被指定給該功能塊的數(shù)據(jù)塊中，即背景數(shù)據(jù)塊。當(dāng)調(diào)用FB時，該背景數(shù)據(jù)塊會自動打開；當(dāng)塊退出時，背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)仍然保持。5.5使用延時中斷組織塊完成功能如下：當(dāng)輸入按鈕SB1信號由OFF變?yōu)镺N時，延時5s后啟動延時中斷組織塊，驅(qū)動輸出指示燈LED_1點(diǎn)亮。參考答案:1）OB1程序2)OB20程序5.6采用編程軟件設(shè)計(jì)一個定時器中斷，中斷周期為200ms，編寫程序使得中斷程序記錄執(zhí)行中斷的次數(shù)。答：5.7在FC塊中輸入以下程序，其中IN為接口輸入?yún)?shù)Input，OUT為接口輸出參數(shù)Output；啟用CPU的系統(tǒng)時鐘存儲器功能，在OB1中調(diào)用兩次FC塊，第一次調(diào)用FC時將時鐘存儲器的(Clock_1Hz)位賦值給FC的輸入?yún)?shù)IN，且FC塊第一次調(diào)用的輸出是第二次調(diào)用的輸入IN，完成程序編寫并仿真調(diào)試程序，分析和寫出該FC塊的功能。答：分頻電路。5.8全局?jǐn)?shù)據(jù)塊DB1中的變量MD100賦值為16#0101A0A1，試采用片段訪問的變量尋址方式編寫程序,分別讀出變量MD100的第0位、第2個字節(jié)、第1個字的值。答：第6章PLC綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)與分析6.1簡述PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容。答：PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容包括：1．分析被控對象，明確控制要求；2．確定輸入／輸出設(shè)備；3．選擇PLC類型、配置PLC系統(tǒng)；4．分配I/O點(diǎn)并設(shè)計(jì)PLC外圍硬件線路；5．程序設(shè)計(jì)；6．硬件實(shí)施；7．聯(lián)機(jī)調(diào)試；8．整理和編寫技術(shù)文件。6.2在西門子PLC模擬量轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)值中，單極性輸入信號時（如0～10V或4～20mA），對應(yīng)的正常數(shù)值范圍為是多少？答：單極性輸入信號時（如0～10V或4～20mA），對應(yīng)的正常數(shù)值范圍為0～27648（16#0000～16#6C00）。6.3如果選用電流傳感器（4～20mA）對水槽水位進(jìn)行實(shí)時檢測，（4～20mA）對應(yīng)水位高度(50～500)毫米，使用一個16位分辨率的模擬量輸入通道獲取水位信號，如果CPU獲得的數(shù)字量是10000，則對應(yīng)的水位高度是多少？答：計(jì)算水位高度=10000×127648編程時，可使用標(biāo)準(zhǔn)化指令NORM_X，縮放指令SCALE_X來完成數(shù)值映射與轉(zhuǎn)換。6.416位A/D轉(zhuǎn)換器對應(yīng)的模擬量輸入信號范圍是0～10V，當(dāng)前測得輸入電壓為2.5V，則CPU中獲得的對應(yīng)數(shù)字值是多少？如果CPU中獲得的數(shù)字值是16#0BBB，則其等效的模擬量輸入信號是多少伏？答：1）輸入電壓為2.5V，對應(yīng)數(shù)字值=2.510?02）當(dāng)前數(shù)字值是16#0BBB，對應(yīng)十進(jìn)制5673，對應(yīng)模擬量輸入值=5673276486.5在比例控制中，表達(dá)正確的選項(xiàng)是（B）。a)當(dāng)負(fù)荷變化后達(dá)到穩(wěn)定時，比例控制通常零誤差；b)當(dāng)負(fù)荷變化后達(dá)到穩(wěn)定時，比例控制通常會有誤差。6.6G120周期性數(shù)據(jù)通訊報(bào)文中PZD區(qū)由哪兩部分構(gòu)成？答：G120周期性數(shù)據(jù)通訊報(bào)文有效數(shù)據(jù)區(qū)域由2部分構(gòu)成，即PKW區(qū)（參數(shù)識別值）和PZD區(qū)（過程數(shù)據(jù)）。其中PZD是為控制和監(jiān)測變頻器而設(shè)計(jì)的，如果要控制變頻器啟停、設(shè)定頻率等參數(shù)則需要用到PZD，過程數(shù)據(jù)一直被傳輸，具有最高的優(yōu)先級和最短的間隙，其數(shù)據(jù)根據(jù)傳送方向不同而不同：當(dāng)數(shù)據(jù)由主站傳向變頻器時，PZD區(qū)由控制字STW和頻率設(shè)定值HSW構(gòu)成；當(dāng)數(shù)據(jù)由變頻器傳向主站時，PZD區(qū)由返回變頻器的狀態(tài)字ZSW和實(shí)際速度值HIW構(gòu)成。6.7編寫程序完成如下控制：3臺電動機(jī)順序啟動、逆序停止；按下啟動按鈕，電機(jī)按照M1～M3的順序，每隔5s啟動一臺，直至全部啟動；按下停止按鈕，電機(jī)按照M3～M1的順序，每隔10s停止一臺，直至全部停止。參考程序：起動按鈕、停止按鈕接至I10.0、I10.1；三臺電機(jī)控制繼電器接至Q5.0，Q5.1，Q5.2。6.8編寫程序，實(shí)現(xiàn)一部電動運(yùn)輸車供8個加工點(diǎn)使用的控制功能。電動車的控制要求如下：PLC上電后，車停在某個加工點(diǎn)（下稱工位），若無用車呼叫（下稱呼車）時，則各工位的指示燈亮，表示各工位可以呼車。某工作人員按本工位的呼車按鈕呼車時，各工位的指示燈均滅，此時別的工位呼車無效。如停車位呼車時，臺車不動，呼車工位號大于停車位號時，臺車自動向高位行駛，當(dāng)呼車位號小于停車位號時，臺車自動向低位行駛，當(dāng)臺車運(yùn)行到呼車工位時自動停車。從安全角度出發(fā)，停電再來電時，臺車不應(yīng)自行起動。習(xí)題6.8參考程序：8個工位的小車位置開關(guān)連接到I10.0~I10.7；呼叫按鈕連接到I11.0~I11.7；指示燈連接到Q4.0~Q4.7；小車左移控制Q5.0，右移控制Q5.1.。

第7章S7-1500PLC系統(tǒng)的通信應(yīng)用7.1SIMATICS7通信適用范圍是什么?S7通信是S7系列PLC基于MPI、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)的一種優(yōu)化的通信協(xié)議，特別適用于PLC與HMI、編程器之間，PLC與PLC之間的通信。S7協(xié)議是SIEMENSS7系列產(chǎn)品之間通訊使用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，其優(yōu)點(diǎn)是通信雙方無論是在同一MPI總線上、同一PROFIBUS總線上或同一工業(yè)以太網(wǎng)中，都可通過S7協(xié)議建立通信連接，使用相同的編程方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而與使用何種總線或網(wǎng)絡(luò)無關(guān)。7.2SIMATICS7通信采用客戶端/服務(wù)器應(yīng)用協(xié)議，服務(wù)器只能被訪問。7.3MB_CLIENT指令塊的CONNECT引腳數(shù)據(jù)類型是TCON_IP_V4。7.4列舉三種SIMATICNET網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。西門子工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為SIMATICNET，它提供了各種開放的、應(yīng)用于不同通信要求及安裝環(huán)境的通信系統(tǒng)；為滿足通信數(shù)據(jù)量和實(shí)時性的要求，SIMATICNET提供了工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS、EIB（EuropeanInstallationBus）、ASI（Actuator-Sensor-Interface）、串行通信等通信網(wǎng)絡(luò)。7.5S7通信中，PUT指令的作用是什么？GET指令的作用是什么？PUT/GET指令可以用于單方編程，一臺PLC作為服務(wù)器，另一臺PLC作為客戶端；通過在客戶端的PLC使用PUT/GET指令編寫通信程序?qū)崿F(xiàn)對服務(wù)器的讀寫操作；服務(wù)器側(cè)只需進(jìn)行相應(yīng)的配置，不需要編寫通信程序。PUT指令用于將本地?cái)?shù)據(jù)寫入遠(yuǎn)程CPU（服務(wù)器），GET指令用于從遠(yuǎn)程CPU（服務(wù)器）讀取數(shù)據(jù)。7.6客戶端/服務(wù)器（C/S）的作用各是什么？客戶端（主站）向服務(wù)器發(fā)送請求，服務(wù)器（從站）分析、處理請求，并向客戶端發(fā)送應(yīng)答。

第8章SCL編程語言8.1