電氣控制及S7-1200 PLC應(yīng)用技術(shù)（第二版）（吳瑋）課后習(xí)題及答案 -第1-4章

《電氣控制及S7-1200PLC應(yīng)用技術(shù)》課后習(xí)題參考答案第1章課后習(xí)題參考答案1.按照接入電路的電壓等級不同，電器可分為哪兩種類型？答：按電器所接入電路的電壓等級不同可分為低壓電器和高壓電器。工作在交流電壓1200V以下、直流電壓1500V以下的電器稱為低壓電器，反之為高壓電器。2.電磁式低壓電器結(jié)構(gòu)上大都由幾個部分組成？各部分的作用是什么？答：結(jié)構(gòu)上大都由觸頭、電磁機構(gòu)和滅弧裝置三個主要部分組成。觸頭是一切有機械觸點電器的執(zhí)行部件。這些電器通過觸頭的機械運動來接通或斷開被控制電路。觸頭通常由動、靜觸點組合而成。電磁機構(gòu)是電磁式低壓電器的感測部件，它的作用是將電磁能量轉(zhuǎn)換為機械能量，帶動觸頭動作使之閉合或斷開，最終實現(xiàn)被控制電路的接通或分?jǐn)?。滅弧裝置主要用于消滅電弧，保證電器的安全運行。3.接觸器的主要作用是什么？按主觸點控制電路中電流種類的不同可分為哪兩類？答：接觸器是一種用于頻繁地接通或斷開交直流主電路及大容量控制電路的自動切換電器，具有遠(yuǎn)距離操作功能。按主觸點控制電路中電流種類的不同可分為直流接觸器和交流接觸器兩類。4.交流接觸器線圈誤通相同電壓的直流電，有什么現(xiàn)象？直流接觸器線圈誤通相同電壓的交流電，有什么現(xiàn)象？答：交流接觸器線圈通入直流電：線圈等效電抗減小，電流變大，容易使線圈燒壞。直流接觸器線圈通入交流電：線圈等效電抗增大，電流變小，電磁機構(gòu)吸力不足，銜鐵無法吸合。5.試比較中間繼電器和接觸器的異同。答：中間繼電器主要用于控制小電流、低電壓的控制回路的通斷；接觸器具有主觸點，主要用于控制大電流、高電壓的控制回路的通斷。6.試比較熱繼電器和溫度繼電器的異同。答：熱繼電器是電流過大的情況下，熱繼電器內(nèi)部的熱元件積累到一定的熱量，就會動作。它沒有具體的溫度指標(biāo)，只有過電流指標(biāo)。它用于電器的過電流保護(hù)電路中。溫度繼電器是在設(shè)定的溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)換的繼電器，它不檢測電流，也不需要熱的積累，只要傳感器檢測到的溫度到達(dá)設(shè)定的溫度，立即會動作。它用于溫度的控制電路中。7.按照延時方式不同，有哪兩種類型的時間繼電器？延時時間到后，延時型常開、常閉觸點如何動作？答：按照延時方式不同，有通電延時和斷電延時兩種時間繼電器。延時時間到后，通電延時時間繼電器的常開閉合、常閉斷開；斷電延時時間繼電器的常開斷開、常閉閉合。8.熔斷器的作用是什么？與熱繼電器有何異同？答：熔斷器常用于電路或用電設(shè)備的短路和嚴(yán)重過載保護(hù)。熔斷器基于電流效應(yīng)原理和發(fā)熱元件熱熔斷原理而設(shè)計的，當(dāng)電路發(fā)生短路故障時，熔斷器中的熔體被瞬時熔斷而分?jǐn)嚯娐?，起到保護(hù)作用。具有一定的瞬動特性。熱繼電器是電流過大的情況下，熱繼電器內(nèi)部的熱元件積累到一定的熱量，就會動作。它用于過電流保護(hù)電路中，具有一定的延時性。9.畫出接觸器、中間繼電器的標(biāo)準(zhǔn)圖文符號。答：接觸器圖文符號：中間繼電器圖文符號：10.什么是自鎖電路？試畫出自鎖控制電路，并標(biāo)明自鎖觸點。答：依靠自身觸點使線圈保持通電的現(xiàn)象稱為自鎖。起自鎖作用的觸點稱為自鎖觸點。圖中，QA即為自鎖觸點。11.試設(shè)計異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制的主電路和控制電路。答：異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制的主電路和控制電路如下。12.試設(shè)計異步電動機星三角降壓啟動的主電路和控制電路。答：異步電動機星三角降壓啟動的主電路和控制電路如下。13.試設(shè)計四人搶答器的控制電路。答：四人搶答器的控制電路如下。第2章課后習(xí)題參考答案1.國際電工委員會關(guān)于PLC的定義是什么？答：可編程序控制器的定義是：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外部設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則而設(shè)計”。2.PLC的主要功能有哪些？答：1）開關(guān)量邏輯控制2）模擬量控制3）閉環(huán)過程控制4）定時控制5）計數(shù)控制6）順序（步進(jìn)）控制7）數(shù)據(jù)處理8）信和聯(lián)網(wǎng)。3.PLC的結(jié)構(gòu)形式有哪些？答：PLC按結(jié)構(gòu)形式可分為整體式、模塊式和疊裝式三類。1）整體式：整體式PLC是將電源、CPU、I/O部件都集中在一個機殼內(nèi)。2）模塊式：模塊式結(jié)構(gòu)是將PLC各部分分成若干個單獨的模塊，如電源模塊、CPU模塊、I/O模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由機架和各種模塊組成。3）疊裝式：將整體式和模塊式結(jié)合起來。它除了基本單元外還有擴展模塊和特殊功能模塊，配置比較方便。4.PLC有哪些基本組成部分？答：從廣義上說，PLC也是一種工業(yè)控制計算機，只不過比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適用于控制要求的編程語言。所以PLC與計算機控制系統(tǒng)十分相似，也具有中央處理器(CPU)、存儲器、輸入／輸出(I／O)接口、電源等。5.簡述PLC的用戶程序存儲器的劃分。答：用戶程序存儲器可分為三部分：用戶程序區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、系統(tǒng)區(qū)。用戶程序區(qū)：用于存放用戶經(jīng)編程設(shè)備輸入的應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)區(qū)：用于存放PLC在運行過程中所用到的和生成的各種工作數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)區(qū)包括輸入、輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)，定時器、計數(shù)器的預(yù)置值和當(dāng)前值的數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)區(qū)：主要存放CPU的組態(tài)數(shù)據(jù)，如輸入輸出組態(tài)、設(shè)置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲區(qū)保持范圍、模擬電位器設(shè)置、高速計數(shù)器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等。6.簡述PLC用戶程序的工作過程。答：PLC對用戶程序進(jìn)行循環(huán)掃描可分為三個階段進(jìn)行，即輸入采樣階段，程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段：1）輸入采樣階段：PLC以掃描方式集中采樣順序讀入所有輸入端的狀態(tài)，并將此狀態(tài)存入輸入映像區(qū)。2）程序執(zhí)行階段：PLC根據(jù)梯形圖程序從首地址開始按自左向右、自上向下的順序，對每條指令逐句進(jìn)行掃描，掃描一條，執(zhí)行一條。3）輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，進(jìn)入輸出刷新階段，CPU將輸出映像區(qū)的內(nèi)容集中轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，然后傳送到各相應(yīng)的輸出端子，最后再驅(qū)動實際輸出負(fù)載。第3章課后習(xí)題參考答案1.S7-1200系列PLC包含幾種型號的CPU？各CPU上集成的數(shù)字量、模擬量I/O點數(shù)分別為多少？答：S7-1200系列PLC包含5種型號的CPU：CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C以及CPU1217C。CPU1211C本機上具有6DI/4DO、2AI；CPU1212C本機上具有8DI/6DO、2AI；CPU1214C本機上具有14DI/10DO、2AI；CPU1215C本機上具有14DI/10DO、2AI/2AO；CPU1217C本機上具有14DI/10DO、2AI/2AO。2.某控制系統(tǒng)需要20點數(shù)字量輸入、30點數(shù)字量輸出、6點模擬量輸入和3點模擬量輸出，試對該系統(tǒng)進(jìn)行硬件配置，并對I/O地址進(jìn)行合理分配。答：設(shè)計PLC系統(tǒng)時，在考慮成本的同時，還需考慮冗余10%~20%的輸入輸出點數(shù)，硬件配置方法較多，給出一種可行方案：CPU1215C（14DI/10DO、2AI/2AO）+SM1223（8DI/8DO）+SM1222（16DO）+SM1234（4AI/2AO）CPU1215CSM1223SM1222SM1234DI14DO10AI2AO1DI8DO8DO16AI4AO2I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1IW64IW66QW64QW66I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6Q2.7Q3.0Q3.1Q3.2Q3.3Q3.4Q3.5Q3.6Q3.7Q4.0Q4.1Q4.2Q4.3Q4.4Q4.5Q4.6Q4.7IW76IW78IW80IW82QW72QW743.S7-1200PLC軟件架構(gòu)包含幾種塊結(jié)構(gòu)？簡述各塊的作用。答：S7-1200PLC軟件架構(gòu)包含4種塊結(jié)構(gòu)：組織塊OB、功能塊FB、功能FC和數(shù)據(jù)塊DB。組織塊OB：操作系統(tǒng)和用戶程序之間的接口，用來定義程序結(jié)構(gòu)。功能塊FB：用戶編寫的代碼塊，帶存儲器（將輸入/輸出參數(shù)永久地存儲在對應(yīng)背景數(shù)據(jù)塊中）。功能FC：用戶編寫的代碼塊，不帶存儲器，可使用全局?jǐn)?shù)據(jù)塊存儲數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)塊DB：存儲用戶程序數(shù)據(jù)的區(qū)域，分為全局?jǐn)?shù)據(jù)塊和背景數(shù)據(jù)塊。4.簡述功能FC和功能塊FB的異同。答：功能FC和功能塊FB都是用戶自己編寫的子程序塊，區(qū)別在于：功能塊FB自帶對應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊，可以將輸入/輸出參數(shù)永久存儲起來；而FC不帶背景數(shù)據(jù)塊。5.裝載存儲區(qū)和工作存儲區(qū)分別對應(yīng)哪一種類型的物理存儲器？各自的作用是什么？答：裝載存儲區(qū)屬于閃存/電可擦可編程只讀存儲器。下載到CPU中的用戶程序?qū)⒋鎯υ谘b載存儲區(qū)中，且CPU電源斷電后數(shù)據(jù)不會丟失。工作存儲區(qū)屬于隨機存取存儲器。CPU上電后，將與程序執(zhí)行有關(guān)的用戶程序（如：OB、FB、FC、DB）從裝載存儲器復(fù)制到工作存儲區(qū)中，提高CPU的訪問速度；CPU斷電后，工作存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)丟失。6.系統(tǒng)存儲區(qū)包含哪幾種類型？答：系統(tǒng)存儲區(qū)包括輸入過程映像區(qū)（Inputprocessimagearea）、輸出過程映像區(qū)（Outputprocessimagearea）、位存儲區(qū)（BitMemory）、臨時數(shù)據(jù)存儲區(qū)（TemporaryMemory）及數(shù)據(jù)塊存儲區(qū)（DatablockMemory）。7.在S7-1200中，試將50.25轉(zhuǎn)化為32位單精度浮點數(shù)。答：①將實數(shù)的整數(shù)部分50轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，即10#50=2#110010?。②將小數(shù)部分0.25轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，將0.25×2=0.5，第一位取0；將剩下的0.5×2=1.0，第二位取1。實數(shù)123.75轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制下的110010.01。=3\*GB3③向左移動小數(shù)點，小數(shù)點前只保留1位有效數(shù)據(jù)位（值為1），得到1.1001001×25。可得，符號位為0；尾數(shù)位m為2#100_1001；指數(shù)位e為132（5+127），即2#1000_0100。50.25對應(yīng)的32位單精度浮點數(shù)為：0_1000_0100_100_1001_0000_0000_0000_0000。8.S7-1200PLC的編程語言有幾種？各有什么特點？答：S7-1200PLC的編程語言有3種標(biāo)準(zhǔn)編程語言：梯形圖LAD、功能塊圖FBD和結(jié)構(gòu)化控制語言SCL（即標(biāo)準(zhǔn)中的結(jié)構(gòu)文本ST）。梯形圖LAD類似于繼電器接觸器控制系統(tǒng)的控制線路圖，特別適合邏輯控制場合。梯形圖編程方法簡單、修改方便且直觀易懂，容易被初學(xué)者和熟悉繼電器接觸器系統(tǒng)的工程師掌握，是目前使用最為廣泛的圖形化編程語言。功能塊圖FBD是一種類似于數(shù)字邏輯門電路的圖形化編程語言，也具有簡單直觀的優(yōu)點，容易被具有數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)的工程師掌握。功能塊圖用類似與門、或門的方框來表示邏輯運算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運算的輸入信號，右側(cè)為輸出信號，輸入、輸出端的小圓圈表示“取反”運算，各方框的連接線即為信號線，信號從左往右流動。結(jié)構(gòu)化控制語言SCL是基于PASCAL的高級編程語言，支持賦值、數(shù)學(xué)運算、比較和位邏輯等標(biāo)準(zhǔn)語句，也支持IF-THEN、CASE-OF和WHILE-Do等控制語句，特別適合復(fù)雜算法、數(shù)學(xué)函數(shù)編程以及數(shù)據(jù)和配方管理過程優(yōu)化等。9.S7-1200PLC的程序設(shè)計有幾種方法？各有什么特點？答：S7-1200PLC的程序設(shè)計有三種方法：線性化編程、模塊化編程和結(jié)構(gòu)化編程。線性化編程是將整個用戶程序連續(xù)放置在一個循環(huán)組織塊（OB1）中，操作系統(tǒng)按照從上向下、從左至右的順序周期性循環(huán)執(zhí)行循環(huán)組織塊中的所有程序，這種結(jié)構(gòu)和繼電器接觸器控制系統(tǒng)類似。模塊化編程是將復(fù)雜系統(tǒng)的控制要求分解為若干個子要求，對每個子要求編寫?yīng)毩⒌膲K程序（FC/FB），并在主程序OB1中根據(jù)條件對獨立的程序塊進(jìn)行調(diào)用。被調(diào)用的程序塊執(zhí)行結(jié)束后，返回到OB1中的調(diào)用點，繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)程序或調(diào)用其他程序塊。模塊化編程中OB1起著主程序的作用，F(xiàn)C/FB控制著不同的子要求，相當(dāng)于主程序中調(diào)用的子程序。結(jié)構(gòu)化編程是在將復(fù)雜系統(tǒng)任務(wù)分解的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對過程要求類似或相關(guān)的任務(wù)歸類，在功能或功能塊中編程，形成通用解決方案。通過不同的參數(shù)調(diào)用相同的功能或通過不同的背景數(shù)據(jù)塊調(diào)用相同的功能塊。第4章課后習(xí)題參考答案1.簡述線圈輸出指令、置位輸出指令和置位位域指令的區(qū)別？答：輸出線圈的狀態(tài)取決于其輸入端的邏輯運算結(jié)果，輸入端閉合（邏輯運算結(jié)果為1），線圈得電；輸入端斷開，線圈失電。置位輸出，輸入端閉合后，將某個位保持置1（線圈保持得電狀態(tài)）；輸入端斷開時，線圈不會失電，除非對該位進(jìn)行復(fù)位。置位位域，可對一塊連續(xù)位域中的所有位同時進(jìn)行置位。2.簡述邊沿檢測觸點指令、邊沿檢測線圈指令和掃描RLO的邊沿指令的區(qū)別？答：邊沿檢測觸點指令，可以根據(jù)操作數(shù)bit有無邊沿來控制觸點通斷。邊沿檢測線圈指令，可以根據(jù)線圈輸入端信號有無上升沿來控制線圈通斷。掃描RLO的邊沿指令，可以根據(jù)指令輸入端的邏輯運算結(jié)果RLO有無上升沿來控制輸出Q的通斷。3.試編寫四人搶答器的PLC控制程序。答：I/O分配表：輸入說明輸出說明I0.11#選手搶答按鈕SF1Q0.11#選手搶答指示燈KF1I0.22#選手搶答按鈕SF2Q0.22#選手搶答指示燈KF2I0.33#選手搶答按鈕SF3Q0.33#選手搶答指示燈KF3I0.44#選手搶答按鈕SF4Q0.44#選手搶答指示燈KF4I0.0復(fù)位按鈕SF44.S7-1200PLC具有幾種類型的IEC定時器？它們的工作原理分別是什么？簡述IEC定時器的刷新方式以及導(dǎo)致不計時的可能原因。答：（1）S7-1200PLC具有4種類型的IEC定時器：脈沖定時器TP、接通延時定時器TON、保持型接通延時定時器TONR、斷開延時定時器TOF。（2）工作原理。脈沖定時器TP：輸入端IN出現(xiàn)上升沿時，通過輸出端Q產(chǎn)生預(yù)設(shè)時間間隔（由PT輸入值決定）的脈沖。接通延時定時器TON：輸入端IN變?yōu)?時啟動定時器，當(dāng)前值從0增加，達(dá)到設(shè)定值后，輸出端Q導(dǎo)通；輸入端IN變?yōu)?時，定時器復(fù)位。保持型接通延時定時器TONR：輸入端IN變?yōu)?時啟動定時器，當(dāng)前值從上次的保持值繼續(xù)增加，達(dá)到設(shè)定值后，輸出端Q導(dǎo)通；輸入端IN變?yōu)?時，定時器當(dāng)前值保持。斷開延時定時器TOF：輸入端IN變?yōu)?時復(fù)位定時器，當(dāng)前值為0，輸出端Q導(dǎo)通；輸入端IN變?yōu)?時啟動定時器，當(dāng)前值從0增加，達(dá)到設(shè)定值后，輸出端Q斷開。（3）刷新方式。S7-1200定時器在以下任一情況發(fā)生時均會更新當(dāng)前值：①程序執(zhí)行到功能塊型定時器的輸出端Q或ET時；②程序執(zhí)行到定時器的背景數(shù)據(jù)塊（或IEC_TIMER類型的變量）中的Q或ET時。（4）IEC定時器不計時的原因：①定時器輸入端IN只有在檢測到電平信號的跳變時，才會開始計時。TP、TON和TONR在輸入端IN由0變?yōu)?時啟動，TOF在輸入端IN由1變?yōu)?時啟動。如果把始終保持不變的信號作為輸入端，定時器不會計時。②同一背景數(shù)據(jù)塊或IEC_TIMER變量多次指定給不同的定時器，即定時器的背景數(shù)據(jù)塊存在重復(fù)使用情況時，定時器不會計時。=3\*GB3③只有在功能塊型定時器的輸出端Q或ET連接至實際變量，或者在程序中使用背景數(shù)據(jù)塊（或IEC_TIMER變量）中的輸出Q或ET時，定時器才會開始計時，并會更新定時時間。5.S7-1200PLC具有幾種類型的IEC計數(shù)器？它們的工作原理分別是什么？對它們進(jìn)行復(fù)位后，對應(yīng)的當(dāng)前值CV和輸出端Q分別是什么狀態(tài)？答：（1）S7-1200PLC具有3種類型的IEC計數(shù)器：增計數(shù)器CTU、減計數(shù)器CTD和增減計數(shù)器CTUD。（2）工作原理：①CTU：脈沖輸入端CU出現(xiàn)上升沿時，當(dāng)前值CV加1，當(dāng)前值大于等于設(shè)定值PV后，輸出端Q導(dǎo)通；復(fù)位輸入端R為1時，復(fù)位計數(shù)器，當(dāng)前值為0，輸出端Q斷開。②CTD：脈沖輸入端CD出現(xiàn)上升沿時，當(dāng)前值CV減1，當(dāng)前值小于等于0后，輸出端Q導(dǎo)通；裝載輸入端LD為1時，復(fù)位計數(shù)器，當(dāng)前值為設(shè)定值PV，輸出端