电气控制及S7-1200 PLC应用技术（第二版）（吴玮）课后习题及答案 -第1-4章

《电气控制及S7-1200PLC应用技术》课后习题参考答案第1章课后习题参考答案1.按照接入电路的电压等级不同，电器可分为哪两种类型？答：按电器所接入电路的电压等级不同可分为低压电器和高压电器。工作在交流电压1200V以下、直流电压1500V以下的电器称为低压电器，反之为高压电器。2.电磁式低压电器结构上大都由几个部分组成？各部分的作用是什么？答：结构上大都由触头、电磁机构和灭弧装置三个主要部分组成。触头是一切有机械触点电器的执行部件。这些电器通过触头的机械运动来接通或断开被控制电路。触头通常由动、静触点组合而成。电磁机构是电磁式低压电器的感测部件，它的作用是将电磁能量转换为机械能量，带动触头动作使之闭合或断开，最终实现被控制电路的接通或分断。灭弧装置主要用于消灭电弧，保证电器的安全运行。3.接触器的主要作用是什么？按主触点控制电路中电流种类的不同可分为哪两类？答：接触器是一种用于频繁地接通或断开交直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器，具有远距离操作功能。按主触点控制电路中电流种类的不同可分为直流接触器和交流接触器两类。4.交流接触器线圈误通相同电压的直流电，有什么现象？直流接触器线圈误通相同电压的交流电，有什么现象？答：交流接触器线圈通入直流电：线圈等效电抗减小，电流变大，容易使线圈烧坏。直流接触器线圈通入交流电：线圈等效电抗增大，电流变小，电磁机构吸力不足，衔铁无法吸合。5.试比较中间继电器和接触器的异同。答：中间继电器主要用于控制小电流、低电压的控制回路的通断；接触器具有主触点，主要用于控制大电流、高电压的控制回路的通断。6.试比较热继电器和温度继电器的异同。答：热继电器是电流过大的情况下，热继电器内部的热元件积累到一定的热量，就会动作。它没有具体的温度指标，只有过电流指标。它用于电器的过电流保护电路中。温度继电器是在设定的温度进行转换的继电器，它不检测电流，也不需要热的积累，只要传感器检测到的温度到达设定的温度，立即会动作。它用于温度的控制电路中。7.按照延时方式不同，有哪两种类型的时间继电器？延时时间到后，延时型常开、常闭触点如何动作？答：按照延时方式不同，有通电延时和断电延时两种时间继电器。延时时间到后，通电延时时间继电器的常开闭合、常闭断开；断电延时时间继电器的常开断开、常闭闭合。8.熔断器的作用是什么？与热继电器有何异同？答：熔断器常用于电路或用电设备的短路和严重过载保护。熔断器基于电流效应原理和发热元件热熔断原理而设计的，当电路发生短路故障时，熔断器中的熔体被瞬时熔断而分断电路，起到保护作用。具有一定的瞬动特性。热继电器是电流过大的情况下，热继电器内部的热元件积累到一定的热量，就会动作。它用于过电流保护电路中，具有一定的延时性。9.画出接触器、中间继电器的标准图文符号。答：接触器图文符号：中间继电器图文符号：10.什么是自锁电路？试画出自锁控制电路，并标明自锁触点。答：依靠自身触点使线圈保持通电的现象称为自锁。起自锁作用的触点称为自锁触点。图中，QA即为自锁触点。11.试设计异步电动机的正反转控制的主电路和控制电路。答：异步电动机的正反转控制的主电路和控制电路如下。12.试设计异步电动机星三角降压启动的主电路和控制电路。答：异步电动机星三角降压启动的主电路和控制电路如下。13.试设计四人抢答器的控制电路。答：四人抢答器的控制电路如下。第2章课后习题参考答案1.国际电工委员会关于PLC的定义是什么？答：可编程序控制器的定义是：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。2.PLC的主要功能有哪些？答：1）开关量逻辑控制2）模拟量控制3）闭环过程控制4）定时控制5）计数控制6）顺序（步进）控制7）数据处理8）信和联网。3.PLC的结构形式有哪些？答：PLC按结构形式可分为整体式、模块式和叠装式三类。1）整体式：整体式PLC是将电源、CPU、I/O部件都集中在一个机壳内。2）模块式：模块式结构是将PLC各部分分成若干个单独的模块，如电源模块、CPU模块、I/O模块和各种功能模块。模块式PLC由机架和各种模块组成。3）叠装式：将整体式和模块式结合起来。它除了基本单元外还有扩展模块和特殊功能模块，配置比较方便。4.PLC有哪些基本组成部分？答：从广义上说，PLC也是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言。所以PLC与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器(CPU)、存储器、输入／输出(I／O)接口、电源等。5.简述PLC的用户程序存储器的划分。答：用户程序存储器可分为三部分：用户程序区、数据区、系统区。用户程序区：用于存放用户经编程设备输入的应用程序。数据区：用于存放PLC在运行过程中所用到的和生成的各种工作数据。数据区包括输入、输出数据映像区，定时器、计数器的预置值和当前值的数据等。系统区：主要存放CPU的组态数据，如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等。6.简述PLC用户程序的工作过程。答：PLC对用户程序进行循环扫描可分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段：1）输入采样阶段：PLC以扫描方式集中采样顺序读入所有输入端的状态，并将此状态存入输入映像区。2）程序执行阶段：PLC根据梯形图程序从首地址开始按自左向右、自上向下的顺序，对每条指令逐句进行扫描，扫描一条，执行一条。3）输出刷新阶段：当所有指令执行完毕后，进入输出刷新阶段，CPU将输出映像区的内容集中转存到输出锁存器，然后传送到各相应的输出端子，最后再驱动实际输出负载。第3章课后习题参考答案1.S7-1200系列PLC包含几种型号的CPU？各CPU上集成的数字量、模拟量I/O点数分别为多少？答：S7-1200系列PLC包含5种型号的CPU：CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C以及CPU1217C。CPU1211C本机上具有6DI/4DO、2AI；CPU1212C本机上具有8DI/6DO、2AI；CPU1214C本机上具有14DI/10DO、2AI；CPU1215C本机上具有14DI/10DO、2AI/2AO；CPU1217C本机上具有14DI/10DO、2AI/2AO。2.某控制系统需要20点数字量输入、30点数字量输出、6点模拟量输入和3点模拟量输出，试对该系统进行硬件配置，并对I/O地址进行合理分配。答：设计PLC系统时，在考虑成本的同时，还需考虑冗余10%~20%的输入输出点数，硬件配置方法较多，给出一种可行方案：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软件架构包含几种块结构？简述各块的作用。答：S7-1200PLC软件架构包含4种块结构：组织块OB、功能块FB、功能FC和数据块DB。组织块OB：操作系统和用户程序之间的接口，用来定义程序结构。功能块FB：用户编写的代码块，带存储器（将输入/输出参数永久地存储在对应背景数据块中）。功能FC：用户编写的代码块，不带存储器，可使用全局数据块存储数据。数据块DB：存储用户程序数据的区域，分为全局数据块和背景数据块。4.简述功能FC和功能块FB的异同。答：功能FC和功能块FB都是用户自己编写的子程序块，区别在于：功能块FB自带对应的背景数据块，可以将输入/输出参数永久存储起来；而FC不带背景数据块。5.装载存储区和工作存储区分别对应哪一种类型的物理存储器？各自的作用是什么？答：装载存储区属于闪存/电可擦可编程只读存储器。下载到CPU中的用户程序将存储在装载存储区中，且CPU电源断电后数据不会丢失。工作存储区属于随机存取存储器。CPU上电后，将与程序执行有关的用户程序（如：OB、FB、FC、DB）从装载存储器复制到工作存储区中，提高CPU的访问速度；CPU断电后，工作存储区中的数据丢失。6.系统存储区包含哪几种类型？答：系统存储区包括输入过程映像区（Inputprocessimagearea）、输出过程映像区（Outputprocessimagearea）、位存储区（BitMemory）、临时数据存储区（TemporaryMemory）及数据块存储区（DatablockMemory）。7.在S7-1200中，试将50.25转化为32位单精度浮点数。答：①将实数的整数部分50转换为二进制数，即10#50=2#110010‬。②将小数部分0.25转换为二进制数，将0.25×2=0.5，第一位取0；将剩下的0.5×2=1.0，第二位取1。实数123.75转化为二进制下的110010.01。=3\*GB3③向左移动小数点，小数点前只保留1位有效数据位（值为1），得到1.1001001×25。可得，符号位为0；尾数位m为2#100_1001；指数位e为132（5+127），即2#1000_0100。50.25对应的32位单精度浮点数为：0_1000_0100_100_1001_0000_0000_0000_0000。8.S7-1200PLC的编程语言有几种？各有什么特点？答：S7-1200PLC的编程语言有3种标准编程语言：梯形图LAD、功能块图FBD和结构化控制语言SCL（即标准中的结构文本ST）。梯形图LAD类似于继电器接触器控制系统的控制线路图，特别适合逻辑控制场合。梯形图编程方法简单、修改方便且直观易懂，容易被初学者和熟悉继电器接触器系统的工程师掌握，是目前使用最为广泛的图形化编程语言。功能块图FBD是一种类似于数字逻辑门电路的图形化编程语言，也具有简单直观的优点，容易被具有数字逻辑电路基础的工程师掌握。功能块图用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入信号，右侧为输出信号，输入、输出端的小圆圈表示“取反”运算，各方框的连接线即为信号线，信号从左往右流动。结构化控制语言SCL是基于PASCAL的高级编程语言，支持赋值、数学运算、比较和位逻辑等标准语句，也支持IF-THEN、CASE-OF和WHILE-Do等控制语句，特别适合复杂算法、数学函数编程以及数据和配方管理过程优化等。9.S7-1200PLC的程序设计有几种方法？各有什么特点？答：S7-1200PLC的程序设计有三种方法：线性化编程、模块化编程和结构化编程。线性化编程是将整个用户程序连续放置在一个循环组织块（OB1）中，操作系统按照从上向下、从左至右的顺序周期性循环执行循环组织块中的所有程序，这种结构和继电器接触器控制系统类似。模块化编程是将复杂系统的控制要求分解为若干个子要求，对每个子要求编写独立的块程序（FC/FB），并在主程序OB1中根据条件对独立的程序块进行调用。被调用的程序块执行结束后，返回到OB1中的调用点，继续执行后续程序或调用其他程序块。模块化编程中OB1起着主程序的作用，FC/FB控制着不同的子要求，相当于主程序中调用的子程序。结构化编程是在将复杂系统任务分解的基础上，进一步对过程要求类似或相关的任务归类，在功能或功能块中编程，形成通用解决方案。通过不同的参数调用相同的功能或通过不同的背景数据块调用相同的功能块。第4章课后习题参考答案1.简述线圈输出指令、置位输出指令和置位位域指令的区别？答：输出线圈的状态取决于其输入端的逻辑运算结果，输入端闭合（逻辑运算结果为1），线圈得电；输入端断开，线圈失电。置位输出，输入端闭合后，将某个位保持置1（线圈保持得电状态）；输入端断开时，线圈不会失电，除非对该位进行复位。置位位域，可对一块连续位域中的所有位同时进行置位。2.简述边沿检测触点指令、边沿检测线圈指令和扫描RLO的边沿指令的区别？答：边沿检测触点指令，可以根据操作数bit有无边沿来控制触点通断。边沿检测线圈指令，可以根据线圈输入端信号有无上升沿来控制线圈通断。扫描RLO的边沿指令，可以根据指令输入端的逻辑运算结果RLO有无上升沿来控制输出Q的通断。3.试编写四人抢答器的PLC控制程序。答：I/O分配表：输入说明输出说明I0.11#选手抢答按钮SF1Q0.11#选手抢答指示灯KF1I0.22#选手抢答按钮SF2Q0.22#选手抢答指示灯KF2I0.33#选手抢答按钮SF3Q0.33#选手抢答指示灯KF3I0.44#选手抢答按钮SF4Q0.44#选手抢答指示灯KF4I0.0复位按钮SF44.S7-1200PLC具有几种类型的IEC定时器？它们的工作原理分别是什么？简述IEC定时器的刷新方式以及导致不计时的可能原因。答：（1）S7-1200PLC具有4种类型的IEC定时器：脉冲定时器TP、接通延时定时器TON、保持型接通延时定时器TONR、断开延时定时器TOF。（2）工作原理。脉冲定时器TP：输入端IN出现上升沿时，通过输出端Q产生预设时间间隔（由PT输入值决定）的脉冲。接通延时定时器TON：输入端IN变为1时启动定时器，当前值从0增加，达到设定值后，输出端Q导通；输入端IN变为0时，定时器复位。保持型接通延时定时器TONR：输入端IN变为1时启动定时器，当前值从上次的保持值继续增加，达到设定值后，输出端Q导通；输入端IN变为0时，定时器当前值保持。断开延时定时器TOF：输入端IN变为1时复位定时器，当前值为0，输出端Q导通；输入端IN变为0时启动定时器，当前值从0增加，达到设定值后，输出端Q断开。（3）刷新方式。S7-1200定时器在以下任一情况发生时均会更新当前值：①程序执行到功能块型定时器的输出端Q或ET时；②程序执行到定时器的背景数据块（或IEC_TIMER类型的变量）中的Q或ET时。（4）IEC定时器不计时的原因：①定时器输入端IN只有在检测到电平信号的跳变时，才会开始计时。TP、TON和TONR在输入端IN由0变为1时启动，TOF在输入端IN由1变为0时启动。如果把始终保持不变的信号作为输入端，定时器不会计时。②同一背景数据块或IEC_TIMER变量多次指定给不同的定时器，即定时器的背景数据块存在重复使用情况时，定时器不会计时。=3\*GB3③只有在功能块型定时器的输出端Q或ET连接至实际变量，或者在程序中使用背景数据块（或IEC_TIMER变量）中的输出Q或ET时，定时器才会开始计时，并会更新定时时间。5.S7-1200PLC具有几种类型的IEC计数器？它们的工作原理分别是什么？对它们进行复位后，对应的当前值CV和输出端Q分别是什么状态？答：（1）S7-1200PLC具有3种类型的IEC计数器：增计数器CTU、减计数器CTD和增减计数器CTUD。（2）工作原理：①CTU：脉冲输入端CU出现上升沿时，当前值CV加1，当前值大于等于设定值PV后，输出端Q导通；复位输入端R为1时，复位计数器，当前值为0，输出端Q断开。②CTD：脉冲输入端CD出现上升沿时，当前值CV减1，当前值小于等于0后，输出端Q导通；装载输入端LD为1时，复位计数器，当前值为设定值PV，输出端