PLC应用技术（第4版）（微课版）（西门子S7-200 SMART）课后习题答案

项目一习题答案1.PLC是一种数字运算操作的电子装置，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指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。2.（1）可靠性高，抗干扰能力强；（2）编程方便，操作性强；（3）功能完善，应用灵活；（4）使用简单，调试维修方便。3.目前，PLC已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电子、机械制造、汽车、船舶、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等各行各业。4.PLC硬件主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、I/O接口电路、电源和外部设备等组成。5.与普通计算机一样，CPU是系统的核心部件，按系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作，完成运算和控制任务。CPU的主要用途如下：①接收从编程器输入的用户程序和数据，送入存储器存储。②用扫描方式接收输入设备的状态信号，并存入相应的数据区（输入映像寄存器）。③监测和诊断电源、PLC内部电路的工作状态和用户编程过程中的语法错误等。④执行用户程序。从存储器逐条读取用户指令，完成各种数据的运算、传送和存储等功能。⑤根据数据处理的结果，刷新有关标志位的状态和输出映像寄存器状态表的内容，再经过输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。6.开关量I/O接口即开关量输入接口和开关量输出接口。（1）开关量输入接口电路主要用于连接各种开关、按钮、传感器等开关型输入器件，将外部输入信号传入PLC内部，供程序处理。按现场信号可以接纳的电源类型不同，开关量输入接口电路可分为3类：直流输入接口、交流输入接口和交直流输入接口。使用时要根据输入信号的类型选择合适的输入模块。（2）开关量输出接口电路的作用是将PLC的输出信号传送到用户开关量输出设备。按输出开关器件的种类不同，PLC的输出有3种形式，即继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。其中，晶体管输出型接口只能接直流负载，为直流输出接口；双向晶闸管输出型接口只能接交流负载，为交流输出接口；继电器输出型接口既可接直流负载，也可接交流负载，为交直流输出接口。7.周期扫描过程包含输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。在输入采样阶段，PLC首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入内存中对应的各输入映像寄存器中。在程序执行阶段，根据PLC梯形图程序扫描原则，CPU按先左后右、先上后下的步序逐句扫描执行语句。在所有指令执行完毕后，进入输出刷新阶段，将输出映像寄存器中所有输出继电器Y的状态转存到输出锁存器中，通过隔离电路，驱动功率放大电路使输出端子向外界发出控制信号，驱动外部负载。8.启保停结构的PLC内部等效电路如下图所示：9.PLC执行梯形图程序时，CPU是按照从上往下、从左往右的顺序，一行一行地顺序扫描执行的，所以说PLC是“串行”工作方式。程序运行结果与梯形图顺序有关，因为PLC的程序是按顺序扫描执行的，例如某一个软继电器的线圈接通，则该线圈的所有常开和常闭触点并不一定都会立即动作，只有CPU扫描到该触点时才会动作。项目二习题答案1.定时器地址以“T”开头，编号范围为T0-T255，共256个定时器。计数器地址以“C”开头，编号范围为C0-C255，共256个计数器。定时器和计数器的地址特性主要体现在固定编号范围、专用字存储结构及依赖指令触发的功能逻辑上，而其他编程元件（如I/Q、V/M）则更灵活，支持多种数据格式和寻址方式。2.不同。采用外部常闭触点。因为安全性高，若外部线路故障（如断线），PLC输入信号丢失，程序逻辑自动触发停机，避免设备失控。3.触点串联指令可连续使用多次，无需特殊起始或结束指令；电路块串联指令的每个并联电路块必须以LD/LDI指令开头，每个电路块结束时必须使用ANB指令连接。触点并联指令直接使用OR/ORI指令，无需额外指令分隔；电路块并联指令的每个串联电路块必须以LD/LDI指令开头，每个块结束后必须使用ORB指令连接。4.（a）（b）5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.Q0.1在运行10s后接通。因为SM0.5为1HZ脉冲，计数器C0每1s加1,10s后计数到10，C0接通Q0.1。16.（a）（b）17.（a）（b）18.（a）（b）19.20.21.（a）（b）（c）22.23.24.26.28.29.30.项目三习题答案1.顺序功能图的三要素是步、转换条件、动作。有向连线是连接步与转换条件的箭头线段，用于指示控制流程的走向。2.顺序控制继电器装载指令SCR，标记顺序控制段的起始位置，装载状态继电器S的地址值，激活当前步骤；顺序控制继电器转移指令SCRT，实现步骤间的条件转移，当转换条件满足时激活下一步并关闭当前步；顺序控制继电器结束指令SCRE，标识当前SCR段的结束，必须与SCR指令成对出现。3.4.（a）并行分支结构LDSM0.1SS0.0,1RS0.1,40LDS0.0=Q0.0AI0.1SS1.1,1SS2.1,1SS3.1,1RS0.0,1LDS1.1=Q0.1AI0.2SS1.2,1RS1.1,1LDS1.2=Q0.2LDS2.1=Q0.3LDS3.1=Q0.4AI0.2SS3.2,1RS3.1,1LDS3.2=Q0.5LDS1.2AS2.1AS3.2AI0.4RS1.2,1RS2.1,1RS3.2,1SS4.0,1LDS4.0=Q0.6AI0.5SS0.0,1RS4.0,1（b）选择分支结构LDSM0.1SS0.0,1RS0.1,20LDS0.0LPSAI0.1RS0.0,1SS0.1,1LPPAI2.1RS0.0,1SS0.2,1LDS0.1=Q0.1AI0.2RS0.1,1SS0.3,1LDS0.2=Q0.3AI2.2RS0.2,1SS0.3,1LDS0.3=Q0.2AI1.0RS0.3,1SS0.0,15.6.7.8.9.10.11.项目四习题答案1.满足“字”数据类型的软元件主要包括VW、T、C、AIW、AQW、SW、LW、SMW等。2.32位变量占用4个字节（32位）的连续存储空间，每个地址对应1字节（8位），因此32位数据需要4个连续地址的字节组合而成。示例：在PLC的变量存储器（V区）中，双字（DWord）格式的地址如VD0表示由VB0、VB1、VB2、VB3四个字节组成。3.I0.0输入寄存器，1位；VW20变量存储器，26位；SB4顺序控制继电器，8位；ID0输入寄存器32位；C2计数器，16位；IB4输入寄存器，8位；MW1辅助继电器，16位。4.IB0:IB0;SW20:SB20-SB21;MD30:MB30-MB33;QD0:QB0-QB3;MW6:MB6-MB7。5.6.7.8.9.10.起始地址：必须为有效位地址且不越界。复位位数（N）：1~255，整数且不超出存储区容量。11.12.略13.14.VW0结果为1011010110100000,SM1.1为015.16.跳转指令（JMP/LBL）的注意事项:JMP和LBL指令必须成对出现在同一程序块（如主程序、子程序或中断程序）内，禁止跨程序块跳转。每个跳转标签（LBL）在程序块内必须唯一，不能重复定义；否则会导致逻辑混乱或编译错误。若跳转发生时定时器或计数器正在运行，则其当前值可能暂停更新，待跳转结束后继续执行，具体行为取决于定时器类型。子程序调用（SBR/CALL）的注意事项：同一子程序被多次调用时，其局部变量（L寄存器）会被同一地址区域覆盖，导致数据混乱。若子程序内部使用了定时器（如T37）或计数器（C0），且同一子程序被多次调用，会导致多个调用实例共享同一计时器编号，引发逻辑错误，需为每次调用分配独立编号或通过参数传递解决。子程序最多支持8层嵌套调用，超过此限制可能导致PLC停机或不可预测行为。S7-200SMART最多允许调用128个子程序，需合理规划程序结构。17.18.项目五习题答案1.高速脉冲输出与运动控制模块，支持PTO（脉冲串输出）和PWM（脉宽调制）模式，可实现伺服驱动系统的精准控制。信号板扩展模块，用户可灵活扩展通信端口（如RS485/RS232）、数字量I/O通道或模拟量输入输出通道，无需占用额外安装空间。模拟量模块，支持模拟量输入/输出（如0-10V或4-20mA信号），用于连接温度传感器、压力变送器或变频器。2.S_ITR指令用于将模拟量输入信号（整数类型）转换为实际工程值（实数类型）。例如，将PLC采集的0-27648范围的数字量（对应4-20mA或0-10V传感器信号）转换为0.0-100.0MPa的压力值或0.0-500.0℃的温度值。S_RTI指令用于将实际的工程值（实数类型）转换为模拟量输出的整数信号。例如，将0.0-100.0%的控制信号转换为0-27648范围的数字量，驱动变频器或阀门。3.4.参照任务二的“任务实施”。5.项目六习题答案1.（1）东西向：绿灯（Q0.0）亮6s，绿灯闪3次（亮0.5s灭0.5s），黄灯（Q0.1）亮2s，红灯（Q0.2）亮11s。（2）北向：红灯（Q0.5）亮11s，绿灯（Q0.3）亮6s，绿灯闪3次，黄灯（Q0.4）亮2s。2.将任务三程序中的I0.0用M5.0替换，I0.6用M5.1替换，增加如下所示程序。在屏幕绘制“手动回原点”、“启动”按钮，分别连接“M0.1”、“M0.1”，其他显示根据自身需求自由添加。项目七习题答案1.点动运行是指通过触发特定信号（如端子、按钮或面板操作）使电机以预设的固定低速短时间运行，常用于设备调试、机械调整或精准定位场景。运行期间需持续触发信号，信号停止则电机停止。多段速运行通过预设多个固定转速档位（通常为3-16段），通过外部数字量输入信号组合（如DI1、DI2、DI3）切换不同速度，适用于周期性或可变负载的连续运行场景（如传送带、搅拌机）。2.使能M0.0和M0.1启动程序块；M0.2接通选择写模式；MW2设置1120；MD6为20；MW16设置地址值；设置如下左图，仿真如下右图。同理设置下降时间。程序图仿真图项目八习题答案1.灵活性与可编程性提升：（1）逻辑修改无需硬件改动PLC通过软件编程实现控制逻辑，调整加工流程或新增功能时仅需修改程序，无需重新布线或更换物理继电器。例如，卧式车床需新增刀具切换流程时，传统继电器系统需重新设计电路，而PLC只需更新梯形图程序即可。（2）复杂逻辑实现能力PLC支持定时器、计数器、数据运算等高级功能，可轻松实现多轴联动控制、故障联锁保护等复杂逻辑，远超传统继电器系统的物理触点限制。例如，C650卧式车床通过PLC精确协调主轴转速与进给速度，提升加工效率。2.在设计具有多种工作方式的控制系统时，需综合考虑硬件架构、软件逻辑、安全性及扩展性等多方面因素。（1）模式划分与冲突规避需预先定义手动、自动（单周期/连续）、回原点等模式的触发条件与优先级，并通过硬件开关