S71200PLC原理及应用基础路泽永部分习题答案

第1章1.5知识技能巩固练习PLC与继电接触器控制比较有哪些优点？答：（1）控制方法继电-接触器控制系统由继电器等低压电器组成具有一定逻辑的控制电路，采用硬件接线实现，连线多而复杂，体积较大，一旦控制系统想改变或增加功能都很困难。同时，由于继电器触点数目有限，所以继电-接触器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。PLC控制系统采用了计算机技术，系统由软件和硬件组成，通过编程来实现要求的功能，要改变控制功能，只需改变程序即可，故也称“软接线”。控制系统连线少、体积小、功耗低，而且PLC控制系统中所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的，因此其灵活性和扩展性极佳。（2）工作方式在继电-接触器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。PLC控制系统的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。（3）控制速度继电-接触器控制系统是依靠机械触点的动作实现控制，工作频率低，触点的动作一般在几十毫秒，偶尔还会出现抖动问题。PLC控制系统是通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快，一般一条程序指令执行时间在微秒级，且PLC内部还有严格的同步不会出现触点抖动问题。（4）定时控制继电-接触器控制系统利用时间继电器的滞后动作实现定时控制，精度不高，易受环境温度和湿度的影响，调整时间困难。有些特殊的时间继电器结构复杂，不便于维护。PLC控制系统的定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，定时精度高，且PLC定时时间不受环境的影响。（5）计数控制继电-接触器控制系统一般不具备计数控制功能，而PLC控制系统具有计数控制功能。（6）设计与施工构建继电-接触器控制系统，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。工程越大，这一点就越突出。构建PLC控制系统，在系统设计完成以后，现场施工与控制程序的设计可以同步进行，周期短，调试和修改都很方便。（7）可靠性和可维护性由于继电-接触器控制系统使用了大量的机械触点，触点会因电弧而损坏并有机械磨损，接线多，寿命短，可靠性和可维护性差。2.简述PLC的扫描工作过程？答：PLC的扫描过程有3个阶段，分别是输入采样、用户程序执行、输出刷新。在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。S7-1200的硬件主要由哪些部件组成？答：S7-1200的硬件主要CPU模块、电源模块、存储区、输入信号处理单元、输出信号处理单元、通信端口（RJ45）及扩展模块接口电路等。计算机与S7-1200通信时，怎样设置网卡的IP地址和子网掩码？答：首先选择计算机的“以太网”→“更改适配器属性”，选择需要设置IP地址的物理网卡，右击“属性”→选择“Internet协议(TCP/IP)”→然后点击“属性”：选择“使用下面的IP地址”，然后，就可以设置IP地址等信息。①IP地址项的填写：一般为192.168.0.2→192.168.0.255这个范围，可变的是最后一组数字，您可以任选一组数字来填写。②子网掩码：这里填写：255.255.255.0，一般都是这个，是固定的，不需要修改。③默认网关：填写路由器的IP地址，一般为：192.168.0.1，如果您的网络路由器地址不是做个，请根据具体情况来填写。PLC接线图绘制练习：接近开关是现场常用的输入设备，如图1-47所示。现场有两只PNP接近开关要接入CPU1215C（AC/DC/RLY）数字量输入端，一只接近开关为二线制，另一只为三线制，请问如何接线？请在下图1-48中补全接线图（图中BK-黑色线，BN-棕色线，BU-蓝色线）。解：图1-48接近开关与PLC的连接6.PLC接线图绘制练习：将三相异步电动机多地控制电路（如图1-49）修改为PLC控制方式，绘制PLC接线图。要求：（1）制作I/O分配表；（2）绘制PLC接线图。注：PLC选型为CPU1215CAC/DC/RLY解：（1）I/O分配表：输入输出输入地址说明及符号输出地址说明及符号I0.0甲地启动按钮SB2Q0.0电机KM1I0.1甲地停止按钮SB1I0.2乙地启动按钮SB4I0.3乙地停止按钮SB3（2）PLC接线图：图1-49电机多地控制电气原理图参照系统手册中的SB12232DI/2DO信号板接线图，将1个按钮开关、1个行程开关和2个DC24V灯泡接入该模块，绘制接线图。解：8.博途软件硬件组态练习：使用博途软件，创建名称为“硬件组态”的项目，PLC硬件选型为CPU1215CDC/DC/DC(订货号6ES7215-1AG40-0XB0)。IP地址设置为192.168.1.21。在“设备组态”窗口为PLC添加3个通信模块：CM1241(RS422/485)，订货号6ES7241-1CH32-0XB0；CM1243-5，订货号6GK7243-5DX30-0XE0；标识系统RF120C，订货号6GT2002-0LA00。再为PLC添加2个信号模块：SM1223DI8x120VAC/DQ8x继电器，订货号8x120VAC/DQ8xRelay；SM1234AI4/AQ2，订货号6ES7234-4HE32-0XB0。组态完成后的结果如图1-50所示：图1-50硬件组态练习解：略。使用博途软件，创建名称为“电机起保停控制”的项目，PLC硬件选型为CPU1214CDC/DC/Rly(订货号6ES7214-1HG40-0XB0)。在“Main[OB1]”中输入控制程序，参考图1-36。编译下载程序并调试，并记录调试过程。解：略。10.使用博途软件，使用在线与诊断功能将PLC复位为出厂设置，并删除IP地址。解：略。第2章习题参考答案2.8知识技能巩固练习一、填空题1.S7-1200使用梯形图LAD、功能块图FBD和结构化控制语言SCL三种编程语言。2.梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令框组成。3.功能块图是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量。4.结构化控制语言SCL是一种基于PASCAL的高级编程语言，这种语言基于IEC-61131Part3标准。5.梯形图中逻辑解算是按从上至下、从上到下的顺序进行的。6.在“地址”列输入绝对地址时，按照IEC标准，将为变量添加%符号。7.S7-1200的梯形图允许在一个程序段中生成多个独立程序电路。8.数字量输入模块某一外部输入电路接通时，对应的过程映像输入位为1，梯形图中对应的常开触点闭合，常闭触点断开。9.若梯形图中某一过程映像输出位Q的线圈“断电”，对应的过程映像输出位为0，在写入输出模块阶段之后，继电器型输出模块对应的硬件继电器的线圈失电，其常开触点断开，外部负载断电。10.Q3.4是输出字节3的第4位。11.MW2由MB2和MB3组成，MB2是它的高位字节。12.MD102由MW102和MW104组成，MB105是它的最低位字节。13.在I/O点的地址或符号地址的后面附加：P，可以立即访问外设输入或外设输出。14.TIA博途用户提供了帮助系统，用户可选中某个对象，按F1键打开。二、简答题1.IEC61131-3标准说明了哪几种编程语言？答：IEC61131-3标准详细说明了句法、语义和5种编程语言，包括图形化编程语言和文本化编程语言。S7-1200可以使用哪些编程语言？答：S7-1200主要使用梯形图LAD、功能块图FBD和结构化控制语言SCL这三种编程语言。S7-1200有哪几种代码块？答：组织块OB、功能FC、功能块FB、数据块DB。I0.3:P和I0.3有什么区别？答：I0.3:P是立即读取物理输入点；I0.3是输入映像寄存器地址。怎样将Q4.5的值立即写入到对应的输出模块？答：在指令中将Q4.5后面加“：P”。DB数据块位访问格式是什么？举例说明。答：DB数据块位寻址：DB[数据块编号].DBX[字节地址].[位地址]；例如DB1.DBX3.5。如何设置M区的断电保持性？答：单击工具栏上的断电保持按钮，可以用打开的对话框设置M区从MB0开始的具有断电保持功能的字节数。设置后有保持功能的M区的变量的“保持性”列选择框中出现“√”。将项目下载到CPU后，M区的保持功能起作用。三、TIA博途软件使用练习1.创建PLC变量表，命名为“变量表练习”。在变量表中分别创建Bool型、Int型、DInt型、Real型、数组、WORD型的变量。解：略新建FC，编写控制程序，实现一个按钮控制8个灯；在OB1中调用FC，并通过PLCSIM软件进行仿真，观察仿真结果。解：参考程序如下图所示：创建一个空项目，命名为“上载程序”。将“灯控程序”从PLC上载到项目中，并测试运行。解：略。4.设置CPU参数。要求设置数字输入地址从5开始，数字输出地址从5开始；设置以太网地址为192.168.0.11；启用时钟存储器字节；允许来自远程对象的PUT/GET通信访问。解：第3章3.2职业技能训练2：PLC以开关量方式控制变频器参考PLC程序如下：3.9知识技能巩固练习一、填空题1.常开触点的指令符号为，常闭触点的指令符号为。2.上升沿检测触点的指令符号为，下降沿检测触点的指令符号为。3.置位输出指令S与复位输出指令R最主要的特点是有记忆和保持功能。4.定时器的PT为预置定时时间值，ET为定时开始后经过的时间，称为已定时间值，它们的数据类型为32位的Time，单位为ms。5.接通延时定时器用于将Q输出的置位操作延时PT指定的一段时间，关断延时定时器用于将Q输出的复位操作延时PT指定的一段时间。6.S7-1200有3种IEC计数器：CTU、CTD和CTUD。7.CU和CD分别是加计数输入和减计数输入，在CU或CD由0状态变为1状态时，当前计数器值CV被加1或减1。8.加、减、乘、除指令分别是ADD、SUB、MUL和DIV，它们执行的操作数的数据类型可选整数和实数。9.使用“计算”指令Calculate定义和执行数学表达式，根据所选的数据类型计算复杂的数学运算或逻辑运算。10.ABS用来求输入IN中的有符号整数或实数的绝对值，将结果保存在输出OUT中。11.MIN比较输入IN1和IN2的值，将其中较小的值送给输出OUT。MAX比较输入IN1和IN2的值，将其中较大的值送给输出OUT。12.“标准化”指令NORM_X输入、输出之间的线性关系为：OUT=(VALUE-MIN)/(MAX-MIN)。13.在程序中设置跳转指令可提高CPU的程序执行速度。14.“读取时间”指令RD_SYS_T将读取的PLC时钟当前日期和系统时间保存在输出OUT中。“读取本地时间”指令RD_LOC_T将读取的PLC时钟当前日期和本地时间保存在输出OUT中。15.转换字符串指令S_CONV用于将输入的字符串转换为对应的数值，或者将数值转换为对应的字符串。二、编程习题1.某设备上有“就地/远程”选择开关，当其设置为“就地”时，就地灯亮；当设置为“远程”时，远程灯亮，请设计梯形图。解：参考梯形图程序如下编写程序实现电机的启停控制和点动控制，设计原理图和梯形图程序。解：参考梯形图程序如下设计两地控制电动机启停的原理图和控制程序。解：参考梯形图程序如下设计电机直接正反转控制程序，要求：按下正转按钮后，电机正转；按下反转后，电机直接反转；按下停止后，电机停止。正转和反转直接切换。解：参考梯形图程序如下设计电机顺序启动程序，要求：启动按钮S1按下并松开后，3秒后，第1台电机启动，再3秒后第2台电机启动，再3秒后第3台电机启动；按下停止后，电机均停止。解：参考梯形图程序如下设计投币统计程序：投币机只能投入5毛、1块硬币；I0.0为5毛投币口，I0.1为1元投币口，当总钱数大于等于30元，灯泡亮5秒后熄灭，重新投币。解：参考梯形图程序如下7.单按钮功率控制线路和控制要求：某加热器有7个功率档位，分别是0.5kW、1kW、1.5kW、2kW、2.5kW、3kW、3.5kW；第1次按SB1功率选择第1档；第2次按SB1功率选择第2档......第8次按SB1或按SB2停止加热。请设计电气原理图和梯形图程序。解：参考电气原理图如下参考梯形图程序如下8.用实时时钟指令控制路灯的定时接通和断开，4月至9月，20:00开灯，6:00关灯，10月至3月，19:00开灯，7:00关灯。解：参考梯形图如下习题参考答案4.7知识技能巩固练习一、简答题1.函数和函数块有什么区别？答：FB和FC本质都是一样的，都相当于子程序，可以被其他程序块所调用（也可以调用其他子程序）。它们最大的区别就是，FB与其背景数据块配合使用，背景数据块中保存着FB使用的数据，即使FB退出运行后也会一直保留。而FC没有背景数据块来存放数据，只在运行期间被分配一个临时的数据区组织块与FB和FC有什么区别？答：组织块的基本功能是调用用户程序，在S7-1200中可以使用的组织块OB有启动组织块、循环组织块、循环中断组织块，定时中断组织块，硬件中断组织块，故障中断组织块等。OB内部调用FB、FC，并且这些FB、FC还可以继续向下嵌套调用FB、FC。除主程序和启动OB以外，其他OB的执行是根据各种中断条件（错误、时间、硬件等）来触发的，OB无法被FB、FC调用。标准DB和优化的DB有何区别？答：优化的数据块：优化的块只能以符号寻址，编程者无需考虑DB块中每个变量存储的具体地址，每个变量在CPU中存储的位置由PLC的系统自动进行分配；而且对DB块内的任意位置对变量进行添加及删除，或对变量的类型进行修改不会引起该DB块其它变量的使用；用户还可以独立定义每一个变量的掉电保持等属性；非优化的数据块：将数据块属性中的“优化的块访问”前面的对号去掉，该数据块就会变为标准的数据块（非优化）。标准DB中的数据根据用户创建的数据类型、顺序为每个变量定义固定的地址，数据可以通过符号访问、绝对访问以及指针方式寻址。什么是多重背景数据块？答：多重背景数据（Multi-instanceDB）块本质上也属于背景数据块（InstanceDB），不同之处在于它可以作为多个功能块（FB）的背景数据块。组织块的优先级是什么？答：事件一般按优先级的高低来处理，先处理高优先级的事件。优先级相同的事件按“先来先服务”的原则来处理。高优先级组的事件可以中断低优先级组的事件的OB的执行，例如第2优先级组所有的事件都可以中断程序循环OB的执行，第3优先级组的时间错误OB可以中断所有其他的OB。二、编程题1.用FC的无形参方式编写电机正反转控制程序，并在OB1中调用。解：参考程序如下用FC的带形参方式编写电机正反转控制程序，并在OB1中调用2次，测试结果。解：参考程序如下用FC的带形参方式编写计算圆的面积程序，输入参数为半径，输出为面积。解：参考程序如下用FB编写华氏温度到摄氏温度的转换程序。解：参考程序如下用FB实现电动机星三角控制。解：略。使用多重背景块方式实现电机启停功能，在FB中编写程序，OB1中调用3次。解：略。使用多重背景块方式实现如下功能：S1按下后，5秒后KM1运行；S2按下后，3秒后KM2运行；S3按下后，全部停止。程序在FB中编写。解：参考程序如下8.数据块的应用编程：（1）建立Struct类型的变量，命名为“发电机”，包含4个变量，分别为“电流”（Int）、“电压”（Real）、“转速”（Real）和“断路器”（Bool）；（2）建立数组变量，命名为“功率”。数组为一维数组，数组下限1，上限20，数据类型为Int。（3）编写FB程序，用MOVE指令分别为“发电机”中的变量赋值；用块填充指令FILL_BLK，为“功率”前10个变量赋值100。解：略。编写初始化程序：PLC上电运行后，将16#9A赋值给MW10。解：解：略。用循环中断组织块OB30，每2.8s将MD100的值加1。在I0.2的上升沿，将循环时间修改为1.5s。设计出主程序和OB30的程序。解：参考程序如下OB30中的程序：OB1中的程序：习题参考答案5.7知识技能巩固练习一、简答题什么是模拟信号，与数字信号的区别是什么？答：模拟信号是随时间而连续变化的物理量。数字量在时间和数值上都是断续变化的离散信号。传感器和变送器的区别和联系？答：传感器将非电信号（如温度、压力、液位等）转换成电信号，此时的信号为非标准信号。传感器输出的非标准电信号输送给变送器，经变送器将非标准电信号转化成标准电信号。PLC对模拟量的处理过程？答：变送器将其输出的标准信号传送给PLC模拟量输入模块后，模块中A/D转换器的将模拟量信号转化为数字量信号。模拟量输出模块中的D/A转换器将PLC内部的数字信号转换为电压或电流信号输出给执行器，如电动调节阀或气动调节阀等。如何实现模拟量数值与工程量数值之间的转换？答：当PLC模拟量输入模块的量程设定后，就会将输入的电压或电流信号转换为数字信号。我们可以使用标准化指令NORM_X和缩放指令SCALE_X来实现模拟量输入信号的工程量变换。为什么工程上多采用电流传输控制信号？答：一般仪器仪表的信号电流都为4-20mA,指最小电流为4mA,最大电流为20mA.传输信号时候,因为导线上也有电阻,如果用电压传输则会在导线内产生一定的压降,那接收端的信号就会产生一定的误差了,所以一般使用电流信号作为传输控制信号。二、编程与实践1.编程实现对0~10V信号的采集和显示。解：参考图5-10。2.某个压力传感器的量程为0～0.1MPa，转换成对应的电压信号为0～5V，设转换后地址IW64中的数值为N，尝试求以Pa为单位的压力值。解：参考梯形图程序如下现有一水塔，当水位高于4m的时候，水泵停止抽水，当水位低于1m的时候，水泵开始启动抽水。设液位变送器量程0~10m，输出信号为4~20mA。编写程序实现以上功能。解：（1）硬件组态和配置梯形图参考程序使用S7-1200模拟量输出功能控制输出电压值，每按一次按钮I0.0，电压输出增加1V，直到10V，并用电压表指示。编写程序实现以上功能。解：参考梯形图程序如下有一个系统，模拟量输入通道地址为IW64，其测量范围是0~100℃，要求将实时温度存入MD50中。有一个阀门由模拟量输出通道QW64控制，其开度范围是0~100，开度值在MD100中设定，编写程序实现以上功能。解：参考梯形图程序如下6.用S7-1200PLC进行数字滤波。某系统采集一路模拟量（温度），温度传感器的测量范围是0~100℃，要求对温度值进行数字滤波，算法是：把最新的三次采样数值相加，取平均值，即使最终温度值，当温度超过85℃时报警。设每100ms采集一次温度。设计电气原理图并编程实现以上功能。提示：采用OB30进行周期事件控制。解：参考梯形图程序如下（1）FC中的程序--滤波（2）OB30中的程序--时间中断程序（3）OB1中的程序--启停控制第6章习题参考答案6.6知识技能巩固练习一、简答题S7-1200CPU以太网通信有哪几种方式？答：（1）S7通信S7通信协议是西门子一种私有协议，是S7系列PLC基于MPI、PROFIBUS和工业以太网的一种优化通信协议。（2）开放式用户通信包含TCP、，ISO-on-TCP、UDP及ModbusTCP通信等。其中TCP通信能通过指令TCON，TSEND，TRCV指令实现不同CPU之间的数据交换；（3）PROFINETIO通信，通过这种方式能实现传输速率快，内容多的通信；它是一种专有的工业以太网协议，与其他以太网协议并不兼容。S7-1200开放式通信包括哪几种方式？答：包括TCP、ISO-on-TCP和UDP。什么是连接资源？答：连接是指两个通信伙伴之间为了执行通信服务建立的逻辑链路，而不是指两个站之间用物理媒介（例如电缆）实现的连接。客户机和服务器在S7通信中各有什么作用？答：客户端单边组态连接和编程，而服务器端只准备好通信的数据。S7-1200作S7通信的服务器时，在安全属性方面需要做什么设置？答：在“防护与安全”属性的“连接机制”中激活“允许来自远程对象的PUT/GET通信访问”。二、编程和实践1.在两个西门子S7-1200PLC中，PLC_1的IP地址为192.168.0.1，PLC_2的IP地址为192.168.0.2，现在要通过S7通信方式将将PLC_2的输入I0.0～I0.3送到PLC_1的Q0.4～Q0.7。解：参考本章相关实例。在两个西门子S7-1200PLC中，PLC_1的IP地址为192.168.0.1，PLC_2的IP地址为192.168.0.2，现在通过S7通信方式将PLC_1某个DB块中100字节的数据传送到PLC_2的DB块中。解：参考本章相关实例。现有两台PLC，一台CPU1215C（PLC1，V4.4）和一台CPU1214C（PLC2，V4.3）。要求从PLC1的MB10发送一个字节到PLC2的MB20；从PLC2的MB30发送一个字节到PLC1的MB40。选择合适的通信方式，实现以上功能（不在同一项目中）。解：参考本章相关实例。用以太网通信实现PLC1上的按钮SB1控制PLC2上的QB0输出端的8盏指示灯，使它们以流水灯形式依次点亮，即每按一次按钮SB1，