PLC自动化技术考核复习资料

PLC自动化技术考核复习资料一、PLC基础理论体系（一）PLC的定义与发展脉络可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）是专为工业环境设计的数字运算电子系统，通过可编程存储器存储逻辑运算、顺序控制、定时计数等指令，实现对生产过程的自动化控制。从20世纪60年代美国汽车工业的“程序化逻辑”需求起步，PLC历经继电器逻辑替代、微型计算机技术融合、开放式通信架构发展等阶段，如今已成为工业自动化的核心控制单元，典型品牌包括西门子、三菱、欧姆龙、罗克韦尔等。（二）核心组成与工作原理1.硬件组成CPU模块：系统核心，负责指令执行、数据运算与系统管理，性能指标包括扫描速度、内存容量、指令集丰富度。存储器：分为程序存储器（如EEPROM、FLASH）与数据存储器（如RAM），前者存储用户程序，后者暂存运算数据。I/O模块：实现外部设备（传感器、执行器）与CPU的信号交互，数字量I/O处理开关信号（如按钮、继电器），模拟量I/O处理连续信号（如温度、压力变送器）。电源模块：为系统提供稳定直流电源（如DC24V），部分PLC支持宽电压输入以适应工业电网波动。2.工作原理（扫描周期）PLC采用循环扫描工作方式，一个扫描周期分为三个阶段：输入采样：读取所有输入模块的当前状态，存入输入映像寄存器，此阶段输入信号变化不影响当前周期运算。程序执行：从程序起始地址开始，按指令顺序执行用户程序，运算结果存入输出映像寄存器。输出刷新：将输出映像寄存器的最终状态同步至输出模块，驱动外部负载（如接触器、指示灯）。扫描周期的长短由程序复杂度、CPU性能决定（一般在1~100ms范围内）。需注意：双线圈输出会导致逻辑冲突，应避免在程序中重复定义同一输出点。二、PLC编程技术精要（一）编程语言与规范国际电工委员会（IEC____）定义了5种标准编程语言，各有适用场景：梯形图（LAD）：基于继电器电路的图形化语言，直观易读，适合电气工程师快速实现逻辑控制（如电机启停、互锁电路）。指令表（STL）：类似汇编语言的文本化编程，执行效率高，常用于复杂算法或需精准控制执行顺序的场景。功能块图（FBD）：通过功能块（如与门、定时器、PID）的图形化连接实现逻辑，适合模块化编程（如工业机器人的动作控制）。结构化文本（ST）：类高级语言（如Pascal）的文本编程，支持循环、分支、函数调用，适合数学运算、数据处理（如温度PID调节的算法实现）。顺序功能图（SFC）：以步、转移、动作描述顺序控制过程，适合多工序、多状态的流程控制（如自动生产线的工序切换）。编程规范需注意：变量命名清晰（如“Motor_Run”表示电机运行信号）、程序注释简洁（标注功能段与关键逻辑）、模块化设计（将重复功能封装为子程序/功能块）。（二）常用指令与应用场景1.输入输出指令`LD/LDI`（梯形图：常开/常闭触点）：读取输入或内部继电器状态，如`LDX0`表示读取X0的常开状态。`OUT`（输出线圈）：驱动输出或内部继电器，如`OUTY0`表示Y0线圈得电。2.定时器与计数器定时器（如西门子T37、三菱T0）：分为接通延时（IN为ON时开始计时，时间到后输出ON）、断开延时（IN为OFF时开始计时，时间到后输出OFF）等类型，需注意时基（如10ms、100ms）对定时精度的影响。计数器（如西门子C10、三菱C1）：分为加计数（上升沿触发计数）、减计数（下降沿触发计数）、可逆计数，需设置预设值（PV）与当前值（CV）。3.数据处理与运算指令比较指令（如`CMP`）：比较两个操作数大小，输出对应状态（如A>B时Q1.0置1）。传送指令（如`MOV`）：将源操作数（S）的值传送到目标操作数（D），如`MOVVW100VW200`实现数据复制。算术运算（如`ADD`、`SUB`）：对整数、浮点数进行加减乘除，如`ADDAIW0VW300`将模拟量输入值与VW300相加。（三）编程方法与实战技巧1.经验设计法基于电气控制经验，直接转化为PLC程序（如电机正反转的互锁电路），适合简单逻辑。2.顺序控制设计法（SFC）将复杂流程分解为“步-转移-动作”，通过转移条件（如时间、传感器信号）实现工序切换。典型案例：自动洗车机的“喷水-刷洗-风干”流程。3.功能分析法按系统功能模块（如信号采集、逻辑运算、输出驱动）拆分程序，各模块独立调试后整合，适合大型项目（如智能仓储的分拣系统）。实战技巧：利用中间继电器（M）简化逻辑（如多个输入点的逻辑组合）；通过上升沿/下降沿指令（如P_TRIG）捕捉信号变化（如按钮按下的单次触发）；采用故障自诊断逻辑（如检测传感器断线时输出报警信号）。三、硬件选型与通信技术（一）PLC硬件选型策略1.I/O点数规划统计系统输入（如按钮、传感器）与输出（如继电器、变频器）的数量，预留10%~20%的冗余量（如实际需30点，选40点PLC）。2.环境适应性高温/粉尘环境选防护等级IP65以上的模块；强电磁干扰环境需考虑隔离措施（如光电隔离的I/O模块）。3.功能需求匹配需高速计数（如编码器信号）选带高速脉冲输入的CPU（如西门子S____的100kHz计数）；需模拟量处理选带AI/AO模块的型号（如三菱FX3U-4AD）；需运动控制（如伺服电机）选专用运动控制CPU（如欧姆龙NJ系列）。（二）I/O模块与硬件接线1.数字量I/O输出模块（DO）：驱动外部负载，分为继电器输出（带触点，耐压高但速度慢，适合交流负载）、晶体管输出（无触点，速度快但耐压低，适合直流负载）、晶闸管输出（适合交流大功率负载）。2.模拟量I/O输入模块（AI）：接收4~20mA（电流型，抗干扰强）或0~10V（电压型）信号，需注意信号屏蔽（如采用双绞屏蔽线，屏蔽层单端接地）。输出模块（AO）：输出4~20mA或0~10V信号，驱动变频器、比例阀等设备，接线时需避免信号衰减（如线缆长度≤200m）。（三）工业通信技术1.串口通信RS232：点对点短距离通信（≤15m），适合调试与小容量数据传输（如PLC与触摸屏的通信）。RS485：总线型通信（≤1200m），支持多主多从（如ModbusRTU协议，最多32个从站），需注意终端电阻（120Ω）匹配。2.工业以太网PROFINET（西门子）：实时以太网，支持等时同步、分布式I/O，适合高速生产线（如汽车焊装线的设备通信）。EtherNet/IP（罗克韦尔）：基于CIP协议的以太网，支持设备级与信息级集成（如工厂MES系统与PLC的数据交互）。3.现场总线Modbus：开源协议，支持RTU（串口）与TCP（以太网），广泛应用于第三方设备（如仪表、变频器）的通信。CC-Link（三菱）：高速现场总线，适合多轴运动控制（如数控加工中心的轴间同步）。四、工程应用与故障排查（一）典型工业应用案例1.电机正反转控制控制需求：通过启动按钮（SB1）、停止按钮（SB2）、正转按钮（SB3）、反转按钮（SB4）实现电机正反转，且正反转互锁（防止短路）。PLC程序（梯形图）：输入：X0（SB2停止）、X1（SB1启动）、X2（SB3正转）、X3（SB4反转）；输出：Y0（正转接触器）、Y1（反转接触器）；逻辑：启动后（X1=ON），正转时X2=ON且Y1=OFF（互锁），Y0=ON；反转时X3=ON且Y0=OFF，Y1=ON；停止时X0=ON，Y0、Y1均=OFF。2.恒压供水系统控制原理：通过压力传感器（AI输入）采集管网压力，与设定值比较后，通过PID指令调节变频器频率（AO输出），控制水泵转速，同时通过数字量输出控制水泵启停（如多泵轮换）。（二）故障排查与调试方法1.硬件故障电源故障：检查PLC电源指示灯（如PWR灯），测量输入电压（如DC24V是否正常），排查电源模块或外部供电。I/O模块故障：观察模块指示灯（如DI模块的输入指示灯是否与外部设备状态一致），测量模块端子电压（如DO模块的输出电压是否正常），更换疑似故障模块。接线故障：检查端子排松动、线缆破损，使用万用表测量通断（如传感器到DI模块的接线是否导通）。2.软件故障逻辑错误：使用编程软件的监控功能（如西门子博途的“在线监控”），观察输入输出、中间变量的状态，对比预期逻辑（如定时器当前值是否按设定递增）。指令错误：检查指令参数（如定时器的时基、计数器的预设值），排查语法错误（如ST语言的括号不匹配）。通信故障：检查通信模块指示灯（如以太网模块的LINK灯），使用“ping”命令测试网络连通性，检查通信程序的地址、协议是否正确（如Modbus从站地址是否与主站匹配）。调试工具推荐：PLC厂家的编程软件（如西门子博途、三菱GXWorks3）、示波器（检测脉冲信号）、万用表（检测电压电流）。五、考核题型与备考策略（一）常见考核题型分析1.选择题/判断题考查基础理论（如PLC工作原理、指令功能、硬件组成）、通信协议（如Modbus的功能码）、选型知识（如I/O点数计算）。例题：PLC扫描周期的三个阶段依次是（）。A.输入采样→输出刷新→程序执行B.程序执行→输入采样→输出刷新C.输入采样→程序执行→输出刷新答案：C2.编程题要求用梯形图或指令表实现逻辑控制（如电机启停、交通灯控制），需注意逻辑严谨（如互锁、时序）。例题：设计一个单按钮控制灯的程序（按一次灯亮，再按一次灯灭）。思路：利用上升沿指令捕捉按钮信号，通过中间继电器M0的自锁与翻转实现。3.案例分析题结合工程场景（如生产线故障、通信中断），分析故障原因并提出解决方案。例题：某生产线PLC与触摸屏通信中断，触摸屏显示“通信超时”，请分析可能原因。分析：通信参数不匹配（波特率、地址）、线缆故障（断线、短路）、PLC或触摸屏通信模块故障、程序中通信指令错误。（二）高效备考方法1.知识点体系化梳理按“理论-编程-硬件-通信-应用”模块整理笔记，重点标记易错点（如扫描周期对输出的影响、双线圈问题、通信协议格式）。2.真题与模拟题训练收集历年考核真题，