2025年高级电工编程试题及答案

2025年高级电工编程试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.西门子S7-1500PLC中，若需实现与第三方ModbusRTU从站的通信，应优先选用哪种硬件模块？A.CM1542-1B.CB1543-1C.DP/DPCouplerD.ET200SP的AI模块答案：A（CM1542-1为ModbusRTU通信模块，支持主/从模式；CB1543-1为以太网通信模块）2.某恒压供水系统采用PID控制，压力传感器量程0-1.6MPa，输出4-20mA信号。PLC模拟量输入模块设置为0-27648数值对应4-20mA，则当压力为1.2MPa时，模块输入数值应为？A.20736B.16589C.23500D.19354答案：A（计算：(1.2/1.6)(27648-0)+0=20736，注意4-20mA对应0-27648时，实际压力与数值为线性关系）3.三菱FX5UPLC中，用于存储用户程序的非易失性存储器类型是？A.RAMB.EEPROMC.FLASHD.SRAM答案：C（FX5U采用FLASH存储用户程序，支持掉电保持）4.PROFINET通信中，设备名称解析（DCP）的作用是？A.分配IP地址B.解析设备名称与MAC地址的对应关系C.同步时钟D.建立实时数据交换通道答案：B（DCP负责设备名称到MAC地址的解析，配合DHCP完成IP分配）5.编写S7-1200PLC的顺序控制程序时，若需实现“当工位1完成上料且工位2无工件时，启动传送带”的逻辑，应选用哪种编程方式最简洁？A.梯形图（LAD）的置位/复位指令B.结构化文本（ST）的IF-THEN语句C.功能块图（FBD）的与门逻辑D.顺序功能图（SFC）的步转移条件答案：D（SFC直观表示顺序流程，步转移条件直接对应工位状态）二、填空题（每空2分，共20分）1.变频器ModbusRTU通信中，读取频率给定值的功能码通常为______（十进制），写入运行命令的功能码为______（十进制）。答案：3（读保持寄存器）、6（写单个寄存器）2.S7-1500PLC的OB100是______组织块，其执行时机为______。答案：暖启动；PLC从STOP切换到RUN时仅执行一次3.工业以太网中，环网冗余协议PROFINETIRT的最大切换时间为______ms，而普通环网（如MRP）的切换时间通常小于______ms。答案：5；504.编写PID控制程序时，积分饱和现象是指______，常用的解决方法是______。答案：积分项因偏差持续存在而不断累积，导致输出超出执行机构范围；抗积分饱和（或积分限幅）5.伺服驱动器的位置控制模式下，PLC通过______（信号类型）控制目标位置，常用的脉冲输出方式有______和______（填写两种）。答案：脉冲+方向；AB相正交脉冲；CW/CCW脉冲三、程序分析题（每题10分，共30分）1.以下为S7-1200梯形图程序片段（图1），分析其功能并说明可能的设计缺陷。（注：图1包含以下元素：I0.0（启动按钮）串联M0.0（中间继电器），并联M0.1；输出Q0.0（电机）；T37（5s定时器）线圈由Q0.0驱动，其常闭触点串联在M0.1的线圈回路；M0.1的常开触点并联在I0.0与M0.0串联回路上）答案：功能：按下I0.0（启动），M0.0得电→Q0.0得电（电机启动），同时T37开始计时；5s后T37常闭触点断开→M0.1失电→M0.0失电→Q0.0失电（电机停止）。设计缺陷：M0.0的自保持依赖M0.1的常开触点，而M0.1的线圈由T37常闭触点控制。若T37故障（如触点粘连），会导致M0.1无法失电，电机无法停止；此外，缺少停止按钮，无法紧急停机。2.分析以下ST代码（针对FX5UPLC）的功能，并指出循环执行时的潜在问题。```STVARi:INT:=0;arr:ARRAY[0..9]OFINT:=[1,3,5,7,9,2,4,6,8,10];sum:INT:=0;END_VARWHILEi<10DOIFarr[i]MOD2=0THENsum:=sum+arr[i];END_IF;i:=i+1;END_WHILE;```答案：功能：遍历数组arr，累加其中的偶数元素（2、4、6、8、10），最终sum=30。潜在问题：变量i在循环结束后值为10，若后续程序未重置i（如i:=0），再次执行该循环时i初始值为10，循环不会执行，导致sum保持上次结果；此外，数组索引从0开始，循环条件i<10正确，但未考虑数组越界（i=10时arr[i]不存在，虽此处条件限制不会触发，但需注意）。3.某恒压供水系统PID程序中，反馈值（PV）突然跳变为0，导致输出（MV）大幅上升。结合硬件和软件两方面分析可能原因。答案：硬件原因：压力传感器损坏（如信号线断路）、模拟量输入模块故障（通道损坏）、接线松动导致信号丢失；软件原因：PLC程序中PV的转换公式错误（如量程设置错误）、滤波参数过小（未滤除干扰信号）、通信中断（若PV通过Modbus读取）导致数据异常。四、编程设计题（每题15分，共30分）1.设计S7-1500PLC控制的自动分拣系统程序，要求：传送带由变频器驱动（MM440，ModbusRTU通信）；检测到金属工件（传感器I1.0=1）时，变频器降速至20Hz；检测到非金属工件（传感器I1.1=1）时，变频器升速至50Hz；无工件时（I1.0=I1.1=0），保持30Hz；需包含通信初始化、状态判断及频率给定逻辑（用ST语言编写关键代码）。答案：```STVAR//Modbus通信参数mbMaster:MB_MASTER;req:BOOL:=FALSE;addr:WORD:=1;//从站地址freqAddr:WORD:=100;//频率给定寄存器地址（假设）freq:REAL:=30.0;//默认频率30Hz//传感器信号metalDetect:BOOL:=I1.0;nonMetalDetect:BOOL:=I1.1;END_VAR//通信初始化（OB100中执行）mbMaster.Port:="COM1";//通信端口mbMaster.BaudRate:=9600;mbMaster.Parity:="None";mbMaster.StopBits:=1;mbMaster.Active:=TRUE;//主循环（OB1中执行）IFNOTreqTHEN//根据传感器状态设置频率IFmetalDetectTHENfreq:=20.0;ELSIFnonMetalDetectTHENfreq:=50.0;ELSEfreq:=30.0;END_IF;//转换频率为Modbus寄存器值（MM440频率范围0-50Hz对应0-16384）req:=TRUE;mbMaster.REQ:=req;mbMaster.ADDR:=addr;mbMaster.START_ADDR:=freqAddr;mbMaster.DATA_PTR:=ADR(freq);//需转换为整数，实际应为INTTRUNC(freq327.68)（50Hz=16384）mbMaster.NUM_BYTES:=2;//单个寄存器2字节END_IF;IFmbMaster.DONEORmbMaster.ERRORTHENreq:=FALSE;END_IF;```关键说明：通过MB_MASTER功能块实现ModbusRTU主站通信，根据传感器状态调整目标频率，转换为变频器可接收的寄存器值（50Hz对应16384，故频率值=目标频率×327.68）。需注意通信错误处理（如ERROR置位时记录故障），以及传感器信号的去抖动处理（可添加延时滤波）。2.编写三菱FX5UPLC的PID控制程序（梯形图），实现水箱液位控制：液位设定值（SP）4.5m（0-5m对应4-20mA输入）；输出控制电动调节阀（4-20mA，0-100%开度）；要求包含输入转换、PID运算、输出限幅功能。答案：（梯形图逻辑说明）输入转换：将模拟量输入模块的数值（0-27648）转换为液位值（0-5m），公式：液位=数值×5/27648。使用MOV和MUL/DIV指令实现。PID参数设置：在PID指令（PID_TBL）中设置SP=4.5m，输入范围0-5m，输出范围0-100%（对应4-20mA的0-27648数值）。输出限幅：通过比较指令限制输出值在0-27648之间，防止调节阀开度超过100%或低于0%。抗积分饱和：在PID指令中启用积分限幅功能，当输出达到上限时停止积分累加。五、综合应用题（20分）某智能生产线包含3台S7-1500PLC（主站PLC1、从站PLC2/PLC3），需实现以下功能：PLC1通过PROFINET与PLC2、PLC3通信，周期交换100字节过程数据；PLC2控制机械臂（伺服驱动器S120，PROFINETIRT通信），需实时读取机械臂位置（每1ms刷新）；PLC3监控3台变频器（MM440，ModbusRTU）的运行状态（电流、频率、故障代码），每500ms轮询一次；所有数据需通过OPCUA上传至工厂云平台，支持实时查询和历史存储。设计完整的通信架构及PLC程序关键部分（包括网络配置、通信块调用、数据处理逻辑）。答案：1.网络配置：主站PLC1作为PROFINETIO控制器，PLC2/PLC3配置为IO设备，分配设备名称（如PLC2_DEV、PLC3_DEV），过程数据区定义为输入/输出各100字节。PLC2与S120通过PROFINETIRT连接，配置IRT端口，设置通信周期1ms，映射位置数据（如DB100.DBW0为实际位置）。PLC3通过CM1542-1模块连接3台MM440（从站地址1-3），设置ModbusRTU参数（9600bps，8N1），轮询周期500ms。2.PLC1程序：调用PROFINET通信功能块（如“GET”/“PUT”），从PLC2读取机械臂位置（输入区PDB100.DBX0.0BYTE100），向PLC3写入控制指令（输出区PDB200.DBX0.0BYTE100）。配置OPCUA服务器（如S7-1500的内置OPCUA功能），将DB300（存储PLC2位置、PLC3变频器数据）的变量映射为OPCUA节点，设置发布间隔100ms。3.PLC2程序：配置S120的PROFINETIRT接口，使用“MC_Power”“MC_MoveAbsolute”等运动控制指令，将实时位置（通过驱动器的输入过程数据）写入DB100，供PLC1读取。4.PLC3程序：使用循环中断OB35（周期500ms）调用3次MB_MASTER功能块，分别读取从站1-3的电流（寄存器30001）