可编程控制器课后习题详解

引言可编程控制器（PLC）作为工业自动化的核心控制单元，其理论与实操的结合需通过习题训练深化理解。本文围绕PLC核心知识点（硬件原理、指令系统、程序设计、工程应用），对典型课后习题进行拆解，从“原理分析-步骤推导-实践延伸”三层逻辑提供解题思路，助力读者构建“理论-实操-工程”的完整认知链。一、PLC硬件与系统原理类习题解析（一）系统工作机制相关习题例1：简述PLC的扫描工作过程，并说明输入、输出信号的刷新时机。解析：PLC的扫描周期分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段：输入采样：CPU读取所有输入模块的当前状态，存入“输入映像寄存器”（此阶段输入信号被“冻结”，后续程序执行阶段的输入状态均来自该寄存器）。程序执行：CPU按用户程序逻辑，从“输入/元件映像寄存器”读取数据，运算结果存入“元件映像寄存器”（如定时器、计数器、输出继电器的状态）。输出刷新：CPU将“元件映像寄存器”中输出继电器的状态，同步到“输出锁存器”，驱动外部负载（如指示灯、接触器）。输入信号仅在输入采样阶段被刷新，输出信号仅在输出刷新阶段更新——这一机制决定了“输入-输出”的滞后性（扫描周期越短，滞后越小），也是分析时序类问题的核心逻辑。（二）I/O模块与寻址类习题例2：某S____系统中，数字量输入模块SM1221（8DI，DC24V）地址从`I0.0`开始，输出模块SM1222（8DO，DC24V）地址从`Q0.0`开始。现场有3个按钮（常开触点）接`I0.0`、`I0.1`、`I0.2`，2个指示灯接`Q0.0`、`Q0.1`，要求“按下`I0.0`时`Q0.0`亮，按下`I0.1`时`Q0.1`亮，`I0.2`为急停（按下时`Q0.0`、`Q0.1`均熄灭）”。试分析硬件接线逻辑与寻址规划。解析：硬件接线：按钮侧：3个按钮的公共端接DC24V负极，常开触点另一端接DC24V正极，触点出线分别接输入模块`I0.0`、`I0.1`、`I0.2`端子；输入模块电源端（`L+`、`M`）接DC24V正、负极。指示灯侧：2个指示灯的公共端接DC24V负极，另一端接输出模块`Q0.0`、`Q0.1`端子；输出模块电源端（`L+`、`M`）接DC24V正、负极。寻址规划：`I0.0`、`I0.1`、`I0.2`为输入点（对应3个按钮），`Q0.0`、`Q0.1`为输出点（对应2个指示灯）。急停逻辑需在程序中实现：当`I0.2`为`ON`时，切断`Q0.0`、`Q0.1`的驱动回路（如用`I0.2`的常闭触点串联在输出回路中）。二、编程指令与逻辑设计类习题解析（一）基本逻辑指令应用例3：用梯形图实现“当按钮`SB1`（`I0.0`）按下且`SB2`（`I0.1`）未按下时，接触器`KM`（`Q0.0`）得电；若`SB3`（`I0.2`）按下，`KM`失电”的控制逻辑。解析：逻辑关系可拆解为：`KM`得电条件=(`I0.0`为`ON`∧`I0.1`为`OFF`)∧`I0.2`为`OFF`；失电条件=`I0.2`为`ON`。梯形图设计（以西门子LAD为例）：网络1：`I0.0`（常开）、`I0.1`（常闭）、`I0.2`（常闭）串联，输出至`Q0.0`。逻辑原理：`I0.0`闭合（`SB1`按下）、`I0.1`闭合（`SB2`未按，常闭触点自然闭合）、`I0.2`闭合（`SB3`未按，常闭触点自然闭合）时，`Q0.0`得电；若`SB3`按下（`I0.2`为`ON`），`I0.2`常闭触点断开，`Q0.0`失电。（二）定时器与计数器指令例4：设计程序，按下启动按钮（`I0.0`）后，指示灯`Q0.0`以“亮5秒、灭3秒”的周期循环，直到按下停止按钮（`I0.1`）。解析：需用两个TON定时器（`T1`定时5秒，`T2`定时3秒）实现周期控制，逻辑如下：1.启动后，`Q0.0`得电，`T1`（PT=5s）开始计时；2.`T1`计时到5秒时，其常开触点闭合，触发`T2`（PT=3s）计时，同时`T1`的常闭触点断开`Q0.0`（`Q0.0`失电）；3.`T2`计时到3秒时，其常开触点闭合，`T1`复位（重新计时），`Q0.0`再次得电，循环至停止按钮按下。梯形图设计（时基100ms，故`PT=50`代表5秒，`PT=30`代表3秒）：网络1：`I0.0`（常开）、`I0.1`（常闭）、`T2`（常闭）串联→输出`Q0.0`；同时`Q0.0`（常开）驱动`T1`（TON，`PT=50`）。网络2：`T1`（常开）驱动`T2`（TON，`PT=30`）。三、顺序控制与功能块编程类习题解析（一）顺序功能图（SFC）应用例5：某自动送料系统流程为：初始状态（`S0`）→料仓门打开（`S1`，定时2秒）→送料带运行（`S2`，定时5秒）→料仓门关闭（`S3`，定时1秒）→返回初始状态。试用SFC设计程序，并转换为梯形图。解析：SFC需定义状态步（`S0`、`S1`、`S2`、`S3`）与转移条件：`S0`→`S1`：启动信号（如`I0.0`）；`S1`→`S2`：`T1`（2秒）计时到；`S2`→`S3`：`T2`（5秒）计时到；`S3`→`S0`：`T3`（1秒）计时到。SFC绘制：初始步`S0`：无动作，转移条件`I0.0`→`S1`；`S1`：输出开门信号（`Q0.0`），启动`T1`（`PT=2s`），转移条件`T1`常开→`S2`；`S2`：输出送料信号（`Q0.1`），启动`T2`（`PT=5s`），转移条件`T2`常开→`S3`；`S3`：输出关门信号（`Q0.2`），启动`T3`（`PT=1s`），转移条件`T3`常开→`S0`。梯形图转换：用状态继电器（如`S0.0`、`S0.1`、`S0.2`、`S0.3`）实现自锁与转移：`S0.1`（`S1`）的启动条件：`S0.0`（`S0`）常开∧`I0.0`常开；`S0.2`（`S2`）的启动条件：`S0.1`常开∧`T1`常开；依此类推，每个状态的常闭触点需断开其他状态的回路，确保“单步激活”。四、通信与工程应用类习题解析（一）PLC与HMI通信设置例6：简述S____与TP1200触摸屏建立PROFINET通信的步骤，及“连接超时”故障的排查方法。解析：通信建立步骤：1.硬件组态：TIAPortal中添加S____与TP1200，分配PROFINET设备名称（如`PLC_1`、`HMI_1`），设置IP地址（同一网段，如`192.168.0.1`、`192.168.0.2`）。2.变量关联：HMI变量表添加PLC变量（如`I0.0`、`Q0.0`、`DB1.DBD0`），设置地址与数据类型。3.画面设计：HMI添加按钮、指示灯，关联对应变量。故障排查（连接超时）：1.物理层：检查PROFINET网线、水晶头、交换机/路由器是否正常。2.配置层：TIAPortal在线视图中，确认设备名称、IP地址与组态一致，无冲突。3.软件层：检查PLC防火墙设置（是否允许HMI访问）、HMI通信驱动（是否为“S____/1500Ethernet”）。4.网络层：用Ping命令测试PLCIP（如PC端`ping192.168.0.1`），确认连通性。结语PLC习题的核心价值在于“理论落地”——解题时需紧扣“硬件原理-指令逻辑-程序设计-工程应用”的链条，