PLC原理与应用题库及解析

PLC原理与应用题库及解析一、单项选择题（共10题，每题1分，共10分）可编程逻辑控制器的官方标准中文简称是A.可编程逻辑控制器，是一种专门用于工业环境下运行的数字运算操作电子系统B.工业控制计算机，是一种搭载通用操作系统的通用工控设备C.数字信号处理器，是专门用于高速信号运算处理的专用芯片D.嵌入式单片机，是面向小型消费设备的微控制单元答案：A解析：PLC的官方定义就是专为工业环境设计的数字运算操作电子系统，B选项描述的是工业控制计算机，不属于PLC的定义范畴，C选项描述的是DSP芯片，仅为PLC内部的核心运算部件之一，D选项描述的是通用单片机，不具备PLC的工业级抗干扰和配套工控功能。PLC执行用户程序的常规扫描顺序，三个核心阶段的正确排列是A.输入采样阶段、用户程序执行阶段、输出刷新阶段B.用户程序执行阶段、输入采样阶段、输出刷新阶段C.输出刷新阶段、输入采样阶段、用户程序执行阶段D.输入采样阶段、输出刷新阶段、用户程序执行阶段答案：A解析：PLC的标准扫描工作流程首先会统一读取所有外部输入端子的状态存入输入映像区，之后按照从上到下从左到右的顺序执行所有用户编写的逻辑程序，最后将运算完成的输出映像区状态统一写入外部输出端口，其余三个选项的排列顺序都会出现逻辑运算不同步、输出状态混乱的问题，不符合PLC的基础工作机制。下列属于PLC内部软元件，不存在实际物理地址的是A.输入端子B.输出端子C.辅助继电器D.电源接口答案：C解析：辅助继电器是PLC内存中划分出来的虚拟逻辑元件，仅用于程序内部的逻辑中转，没有对应的外部物理接线端子，A选项的输入端子、B选项的输出端子、D选项的电源接口都是PLC实体硬件上存在的物理部件，有明确的物理地址和接线位置。PLC梯形图编程规则中，不允许直接连接的操作是A.触点串联在逻辑回路中B.触点并联在逻辑回路中C.线圈直接连接在左侧母线上D.多个线圈并联接在同一逻辑行末端答案：C解析：梯形图的左母线等效为逻辑供电的相线，所有线圈的驱动逻辑必须经过至少一个触点的控制，线圈直接接左母线会形成无逻辑控制的非法回路，其余三个选项都是梯形图编程中允许的常规操作。PLC数字量输入接口用来接收的信号类型是A.连续变化的电压信号B.通断状态的开关量信号C.温度传感输出的毫伏级信号D.压力传感输出的毫安级模拟信号答案：B解析：数字量输入接口的功能就是采集外部的开关通断状态，只能识别高低电平两种状态，A、C、D选项描述的都是连续变化的模拟量信号，需要接入模拟量输入接口才能被PLC识别处理。通常情况下，PLC的输出类型中可以直接驱动交流大功率负载的是A.晶体管输出型B.晶闸管输出型C.继电器输出型D.以上三种都可以答案：C解析：继电器输出型的PLC输出端口是用实体继电器触点作为输出开关，支持交直流负载、驱动电流大，可以直接驱动功率较大的交流负载，晶体管输出型仅支持直流小功率负载，晶闸管输出型虽然支持交流负载但长期通断大功率负载寿命远低于继电器输出型，不符合常规工业应用的直接驱动要求。下列不属于PLC常规编程语言的是A.梯形图B.指令表C.汇编语言D.功能块图答案：C解析：PLC的国际标准编程语言包含梯形图、指令表、功能块图、顺序功能图、结构化文本五类，汇编语言是面向底层通用处理器的编程语言，不属于PLC面向工控场景设计的常规编程语言。定时器的定时时长构成要素是A.预设值乘以定时器的时基单位B.预设值直接作为定时时长，与时基无关C.时基单位独立作为定时时长，与预设值无关D.外部输入信号的持续时长答案：A解析：PLC内所有定时器的定时时长计算逻辑都是预设的数值乘以该定时器设定的时基单位，比如时基为100ms，预设值为10，定时时长就是1秒，其余三个选项的计算逻辑都不符合PLC定时器的基础工作规则。PLC控制系统的扫描周期长度不会直接受到哪一项因素的影响A.用户程序的总长度B.PLC的CPU运算速度C.外部负载的额定功率D.PLC内置的通讯任务量答案：C解析：扫描周期是PLC内部程序运算的总耗时，和外部负载的额定功率没有直接关联，用户程序长度越长、CPU速度越慢、通讯任务越多都会直接拉长扫描周期的总时长。用来实现PLC多个逻辑输出状态按照预设先后顺序依次触发的常用编程方法是A.顺序控制功能图法B.随机赋值法C.直接跳转法D.全局复位法答案：A解析：顺序控制功能图法就是专门为分步顺序执行的工业控制场景设计的编程方法，可以清晰划分每个执行步的触发条件和输出状态，其余三个选项都不是用于实现有序顺序控制的合规编程方法。二、多项选择题（共10题，每题2分，共20分）下列属于PLC系统核心硬件组成部分的有A.中央处理单元B.存储器单元C.输入输出接口单元D.鼠标键盘外设答案：ABC解析：中央处理单元负责运算控制，存储器存储程序和数据，输入输出接口对接外部现场信号，都是PLC运行不可或缺的核心硬件，鼠标键盘属于可选的编程调试外设，不属于PLC本体的核心组成部分。下列选项中属于PLC数字量输出可以驱动的常见工业负载有A.中间继电器线圈B.指示灯C.接触器线圈D.0-10V模拟量温度传感器答案：ABC解析：中间继电器、指示灯、接触器线圈都是通断型的开关负载，适合接在数字量输出端口，模拟量温度传感器是信号采集元件，需要接电源和模拟量输入端口，不能由数字量输出端口直接驱动。PLC的辅助继电器具备的典型特性有A.没有外部对应的物理接线端子B.可以提供无限多组常开常闭触点供程序调用C.触点驱动电流最大可达10AD.仅用于程序内部逻辑中转不能直接驱动外部负载答案：ABD解析：辅助继电器是虚拟软元件，不存在物理触点，自然也不存在触点驱动电流的参数，C选项描述的是实体继电器的特性，其余三项都是辅助继电器的核心特性。下列属于PLC相对于传统继电器控制系统的优势有A.控制逻辑修改无需改动大量实体接线B.抗干扰能力更强，适合复杂工业现场C.可以实现复杂的运算、通讯、故障诊断功能D.硬件成本在所有小容量场景下都远低于继电器系统答案：ABC解析：在极简单的少量逻辑小容量场景下，传统继电器系统的硬件成本反而低于PLC系统，D选项的描述不符合实际情况，其余三项都是PLC相比于传统继电器系统的公认优势。梯形图编程过程中需要遵循的合规规则有A.同一编号的线圈在同一个程序中不建议重复输出双线圈B.并联触点数量多的逻辑块放在左侧，串联触点数量多的逻辑块放在上方C.不允许出现触点的桥接型非法回路D.线圈可以接在逻辑回路的最左侧触点之前答案：ABC解析：线圈必须放在逻辑回路的最右端，不能放在触点之前，D选项属于梯形图编程的非法操作，其余三项都是梯形图编程必须遵守的通用规则。下列属于PLC常用的工业现场通讯协议的有A.工业以太网协议B.串行通讯协议C.现场总线协议D.家用WIFI专属通讯协议答案：ABC解析：家用WIFI专属协议不是面向工业高可靠性场景设计的通用PLC通讯协议，工业环境下的无线工控通讯是独立的工业无线协议，其余三个选项都是PLC工业场景下最常用的通讯协议类型。常见的PLC计数器类型包含的类别有A.加计数器B.减计数器C.加减双向计数器D.温度计数计数器答案：ABC解析：PLC的计数器按照计数逻辑分为加计数、减计数、双向加减计数三类，不存在专门的温度计数计数器，温度信号属于模拟量处理范畴，不需要专用的计数器实现。PLC模拟量输入模块可以接收的工业标准模拟量信号类型有A.4-20mA电流信号B.0-10V电压信号C.220V工频强电信号D.1-5V电压信号答案：ABD解析：模拟量输入模块的额定输入信号都是低压小信号，不能直接接入220V工频强电信号，会直接烧坏模块硬件，其余三项都是工业现场通用的标准模拟量信号类型。下列属于PLC运行模式的常规状态有A.运行状态：执行用户程序完成逻辑控制B.停止状态：不执行用户程序，仅可以上传下载调试程序C.复位状态：清空所有内部软元件状态回到初始值D.自主超频状态：自动提升运算速度超过额定参数答案：ABC解析：PLC作为工业控制设备不会设置自主超频的异常运行模式，避免运行状态不稳定导致生产事故，其余三个都是PLC标准支持的常规运行状态。可以用来实现PLC控制系统故障排查的常规方法有A.查看PLC本体的故障指示灯状态定位基础硬件故障B.在线监控梯形图的触点线圈实时状态定位逻辑故障C.用万用表测量输入输出端口的实际电信号判断接线故障D.直接用强电短接所有输入端口跳过故障排查答案：ABC解析：直接用强电短接输入端口属于非常危险的违规操作，很容易烧坏模块甚至导致现场人身和设备事故，不属于合规的故障排查方法，其余三项都是工业现场最常用的PLC故障排查合规操作方法。三、判断题（共10题，每题1分，共10分）PLC的扫描工作机制是一种周期性循环执行的工作模式。答案：正确解析：PLC从上电之后就会不断重复执行输入采样、程序执行、输出刷新的循环扫描流程，周期性循环是PLC最基础的工作特征之一。梯形图中编号相同的触点只能在程序中使用一次。答案：错误解析：PLC内部的软元件触点都是虚拟的，同一个编号的常开、常闭触点可以在程序中无限次重复调用，不存在实体继电器触点的使用次数限制。PLC的继电器输出型端口既可以驱动交流负载也可以驱动直流负载。答案：正确解析：继电器输出端口的本质是机械触点，只要负载的电压和电流参数在端口允许的额定范围内，就可以适配交流或者直流类型的负载。模拟量信号是仅有通断两种状态的二进制信号。答案：错误解析：模拟量信号是连续变化的信号，可在一定范围内取任意数值，仅有通断两种状态的是数字量开关信号。双线圈输出指的是同一编号的线圈在程序中被重复赋值，这种操作很容易导致逻辑输出状态混乱，编程过程中应该尽量避免。答案：正确解析：PLC的程序扫描是从上到下执行的，重复赋值的双线圈的最终输出状态仅由程序最后一次执行的赋值逻辑决定，很容易出现不符合设计预期的输出结果，因此常规编程规范中要求避免无意义的双线圈输出。PLC可以直接接入380V工业强电作为输入信号不需要额外加装任何转换元件。答案：错误解析：绝大多数PLC的数字量输入端口的额定允许输入电压最高不超过24V，少部分支持220V交流输入的特殊模块也不支持直接接入380V强电，必须经过中间继电器或者电压转换元件转换才能接入，否则会直接烧坏输入端口。顺序功能图编程法可以把复杂的顺序控制流程拆分成多个独立的执行步，有效降低编程逻辑的复杂度。答案：正确解析：顺序功能图以步为核心单元，每个步对应独立的输出状态和跳转条件，逻辑结构清晰直观，非常适合流水线、自动加工设备这类分步执行的顺序控制场景。PLC的存储器单元只能用来存储用户编写的控制程序，不能存储现场采集的运行数据。答案：错误解析：PLC的存储器分为程序存储区和数据存储区，数据存储区专门用来存储现场采集的模拟量数值、运行状态参数、故障记录数据等信息。工业现场的动力线缆和PLC的信号线缆分开布线可以有效降低电磁干扰对PLC信号采集的影响。答案：正确解析：动力线缆工作时会产生强电磁辐射，和信号线缆保持足够距离或者分开布线可以大幅减少电磁感应产生的干扰信号，提升PLC系统运行的稳定性。处于运行状态的PLC可以随时直接带电插拔输入输出模块不会产生任何影响。答案：错误解析：绝大多数普通PLC的输入输出模块都不支持热插拔，带电插拔很容易瞬间产生冲击电流烧坏模块背板接口或者主板元件，必须在断电状态下进行插拔操作。四、简答题（共5题，每题6分，共30分）简述PLC循环扫描工作过程三个核心阶段的主要工作内容。答案：第一，输入采样阶段，PLC会一次性将所有外部数字量输入端口的通断状态读取出来，写入对应的输入映像寄存器中锁存，在本次扫描周期剩余的所有阶段里，输入映像区的状态都不会随着外部输入信号的实时变化而改变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才会更新状态；第二，用户程序执行阶段，PLC会按照从上到下、从左到右的固定顺序逐条执行用户编写的梯形图逻辑程序，根据输入映像区的状态和内部其他软元件的状态完成逻辑运算，把运算得到的结果逐步更新到对应的输出映像区和其他内部数据存储区中；第三，输出刷新阶段，PLC会将输出映像区内存储的所有输出状态一次性同步写入到外部的物理输出端口，驱动外部对应的执行元件动作，完成本次扫描周期的全部控制流程。解析：这三个阶段是PLC区别于通用计算机并行工作模式的核心特征，输入采样的锁存机制可以避免程序执行过程中外部输入跳变导致的逻辑运算错乱，输出的同步刷新机制可以保证所有输出状态同步更新，避免执行元件不同步动作带来的生产风险。简述PLC数字量输入接口的主要抗干扰措施。答案：第一，接口内部设置光电隔离元件，把外部现场的输入信号和PLC内部的主控电路进行电气隔离，完全阻断现场侧的强干扰电流窜入主控电路的路径；第二，接口电路设置RC滤波电路，对输入信号进行延时滤波处理，过滤掉持续时间极短的干扰脉冲信号，只有持续时长超过设定阈值的有效信号才会被PLC识别为有效输入；第三，外部回路中增设信号浪涌抑制元件，针对工业现场容易出现的瞬时高压浪涌信号进行泄放处理，避免高压浪涌直接冲击输入接口的电路元件。解析：工业现场的输入信号线缆往往走线距离长，很容易耦合到各种电磁干扰，上述三层抗干扰设计可以大幅提升数字量输入接口的信号识别准确率，减少误触发的概率，满足复杂工业环境的使用要求。简述PLC梯形图编程的核心基本原则。答案：第一，所有梯形图的逻辑回路都必须从左侧母线开始，经过至少一个触点的逻辑控制之后再连接到线圈，线圈不能直接连接左侧母线，也不能放在触点的左侧位置；第二，触点只能放在逻辑回路的中间部分，不能直接放在输出线圈的右侧位置，所有输出线圈的右端都必须连接到右侧母线；第三，尽量避免出现同一编号线圈重复赋值的双线圈输出情况，特殊需要的场景下可以通过置位复位指令代替双线圈输出实现同样的逻辑效果，同时避免状态混乱。解析：这些基本原则是基于PLC从上到下从左到右的扫描运行机制设定的，遵守这些规则编写的程序逻辑可读性强，运行结果和设计预期完全一致，不容易出现难以排查的隐性逻辑故障。简述PLC内部辅助继电器的分类和各自的功能特点。答案：第一，普通通用辅助继电器，属于无断电保持功能的常规软元件，PLC上电运行之后所有普通辅助继电器的初始状态全部为清零状态，PLC断电之后存储的状态会完全丢失，主要用于普通逻辑中转的场景；第二，断电保持型辅助继电器，PLC内部配备独立的掉电保持存储空间，当PLC意外断电的时候，这类辅助继电器的存储状态不会丢失，上电之后可以延续断电之前的状态，主要用于需要记忆断电之前运行状态的控制场景，比如记录设备断电前的加工步位置；第三，特殊用途辅助继电器，这类辅助继电器的状态由PLC系统程序自动赋值，用户不能随意修改状态，比如始终导通的常闭继电器、1秒周期振荡的时钟脉冲继电器，用来给用户程序提供固定的系统状态信号。解析：不同类型的辅助继电器适配不同的使用场景，合理选用可以大幅简化程序的复杂度，提升程序的运行可靠性。简述PLC控制系统常规调试的三个主要步骤。答案：第一，离线模拟调试，在不接入外部现场实际硬件的情况下，把编写完成的程序下载到PLC中，通过软件强制修改输入点的状态，模拟所有外部输入信号的触发情况，验证所有逻辑回路的运算结果是否和设计要求完全一致，排查程序内部的逻辑错误；第二，空载硬件调试，断开PLC输出端口连接的所有外部动力负载，给PLC和所有外围信号元件上电，手动触发所有外部输入信号，查看PLC的输入指示灯和在线监控状态是否正常，同时强制触发所有输出点，检查所有输出端口的动作是否正常，排查接线错误问题；第三，带载联机调试，连接所有外部负载之后投入实际运行，模拟完整的全流程生产动作，调整逻辑中的定时参数、延时参数直到整个系统的运行状态完全符合生产工艺要求。解析：分步调试的模式可以逐步把故障范围缩小，避免直接带载调试出现的设备误动作、元件烧坏的风险，大幅提升调试的效率和安全性。五、论述题（共3题，每题10分，共30分）结合某五金零部件冲压车间的实际应用场景，论述PLC控制系统的全链路抗干扰设计方案。答案：论点：工业冲压车间属于强电磁干扰、振动大的恶劣工控环境，只有从电源侧、信号侧、接地侧、程序侧四个维度同步落实抗干扰措施，才能保证PLC控制系统长期稳定运行，避免误动作导致的设备损坏和生产安全事故。论据：首先从电源侧进行抗干扰设计，冲压车间的大功率冲压机床启停时会产生非常大的电源浪涌和电压波动，给PLC系统供电的回路需要独立加装隔离变压器和电源滤波器，和冲压机床的动力供电回路完全分开，不能共用同一个供电支路，同时PLC的供电端口侧额外并联浪涌吸收器，把窜入供电线路的高压浪涌直接泄放到大地，避免供电侧的干扰冲击PLC电源模块。其次从信号侧进行抗干扰设计，所有连接外部接近开关、按钮的数字量信号线缆全部使用屏蔽线缆，屏蔽层单端接大地，动力线缆和信号线缆走不同的桥架布线，两者的间距至少保持30厘米以上，避免动力线缆运行时的电磁辐射耦合到信号线缆中导致误信号，同时所有输入回路中额外加入20毫秒的软件延时滤波，过滤掉冲压振动产生的短时抖动干扰信号。第三从接地侧进行抗干扰设计，单独为PLC控制系统设置独立的接地极，接地电阻小于4欧姆，绝对不能和冲压机床的强电保护接地共用同一个接地极，避免强电侧的地电位差窜入PLC系统产生干扰。第四从程序侧进行抗干扰设计，程序中加入定时的输入信号校验逻辑，如果某个输入点的通断状态在极短时间内反复跳变超过3次，就判定为干扰信号直接屏蔽该次无效触发，同时增加故障报警逻辑，发现异常干扰的时候自动弹出提示信息提醒运维人员排查。结论：通过四个维度的全链路抗干扰设计方案，实际应用在五金冲压车间的PLC控制系统平均无故障运行时间可以提升数十倍，完全可以适应恶劣的现场环境，不会出现因为干扰导致的滑块误下行、安全门误解锁之类的严重生产事故，大幅提升冲压生产线的运行稳定性。结合小型食品自动传送带的控制需求，论述顺序控制功能图编程方法的完整实施流程。答案：论点：顺序控制功能图是针对分步执行的顺序控制场景最高效的编程方法，通过步划分、条件定义、逻辑实现三个步骤可以快速搭建出逻辑清晰、调试方便的传送带控制程序。论据：该小型食品自动传送带的控制工艺要求是按下启动按钮之后，传送带先运行3秒，之后启动推料气缸把传送带上的食品推到分拣台上，推料气缸伸出2秒之后自动缩回，缩回到位之后传送带再次运行3秒，重复整个循环，按下停止按钮之后运行完当前完整周期再停止。首先第一步进行步划分，把整个控制流程拆分为5个独立的步，初始等待步、传送带运行步、推料气缸伸出步、推料气缸缩回步、回到传送带运行步循环。每一个步都分配一个独立的辅助继电器作为步标记，步标记导通的时候该步对应的输出和动作才能执行。第二步定义每一个步之间的跳转条件，初始等待步的跳转条件是启动按钮按下，传送带运行步的跳转条件是3秒定时时间到，推料气缸伸出步的跳转条件是2秒定时时间到，推料气缸缩回步的跳转条件是气缸缩回到位传感器触发，同时在最后一个步增加停止按钮按下的跳转分支，满足停止条件的时候直接跳转到初始等待步。第三步完成逻辑实现，用置位复位指令实现步之间的跳转逻辑，当前步导通之后自动置位下一步的步标记，同时自动复位当前步的步标记，每一个输出的驱动逻辑只需要关联对应步的步标记即可，比如传送带运行的输出逻辑只要关联传送带运行步的步标记导通就可以触发，不需要编写复杂的互锁逻辑。结论：用顺序控制功能图方法编写的自动传送带控制程序，所有的动作逻辑一目了然，后期修改工艺只需要调整