PLC原理及应用-三菱FX5U（第2版） 习题及答案

习题参考答案习题11-1什么是低压电器？请列举几种可用于短路保护的低压电器。答：

低压电器是实现电路通断、控制、调节与检测等功能器件的总称。按工作电压划分，一般将交流1200V或直流1500V作为分界线，低于此范围的统称为低压电器。可用于短路保护的低压电器包括：熔断器、低压断路器（过电流脱扣器实现短路保护）。1-2接触器的作用是什么？交流接触器与直流接触器的主要区别有哪些？答：

接触器是一种基于电磁铁动作原理，通过输入信号实现对电路频繁通断控制的低压电器。它广泛应用于自动化控制系统中，用于交流或直流主电路的通断控制，并具备远距离操作、自动切换及失压（欠压）保护等功能。交流接触器与直流接触器的主要区别：对比项交流接触器直流接触器线圈电流通以交流电，产生交变磁场采用直流线圈，产生恒定磁场结构结构简单、成本较低成本较高，体积相对较大噪音噪音较大噪音小发热线圈易发热发热较小寿命—寿命长灭弧能力一般灭弧能力强1-3继电器是一种根据输入信号变化，自动___________控制回路并改变___________的电器。按控制信号可分为______继电器、______继电器、______继电器和______继电器等。答：

继电器是一种根据输入信号变化，自动接通或断开控制回路并改变电路工作状态的电器。按控制信号可分为电流继电器、电压继电器、中间继电器和时间继电器等。1-4启动按钮通常采用______色，停止按钮通常采用______色。答：

启动按钮通常采用绿色，停止按钮通常采用红色。1-5按钮和行程开关在作用上有何不同？各适用于什么场合？答：

按钮是一种用于小电流控制回路的手动操作电器，由操作者手动按下发出控制指令（如启动、停止等），适用于需要人工干预的控制场合。行程开关（限位开关）通过机械撞击检测位置信号，其触头动作不是靠手指按压，而是利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作，用于限制生产机械的运动行程或检测位置。适用于各类机床、起重机械以及轻工机械的行程控制和限位保护。1-6低压断路器又称为__________，它不仅可用于正常负载电流的通断控制，并具备______、______、______等自动保护功能。答：

低压断路器又称为自动空气开关，它不仅可用于正常负载电流的通断控制，并具备过载、短路、欠压（失压）

等自动保护功能。1-7简述熔断器的基本工作原理及其在电路中的作用。答：

熔断器是一种结构简单、价格低廉的保护电器，主要由熔体和支架两部分组成。其工作原理是：电流通过熔体时产生的热量与电流平方和电流通过的时间成正比。当电路发生短路或严重过载时，大电流通过熔体产生大量热量，使熔体迅速熔断，从而切断故障电路。熔断器在电路中主要用于短路保护，也可用于过载保护。

习题22-1PLC按结构形式分类，可分为_____、______和_____三类。答：

PLC按结构形式分类，可分为整体式、模块式和分布式三类。2-2PLC的工作方式是。答：

PLC的工作方式是循环扫描。2-3PLC的一个扫描周期包括_____、______和_____三个阶段。答：

PLC的一个扫描周期包括输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。2-4PLC提供_____、______和_____三种输出类型。答：

PLC提供继电器输出、晶体管输出和晶闸管（可控硅）输出三种输出类型。2-5PLC的内部继电器在经过_____、______和_____的操作后将变为OFF。答：

PLC的内部继电器在经过CPU模块电源从OFF切换为ON、执行系统复位操作和执行锁存清除操作的操作后将变为OFF。2-6简述PLC的定时器和计数器基本工作原理。答：

定时器：当驱动线圈的信号接通时，开始计时（通过对内部时钟脉冲计数实现定时），达到设定值时输出触点动作；驱动线圈的信号断开或发生停电时，定时器复位，输出触点跟着复位（累计定时器除外，其保持当前值不变）。计数器：在程序中对输入条件的上升沿次数进行计数。当计数值与设定值相同时，触点变为ON。即使将计数器线圈的输入置为OFF，计数器的当前值也不会被清除，需通过RST指令复位。2-7练习使用GXWorks3编写一个简单定时器延时的梯形图程序，并进行仿真调试。答：

参考教材2.6.4节编程操作与仿真模拟部分，步骤如下：（1）新建工程：选择FX5CPU系列→FX5U机型→梯形图语言；（2）编写梯形图：如LDX0→OUTT0K10（1秒延时）→LDT0→OUTY0；（3）程序转换/编译：单击转换按钮将程序转换为可执行程序；（4）仿真模拟：单击【调试】→【模拟】→【模拟开始】，启动GXSimulator3；（5）监视调试：打开数据监视窗口，强制X0为ON，观察T0计时及Y0输出变化。

习题33-1在FX5UPLC中，特殊辅助继电器______可在RUN后接通一个扫描周期；特殊辅助继电器______可提供1秒时钟脉冲。答：

在FX5UPLC中，特殊辅助继电器SM402（SM8002）

可在RUN后接通一个扫描周期；特殊辅助继电器SM412（或SM8013）可提供1秒时钟脉冲。3-2FX5UPLC的定时器有哪几种类型？各有何特点？答：

FX5UPLC提供6种类型的定时器：指令类型定时范围OUTT100ms定时器0.1～3276.7sOUTHT10ms定时器0.01～327.67sOUTHST1ms定时器0.001～32.767sOUTST100ms累计定时器0.1～3276.7sOUTHST10ms累计定时器0.01～327.67sOUTHSST1ms累计定时器0.001～32.767s累计定时器的特点是：线圈变为OFF时保持当前值及触点状态，再次ON时从保持值继续计时；需通过RST指令清除当前值并复位触点。3-3设计一个电动小车前进后退运行互锁电路。请分配I/O地址，设计梯形图程序，并说明互锁的作用。答：I/O分配：输入功能输出功能X3前进按钮Y1前进接触器X4后退按钮Y2后退接触器X5停止按钮梯形图程序：互锁的作用：

确保前进和后退两个输出不会同时动作，防止主电路中正反转接触器同时闭合造成电源短路。程序中通过将Y2的常闭触点串联在Y1回路中，将Y1的常闭触点串联在Y2回路中实现互锁。3-4设计一个可调定时（最大时长为24小时）闹钟系统。请分配I/O地址，设计梯形图程序，并说明实现的功能。答：I/O分配：输入功能输出功能X0启动/设定按钮Y0闹钟输出（铃/灯）X1复位按钮设计思路：（1）使用数据寄存器D0存储设定时间（单位：秒，范围0～86400）；（2）使用计数器或定时器组合实现长延时（如定时器T0（100s）+计数器C0实现最长86400秒）；（3）当前计时值等于设定值时，Y0输出闹钟信号；（4）X2、X3用于调整设定值，X1用于复位闹钟。实现方案：

可采用定时器与计数器组合的方式实现长延时。例如，定时器T0设定为100秒，计数器C0计数值由D0/100决定，当C0计满时触发Y0。梯形图程序：3-5有两台电机采用三菱PLC控制，要求如下：（1）按下启动按钮，第一台电机工作5秒后停止，同时启动第二台电机。（2）第二台电机工作3秒后停止，同时第一台电机再次启动。（3）重复上述过程3次后，两台电机均停止。请分配I/O地址并设计梯形图程序。答：I/O分配：输入功能输出功能X0启动按钮Y0第一台电机Y1第二台电机工作过程：

按下X0→Y0运行→5秒后T0导通→Y0停止、Y1启动→3秒后T1导通→Y1停止、C0加1→重复上述过程→C0=3时全部停止。梯形图程序（使用计数器记录循环次数）：3-6某机电设备采用FX5UPLC控制，要求如下（1）按下启动按钮（自复位按钮），工作指示灯亮，延时3秒后电机开始工作。（2）电机工作模式由选择开关决定：“短时间模式”（开关OFF）：电机运行3个周期（正转5秒，停止2秒）。“长时间模式”（开关ON）：电机运行5个周期（正转5秒，停止2秒）。（3）周期结束后，电机停止，工作指示灯熄灭。请分配I/O地址并设计梯形图程序。答：I/O分配：输入功能输出功能X0启动按钮Y0工作指示灯X1选择开关（OFF=短时间，ON=长时间）Y1电机正转说明：

X1=OFF时C0设定值为K3（短时间模式3个周期），X1=ON时C0设定值为K5（长时间模式5个周期）；周期结束后复位所有输出。梯形图程序（采用定时器与计数器组合）：

习题44-1在三菱FX5UPLC中，步进顺序控制的每个顺序相连的阶段称为，可用软元件表示。答：

在三菱FX5UPLC中，步进顺序控制的每个顺序相连的阶段称为步（状态）

，可用软元件S（步进继电器）

表示。4-2顺序功能图的基本结构有哪几种？简述各自特点。答：

顺序功能图有三种基本结构形式：单序列、选择序列和并行序列。结构特点单序列由一系列相继激活的步组成，步与步之间串联，除转换瞬间外仅有一个步处于活动状态选择序列根据不同的转移条件选择执行某一分支，不同分支的转移条件同一时刻最多只有一个为ON；汇合状态可由任一分支驱动并行序列在某一转移条件满足时向多个分支同步并行转移；并行汇合时所有分支都到达汇合点且转移条件满足后才能向下汇合4-3设计题：根据以下工艺要求绘制顺序功能图。（1）按下X0，进水阀Y0打开；（2）水满（X1触发）后关闭Y0，正转Y1运行20秒；（3）20秒后Y1停，反转Y2运行10秒；（4）10秒后出水阀Y3打开，放水5秒；（5）5秒后重新打开Y0，进入下一循环；（6）运行中按下停止X2，不立即停止，而是在Y3开启15秒后自动停机。答：I/O分配：输入功能输出功能X0启动Y0进水阀X1水满传感器Y1正转X2停止按钮Y2反转Y3出水阀顺序功能图：说明：

停止按钮X2按下后不立即停止，在S23状态（Y3开启）15秒后自动停机。实现方式：当X2按下时设置一个标志，在S23状态启动T3（15秒），T3到后跳转到结束状态。

习题55-1用功能指令设计一个数码管循环点亮的控制系统，其控制要求如下：（1）手动时，每按一次按钮，数码管的显示数值加1，由0～9依次点亮，并实现循环；（2）自动时，每隔1s，数码管的显示数值加1，由0～9依次点亮，并实现循环。答：I/O分配：输入功能输出功能X0手动按钮Y0～Y3BCD码输出（接数码管）X1手动/自动切换梯形图程序：说明：

使用INC指令实现数值递增；D0的值经BCD转换后输出到Y0～Y3驱动数码管显示0～9。5-2设计一个数字加/减计算器，实现20+30=50，42-18=24。答：梯形图程序：说明：

在程序中将常数K20存入D0，K30存入D2，K42存入D10，K18存入D12。按下X0执行ADD指令，D4=50；按下X1执行SUB指令，D4=24。5-3某比赛要求5个人参赛，设计一个数字计算器，实现5个人总成绩及平均成绩的计算。答：梯形图程序：说明：

D0～D4分别存放5名选手的成绩；使用ADD指令累加得总成绩存入D10；使用DIV指令除以5得平均成绩存入D20。注意余数被舍去。5-4设计一个“三人表决器”，其逻辑功能是表决结果与多数人意见相同。每个人赞成为1，不赞成为0；Y为表决结果（输出变量），多数人赞成Y为1，否则Y为0。答：真值表：A（X0）B（X1）C（X2）Y（Y0）00000010010001111000101111011111梯形图程序：说明：

三人中任意两人及以上赞成（输入为ON），输出Y0为ON。使用三个并联支路分别检测三种两人组合。5-5现有4间重症病房，每间有两个按钮，红色表示急救，而黄色表示有事请求，试设计一个护士站与病房之间的急救显示系统（护士站有复位按钮）。答：I/O分配：输入功能输出功能X01号病房急救按钮（红）Y01号急救指示灯X11号病房有事按钮（黄）Y11号有事指示灯X22号病房急救按钮（红）Y22号急救指示灯X32号病房有事按钮（黄）Y32号有事指示灯X43号病房急救按钮（红）Y43号急救指示灯X53号病房有事按钮（黄）Y53号有事指示灯X64号病房急救按钮（红）Y64号急救指示灯X74号病房有事按钮（黄）Y74号有事指示灯X10护士站复位按钮设计思路：

采用SET/RST指令实现信号的锁存与复位。每个按钮对应一个输出，按下后通过SET指令锁定状态；护士站复位按钮通过RST指令清除所有输出。梯形图程序：5-6设计一个霓虹灯控制器，实现6只灯泡轮流亮，每次只有一只灯泡亮，亮1s且循环。答：梯形图程序（使用移位指令）：说明：

使用ROL循环左移指令实现6只灯泡轮流点亮。初始值H1（000001）送入K1Y0（Y0～Y3），每个1秒脉冲执行一次ROLK1Y0K1，使亮的灯依次左移。6位循环需在Y6位置处理（如ROL指令作用于K1Y0时实际上只在4位内循环，可改用ROLD0K1并配合输出）。5-7设智力测验时分4个组，每组前面放一个按钮，当某一组先按下按钮时，其对应的指示灯亮，电铃响，此时其他按钮均失效。这样，先按下按钮的那一组，就抢到了“答题权”。设计一个“4组智力抢答器”实现“抢答”功能。答：I/O分配：输入功能输出功能X0第1组按钮Y0第1组指示灯X1第2组按钮Y1第2组指示灯X2第3组按钮Y2第3组指示灯X3第4组按钮Y3第4组指示灯X4复位按钮Y4电铃梯形图程序（互锁+自锁）：说明：

采用SET指令锁存抢答结果；将其他组的指示灯常闭触点串联实现互锁；任一组成抢答后立即锁定，其他组无效；复位后重新开始。5-8设计一个工作台自动往复控制程序。要求：正/反转启动信号X0、X1，停车信号X2，左、右限位开关X3、X4，输出信号Y0、Y1。答：I/O分配：输入功能输出功能X0正转启动Y0正转X1反转启动Y1反转X2停车X3左限位X4右限位梯形图程序：说明：

正转启动条件：X0按下、未停车（X2常闭）、未到右限位（X4常闭）、未反转（Y1常闭）→SETY0；反转启动条件类似，利用左限位X3和Y0互锁；X2停车时复位Y0、Y1。5-9某游乐场所进、出口处分别设置了两个升降杆（Y1、Y2），当入口处的光电传感器（X1）检测到有人进入时，升降杆升起；当人数超过200人时，入口处的升降杆始终处于下降姿态，并且会提示“游乐设施已经满员，请稍候”。当有人从出口处走出时，出口处的光电传感器（X2）检测到有人要出去，出口处的升降杆升起，允许游人出去，此时会提示游人进入。试设计该游乐场游人数量控制系统。答：I/O分配：输入功能输出功能X1入口光电传感器Y1入口升降杆X2出口光电传感器Y2出口升降杆Y3满员提示灯梯形图程序：说明：

使用INC/DEC指令实时更新人数D0；入口杆在D0<200时升起；满员时Y3灯亮提示；出口杆在有人出去且D0>0时升起。5-10某恒压供水系统，以恒压水箱为被控对象，恒压水箱底部液压为系统的被控制量。该水箱的水以变化的速度流出，当出水量增大时，水泵需提高转速，从储水箱增加供水量；反之水泵需降低转速，减少储水箱供水量，始终维持水位不变化，其系统如图5-56所示。压力传感器测量箱体底部的压力，输出的信号是0~20mA，液位范围是0~4.5m，PLC模拟量输出的信号是0~10V，以控制水泵的转速。其控制要求如下：(1)按下X1按钮，水泵电动机启动送液，根据设定的液位进行恒压控制。(2)按下X0按钮，水泵停止。其参数见表5-53，试设计恒压供水系统PLC控制程序。答：

参考答案参见教材例5-44电热锅炉控制系统的PID实现方法。I/O分配：输入功能输出功能X0停止按钮SD6180模拟量输出（控制水泵转速）X1启动按钮PID参数设置（参见教材表5-53）：项目软元件设置值目标值(SV)D010/mA测定值(PV)SD6022实际检测值采样时间(TS)D10010/ms动作方向D101.01（反动作）比例增益(KP)D10340/%积分时间(TI)D10410/ms输出上限D12210000/mV输出下限D1230/mV梯形图结构：说明：

按下X1启动PID运算，PID输出值送至SD6180经D/A转换控制水泵转速，维持恒压。

习题66-1三菱GS2110-WTBD触摸屏支持的串行通信模式为__________和__________两种。答：

三菱GS2110-WTBD触摸屏支持的串行通信模式为RS-232和RS-422两种。6-2在GTDesigner3中完成画面设计后，下载至GOT的方式有__________和__________。答：

在GTDesigner3中完成画面设计后，下载至GOT的方式有GOT直接和通过可编程控制器两种。6-3三菱触摸屏的仿真模拟功能通过__________实现。答：

三菱触摸屏的仿真模拟功能通过GTSimulator3实现。6-4GTDesigner3中常用的对象包括、和数值显示/输入等。答：

GTDesigner3中常用的对象包括开关（位开关/字开关）

、指示灯（位指示灯/字指示灯）

和数值显示/输入等。6-5结合第3章抢答器实例，使用GTDesigner3完成其触摸屏界面设计。答：

设计步骤如下：（1）新建工程：启动GTDesigner3，选择GOT系列（如GS21），设置连接机器为FX5CPU；（2）创建画面：添加标题"4组智力抢答器"；（3）添加开关对象：为4组分别添加位开关，关联PLC软元件X0～X3（按钮），设置样式和文本（"1组""2组""3组""4组"）；（4）添加指示灯对象：为4组分别添加位指示灯，关联PLC软元件Y0～Y3，设置ON/OFF颜色（如绿色/灰色）；（5）添加复位按钮：添加位开关关联X4，文本设为"复位"；（6）添加电铃指示：添加位指示灯关联Y4；（7）仿真调试：启动GTSimulator3配合GXWorks3仿真验证功能。

习题77-1PLC常见工业控制的通信模式包括串行通信、_______________、____________、Modbus通信、ASI通信、______________、___________及CANOpen通信。答：

PLC常见工业控制的通信模式包括串行通信、以太网通信、CC-Link总线通信、Modbus通信、ASI通信、Profibus/DP通信、DeviceNet通信及CANOpen通信。7-2CC-Link是由三菱开发的先进的总线技术，CC-Link使用三菱专用电缆将_______________、___________及_____________等结合一起，并通过PLC对所有单元进行控制。答：

CC-Link是由三菱开发的先进的总线技术，CC-Link使用三菱专用电缆将I/O单元、智能单元及特殊单元等结合一起，并通过PLC对所有单元进行控制。7-3变频器的指令代码是PLC通过___________或_________________指令监控和读取参数时需要设置的内容。答：

变频器的指令代码是PLC通过IVCK或IVRD指令监控和读取参数时需要设置的内容。7-4连接到PLC之前，需用变频器的__________________事先设定与通信有关的参数。答：

连接到PLC之前，需用变频器的PU（参数设定模块）

事先设定与通信有关的参数。7-5FX5UCPU模块的________________及______________可以向伺服电机、步进电机等输出脉冲信号，从而进行定位控制。答：

FX5UCPU模块的晶体管输出及高速脉冲I/O模块可以向伺服电机、步进电机等输出脉冲信号，从而进行定位控制。7-6FX5UCPU模块的相对定位指令是_________________。答：

FX5UCPU模块的相对定位指令是DDRVI（或DRVI）。7-7简单运动模块FX5-40SSC-S可以实现PLC对伺服电机的控制，主要功能包括原点复位、_______________、高级定位控制、_____________和扩展控制。答：

简单运动模块FX5-40SSC-S可以实现PLC对伺服电机的控制，主要功能包括原点复位、主要定位控制、高级定位控制、手动控制和扩展控制。

习题88-1简述McgsStu组态软件的五大组成部分，并说明"实时数据库"在系统中的作用。答：

McgsStu工作台由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成。主控窗口：定义系统的主框架，设置工程的整体属性；设备窗口：实现McgsStu与外部硬件（PLC、仪表等）之间的通信；用户窗口：设计和实现可视化操作界面；实时数据库：系统的核心，负责存储、处理和交换来自外部设备的数据以及系统内部变量。画面中的元件通过变量名与实时数据库中的数据点关联；运行策略：实现复杂的逻辑控制，如定时执行脚本、条件触发动作等。8-2在SFB与MCGS通信实例中，为什么需要在SFB中建立"HMI信号中转"的通信模板？说明M100、M101、M102和D40_D41在通信过程中的作用。答：

建立"HMI信号中转"通信模板是因为MCGS无法直接与GXSimulator3通信，需要借助SFB作为中介——SFB通过MX协议与GXWorks3通信，通过ModbusTCP与MCGS通信。各软元件的作用：软元件作用M100触摸屏通过SFB发送至PLC的启动信号M101触摸屏通过SFB发送至PLC的停止信号M102PLC通过SFB发送至触摸屏的皮带线运行状态信号D40_D41触摸屏通过SFB发送至PLC的皮带线运行速度设定值（32位浮点数）8-3在选择PLC机型时，应考虑哪些因素？答：

选择PLC机型时应考虑以下因素：（1）结构形式：整体式适用于小型控制系统，模块式适用于复杂系统；（2）I/O点数：在系统实际需求上增加10%～15%的裕量；（3）I/O响应时间：对实时性要求高的系统应选用扫描速度较快的PLC；（4）控制复杂程度：根据是否需要进行复杂函数、PID、远程I/O等运算选择适当档次的PLC；（5）机型统一性：同一系统中尽量使用同一机型，便于开发、采购和管理；（6）联网通信：考虑系统的通信需求。8-4开关量输出模块有哪三种输出方式？各适用于什么场合？在立体仓库控制系统中，哪些执行元件适合用继电器输出方式，哪些适合用晶体管输出方式？答：

开关量输出模块有三种输出方式：输出方式特点适用场合继电器输出电压范围宽，导通压降小，可驱动交流或直流负载，价格便宜，但有触点、寿命较短、动作速度慢不频繁通断的场合，驱动较大负载晶闸管输出无触点、寿命长、动作快通断频繁的交流负载晶体管输出无触点、寿命长、动作快通断频繁的直流负载立体仓库中的应用：继电器输出方式：电源指示灯、运行指示灯、蜂鸣器等不频繁动作的指示元件晶体管输出方式：巷道堆垛机X轴脉冲（Y0）、Z轴脉冲（Y1）等需要高速脉冲输出的定位控制8-5在安全电路设计中，为什么要使用常闭触点作为紧急分断的主令电器？列举至少三种安全电路设计中必须考虑的要素。答：

使用常闭触点作为紧急分断的主令电器的原因是：常闭触点在动作后断开，不动作时始终处于闭合状态。即使触点发生熔焊，也可以在外力的作用下强制断开，保证安全电路的正常动作。安全电路设计中必须考虑的要素包括：（1）安全触点的使用：用于紧急分断、超程保护的主令电器只能使用常闭触点，且必须具有自锁能力；（2）控制回路设备的互锁：对可能引起电源短路或机械损伤的执行元件进行机械互锁；（3）紧急分断电路：通过紧急分断开关和紧急分断控制电路实现快速停车，且不得使用PLC控制；（4）安全防护门设计：安全门必须带安全锁，打开时停止范围内所有机器运作；（5）冗余设计：在安全电路中增加重复的执行元件以提高可靠性。8-6简述PLC控制系统设计的主要步骤，并说明"系统现场调试"阶段的主要工作内容和调试原则。答：

PLC控制系统设计的主要步骤：（1）系统规划：明确控制要求，确定系统类型，选择PLC型号、I/O模块等；（2）硬件设计：包括主回路设计、控制回路设计、安全电路设计、控制柜布局设计等；（3）软件