《智能焊接制造基础》习题及答案 第5章习题参考答案

第5章PLC控制技术习题与思考题参考答案1.什么是可编程控制器？可编程控制器在焊接自动化系统中的作用是什么？答题思路：先给出PLC定义，从硬件本质、核心功能入手；再结合焊接现场顺序控制、工装、焊接电源、物联，说明在智能焊接制造中的作用。答题要点（1）定义：可编程逻辑控制器（PLC）是以微处理器为核心，融合计算机、自动控制、通信技术的工业控制装置；使用可编程存储器存放用户程序，具备逻辑、定时、计数、运算功能，通过数字/模拟I/O模块，采集现场信号并控制工业设备运行。（2）焊接自动化系统中的作用①实现顺序控制：完成焊接工装夹紧、送料、焊枪进退、工件回转、焊接电源启停等工序逻辑，替代传统继电器控制。②运动控制：配合伺服、步进机构，实现焊接变位机、专机的位置与速度控制。③模拟量处理：通过A/D、D/A模块处理焊接温度、压力等工艺参数，可实现PID闭环控制。④数据处理：采集焊接过程数据，完成运算、存储。⑤通信联网：与触摸屏、焊接电源、上位机互联，实现设备物联，支撑智能焊接制造。2.PLC系统的基本硬件有几部分组成？各部分的作用是什么？答题思路：按照教材硬件框图，依次列出CPU、存储器、I/O单元、电源、扩展接口、存储器接口、外部设备接口，分别简述功能。答题要点1）CPU（中央处理单元）：PLC核心，执行系统程序与用户程序，完成运算、逻辑处理，协调整机各部件工作。2）存储器：分为系统存储器与用户存储器；系统存储器存放监控管理系统程序；用户存储器存放用户编写的控制程序与现场数据。3）输入/输出（I/O）单元：PLC与现场设备的接口；完成电平转换、信号隔离、信号缓冲；输入单元采集按钮、传感器信号；输出单元驱动电磁阀、接触器、指示灯等外部负载。4）电源单元：为PLC内部电路提供稳压电源，一般支持AC220V市电输入。5）扩展接口：总线形式，连接I/O扩展模块、模拟量模块、通信模块，实现系统功能扩展。6）存储器接口：扩展程序存储区与数据存储区。7）外部设备接口：连接编程电脑、编程器，完成程序下载、调试、监控与人机交互。3.PLC常用的编程语言有哪几种？什么是PLC的梯形图？答题思路：列出教材中四种编程语言；说明梯形图来源、形式、本质，区分软继电器与硬件继电器。答题要点（1）常用编程语言：梯形图LAD、语句表（助记符STL）、顺序功能图SFC、逻辑方程式（布尔代数式）。（2）梯形图：梯形图是应用最广的图形化编程语言，由传统继电器控制电路图演变而来；使用常开触点、常闭触点、线圈、功能块等图形符号，自上而下、从左至右编写。梯形图内部为软继电器，实质是存储器位触发器，并非物理硬件；触点可无限次调用，线圈一般只能出现一次，直观易懂，适合顺序逻辑控制。4.结合某一具体自动化焊接系统的例子，绘制其PLC控制系统硬件电路。答题思路：选用教材不锈钢浮球自动焊实例；文字描述硬件电路构成、信号流向，说明绘图要点。答题要点（1）实例：不锈钢浮球环缝TIG自动焊PLC控制系统。（2）系统硬件组成：PLC主机、输入器件（启动/停止按钮、自动‑手动选择开关、调试按钮、增量编码器）；输出器件（3路气缸电磁阀、伺服电机控制继电器、弧焊电源控制继电器、状态指示灯）；外部24V直流电源。（3）硬件电路信号流向：输入回路：按钮、编码器信号接入PLC输入端子X；COM端接参考地。输出回路：PLC输出端子Y外接电磁阀、继电器、指示灯，继电器再驱动伺服控制器、弧焊电源。（4）绘图要点：画出PLC主体；标注X输入端子、Y输出端子、公共COM；画出外部输入器件、输出负载；标明电源；标明编码器脉冲输入；区分手动调试输入与自动流程输入。绘图：按照教材图5‑10接线图绘制，体现I/O分配、外部电源、负载回路。5.梯形图的编程规则有哪些？答题思路：围绕母线、执行顺序、线圈触点使用规则、输入继电器特点、软继电器特性，逐条整理教材规则。答题要点①自上而下、从左到右执行，逻辑行从左母线起始，右侧接输出线圈或功能块。②输入继电器只有触点，不允许出现线圈，状态完全由外部输入信号决定。③同一编号的线圈一般只允许出现一次；触点可以无限次串并联。④触点可串联、可并联；输出线圈只允许并联，不允许串联。⑤梯形图继电器为软继电器，对应存储器位触发器，不是实际物理继电器。⑥输出继电器仅代表内部寄存状态，依靠输出模块驱动外部实际负载。⑦内部辅助继电器仅用于内部逻辑运算，不能直接对外输出。6.PLC控制系统设计的基本原则是什么？基本内容有哪些？设计步骤是什么？答题思路：分三部分作答：基本原则、基本内容、设计步骤，严格依据教材内容。答题要点基本原则①最大限度满足被控对象的工艺控制要求。②在满足控制要求前提下，力求系统简单经济，方便使用与维护。③保证系统安全可靠。④PLC选型I/O容量预留裕量，兼顾后期工艺升级。基本内容①选定输入设备（按钮、限位、传感器）、输出设备（电磁阀、接触器）及被控对象（焊接电源、电机、气动装置）。②PLC选型：机型、I/O模块、电源模块。③I/O点分配，绘制I/O连接图。④程序设计、梯形图编写与程序调试。⑤控制柜/控制台设计。⑥编制全套技术文件（说明书、电气图纸、元器件明细表）。设计步骤①分析焊接工艺，明确控制要求、动作顺序、保护逻辑、操作模式（手动/自动）。②确定输入输出设备，统计I/O点数。③PLC硬件选型。④I/O地址分配，绘制I/O接线图。⑤PLC程序设计；同步开展控制柜设计与现场施工。7.什么是触摸屏，触摸屏的作用是什么？答题思路：定义触摸屏；说明硬件构成；结合焊接PLC系统说明作用。答题要点（1）定义：触摸屏又称触摸式图形显示终端，是带显示装置的复合型传感器，由触摸检测部件和触摸控制器组成；将触摸位置转换为控制指令，通过通信接口与PLC等控制器交互。（2）作用①人机交互：替代传统机械按钮，实现参数设置、模式切换、手动操作。②状态监控：实时显示焊接设备运行状态、故障报警、工艺参数。③故障诊断：显示故障代码，便于焊接设备检修。④工艺参数修改：直接设置焊接时序、转速等参数，无需修改PLC底层程序。8.触摸屏的应用有哪些？具有什么特点？答题思路：先写应用场景，再写特点，结合焊接自动化工况。答题要点主要应用①工业焊接设备：自动焊接专机、焊接变位机、管道焊接设备、机器人示教单元，作为PLC的人机界面。②数字化弧焊电源操作面板。③普通民用：手机、平