大学PLC原理及应用期末考试试卷（含答案及详细解析）

大学PLC原理及应用期末考试试卷（含答案及详细解析）适用专业：机电一体化、电气自动化、智能制造考试时长：120分钟满分：100分说明：本试卷以西门子S7-200SMARTPLC为考核主体，题型贴合高校期末统考标准，无超纲内容。一、单项选择题（每题2分，共20分）1.PLC的中文全称是（）A.可编程控制器B.单片机控制器C.工业计算机D.逻辑控制器2.PLC工作的核心循环顺序是（）A.程序执行→输入采样→输出刷新B.输入采样→程序执行→输出刷新C.输出刷新→程序执行→输入采样D.输入采样→输出刷新→程序执行3.S7-200SMART中，输入继电器的标识符号是（）A.MB.IC.QD.S4.下列不属于PLC硬件组成的是（）A.CPU模块B.编程软件C.输入输出端子D.电源模块5.梯形图中，线圈指令不能直接连接的位置是（）A.母线右侧B.程序段末尾C.触点后方D.左母线起始端6.S7-200SMART中，辅助继电器M的作用是（）A.外接输入信号B.外接输出负载C.内部逻辑中转D.定时计数7.接通延时定时器TON的定时精度不包括（）A.1msB.10msC.100msD.1000ms8.PLC控制系统相较于继电器控制系统最大的优势是（）A.价格更低B.接线固定不可修改C.程序可灵活修改，无机械磨损D.功耗更高9.梯形图编程的基本原则，说法正确的是（）A.触点可以垂直串联B.线圈可以串联使用C.左母线必须连接触点，不能直接接线圈D.程序段可以出现悬空触点10.高速计数器主要用于采集（）信号A.低频开关量B.高频脉冲量C.模拟量电压D.模拟量电流二、判断题（每题1分，共10分，对的打√，错的打×）1.PLC只能处理开关量信号，无法处理模拟量信号。（）2.程序执行阶段，PLC会一次性扫描执行所有用户程序。（）3.S7-200SMART中，Q点为输出继电器，可直接驱动接触器、指示灯等负载。（）4.梯形图中，同一编号的线圈可以在程序中多次重复输出。（）5.定时器当前值达到设定值后，定时器位立即置位。（）6.辅助继电器M分为普通型和断电保持型，断电保持型可记忆断电前状态。（）7.PLC的输入采样阶段，会刷新所有输入端子的状态并存入输入映像寄存器。（）8.串联触点多的支路应放在梯形图下方，简化程序。（）9.计数器复位后，当前值清零，计数器位复位。（）10.工业现场的强电信号可以直接接入PLC输入端子。（）三、简答题（每题6分，共30分）1.简述PLC三个工作阶段的具体工作内容。2.简述梯形图编程的四大基本规则。3.说明TON、TOF、TONR三种定时器的工作区别。4.简述PLC与传统继电器控制系统的优缺点对比。5.什么是输入映像寄存器、输出映像寄存器？其作用是什么？四、程序分析题（每题10分，共20分）1.分析如下梯形图逻辑：I0.0为启动按钮，I0.1为停止按钮，Q0.0为输出指示灯。请描述程序工作过程。逻辑结构：I0.0常开触点并联Q0.0自锁触点，串联I0.1常闭触点，驱动Q0.0线圈。2.定时器程序：T37（100ms定时器）设定值PT=50，I0.2为触发信号。简述该程序的定时时长和工作逻辑。五、程序设计题（20分）设计一个PLC延时启动控制程序：1.控制要求：按下启动按钮I0.0，延时3秒后，输出Q0.0点亮；按下停止按钮I0.1，Q0.0立即熄灭。2.选用S7-200SMART100ms通用定时器，画出梯形图逻辑并写出指令表。参考答案及详细解析一、单项选择题答案及解析1.A解析：PLC全称可编程逻辑控制器，简称可编程控制器，是工业现场专用的数字运算操作电子系统。2.B解析：PLC固定扫描周期为：输入采样→程序执行→输出刷新，循环往复执行。3.B解析：S7-200SMART中，I为输入、Q为输出、M为辅助继电器、S为顺序控制继电器。4.B解析：编程软件属于配套软件，不属于PLC硬件设备，硬件包含CPU、电源、I/O模块、端子等。5.D解析：梯形图左母线为电源母线，禁止直接连接线圈，线圈必须通过触点控制。6.C解析：辅助继电器为内部软元件，无外部接线，仅用于程序内部逻辑中转、自锁、互锁等逻辑运算。7.D解析：S7-200SMART定时器精度为1ms、10ms、100ms，无1000ms精度档位。8.C解析：继电器系统为硬接线固定逻辑，PLC通过软件编程修改逻辑，无机械触点磨损，寿命更长。9.C解析：触点不可垂直放置、线圈禁止串联、禁止悬空触点，左母线必须接触点。10.B解析：普通I点只能采集低频开关信号，高速计数器专门用于编码器等高频脉冲信号采集。二、判断题答案及解析1.×解析：PLC可通过模拟量模块采集电压、电流模拟信号，实现温度、压力等连续量控制。2.√解析：程序执行阶段按照从上到下、从左到右的顺序扫描执行全部用户程序。3.√解析：Q为输出软元件，对应物理输出端子，可直接驱动低压指示灯、小型接触器线圈。4.×解析：标准梯形图禁止双线圈输出，多次重复线圈会导致程序逻辑混乱、输出异常。5.√解析：TON定时器当前值等于设定值时，定时器位置1，常开触点闭合、常闭触点断开。6.√解析：断电保持型M继电器，PLC断电后状态不复位，上电后延续断电前状态。7.√解析：输入采样阶段统一读取所有外部输入状态，存入输入映像区，程序执行期间不再刷新。8.×解析：编程规范要求：串联多的支路放上方，并联多的支路放左侧，简化程序结构。9.√解析：计数器执行复位指令后，当前值清零，计数器位复位，所有触点恢复初始状态。10.×解析：PLC输入端子为弱电信号，强电必须通过继电器、隔离模块转换后接入。三、简答题详细答案1.PLC三个工作阶段具体内容（1）输入采样阶段：PLC一次性读取所有外部输入端子的通断状态，存入输入映像寄存器中保存，本次扫描周期内数据保持不变；（2）程序执行阶段：CPU按照从上到下、从左到右的顺序逐条执行用户编写的梯形图程序，根据输入映像区数据和程序逻辑，运算更新内部软元件状态；（3）输出刷新阶段：将程序运算后的输出映像寄存器状态，统一刷新到外部输出端子，驱动外接负载动作。三个阶段循环执行，形成PLC的扫描工作模式。2.梯形图编程四大基本规则（1）梯形图必须左右母线完整，所有逻辑行从左母线开始，终止于右母线；（2）线圈、指令盒不能直接接左母线，必须通过触点控制，禁止悬空线圈和悬空触点；（3）触点只能串联、并联，禁止垂直连接；线圈禁止串联，只可并联；（4）同一程序中禁止出现双线圈输出，避免逻辑冲突；程序结构遵循上密下疏、左密右疏原则。3.三种定时器工作区别（1）TON接通延时定时器：输入触发信号接通后开始计时，计时到设定值，定时器置位、输出动作；触发信号断开，定时器立即复位，当前值清零；（2）TOF断开延时定时器：输入信号接通时定时器复位，信号断开瞬间开始计时，计时完成后定时器复位；（3）TONR保持接通延时定时器：触发信号接通累计计时，信号断开时当前值保持，再次接通继续累计，达到设定值后置位，需手动复位指令清零。4.PLC与继电器控制系统优缺点对比继电器系统优点：结构简单、无需编程、成本低；缺点：硬接线固定、修改麻烦、机械触点易磨损、故障率高、无记忆功能。PLC系统优点：程序灵活可修改、无机械磨损、稳定性高、抗干扰能力强、具备数据记忆和延时计数功能、维护方便；缺点：初期设备成本略高，需要专业编程知识。5.输入/输出映像寄存器定义及作用输入映像寄存器（I区）：存储外部输入设备的通断状态，程序执行阶段读取该区域数据，不直接读取外部端子，保证程序扫描稳定；输出映像寄存器（Q区）：存储程序运算后的输出状态，输出刷新阶段将该区域数据同步到外部输出端子，驱动负载工作。核心作用：隔离外部硬件与程序运算，避免扫描周期内外部信号波动影响程序逻辑，提升系统稳定性。四、程序分析题详细答案1.自锁控制程序工作过程（1）初始状态：I0.0、I0.1无动作，Q0.0无输出，设备停止；（2）按下启动按钮I0.0（常开闭合），回路导通，Q0.0线圈得电，外部负载动作；同时Q0.0自锁常开触点闭合，替代I0.0保持回路导通；（3）松开I0.0，依靠自锁触点维持Q0.0持续输出；（4）按下停止按钮I0.1（常闭断开），回路切断，Q0.0线圈失电，自锁触点复位，负载停止工作。该程序为经典启停自锁控制电路，具备断电保持运行功能。2.定时器程序分析（1）定时时长：T37为100ms精度定时器，设定值50，总时长=100ms×50=5000ms=5秒；（2）工作逻辑：当I0.2常开触点闭合，T37定时器开始计时；当前值累计至50时，T37定时器位置1，触点动作；（3）当I0.2断开，T37定时器立即复位，当前值清零，定时器位复位。五、程序设计题标准答案1.I/O地址分配输入：I0.0=启动按钮（常开），I0.1=停止按钮（常闭）输出：Q0.0=控制指示灯/负载定时器：T37（100ms），设定值PT=30（100ms×30=3s）2.工作逻辑按下I0.0，启动定时器T37延时3秒，延时结束后Q0.0输出置1；任意时刻按下I0.1，立即切断回路，Q0.0熄灭、定时器复位。3.指令表LDI0.0AI0.