现代电气控制及plc应用技术习题2王永华

现代电气控制及plc应用技术习题2王永华内容摘要：

性、标准化阶段 ： 从 20 世纪 90 年代中期以后。 其实关于 PLC 开放性的工作在上世纪 80 年代就已经展开；但由于受到各大公司的利益的阻挠和技术标准化难度的影响，这项工作进展得并不顺利。 所以， PLC 诞生后的近 30 年时间里，各个 PLC 在通信标准、编程语言等方面都存在着不兼容 的地方，这为在工业自动化中实现互换性、互操作性和标准化都带来了极大的不便。 现在随着可编程序控制器国际标准 IEC61131 的逐步完善和实施，特别是 IEC611313 标准编程语言 的推广，使得 PLC 真正走入了一个 开放性和标准化的时代。 目前，世界上有 200 多个厂家生产 300 多种 PLC 产品，比较著名的厂家有美国的 AB(被 ROCKWELL 收购 )、 GE、 MODICON(被 SCHNEIDER 收购 ) ，日本的 MITSUBISHI、 OMRON、FUJI、松下电工，德国的 SIEMENS 和法国的 SCHNEIDER 公司等。 随着新一代开放式 PLC 走向市场，国内的生产厂家，如和利时、浙大中控等生产的基于IEC61131 3 编程语言的 PLC 可能会在未来的市场中占有一席之地。 、 PLC 的最新发展主体现在哪些方面 ? 答 ： 、 PLC 可以在什么场合应用 ?什么场合最适合其应用 ? 答： 中小型单机电气控制系统 制造业自动化 运动控制 流程工业自动化 、 PLC 有什么特点 ? 答： 抗干扰能力强，可靠性高 控制系统结构简单，通用性强 . . 编程方便，易于使用 功能强大，成本低 设计、施工、调试的周期短 维护方便 、 PlC 与继电却控制系统相比有哪些异同 ? 答： 相同点： PLC 的梯形图与传统的电气原理图非常相似，主要原因是 PLC 梯形图大致上沿用了继电器控制的电路元件符号和术语，仅个别 之处有些不同。 同时，信号的输入 /输出形式及控制功能基本上也是相同的； 不同点： 控制逻辑 继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间继电器等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。 另外，继电器触点数目有限，每个只有 4~8 对触点，因此灵活性和扩展性很差。 而 PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，故称做“软接线”，因此灵活性和扩展性都很好。 工作 方式 电源接通时 ，继电器控制线路中各继电器同时都处于受控状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合，它属于 并 行工作方式。 PLC 的控制逻辑中，各内部器件都处于周期性循环扫描过程中，各种逻辑、数值输出的结果都是按照在程序中的前后顺序计算得出的，所以它属于串行工作方式。 可靠性 和 可维护 性 继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。 触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。 PLC 采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。 PLC 还配有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员。 还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。 控制速度 继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。 另外，机械触点还会出现抖动问题 ； PLC 是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于元触点控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级，且不会出现抖动。 定时控制 继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。 一般来说，时间继电器存在定时精度不 高，定时范围窄，且易受环境湿度和温度在化的影响，调整时间困难等问题。 PLC 使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围最小可为 ，最长几乎没有限制，用户可根据需要在程序中设置定时值，然后由软件来控制定时时间。 设计与施工 使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。 工程越大，这一点就越突出。 PLC 完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计 (包括梯形图设计 )可以同时进 行，周期短，且调试和修改都很方便。 从以上几个方面的比较可知， PLC 在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、通用性强、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便。 但在很小的系统中使用时，价格要高于继电器系统。 . . 、 PLC 与单片机控制系统相比有哪些异同 ? 答： 本质区别 单片机控制系统是基于芯片级的系统，而 PLC 控制系统是基于板级或模块级的系统。 其实 PLC 本身就是一个单片机系统，它是已经开发好的单片机产品。 开发单片机控制系统属于底层开发，而设计 PLC 控制系统是在成品 的单片机控制系统上进行的二次开发。 使用 场合 单片机控制系统适合于在家电产品 (如冰箱、空调、洗衣机、吸尘器等 )、智能化的仪器仪表、玩具和批量生产的控制器产品等场合使用。 PLC 适合在单机电气控制系统、工业控制领域的制造业自动化和过程控制中使用。 使用过程 设计开发一 个 单片机控制系统，需要先设计硬件系统，画硬件电路图，制作印刷电路板，购置各种所需的电子元器件，焊接电路板，进行硬件调试，进行抗干扰设计和测试等大量的工作 ； 需要使用专门的开发装置和低级编程语言编制控制程序，进行系统联调。 设计开 发一个 PLC 控制系统，需要设计硬件系统，购置 PLC 和相关模块，进行外围电气电路设计和连接，不必操心 PLC 内部的计算机系统 (单片机系统 )是否可靠和它们的抗干扰能力，这些工作厂家已为用户做好，所以硬件工作量不大。 软件设计使用工业编程语言，相对来说比较简单。 进行系统调试时，因为有很好的工程工具 (软件和计算机 )帮助，所以也非常容易。 使用 成本 因为使用的场合和对象完全不同，所以这两者之间的成本没有可比性。 但如果硬要对同 样的工且控制项目 (仅限于小型系统或装置 )使用这两种系统进行一个比较时，可以得出如下 结论 ： 1）、 从使用的元器件总成本看， PLC 控制系统要比完成同样任务的单片机控制系统成本要高很多 ； 2）、 如果这样的项目就有一个或不多的几个，则使用 PLC 控制系统其成本不一定比使用单片机系统高，因为设计单片机控制系统要进行反复的硬件设计、制板、调试，其硬件成本也不低， 因而其工作量成本非常高。 做好的系统其可靠性 (和大公司的 PLC 产品相比 )也不一定能保 证，所以日后的维护成本也会相应提高。 3）、 如果这样的控制系统是一个有批量的任务，即做一大批，这时使用单片机进行控制系统开发是比较合适的。 4）、 在工业控制 项目中，绝大部分场合还是使用 PLC 控制系统为好。 学习的难易程度 学习单片机要学习的知识很多。 首先是必须具备较好的电子技术基础和计算机控制基础 及接口技术知识，要学习印刷电路板设计及制作，要学习汇编语言编程和调试，还需要对底层的硬件和软件的配合有足够的了解。 学习 PLC 要具备传统的电气控制技术知识，需要学习 PLC 的工作原理，对其硬件系统组成及使用有一定了解，要学习以梯形图为主的工业编程语言。 如果从同一个起跑线出发，不论从硬件还是从软件方面的学习看，单片机远比 PLC 需要 的知识多，学习的内容也多 ，难度也大。 就业方向 在一些智能仪器仪表厂、开发智能控制器和智能装置的公司、进行控制产品底层开发的公司等单位，对单片机 (或嵌入式系统、 DSP 等 )方面的技术人才有较大的需求 ； 在一般的厂矿企业、制造业生产流水线、流程工业、自动化系统集成公司等单位，对PLC(或 DCS、 FCS 等 )方面的人才有较大需求。 、 PLC、 DES 和 FCS 三大控制系统各有什么特点 ? . . 答： 、 PLC 是怎么进行分类的 ?每一类的特点是什么 ? 答： 按 I/O 点数容量分类 ： 按 PLC 的 I/O 点数的多少可将 PLC 分为三类，即 小型机、中型机和大型机。 按结构形式分类 ： 根据 PLC 结构形式的不同， PLC 主要可分为整体式和模块式两类。 、 构成 PLC 的主要部件有哪些 ?各部分主要作用是什么 ? 答： PLC 专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由 CPU、电源、存储器和专门设计的输入 /输出接口电路等组成。 、 PLC 是按什么样的工作方式进行工作的 ?它的中心工作过程分哪几个阶段 ?在每个阶段 主要完成哪些控制任务 ? 答： PLC 是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。 PLC 中心 工作过程的中心内 容 包括： “ 输入采样 ” 、 “ 程序执行 ” 和 “ 输出刷新 ” 三个阶段了。 PLC 在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入相对应的输入映像 寄存器中，此时输入映像寄存器被刷新。 进入到程序执行阶段后，一般来说 (因为还有子程序和中断程序的情况 )， PLC 按从左到 右、从上到下的步骤顺序执行程序。 当指令中涉及输入、输出状态时， PLC 就从输入映像寄存器中 “ 读入 ” 对应输入端子状态，从元件映像寄存器 “ 读人 ” 对应元件 (“ 软继电器 ” )的当前状态。 然后进行相应的运算，最新的运算结果马上再存入到相应的元件映像寄存器中。 对元 件映像寄存器来说，每一个元件 (“ 软继电器 ” )的状态会随着程序执行过程而刷新。 输出刷新 ： 在用户程序执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态 (接通 /断开 )在输出刷新阶段一起转存到输出锁存器中，通过一定方式集中输出，最后经过输出端子驱动外部负载。 在下一个输出刷新阶段开始之前，输出锁存器的状态不会改变，从而相应输出端子的状态也不会改变。 、 一般来说， PLC 对输入信号有什么要求 ? 答： 一般来说，输入信号的宽度要大于一个扫描周期，或者说输入信号的频率不能太高，否则很可能造成信号的丢失。 、 在 IEC61131 3 国际标准编程语言中，提供了哪些 PLC 的编程语言 ?各有什么特点 ? 答： 第 4 章 、 《 S7200PLC 基础知识 》 思考是 与 练习题 、 S7200 系列 PLC 的硬件系统主要有哪些部分组成 ? 答： 、 S7 200 系列 PLC 的存储系统提供了哪几种方式来保存数据 ? 答： 、 一个控制系统需要 12 点数字量输入、 30 点数字量输出、 7 点模拟量输入和 2 点模拟量输出。 试问 ： (1)、 选用哪种主机最合适 ? (2)、 如何选择扩展模块 ? (3)、 请画出连接图。 (4)、 按 (3)小题所画出的图形，其主机和各模块的地址如何分配 ? 答： 、 PLC 中的内部编程资源、 (即软元件 )为什么被称做软继电器 ?其主要特点是什么 ? 答： . . 、 S7 200 系列 PLC 中有哪些软元件 ? 答： 、 间接寻址包括几个步骤 ?试举例说明。 答： 、 S7 200 PLC 的编程语言有几种 ?各有什么特点 ? 答： 、 S7 200 PhC 的程序包括哪几部分 ?其中的用户程序中又包含哪些部分 ? 答： 第 5 章 、《 PLC 基本指令及程序设计 》 思考 题与 练习 题 、 理 解 S7 200 PLC 的程序设计和继电器控制系统电气原理图的区别。 答： 、 S7200 PLC 中共有几种分辨率的定时器 ?它们的刷新方式有何不同 ? S7 200 PLC 中共有几种类型的定时器 ?对它们执行复位指令后，它们的当前值和位的状态是什么 ? 答： 、 S7200PLC 中共有几种形式的计数器 ?对它们执行复位指令后，它们的当前值和位的状态是什么 ? 答： 、写出图 5 52 所示梯形图的语句表。 图 5 52 习题 4 梯形图程序 指令表（ STL） Network1 07 O T40 14 = 01 LD 08 ALD 15 S , 2 02 AN 09 LDN 16 AN 03 LD 10 A 17 TON T37,+300 04 A 11 OLD 18 AN 05 OLD 12 ON 19 = 06 LDN 13 AN T37 、写出图 5 53 所示梯形图的语句表。 . . 图 5 53 习题 5 梯形图程序 指令表（ STL） Network1 07 = 14 AN 01 LD 08 LPP 15 = 02 ON 09 AN 16 LPP 03 LPS 10 = M0,2 17 LDN。