电气控制与PLC应用第58章习题与思考题参考解答.docx
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电气控制与PLC应用第58章习题与思考题参考解答
第5章S7-200PLC的指令系统
习题与思考题
1.S7-200指令参数所用的基本数据类型有哪些
答：
S7-200PLC的指令参数所用的基本数据类型有1位布尔型（BOOL）、8位无符号字节型（BYTE）、8位有符号字节型（SIMATIC模式仅限用于SHRB指令）、16位无符号整数（WORD）、16位有符号整数（INT）、32位无符号双字整数（DWORD）、32位有符号双字整数（DINT）、32位实数型（REAL）。
实数型（REAL）是按照ANSI/IEEE754-1985标准（单精度）的表示格式规定。
2~255字节的字符串型（STRING）
2.立即I/O指令有何特点它应用于什么场合
答：
立即指令允许对输入和输出点进行快速和直接存取。
当用立即指令读取输入点的状态时，相应的输入映像寄存器中的值并未发生更新；用立即指令访问输出点时，访问的同时，相应的输出映像寄存器的内容也被刷新。
由于立即操作指令针对的是I/O端口的数字输入和数字输出信号，所以它们的位操作数地址只能是物理输入端口地址和物理输出端口地址。
3.逻辑堆栈指令有哪些各用于什么场合
答：
复杂逻辑指令，西门子称为逻辑堆栈指令。
主要用来描述对触点进行的复杂连接，并可以实现对逻辑堆栈复杂的操作。
复杂逻辑指令包括：
ALD、OLD、LPS、LRD、LPP和LDS。
这些指令中除LDS外，其余指令都无操作数。
这些指令都是位逻辑指令。
栈装载与指令ALD用于将并联子网络串联起来。
栈装载或指令OLD用于将串联子网络并联起来。
逻辑推入栈指令LPS，在梯形图中的分支结构中，用于生成一条新的母线，左侧为主控逻辑块时，第一个完整的从逻辑行从此处开始。
逻辑读栈指令LRD，在梯形图中的分支结构中，当左侧为主控逻辑块时，该指令用于开始第二个和后边更多的从逻辑块。
逻辑栈弹出指令LPP，在梯形图中的分支结构中，用于恢复LPS指令生成的新母线。
装入堆栈指令LDS，复制堆栈中的第n级值，并将该值置于栈顶。
原栈中各级栈值依次下移一级，栈底值被推出栈而丢失。
4.定时器有几种类型各有何特点与定时器相关的变量有哪些梯形图中如何表示这些变量
答：
S7-200系列PLC的主机有256个定时器T0~T255，分为三种类型，每种类型的时间分辨率（或称为时基/时间增量/时间单位）又分为三种，如下表所示。
（1）接通延时定时器指令TON，用于接通单一间隔定时。
（2）有记忆接通延时定时器指令TONR，用于累计若干个时间间隔。
只能用复位指令进行复位操作，使当前值清零。
（3）断开延时定时器指令TOF，用于断开后的单一间隔定时。
定时器类型
时间分辩率/ms
计时范围/s
定时器号
接通延时定时器TON
断开延时定时器TOF
1
0~
T32，T96
10
0~
T33～T36，T97～T100
100
0~
T37～T63，T101～T255
有记忆接通延时定时器
TONR
1
0~
T0，T64
10
0~
T1～T4，T65～T68
100
0~
T5～T31，T69～T95
与定时器相关的变量有：
一个16位的当前值寄存器，用以存放计时累计的当前值（INT，最大计时值32767，单位ms或10ms或100ms，取决于时间分辨率）；
一个16位的预设值寄存器，用以存放定时时间的预设值PT（INT）；
一位状态位（BOOL），用以反映定时器的定时时间是否达到的状态，称为定时器位。
使能输入IN，用于控制定时器的工作状态。
5.计数器有几种类型各有何特点与计数器相关的变量有哪些梯形图中如何表示这些变量
答：
类型：
S7-200系列PLC的计数器指令有两大类：
通用计数器指令和高速计数器指令。
通用计数器指令有3种：
增计数器指令CTU、减计数器指令CTD和增减计数器指令CTUD。
特点：
（1）增计数器指令CTU
每当增计数输入CU发生一次从OFF到ON的转换（正跳变-上升沿）时，该计数器的当前值就增加1。
如果当前值Cxxx≥预设值PV，则计数器位=ON；否则，计数器位=OFF。
当前值达到预设值后继续计数，计数当前值到最大值（32,767）时，计数器停止。
当复位输入R接通或执行复位指令时，计数器被复位，计数器位=OFF，当前值=0。
（2）增减计数器指令CTUD
利用LD装载预设值。
当装载输入LD接通时，计数器复位，计数器位=OFF，当前值=预设值PV。
每当减计数输入CD发生一次从OFF到ON的转换（正跳变-上升沿）时，该计数器的当前值就减1。
计数当前值到0时，计数器停止，计数器位=ON，当前值=0。
利用复位指令复位时，CTD计数器位变为OFF，当前值变为0（教材P131有误）。
（3）减计数器指令CTD
每当增计数输入CU发生一次从OFF到ON的转换时，该计数器的当前值就增1；每当减计数输入CD发生一次从OFF到ON的转换时，该计数器的当前值就减1。
如果当前值Cxxx≥预设值PV，则计数器位=ON；否则，计数器位=OFF。
当前值达到预设值后继续计数（增或减）。
当增计数达到最大值（32,767）时，在增计数输入端CU的下一个上升沿导致当前计数值绕回到最小值（-32,768）。
同样，计数达到最小值（-32,768）时，减计数输入端CD的下一个上升沿会导致当前计数值绕回到最大值（32,767）。
所以，CTUD是一个循环计数器，计数范围从-32768~+32767。
当复位输入R接通或执行复位指令时，该计数器被复位。
复位时，计数器位=OFF，当前值=0。
与计数器有关的变量及在梯形图中的表示方法：
计数器地址：
C0~C255，常数
计数器当前值：
C0~C255，INT型
计数器的预设值（PV）：
INT型
计数器位：
C0~C255，BOOL型
增/减计数信号输入：
能流，BOOL型
复位输入：
能流，BOOL型
装载信号输入：
能流，BOOL型
6.不同分辨率的定时器的当前值是如何刷新的
答：
不同分辨率的定时器，它们当前值的刷新时机是不同的，具体情况如下：
1ms分辨率定时器启动后，定时器对1ms的时间间隔（时基信号）进行计时。
定时器位和当前值每隔1ms刷新一次，与扫描周期不同步。
换句话说，如果扫描周期大于1ms，则在一个扫描周期中定时器位和当前值可能要刷新多次。
10ms分辨率定时器启动后，定时器对10ms的时间间隔进行计时。
程序执行时，在每次扫描周期开始对10ms定时器刷新，其方法是以当前值加上累积的10毫秒间隔的数目（自上一次扫描开始算起），所以在一个扫描周期内定时器当前值和定时器位保持不变。
100ms分辨率定时器启动后，定时器对100ms的时间间隔进行计时。
只有在执行到这些定时器指令时，这些定时器的当前值才被刷新（当前值加上积累的100毫秒间隔的数目（自前一次扫描开始算起））。
7.写出图5-50所示梯形图的语句表程序。
（原题程序不分网络，应该按右图所示修改）
答：
语句表程序如下
网络1//网络标题
LD
O
LD
O
ALD
AN
=
网络2
LD
TONT37,+30
网络3
LDT37
S,4
网络4
LD
S,1
8.写出图5-51所示梯形图的语句表程序。
答：
语句表程序如下
网络1//网络标题
LD
EU
SHRB,,+4
网络2
LD
LPS
A
S,2
LRD
A
R,1
LRD
A
S,3
LPP
A
R,1
9.用自复位式定时器设计一个周期为5s，脉冲为一个扫描周期的脉冲串信号。
答：
如果使用100ms时基的定时器，梯形图程序和语句表程序分别如答案图14a）、答案图14b）所示。
其中答案图14b）所示要比答案图14a）好一些。
如果使用10ms时基的定时器，梯形图程序和语句表程序如答案图14c）所示。
网络1//自复位定时器
//网络注释
LDN
TONT33,+500
网络2//输出脉冲串
LDT33
=
答案图14c）
如果使用1ms时基的定时器，梯形图程序和语句表程序如答案图14d）所示。
10.设计一个计数范围为50000的计数器。
答：
梯形图程序和语句表程序分别如答案图15所示。
11.用置位、复位（S、R）指令设计一台电动机的启、停控制程序。
答：
梯形图程序和语句表程序分别如答案图16所示。
12.用顺序控制继电器（SCR）指令设计一个居室通风系统控制程序，使3个居室的通风机自动轮流地打开和关闭。
轮换时间间隔为1h。
答：
用PLC输出端点~分别控制三个通风机，接启动按钮开关，接停止按钮开关，梯形图程序和语句表程序分别如答案图17所示。
13.用寄存器移位指令（SHRB）设计一个路灯照明系统的控制程序，3路灯按H1→H2→H3的顺序依次点亮。
各路灯之间点亮的间隔时间为10h。
答：
用PLC输出端点~分别控制路灯H1~H3。
控制程序见答案图18。
答案图18
习题与思考题5-13：
路灯控制程序（循环点亮）
网络1//起动/停止
LD
O
AN
=
网络2//停止
LD
R,3
网络3//灯1亮
LD
EU
S,1
R,2
网络4//计时10h（36000s）
LD
AN
TONT37,50
网络5
LDT37
=
网络6
LD
LDC20
LD
EU
OLD
CTDC20,2
网络7//计时到后，移位，下一个灯亮
LDC20
SHRB,,3
14.用循环移位指令设计一个彩灯控制程序，8路彩灯串按H1→H2→H3→…→H8的顺序依次点亮，且不断重复循环。
各路彩灯之间的间隔时间为。
答：
用PLC输出端点~分别控制彩灯H1~H8。
接启动按钮开关常开触点，接停止按钮开关常开触点，控制程序见答案图19。
15.用整数除法指令将VW100中的（240）除以8后存放到AC0中。
答：
编程见答案图20。
16.将AIW0中的有符号整数（3400）转换成～之间的实数，再将结果存人VD200。
答：
S7-200PLC的模拟量输入模块将模拟量转换成数字量后的典型量程范围为：
单极性：
0~32000
双极性：
-32000~32000
设模拟量输入量为双极性输入，则转换公式为
式中，x为转换前的模拟量对应的数字量，y是转换后的实数值。
根据以上转换公式编制的程序如答案图21所示。
17.将PID运算输出的标准化实数先进行比例换算，然后再转换成一个有符号整数（INT），结果存入AQW2。
答：
PID运算的输出结果为规格化的实数，范围在0~之间。
在将PID指令计算得到的PID回路的输出作为实际的模拟信号用于驱动实际负载之前，需要先将PID指令计算得到输出换算到实际需要的成比例的16位整数值，然后输出到模拟输出模块。
转换公式如下
式中，RSca1是与PID环路输出成比例的实数值；Mn是规格化的环路输出的实数值；Offset是偏移量，对单极输出是，对双极输出是；Span是实际输出的最大可能的数值减去最小可能的数值，对单极输出，典型值为32000，对双极输出，典型值为64000。
设输出为双极性（输出的整数范围为-32000~+32000），程序如答案图22所示。
18.用定时中断设置一个每采集一次模拟量输入值的控制程序。
答：
编程见答案图23。
19.按模式6设计高速计数器HSC1初始化子程序，设控制字节SMB47=16#F8。
答：
要对高速计数器编程，必须完成下列基本任务：
定义计数器和模式；设置控制字节；设置当前值（起始值）；设置预设值（目标数值）；分配和启用中断例行程序；激活高速计数器。
编程见答案图24。
20.以输出点为例，简述PTO多段操作初始化及其操作过程。
21.用TODR指令从实时时钟读取当前日期，并将“星期”的数字用段码指令（SEG）显示出来。
答：
执行读实时时钟指令TODR后，得到连续8个字节中的最高字节是“星期几”的BCD码，其中“1”表示星期日，“7”表示星期六，“0”被禁用，所以得到的参数需要修正。
编程见答案图26。
22.指出图5-52所示梯形图中的语法错误，并改正。
答：
图（a）的错误为计数器预设值PV=300000>32767，超出INT型数据的范围。
应改成小于等于32767的数据。
图（b）中的错误在于操作数类型与指令不匹配。
字逻辑与指令中的VD30应改为字型操作数，例如改成VW30；双字逻辑异或指令中的操作数VW10和VW100应改成双字操作数，例如改成VD20和VD100。
第8章可编程控制器系统设计与应用
习题与思考题
1.简述可编程控制器系统设计的一般原则和步骤。
答：
可编程控制系统设计时应遵循以下原则：
（1）最大限度地满足被控对象的要求；
（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、适用及维护方便；
（3）保证系统的安全可靠；
（4）考虑生产发展和工艺改进的要求，在选型时应留有适当的余量。
由于PLC的结构和工作方式与一般微机和继电器相比各有特点，所以其设计的步骤也不尽相同，具体设计步骤如下:
（1）详细了解被控对象的生产工艺过程，分析控制要求；
（2）根据控制要求确定所需的用户输入/输出设备；
（3）选择PLC类型；
（4）分配PLC的I/O点，设计I/O连接图；
（5）PLC软件设计，同时可进行控制台的设计和现场施工；
（6）系统调试，固化程序，交付使用。
2.可编程控制器的选型需要考虑哪些问题
答：
（1）PLC容量的选择
①首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O点。
②然后要对用户存储器容量进行估算。
总存储器字数=（开关量输入点数+开关量输出点数）×10+模拟量点数×150。
然后按计算存储器字数的25%考虑余量。
（2）PLC机型的选择
由于生产PLC的厂家众多，实现的功能虽基本相同，性能、价格和编程语言却有较大差别，一般从以下几个方面考虑。
①功能方面：
所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力完成控制任务。
②价格方面：
不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。
在使用PLC较多的情况下，性价比是一个重要的因素。
③售后服务：
应考虑相关的技术支持，统一型号方便维护，系统改造、升级等因素。
3.提高可编程控制器系统可靠性的措施有哪些
4.设计一段程序，要求对五相步进电机5个绕组依次自动实现如下方式的循环通电控制：
①第1步，A－B－C－D－E；
②第2步，A－AB－BC－CD－DE－EA；
①第3步，AB－ABC－BC－BCD－CD－CDE－DE－DEA；
④第4步，EA－ABC－BCD－CDE－DEA；
⑤A、B、C、D、E分别接主机的输出点、、、、，启动按钮接主机的输入点，停止按钮接主机的输入点。
5.已知彩灯共有8盏，设计一段彩灯控制程序，实现下述控制要求：
①程序开始时，灯1（）亮；
①一次循环扫描旦定时时间到后，灯1（）灭，灯2（）亮；
③再次循环扫描且定时时间到后，灯2（）灭，灯3（）亮，……，直至灯8亮。
灯8灭后循环重新开始。
答：
控制彩灯的方式有很多种，一般用循环指令来实现比较常见。
本例中，为设定按钮，为启动按钮。
控制8盏彩灯。
参考程序如答案图34所示。
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