可编程序控制器的编程方法与工程应用习题集

可编程序控制器的编程方法与工程应用习题集

第一章 概述

1.1 简述可编程控制器的定义

答：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

定义表明了可编程控制器的本质特征、功能、设计原则、适应环境。

1.2 可编程控制器的主要特点有哪些？ 答：主要有7个特点。 （1）编程方法简单易学。

梯形图是使用最多的可编程控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理相似；梯形图语言形象直观，易学易懂。（梯形图的两个特征） 梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言，可编程控制器在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言后执行。与直接用汇编语言编写的程序相比，它的执行时间要长些，由于可编程控制器的运算速度不断提高，对于一般的控制设备来说，执行速度完全满足要求。（可编程控制器的程序执行过程与特点） （2）功能强，性价比高

一台小型可编程控制器内部有成百上千个内部继电器，几十到几百个定时器和计数器，几十个特殊继电器，功能很强大，可以实现非常复杂的控制功能；一台可编程控制器可以控制几台设备，还可以联网通信。实现分散控制、集中管理。（功能强大） （3）配件配套齐全，用户使用方便，适应性强

可编程控制器已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线，可编程控制器有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。（配套齐全，使用方便）

硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。（适应性） （4）无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强

传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。触点和接线多，难免接触不良，容易出故障。可编程控制器用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，剩下少量的与输入和输出有关的接线，一般为继电器控制系统的1/10 – 1/100，接触不良造成的故障率大大减低。（无触点免配线的优势）

可编程控制器采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，如滤波、隔离、屏蔽、自诊断、自恢复等。有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，可编程控制器已被广大用户认为是最可靠的工业控制设备之一。（抗干扰措施，可靠性指标）

（5）系统的设计、安装、调试工作量小

可编程控制器用软件功能取代继电器控制系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。（以软代硬的优势）

对于复杂的控制系统，梯形图设计所花的时间远远少于继电器电路花的时间。 可编程控制器的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，输出信号的状态可以观察控制器上的发光二极管，测试好后再将可编程控制器安装在现场调试，调试过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，调试的时间比继电器少得多。 （6）维修工作量小，维修方便 可编程控制器的故障很低，并且有完善的自诊断和显示功能。可编程控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程控制器上的发光二极管或编程器提供的信息迅速查明故障原因，排出故障。 （7）体积小，能耗低

可编程控制器的使用，减少大量的中间继电器和时间继电器，可将开关柜的体积缩小到原来的1/2-1/10。能耗也大大降低。

1.3 与一般的计算机控制系统相比，可编程控制器有哪些优势？ 答：

1.4 与一般的继电器控制系统相比，可编程控制器有哪些优势？ 答：

1.5 可编程控制器可以用在哪些领域？ 答：主要应用领域有5个。 （1）开关量逻辑控制

可编程控制器具有与、或、非等逻辑指令，可以实现接触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑、定时控制与顺序逻辑控制。开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，如机床电气控制、冲压机械、铸造机械、运输带、包装机械、电梯的控制，化工系统中各种泵和电磁阀的控制，冶金系统的高炉上料系统、轧机、连铸机、飞剪的控制。 （2）运动控制

可编程控制器使用专用的运动控制模块，对直线或圆周运动的位置、速度、加速度进行控制，可实现单轴/双轴/3轴位置控制，使运动控制与顺序控制功能有机结合在一起，可编程控制器的运动控制功能广泛用于各种机械，如金属切削机床、金属成形机床、装配机械、机器人、电梯等。 （3）闭环过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。可编程控制器通过模拟量I/O模块，实现模拟量和数字量之间的A/D和D/A转换，并对模拟量实行闭环PID控制。现代大中型可编程控制器一般都有PID闭环控制功能，这一功能可以用PID子程序来实现，更多的是使用专用的智能PID模块。可编程控制器的模拟量PID控制功能已广泛应用于塑料挤压成形机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，以及轻工、华工、机械、冶金、电力、建材等行业。 （4）数据处理

现代可编程控制器具有数学运算（四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻辑运算、求反、循环、移位、浮点运算）、数据传递、转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析、处理。这些数据可以与存储器中的参考值比较，也可以用通信功能传递到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如柔性制造系统，也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的大型控制系统。 （5）通信联网

可编程控制器的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台可编程控制器之间的通信、可编程控制器与其他智能设备（计算机、变频器、数控装置）之间的通信，可以组成集中管理、分散控制的分布式控制系统。

第二章 可编程控制器的硬件与工作原理

2.1 简述可编程控制器的基本结构

答：可编程控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块、电源四个部分组成。 （1）CPU模块

CPU模块主要由微处理器和存储器组成。不停采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。 （2）I/O模块

输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类：一类是从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、光电开关、压力继电器等输入的开关量信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。

输出模块用来输出信号，控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器。另一类外部负载是指示灯、数字显示装置、报警装置。 CPU模块的工作电压一般是5V，而可编程控制器的输入/输出信号电压一般较高，如直流24V和交流220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU中的元器件，或使可编程控制器不能正常工作。因此在I/O模块中，用光电耦合器、光电可控硅、小型继电器来隔离外部输入电路和负载，I/O除传递信号外还有电平转换与隔离作用。 （3）编程器

编程器除了用来输入和编辑用户程序外，还可以用来监视可编程控制器运行时各种编程元件的工作状态。 （4）电源

可编程控制器使用220V交流或24V直流电源。控制器内部的直流稳压电源为各模块内的电路供电。驱动现场执行机构的直流电源一般由用户提供。某些可编程控制器还可以为输入电路和外部电子检测装置（接近开关）提供24V直流电源。

2.2 辅助继电器的线圈断电时，其常开点断开，常闭点闭合。

2.3 三菱FX2N-48MR有48个I/O点，继电器输出型的基本单元。

2.4 简述可编程控制器的扫描工作过程。

答：可编程控制器有两种基本工作状态，即运行状态和停止状态。在运行状态，可编程控制器通过执行用户程序实现控制功能，为使可编程控制器的输出及时响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不停地重复执行，直到可编程控制器停机或切换到STOP状态。

除了执行用户程序外，在每次循环过程中，可编程控制器还要完成内部处理、通信等工作，一次循环可分为5个阶段。可编程控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。 内部处理阶段。

内部处理 通信服务 输入处理 程序执行 输出处理 可编程控制器检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。 通信服务阶段。可编程控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器的输入命令，更新编程器的显示内容。当可编程控制器处于停止状态时，只执行内部处理和通信服务的操作，处于运行状态时，还要完成另外三个阶段的操作。 在可编程控制器的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号状态，称为输入映象寄存器和输出映象寄存器，其他的编程元件也有对应的映象存储区，称为元件映象寄存器。

输入处理阶段。

可编程控制器把所有外部输入电路的通/断状态读入输入映象寄存器。外接的输入触点电路接通时，对应的输入映象寄存器为“1”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开；外接的输入触点电路断开时，对应的输入映象寄存器为“0”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。 程序执行阶段。即使外部输入信号的状态发生变化，输入映象寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。 可编程控制器的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。在执行指令时，从输入映象寄存器或元件映象寄存器中将有关编程元件的“0”/“1”状态读出来，并根据指令要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到对应的元件映象寄存器中，因此，各编程元件的映象寄存器的内容随着程序执行而变化。 输出处理阶段。CPU将输出映象寄存器的“0”/“1”状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出寄存器为“1”状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，外部负载通电工作；梯形图中某一输出继电器的线圈“断电”时，对应的输出寄存器为“0”状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。

编程元件对应的映象寄存器为“1”状态，称该编程元件为ON；编程元件对应的映象寄存器为“0”状态，称该编程元件为OFF。

2.5 可编程控制器常用哪几种存储器？它们各有什么特点？分别用来存储什么信息？ 答：

2.6 交流输入模块与直流输入模块各有什么特点？它们分别适用于什么场合？ 答：

2.7 开关量输出模块有哪几种类型？它们各有什么特点？ 答：

2.8 可编程控制器有哪几种编程器？各有什么特点？ 答：

第三章 可编程控制器的编程语言与基本逻辑指令

3-1 填空

（1）外部的输入电路接通时，对应的输入映象寄存器为“1”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭点断开。

（2）若梯形图中输出继电器的线圈通电，对应的输出映象寄存器为“1”状态，在输出处理阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开点闭合，外部负载通电。

（3）定时器的线圈通电时开始定时，定时时间到时其常开点闭合，常闭点断开。 （4）通用定时器的线圈断电时被复位，复位后其常开点断开，常闭点闭合，当前值等于0

（5）计数器的复位输入电路断开，计数输入电路由断开变为接通，当前值小于设定值时，计数器的当前值加1.计数当前值等于设定值时，其常开点接通，常闭点断开。再来计数脉冲时当前值保持不变。复位输入电路接通时，计数器复位，复位后其常开触点

断开，常闭触点接通，当前值等于0。

（6）OUT指令不能用于输入继电器。 （7）M8002是初始化脉冲，当PLC

由stop变为on时，它ON一个扫描周期，当

可编程控制器处于运行状态时，M8000一直为ON。 （8）与主控触点下端相连的常闭触点应使用LDI指令。

（9）编程元件只有输入继电器和输出继电器的元件号采用八进制数。

3-2写出图中的指令表程序

答：

LD X0 ANI T0 LD M100 AND X4 ORI X2 AND X5 ORB LDI Y1 OR C0 ANB OR Y1 OUT Y0 AND X6 OUT M110 ANI X7

OUT T2 K15 END

3-4 画出下列指令表对应的梯形图

答

X0 X1 T1 M4 X3 X2 X5 X4 Y0 M102 M10 X5 M7 M105 3-8 用主控指令画出图示的等效梯形图。

答：

X1 MC N0 X2 M100 X3 Y0 X4 Y1 M100 MCR N0

（ a ）

X0 MC N0 M100 X1 Y0 X2 M100 MC N1 M101 Y1 X3 M101 MC N2 M102 X4 Y2 X5 Y3 M102 MCR N2 MCR N1 MCR N0

3-11 画出图中Y0的波形图

答

X0 M0 M1 Y0

3-13 用SET,RET和微分输出指令设计满足图示波形的梯形图

答

X0 PLF M0 M0 RST Y0 X1 PLS M1 M1 SET Y0

3-15指出图中的错误

答：

错误有7处。

第五章 梯形图程序的设计方法

5-3 设计满足图示的波形图的梯形图

答：

作业问题

1 逻辑关系不明确

2 掌握2个常用电路，起保停和延时启动、断开

5-4 在按钮X0按下后Y0变为ON并自保持，T0定时5s后，用C0对X12输入的脉冲计数，计满3个脉冲后，Y0变为OFF，同时C0复位，在可编程控制器刚开始执行用户程序时C0也被复位，设计梯形图。

X0 X12 Y0 5s M8002 C0 X0 C0 RST C0 Y0 K50 Y0 T0 X12 T0 K3 C0 END

作业问题

1 C0复位有两种方式 2

5-6 设计满足图示波形的梯形图

第六章 顺序控制梯形图的编程方式

6-4 设计图示的顺序功能图的梯形图程序

M8002 M0 Y0 X0 X3 M1 X1 M5 Y2 Y1 M3 Y2 X4 X5

作业问题

1 状态转移到M1是选择分支合并，忽视了条件或的关系 2 从状态M5出去是选择分支开始，忽视了转移条件与的关系

X4 M5 M8002 M1 M0 M0 Y0 M0 M3 M1 X0 X3 M5 M1 Y1 M1 M5 X1 M0 M3 M5 M5 M3 M3 M5 X5 M1 M3 Y2

6-5 设计图示的顺序功能图的梯形图

M8002 M0 X0 M1 X1 M2 Y2 Y1 M4 Y4 X2 M3 X3 Y3

作业问题：

注意并行序列的开始与合并

解法一，起保停编程方式

M3 X3 M8002 M1 M0 M0 M0 M1 Y1 M0 M4 Y4 M1 M2 Y2 M2 M3 Y3 M4 X2 M0 X1 M3 X0 M3 X0 M2 M1 M4 M2 M3 解法二，以转换为中心的编程方式

M8002 M0 X0 SET SET SET RST M0 M1 M4 M0M2 M1 M3 M2 M4 M0 M3 M1 X1 SET RST M2 M4 X2 SET RST RST M3 X3 SET RST M1 M2 M3 M4 Y1 Y2 Y3 Y4 6-8 某组合机床动力头进给运动示意图如下图所示（各限位开关的输入信号和M8002提供的初始化脉冲画在一个波形图中），设动力头在初始状态时停在最左边，限位开关X3为ON，Y0~Y2是控制动力头运动的3个电磁阀。按下起动按钮X0后，动力头向右快速进给（快进），碰到限位开关X1后转为工作进给（工进），到限位开关X2后快速退回（快退），返回初始位置后停止运动。画出控制系统的顺序功能图，设计梯形图。

快进 工进 X1 X0 X1 X2 X3 快退 X3 M8002 Y0 Y1 Y2 X2

顺序功能图如下

M8002 S0 X0 S20 X1 S21 Y0 Y1 Y1 X2 S22 X3 Y2

梯形图如下：

M8002 S0 S20 X0 SET SET Y0 Y1 X1 S21 X2 S22 X3 SET Y1 SET Y2 S0 RET S22 S21 S0 S20

作业问题：

1 按照梯形图设计步骤进行，要求画出顺序功能图。

2 X0条件满足状态转移，看波形图，工进Y1在X0触发，Y0和Y1都有输出

6-12 如图所示两条运输带顺序相连,按下起动按钮,2号运输带开始运行,5s后1号运输带自动起动。停机的顺序刚好相反，间隔仍为5s。画出顺序功能图，设计出梯形图程序

答：顺序功能图如下

X0—起动按钮 X1—停止按钮 Y1—1号运输带 Y2—2号运输带

梯形图如下

M8002 S0 S20 X0 SET SET Y2 T0T0 SET Y1 Y2 X1 SET Y2 T1T1 S0 RET S0 S20 K50S21 S21 S22 S22 K50

作业问题：

1 使用题目中未给出的编程元件一定要有说明

6-16 写出图示梯形图的指令表程序

S21 S22 S24X2 SET Y3 S22 X3 S0 RET

指令表程序如下：

STL S21 STL S24 LD X2

SET S22 STL S22 OUT Y3 LD X3 OUT S0 RST

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