第一章可编程控制器的基本知识(习题与答案)

第一章可编程控制器的基本知识（习题与答案）
1-1什么是PLC？PLC产生的原因是什么？
答：1985年1月国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器给出如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存储器，用来在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、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计。

1968年美国GM公司，为了适应产品品种的不断更新、减少更换控制系统的费用与周期，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，并提出10项招标指标：
1)编程简单，可在现场修改程序；
2)维护方便，最好是插件式；
3)可靠性高于继电器控制柜；
4)体积小于继电器控制柜；
5)可将数据直接送入管理计算机；
6)在成本上可与继电器控制柜竞争；
7)输入可以是交流115V；
8)输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀等；
9)在扩展时，原系统只需很小变更；
10)用户程序存储器容量至少能扩展到4K。

这就是著名的GM10条，是可编程序控制器出现的直接原因。

1-2与传统的继电器相比，PLC主要有哪些优点？
答：与传统的继电器逻辑相比，PLC具有如下优点：
1)由于采用了大规模集成电路和计算机技术，因此可靠性高、逻辑功能强，
且体积小；
2)在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合，PLC无需增
加硬设备，利用微处理器及存储器的功能，就可以很容易地完成这些逻
辑组合和运算，大大降低了控制成本；
3)由于PLC采用软件编制程序来完成控制任务，所以随着要求的变更对程
序进行修改显得十分方便，具有很好的柔性。

继电器线路则是通过许多
真正的“硬”继电器和它们之间的硬接线达到的，要想改变控制功能，
必须变更硬接线，重新配置，灵活性差。

4)新一代PLC除具有远程通信功能以及易于与计算机接口实现群控外，还
可通过附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂的控制功能，
这是布线逻辑的继电器控制系统无法办到的。

1-3与工业控制计算机相比，PLC主要有哪些优缺点？
答：PLC虽然采用了计算机技术和微处理器，但是它与工业控制计算机相比又具有如下特点：
1)PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯，采用了面向控制过程和操作
者的逻辑语言，以继电器逻辑梯形图为编程语言，梯形图符号和定义与
常规继电器展开图完全一致，容易学习和掌握，并作了大量的扩展改进，可以视为继电器系统的超集。

所以，对于有继电器系统方面知识和经验
的人来说，尤其是现场的技术人员，学习起来十分方便。

2)PLC是从针对工业顺序控制并扩大应用而发展起来的，一般是由电气控
制器的制造厂家研制生产，其硬件结构专用，标准化程度低，各厂家的
产品不通用。

工业控制计算机是由通用计算机推广应用发展起来的，一
般由微机厂、芯片及板卡制造厂开发生产。

它在硬件结构方面的突出优
点是总线标准化程度高，产品兼容性强。

3)PLC的运行方式与工业控制机不同，它对逻辑顺序控制很适应，虽也能
完成数据运算、PID调节等功能，但微机的许多软件还不能直接使用，
须经过二次开发。

4)PLC和工业控制机都是专为工业现场应用环境而设计的。

PLC在结构上采
用整体密封或插件组合型，并采取了一系列的抗干扰措施，使其具有很
高的可靠性。

工业控制机对各种模板的电气和机械性能也有严格的考虑，因而可靠性也较高。

5)PLC一般具有模块结构，可以针对不同的对象进行组合和扩展，以满足
工业控制的需要，因而具有很好的性能/价格比。

6)由于PLC是专为工业控制而设计的，其结构紧密、坚固、体积小巧，易
于装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

1-4为什么说工业控制领域中，PLC技术将成为主流技术？
答：可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上开发出来，并逐渐发展成为以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术及通信技术于一体的一种新型工业控制装置。

它是一种面向生产过程控制的数字电子装置，不仅可以取代传统的继电器控制系统，还可构成复杂的工业过程控制网络。

因此，在工业控制领域中，PLC技术将成为主流技术。

1-5PLC由哪几部分组成？简述各部分的主要作用。

答：PLC的硬件结构主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。

1)中央处理器(CPU)：从内存中取指令和执行指令；
2)存储器：系统存储器用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。

用户存储器包括用户程序存储区及工作数据存储区。

其中用户程序存储
区主要存放用户已经编制好或正在调试的应用程序。

工作数据存储区则
包括输入输出状态寄存器区、定时器/计数器的设定值和经过值存储区、
各种内部编程元件状态及特殊标志位存储区、存放暂存数据和中间运算
结果的数据寄存器区等。

3)输入输出接口电路：实现与外围设备的连接。

4)电源：将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足
PLC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路
或电源模块。

5)输入输出I/O扩展接口：若主机单元的I/O点数不能满足输入输出设备
点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I/O扩展单元与主机单元相
连，以增加I/O点数。

1-6PLC常用的存储器有哪几种？各有什么特点？用户存储器主要用来存储什么信息？
答：PLC的存储器分为系统程序存储器和用户存储器两大部分。

系统存储器用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。

用户存储器包括用户程序存储区及工作数据存储区。

其中用户程序存储区主要存放用户已经编制好或正在调试的应用程序。

工作数据存储区则包括输入输出状态寄存器区、定时器/计数器的设定值和经过值存储区、各种内部编程元件状态及特殊标志位存储区、存放暂存数据和中间运算结果的数据寄存器区等。

1-7PLC的3种输出电路分别适用于什么类型的负载？
答：PLC的输出接口类型有3种：继电器输出型、晶闸管输出型和晶体管输出型。

继电器输出型为有触点输出方式，可用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路。

晶闸管输出型和晶体管输出型皆为无触点输出方式，开关动作快、寿命长，可用于接通或断开开关频率较高的负载回路，其中晶闸管输出型常用于带交流电源负载，晶体管输出型则用于带直流电源负载。

1-8PLC与微机的工作方式有什么区别？
答：微机一般采用等待命令的工作方式，而PLC则是采用循环扫描的工作方式。

1-9影响PLC扫描周期长短的因素有哪几个？其中哪一个是主要因素？
答：扫描周期长短主要取决于以下几个因素：一是CPU执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。

扫描周期的长短主要取决于程序的长短。

1-10PLC的工作方式为何能提高其抗干扰能力？
答：输入采样仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是与外设隔离的。

而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，由于系统响应较慢，往往要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，因瞬间干扰而引起的误动作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。

1-11什么是PLC的滞后现象？它主要是由什么原因引起的？
答：由于每一个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输入、输出滞后现象。

1-12PLC有哪几项主要的技术指标？
答：1)输入/输出点数；
2)内存容量；
3)扫描速度；
4)指令条数；
5)内部继电器和寄存器；
6)编程语言及编程手段；
7)高级模块。

1-13大型、中型和小型PLC，其分类的主要依据是什么？
答：PLC按I/O点数和内存容量可分为超小型机、小型机、中型机和大型机4类。

1-14为提高PLC的抗干扰能力和工作可靠性，从硬件结构和工作方式上主要采取了哪些措施?
答：1)隔离；
2)滤波；
3)对PLC的内部电源还采取了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保证供电质量；
4)内部设置了连锁、环境检测与诊断、Watchdog等电路；
5)利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采取信息保护和恢复措施；
6)对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失；
7)采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境；
8)以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。

而采用循环扫描的工作方式，也提高了抗干扰能力。

1-15PLC有哪几种编程语言，其中使用较多的是哪两种？
答：PLC采用梯形图语言、指令助记符语言、控制系统流程图语言、布尔代数语言等。

这些语言中，尤以梯形图、指令助记符语言最为常用。

1-16填空题：
(1)PLC的控制组件主要由中央处理单元和存储器组成。

(2)PLC产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的，它的容量一般和I/O点数成正比。

(3)高速、大功率的交流负载，应选用晶闸管输出的输出接口电路。

(4)手持编程器一般采用助记符语言编辑。

(5)PLC的“扫描速度”一般指执行1000步指令所需要的时间，其单位为ms/K。