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1、第二章 可编程控制器基础知识2-1 什么是 PLC?它与电气控制、微机控制相比主要优点是什么?答:可编程控制器简称 PLC,是在 电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的,并逐渐发展成为 以微处理器为核心,将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。定义:可编程控制器(PLC)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的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可 编程控制器及其有关外围设备,都应按易于与工业系统联成一个整体,易于扩充其功能
2、的原则设计。PLC 可直接应 用于工业环境,具有很 强的抗干扰能力、广泛的适应能力和广阔的应用范围,这是区别于一般微机控制系统的重要特征;PLC 采用软件方式实现“可编程”与传统电气控制装置通 过硬件或硬接线 的变更来改变程序有本质区别。2-2 为 什么 PLC 软继电器的触点可无数次使用?答:由于 PLC 所谓的“软继电器”实际上是存储器单元的状态,单元状态为“1”,相当于继电器接通,单元状态为“0”,相当于继电器断开,所以“ 软继电器”的触点数量是无限的,可无数次使用。2-3 PLC 的硬件由哪几部分 组成?各有什么作用?PLC 主要有哪些外部设备?各有什么作用?答:PLC 的硬件主要由中
3、央处理器(CPU )、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等部分组成。其中 CPU 是 PLC 的核心,按照系统程序赋予的功能,指挥 PLC 有条不紊地 进行工作;存储器主要用来存放系统程序、用 户程序及工作数据;输入单元和输出单元是连接现场输入/输出设备与 CPU 之间的接口电路,通过输入接口可以检测被控对象的各种数据,以这些数据作为 PLC 对被控对象进行控制的依据,同时 PLC 又通过输出接口将处理结果送给被控制对象,以实现控制目的;通信接口用于与监视器、打印机、其它 PLC、编程器、上位机等外设连接;扩展接口用于连接扩展单元;PLC 配有开关电源,以供内部电路使用。PL
4、C 主要的外部 设备很多,如: EPROM 写入器、外存储器、人机接口装置等。EPROM 写入器是用来将用户程序固化到 EPROM 存储器中;外存储器主要是用外部的磁带、磁盘及用半导体存储器做成的存储盒等来存储 PLC 的用户程序;人机接口装置是用来实现操作人员与 PLC 控制系统的对话。2-4 PLC 的软件由哪几部分组成?各有什么作用?答:PLC 的软 件主要由系统程序和用户程序组成。系统程序由 PLC 制造厂商设计编写,并存入 PLC 的系统 存储器中,用 户不能直接 读写与更改,系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息 传 送程序、监控程序等;PLC 的用户程序是用户
5、利用 PLC 的编程语言,根据控制要求编制的程序,用以 实现控制目的。2-5 PLC 主要的编程语言有哪几种?各有什么特点? (与 书 上不同)答:PLC 编程 语言主要由两大类:一是采用字符表达方式的编程语言,二是采用图形符号表达方式的编程语言。常见的 PLC 编程语言主要由:1)梯形图语言:以图形方式表达触点和线圈以及特殊指令块的梯级。2)语句表语言:类似于汇编程序的助记符编程表达方式。3)逻辑图语言:类似于数字逻辑电路结构的编程语言,由与门、或门、非 门、定时器、计数器、触发器等逻辑符号组成。4)功能表图语言:又称状态转移图语言,它不仅仅是一种语言,更是一种组织控制程序的图形化方式,对于
6、顺序控制系统特别适用。5)高级语言:为了争抢 PLC 的运算、数据 处理及通信等功能,特别是大型 PLC,可采用高级语言,如 BASIC、C、PASCAL 语言等。2-6 PLC 开关量输出接口按输出开关器件的种类不同,有哪几种形式?各有什么特点?答:PLC 开关量 输出接口按输出开关器件的种类不同,主要有三种类型:继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。 继电器输出接口可驱动交流或直流负载,但其响应时间长,动作频率低;晶体管输出和双向晶闸管输出接口的响应速度快,动作频率高,但晶体管输出只能用于驱动直流负载,而双向晶闸管输出只能用于驱动交流负载。2-7 PLC 采用什么样的工作方式?有何特点?
7、答:PLC 采用 扫描工作方式(串行工作方式),特点是当需要执行众多操作时,CPU 不可能同时去执行多个操作,只能按分时操作方式,每一次执行一个操作,按顺序逐个执行,其执行用户程序的过程为:从第一条程序开始扫描,在无中断或跳转控制的情况下,按程序存储顺序的先后,逐条执行用户程序,直到程序 结束。然后再从头开始扫描执行,并周而复始地重复 进行。2-8 什么是 PLC 的扫描周期?其扫描过程分为哪几个阶段,各阶段完成什么任务?答:整个程序扫描过程执行一遍所需要的时间,称为一个扫描周期。整个扫描工作过程包括内部处理、通信服务、 输入采样、程序执 行、输出刷新五个阶段。1)内部处理阶段:进行 PLC
8、自检, 检查内部硬件是否正常,对监视定时器(WDT)复位以及完成其它一些内部处理工作;2)通信服务阶段:PLC 与其它智能装置实现通信,响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容等;3)输入采样阶段:PLC 以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样,并存入输入映像寄存器中,此时输入映像寄存器被刷新;4)程序执行阶段:PLC 对程序按顺序进行扫描执行,若程序用梯形图表示, 则总是按先上后下,先左后右的顺序执行;5)输出刷新阶段:PLC 将输出映像寄存器中与输出有关的状态转存到输出锁存器中,并通过一定方式输出,驱动外部负载。2-9 PLC 扫描过程中输入映像寄存器和元件映像寄存器各起什么
9、作用?答:PLC 扫描 过程中, 输入映像寄存器的作用是在 输入采样阶段,存 储所有输入端的输入状态;元件映像寄存器则是在程序执行阶段存储 PLC 用户程序运算的结果,其内容会随程序执行的过程而变化,在 输出刷新阶段将与输出有关的状态转存到输出锁存器中。2-10 什么是 PLC 的输入/输出滞后现象?造成这种现象的主要原因是什么?可采取哪些措施减少输入/输出滞后时间?答:当 PLC 的 输入端输入信号发生变化到 PLC 输出端对该输入变化做出反应,需要一段时间,这种现象称为 PLC 输入/输出响应滞后。造成这种现象的原因不仅是由于 PLC 扫描工作方式造成,更主要是 PLC 输入接口的滤波环节
10、带来的输入延迟,以及输出接口中驱动部件的动作时间带来的输出延迟,同时还与程序设计有关。为了减少输入/输 出滞后时间,可以采用定期采样、定期输出、快速响应模块、高速计数模块以及中断处理、智能 I/O 接口等措施。2-11 PLC 是如何分类的?按结构形式不同, PLC 可分 为哪几类?各有什么特点?答:PLC 产品种 类繁多, 对 PLC 的分类,通常根据其结构形式的不同、功能的差异和 I/O 点数的多少等进行大致分类。按结构形式不同,可将 PLC 分为整体式、模 块式和叠装式。1)整体式 PLC:将电源、 CPU、I/O 接口等部件都集中装在一个机箱内, 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。整
11、体式 PLC 由不同 I/O 点数的基本单元(又称主机)和扩展单元组成。基本单元内有 CPU、I/O 接口、与 I/O 扩展单元相连的扩展口,以及与编程器或 EPROM 写入器相连的接口等。扩展单元内只有 I/O 和电源等,没有 CPU。基本 单元和扩展单元之间一般用扁平 电缆连接。整体式 PLC一般还可配备特殊功能单元,如模拟量单元、位置控制单元等,使其功能得以 扩展。小型 PLC 一般采用这 种整体式结构。2)模块式 PLC:将 PLC 各 组成部分分别做成若干个单独的模块,如 CPU 模块、I/O 模块、电源模块(有的含在 CPU 模块中)以及各种功能模块。模块式 PLC由框架或基板和各
12、种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式 PLC的特点是配置灵活,可根据需要选配不同模块组成一个系统,而且装配方便,便于扩展和维修。大、中型 PLC 一般采用模块式结构。3)叠装式 PLC:还有一些 PLC 将整体式和模块式的特点结合起来。叠装式PLC 其 CPU、电源、I/O 接口等也是各自独立的模 块 ,但它们之间是靠电缆进行联接,并且各模块可以一层层 地叠装。 这样,不但系统可以灵活配置,还可做得体积小巧。2-12 PLC 有什么特点?为什么 PLC 具有高可靠性?答:PLC 主要特点如下: 1)可靠性高、抗干扰能力强;2)编程简单、使用方便; 3)功能完善、通用性强;4)设计
13、安装简单、 维护方便;5)体积小、重量 轻、能耗低。PLC 具有高可靠性,主要是它采用了一系列硬件和软件抗干扰措施:1)硬件方面:I/O 接口采用采用光电隔离,有效地抑制了外部干扰源的影响;对供电电源及线路采用多种形式的滤波,从而消除或抑制了高频干扰;对 CPU等重要部件采用良好的导电、 导磁材料进行屏蔽,以减少空间电磁干扰;对有些模块设置了联锁保护、自诊 断电路等。2)软件方面:采用扫描工作方式,减少了外界的干扰;设有故障检测和自诊断程序,能对系统硬件电路等故障实现检测和判断;当由干扰引起故障时,能立即将当前重要信息加以封存,禁止任何不稳定的读写操作,一旦正常后,便可恢复到故障发生前的状态,
14、继续 原来的工作。2-13 PLC 主要性能指标有哪些?各指标的意义是什么?答:PLC 主要性能指 标有:1)存储容量:用户程序存储器的容量。2)I/O 点数: PLC 可以接受的输入信号和输出信号的总和。3)扫描速度:PLC 执行用户程序的速度。4)指令的功能与数量:编程指令的功能越强、数量越多,PLC 的处理能力和控制能力也越强,用户编程也越简单方便,越容易完成复杂的控制任务。5)内部元件的种类和数量:元件的种类和数量越多,表示 PLC 的存储和处理各种信息的能力越强。6)特殊功能单元:特殊功能单元种类越多,功能越来越强,使得 PLC 控制功能日益扩大。7)可扩展能力:PLC 可扩展能力包
15、括 I/O 点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。2-14 PLC 控制与电气控制比较,有何不同?答:PLC 控制与 电气控制比较,不同之 处主要在以下几方面:1)从控制方式上看,电气控制主要采用硬件接线方式,触点数量有限,控制系 统灵活性和可扩展性受到限制;而 PLC 控制主要采用软接线方式,其控制逻辑以程序的方式存放在存储器中,系统功能可通过改变程序来实现,其“ 软继电器”的触点数量无限,PLC 系统的灵活性和可 扩展性好。2)从工作方式上看,电气控制采用并行工作方式,而 PLC 采用扫描(串行)工作方式。3)从控制速度上看,电气控制工作频率低,触点 还会出现抖动,而 PLC 控制速度快,不会出现触点抖动的问题。4)从定时和计数控制上看,电气控制容易受环境影响,定时精度不高,而 PLC 控制精度高,定时范围宽,修改方便,且不受 环境影响。5)从可靠性和可维护性上看,电气控制可靠性和可维护性较差,而 PLC 控制寿命长,可靠性高,且具有自诊断功能, 现场调试和维护 方便。