电气控制与PLC应用_第5、8章习题与思考题参考解答
第5章S7-200 PLC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：S7-200 PLC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/IEEE 754-1985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Ix.x和物理输出端口地址Qx.x。
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。
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 I0.0 O I0.3 LD I0.1 O I0.4 ALD
AN I0.2 = Q0.1 网络2
LD Q0.1 TON T37, +30 网络3
LD T37 S Q0.2, 4 网络4
LD I0.1 S Q0.3, 1
8. 写出图5-51所示梯形图的语句表程序。
图5-50 习题7梯形图
答：语句表程序如下 网络1 // 网络标题 LD I0.4 EU
SHRB I0.5, V3.0, +4
网络2
LD I0.1 LPS
A V3.0 S Q3.0, 2 LRD
A V3.1 R Q3.1, 1 LRD
A V3.2 S Q3.2, 3 LPP
A V3.3 R Q3.3, 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14 a)、答案图14 b)所示。其中答案图14 b)所示要比答案图14 a)好一些。
图5-51 习题8梯形图
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14 c)所示。
网络 1 // 自复位定时器 // 网络注释 LDN Q1.0
TON T33, +500
网络 2 // 输出脉冲串 LD T33 = Q1.0
答案图
14 c)
网络 1 // 自复位定时器 // 网络注释 LDN Q1.0 TON T37, +50
网络 2 // 输出脉冲串 LD T37 = Q1.0
答案图
14 b)
网络 1 // 自复位定时器 // 网络注释 LDN T37
TON T37, +50
网络 2 // 输出脉冲串 LD T37 = Q1.0
答案图14 a)
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14 d)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。
网络1
LD I0.0 LD M0.0 CTU C20, 50
网络2
LD C20 = M0.0
网络3 // 网络注释 LD M0.0 LD I0.1
CTU C30, 1000
答案图
15
网络 1 // 自复位定时器 // 网络注释 LDN Q1.0
TON T32, +5000
网络 2 // 输出脉冲串 LD T32 = Q1.0
答案图
14 d)
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Q0.0~Q0.2分别控制三个通风机，I0.1接启动按钮开关，I0.2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。
答案图
17
习题与思考题5-12： 居室通风系统控制程序 网络1 // 初始状态 //激活第一个SCR 段 LD I0.1 AN Q0.0 AN Q0.1 AN Q0.2 S S0.1, 1
网络2 // SCR 段1：
//起动通风机1，/并延时1h LSCR S0.1
网络3 // 起动通风机1 // 网络注释 LD SM0.0 S Q0.0, 1
网络 4 // 计时1h （3600s ） LDN M0.0
TON T37, 18000 网络5
LD T37 = M0.0
网络1
LD I0.0 S Q1.1, 1
网络2
LD I0.1 R Q1.1, 1
答案图
16
答案图17（续）
网络 6
LD M0.0 LD C20 CTD C20, 2
网络7 // 计时到后， //关闭通风机1， //激活SCR 段2， //并停止本SCR 段 LD C20 R Q0.0, 1 SCRT S0.2 网络8 SCRE
网络9 SCR 段2：起动通风机2，并延时1h LSCR S0.2
Network 10 // 起动通风机2 // 网络注释 LD SM0.0 S Q0.1, 1
Network 11 // 计时1h （3600s ） LDN M0.1
TON T38, 18000
Network 12 LD T38 = M0.1
答案图17（续）
网络 13 LD M0.1 LD C21 CTD C21, 2
网络14 // 计时到后，关闭通风机2， //激活SCR 段3，并停止本SCR 段 LD C21
R Q0.1, 1 SCRT S0.3
网络15 SCRE
网络16 // SCR 段3：起动通风机3， ///并延时1h LSCR S0.3
网络17 // 起动通风机3 LD SM0.0 S Q0.2, 1
网络18 // 计时1h （3600s ） LDN M0.2
TON T39, 18000
网络19 LD T39 =
M0.2
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Q0.0~Q0.2分别控制路灯H1~H3。控制程序见答案图18。
答案图17（续）
网络20
LD M0.2 LD C22 CTD C22, 2
网络21 // 计时到后，关闭通风机3， //激活SCR 段1，并停止本SCR 段 LD C22 R Q0.2, 1 SCRT S0.1
网络22 SCRE
网络23 // 停机 LD I0.2 R S0.1, 3 R Q0.0, 3
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 I0.0
O M0.0
AN I0.1
= M0.0
网络2 // 停止
LD I0.1
R Q0.0, 3
网络3 // 灯1亮
LD M0.0
EU
S Q0.0, 1
R Q0.1, 2
网络4 // 计时10h（36000s）
LD M0.0
AN M0.1
TON T37, 50
网络5
LD T37
= M0.1
网络6
LD M0.1
LD C20
LD I0.0
EU
OLD
CTD C20, 2
网络7 // 计时到后，移位，下一个灯亮LD C20
SHRB
Q0.2, Q0.0, 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0.1s 。
答：用PLC 输出端点Q0.0~Q0.7分别控制彩灯H1~H8。I0.0接启动按钮开关常开触点，I0.1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。
答案图19
习题与思考题5-14： 彩灯控制程序(循环点亮) 网络1 // 起动/停止 LD I0.0 O M0.0 AN I0.1 = M0.0 网络2 // 停止 LD I0.1 R Q0.0, 8 网络3 // 灯1亮 LD M0.0 EU
S Q0.0, 1 网络4 // 计时0.1s LD M0.0
AN M0.1 TON T33, 10 网络5
LD T33 = M0.1
网络6 // 计时到后，循环左移 //，下一个灯亮 LD M0.1 RLB
QB0, 1
16. 将AIW0中的有符号整数(3400)转换成(0.0～1.0)之间的实数，再将结果存人VD200。 答：S7-200 PLC 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
1
0.564000
y x =
+ 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。
答案图20
习题与思考题5-15 网络1
LD M0.1
MOVW 240, VW100 MOVW VW100, AC0 /I
+8, AC0
17. 将PID 运算输出的标准化实数0.75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0~1.0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
Scal n ()*R M Offset Span =- 式中，R Sca1是与PID 环路输出成比例的实数值；M n 是规格化的环路输出的实数值；Offset 是偏移量，对单极输出是0.0，对双极输出是0.5；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。
答案图21
习题与思考题5-16 网络1
LD M0.1
ITD AIW0, AC0
DTR AC0, AC0
/R 64000.0, AC0
+R 0.5, AC0
MOVR
AC0, VD200
18. 用定时中断设置一个每0.1s 采集一次模拟量输入值的控制程序。 答：编程见答案图23。
答案图23
习题与思考题5-18：
定时（0.1s ）中断采集模拟量 网络1 // 首次扫描调用子程序0 LD SM0.1 CALL
SBR0
答案图22
习题与思考题5-17 网络1
LD M0.1
MOVR 0.75, AC0 -R 0.5, AC0
*R 64000.0, AC0
ROUND AC0, AC0
DTI AC0, LW0
MOVW
LW0, AQW2
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Q0.1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。
答案图23续
子程序0
网络1 // 网络标题
LD SM0.0
MOVB 100, SMB34
//设置中断0的时间间隔.01秒
ATCH INT0, 10 //连接中断服务程序 ENI
//全局性允许中断
中断程序0 网络1 // INT_0
// 每100 ms 读取AIW2的值 LD SM0.0
MOVW
AIW2, VW100
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5-52 习题22梯形图
（a ）
（b ）
答案图26
习题与思考题5-21 网络1 // 网络标题 // 网络注释 LD M0.1 TODR VB100 //读实时时钟
MOVB VB107, VB108 //为减法做准备
-I
1, VW108
//修正"星期"数值
SEG VB108, VB110 //转换成七段显示码
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。
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（Q0.0）亮；
①一次循环扫描旦定时时间到后，灯1（Q0.0）灭，灯2（Q0.1）亮；
③再次循环扫描且定时时间到后，灯2（Q0.1）灭，灯3（Q0.2）亮，……，直至灯8
亮。灯8灭后循环重新开始。