发布时间 : 星期一 文章《电气控制与PLC应用(第四版)》习题解答更新完毕开始阅读
可靠性 差，触点多，故障多 高，元件经过筛选和老化等可靠性措施 寿命 可扩展性 维护 短 困难 工作量大，故障点不易查找 长 容易 具有自诊断能力，维护工作量小 5-4 PLC的硬件指的是哪些部件？它们的作用是什么？
答：PLC的基本结构由中央处理器（CPU），存储器，输入、输出接口，电源，扩展接口，通信接口，编程工具，智能I/O接口，智能单元等组成。 1）中央处理器（CPU）
中央处理器（CPU）其主要作用有
① 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。 ② 诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误。
③ 用扫描的方式通过I∕O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像存储器或数据存储器中。
④ PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，解释并按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像存储器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。
2）存储器
PLC存储器是用来存放系统程序、用户程序和运行数据的单元。按其作用有系统存储器与用户存储器。
系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在只读存储器ROM内，用户不能直接更改。他使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序内容主要包括三部分。第一部分为系统管理程序，他主要控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作。第二部分为用户指令解释程序，通过用户解释程序，将PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令。第三部分为标准程序模块与系统调用程序，他包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算等的子程序。PLC的具体工作都是由系统程序来完成的，这部分程序的多少也决定了PLC性能的高低。
33
用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和功能存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同，可以是随机存储器RAM（有掉电保护）、可擦可编程只读存储器EPROM或电擦除可编程只读存储器EEPROM，其内容可以由用户任意修改或增删。用户功能存储器是用来存放（记忆）用户程序中使用的ON/OF状态、数值数据等，由于这些数据是不断变化的，因此用随机存取存储器RAM来组成功能存储器，他构成PLC的各种内部器件，也称“软元件”。用户存储器容量的大小，关系到用户程序容量的大小和内部器件的多少，是反映PLC性能的重要指标之一。
3）输入、输出接口
输入、输出接口是PLC与外界连接的接口。输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等的开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器等传来的模拟量输入信号。输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等。
输入、输出接口有数字量（包括开关量）输入、输出和模拟量输入、输出两种形式。数字量输入、输出接口的作用是将外部控制现场的数字信号与PLC内部信号的电平相互转换；而模拟量输入、输出接口作用是将外部控制现场的模拟信号与PLC内部的数字信号相互转换。输入、输出接口一般都具有光电隔离和滤波，其作用是把PLC与外部电路隔离开，以提高PLC的抗干扰能力。
4）电源
PLC一般使用220V 单相交流电源，电源部件将交流电转换成中央处理器、存储器等电路工作所需的直流电，保证PLC的正常工作。对于小型整体式可编程控制器内部有一个开关稳压电源，此电源一方面可为CPU、I/O单元及扩展单元提供直流5V 工作电源，另一方面可为外部输入元件提供直流24V 电源。
5）扩展接口
扩展接口用于将扩展单元与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需求。
6）通信接口
为了实现“人—机”或“机—机”之间的对话，PLC配有多种通信接口。PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机及其他的PLC或计算机相连。
34
7）智能I／O接口
为了满足工业上更加复杂的控制需要，PLC配有多种智能I∕O接口，如满足位置调节需要的位置闭环控制模块，对高速脉冲进行计数和处理的高速计数模块等。这类智能模块都有其自身的处理器系统。通过智能I∕O接口，用户可方便的构成各种工业控制系统，实现各种控制功能。
8）编程工具
编程工具是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视用的设备。最常用的是编程器。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往是先将梯形图转化为机器语言助记符（指令表）后才能输入。他一般是由简易键盘和发光二极管或其他显示器件组成。智能型编程器又称图形编程器，他可以联机、也可以脱机编程，具有LCD或CRT图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。
9）智能单元
各型PLC都有一些智能单元，他们一般都有自己的CPU，具有自己的系统软件，能独立完成一项专门的工作。智能单元通过总线与主机相联，通过通信方式接受主机的管理。
10）其他部件
PLC还可配有盒式磁带机、EPROM写入器、存储器卡等其他外部设备。 5-5 为什么称PLC的继电器是软继电器？与物理继电器相比，其在使用上有何特点？
答：参与PLC应用程序编制的是其内部代表编程器件的存储器，俗称“软继电器”，或称编程“软元件”。这些“软元件”依编程功能分为输入继电器、输出继电器、定时器、计数器等。取用这些“软继电器”的常开、常闭触点，实质上为读取存储单元的状态，所以可以认为一个“软继电器”有无数个常开、常闭触点。
5-6 PLC的软件是指什么？其编程语言常用的有哪几种？各有何特点？
答：PLC的软件是指系统程序和用户程序。系统程序由PLC生产厂家固化在控制器内用以控制PLC本身的运作；用户程序则由使用者来编制并输入控制器，用以控制外部对象的运作。所以，使用者要编制的是用户程序。
编程语言通常有梯形图（LAD）、指令表（STL）和顺序功能流程图（SFC）三种。 梯形图（LAD）编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。梯形图语言简单明了，易于理解，是编程语言的首选。
指令表也叫语句表，和汇编语言有点类似，由助记符和操作数两部分构成，其与梯形图程序有严格的对应关系，是用一系列的指令表达程序的控制要求，它是PLC最基础的编
35
程语言。
顺序功能流程图是一种用来编制顺序控制类程序，它是将一个复杂的顺序控制过程分解为一些小的工作状态，对这些小的工作状态的功能分别处理后，再依一定的顺序控制要求连接组合成整体的控制程序。
5-7 PLC的工作方式是什么？何为PLC的扫描周期？
答：PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式，每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。 5-8 简述PLC的工作过程。
答：PLC的工作过程为“输入采样”、“程序执行”、“输出刷新”三个阶段。
1）输入采样阶段：PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入内存中各对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段，在程序执行阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。
2）程序执行阶段：根据PLC梯形图程序扫描原则，PLC按先左后右、先上后下的步序逐点扫描。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”上一阶段采入的对应输入端子的状态，从输入映像寄存器“读入”对应元件（“软继电器”）的当前状态。然后进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件（“软继电器”）的状态会随着程序执行过程而变化。
3）输出刷新阶段：在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。
从上述可知，PLC在一个扫描周期中，对输入状态的扫描只是在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后，输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行新的扫描，这就是所谓集中采样输入，也就是PLC在一个扫描周期内，集中对输入状态扫描。
在一个扫描周期内，只是在输出刷新阶段将输出状态从输出映像寄存器中送出去，而在其他阶段，输出值一直保存在输出映像寄存器中，这就是集中输出方式。 5-9 PLC的主要性能指标有哪些？各指标的意义是什么？
答：PLC的主要性能指标有： （一）存储容量
36