何献忠版PLC应用技术第二版课后习题答案剖析.docx

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何献忠版PLC应用技术第二版课后习题答案剖析

第一章PLC应用基础

1-1简述接触器、继电器各有什么特点？

其主要区别是什么？

接触器是利用电磁力的作用使主触点接通或断开电动机或其他负载主电路的控制电器。

接触器具有比工作电流大数倍的接通能力和分断能力，可以实现频繁的远距离操作。

接触器最主要的用途是控制电动机的启动、正反转、制动和调速等。

继电器是一种根据特定形式的输入信号的变化而动作的自动控制器。

它与接触器不同，主要用于反映控制信号，其触点通常接在控制电路中。

1-2交流电磁线圈中通入直流电会发生什么现象？

交流电磁线圈的特点是匝数少、电阻小，靠感抗限制线圈电流，通入直流电后因感抗为零，将会造成线圈电流过大而烧毁。

1-3直流电磁线圈中通入交流电会发生什么现象？

直流电磁线圈的特点是匝数多、电阻大，靠电阻限流，而铁心由整块工程纯铁制成，这样通入交流电后，将在铁心中产生较大的磁滞和涡流损耗，间接造成线圈过热而烧毁。

1-4带有交流电磁机构的接触器，线圈通电后衔铁被卡住，会发生什么现象？

为什么？

根据交流电磁机构的特性可知，交流电磁铁的线圈电流I与工作气隙δ成反比，如果线圈通电后衔铁被卡住，工作气隙δ一直很大，因此电磁线圈的电流I也一直很大，电磁线圈将被烧毁。

1-5带有直流电磁机构的接触器是否允许频繁操作？

为什么？

带有直流电磁机构的接触器适于频繁操作，根据直流电磁机构吸力特性可知，直流电磁机构线圈的电流I与工作气隙δ无关，因此线圈电流I的大小不受衔铁状态的影响，所以带有直流电磁机构的接触器频繁操作时，不会造成线圈过热。

1-6交流电磁铁的铁心端面上为什么要安装短路环？

根据交流电磁机构的吸力特性可知，电磁吸力F随时间周期变化，且每周期有两次过零点，也就是说F有两次小于机械负载反力Fr，衔铁有两次“拍合”铁心的现象，引起电磁噪声，因此在铁心端面的2/3处安装短路环，从而产生相差一个相位的两个磁通Φ1和Φ2，Φ1和Φ2分别产生两个分力F1和F2，其合力F=F1+F2总大于反力，这样就消除了电磁噪声。

1-7交流接触器能否串联使用？

为什么？

交流接触器不能串联使用，既使外加电压是两个线圈额定电压之和，也是不允许的。

因为每个线圈上所分配到的电压与线圈阻抗成正比，而两个电器的动作总是有先有后，不可能同时吸合。

假如一个接触器先吸合，则其磁路闭合，线圈电感显著增加，因而在该线圈上的电压降也相应增大，使另一个接触器的线圈电压达不到动作电压，从而使工作气隙δ一直很大，由于交流电磁铁的线圈电流I与工作气隙δ成反比，将造成线圈过热而烧毁。

1-8直流电磁式时间继电器的延时原理是怎样?

如何整定延时范围？

直流电磁式时间继电器断电延时原理是利用楞次定律，方法有两种：

1、阻尼铜套法：

当线圈通电时，衔铁处于释放位置，气隙大，磁阻大，磁通小，所以阻尼铜套的作用很小，可不计延时作用，而线圈断电时，由于电流瞬间减小，根据楞次定律阻尼铜套中将产生一个感应电流，阻碍磁通的变化，维持衔铁不立即释放，直至磁通通过阻尼铜套电阻消耗逐渐使电磁吸力不足以克服反力时，衔铁释放，从而产生了断电延时。

2、短接线圈法：

当电磁线圈断电时，立即把线圈短接，根据楞次定律线圈中将产生一个阻碍磁通变化的感应电流，维持衔铁不立即释放，从而产生断电延时。

延时范围的调整：

（1）改变释放弹簧的松紧度：

释放弹簧越紧，释放磁通越大，延时越短。

（2）改变非磁性垫片厚度：

垫片厚度增加，延时增加。

（3）为增大断电延时，对带阻尼套的时间继电器可兼用短接线圈法。

1-9交流电压继电器与直流电压继电器在结构上有什么不同？

二者均为电压线圈，但有交流和直流之分。

交流电压线圈的特点是匝数少、电阻小，靠感抗限制线圈电流，铁心由硅钢片叠铆而成；直流电压线圈的特点是匝数多、电阻大，靠电阻限流，铁心由整块工程纯铁制成。

1-10直流电压继电器与直流电流继电器在结构上有什么不同？

直流电压继电器的线圈是电流线圈，它与负载串联以反映负载电流的变化，故它的线圈匝数少而导线粗；直流电压继电器的线圈是电压线圈，导线细、电阻大、与负载并联以反映电路电压的变化。

1-11Y形接法的三相异步电动机能否采用两相结构的热继电器作为断相和过载保护？

△接法的三相异步电动机为什么要采用带有断相保护的热继电器？

电动机为Y接时，若任一相发生断相，另外两相电流增大，由于线电流等于相电流，流过绕组的电流与流过热元件的电流增加比例相同，因此采用普通两相式热继电器既可实现断相保护；若供电线路严重不平衡或电动机绕组内部发生短路或绝缘不良等故障时，就可能使绕组某一相电流比其它两相高，若恰好在这一相中没有热元件，则不能起到保护作用。

此时须采用三相结构的热继电器。

电动机为△接时，若发生断相故障，流过绕组的电流与流过热元件的电流不相同，而热继电器按线电流整定，整定值比绕组相电流大，因此故障线电流达到动作值以前，绕组电流就已超过额定电流，使绕组过热烧毁。

因此必须采用带断相保护的热继电器。

1-12试设计可以从两地控制一台电动机，能实现点动工作和连续运转工作的控制线路。

1-13在没有时间继电器的情况下，设计一个用按钮和接触器控制电动机串电阻降压启动的控制线路。

1-14试设计一控制线路，要求：

按下按钮后，KM1通电，经10s后，KM2通电，经5s后，KM2释放，同时KM3通电，再经15s，KM1、KM3同时释放，在任何时刻，按停止按钮线路停止工作。

1-15试设计一绕线式异步电动机的控制线路，要求：

①用按钮实现单方向运转；②按时间原则串电阻三级启动。

1-16图1－65所示TPH31系列滑环式异步电动机通用屏能实现几级调速？

线路有哪些保护？

分别是哪些元件实现的？

当主令控制器的手柄在第二位时，有哪些线圈通电？

答：

TPH31系列滑环式异步电动机通用屏能实现三级调速；有4种保护：

短路保护（QF、QF1）、过载保护（KA1、KA2、KA3）、失压保护（KV、KM1、KM2、KM3）、零位保护（KV、SA）；当主令控制器的手柄在第二位时，线圈KV、KM1、KM2、KB、YB、KA1、KA2、KA3通电。

1-17试设计一小车运行的控制线路，小车由异步电动机拖动，其动作过程如下：

（1）小车由原位开始前进，到终点自动停止。

（2）小车在终点停留2min后自动返回原位停止。

（3）要求能在前进或后退途中任意位置启动和停止。

1-18设计预警启动线路，要求：

按下启动按钮后，电铃响，10s后KM启动再过10s后电铃停。

1-19两台电机连锁启停控制线路，要求:

M1启动后，M2才启动；M2停止后，M1才停止。

1-20设计闪光电源控制线路，要求：

线路发生故障（KA闭）时，信号灯HL亮2s，灭1s，周而复始，直到按下解除按钮。

第二章PLC的结构和特点

2.1PLC工作过程分为几个阶段?

PLC一般采用循环扫描工作方式，其工作过程一般分为四个阶段：

系统监测阶段、执行外围设备命令阶段、程序执行阶段、输入/输出刷新阶段。

2.2什么是PLC的扫描周期？

扫描周期如何计算？

PLC完成一个扫描周期所需要的时间，称为扫描周期；将一次工作循环中系统监测阶段、执行外围设备命令阶段、程序执行阶段、输入/输出刷新阶段所需的时间加在一起计算扫描周期。

2.3什么是PLC的响应时间?

在输出采用循环刷新和直接刷新方式时,响应时间有何区别?

从PLC收到一个输入信号到PLC向输出端输出一个控制信号所需的时间，就是PLC的响应时间，使用循环刷新时，在一个扫描周期的刷新阶段开始前瞬间收到一个信号，则在本周期内该信号就起作用了，这时响应时间最短，等于输入延时时间、一个扫描周期时间、输出延迟时间三者之和；如果在一个扫描周期的I/O更新阶段刚过就收到一个信号，则该信号在本周期内不能起作用，必须等到下一个扫描周期才能起作用，这时响应时间最长，它等于输入延迟时间、两个扫描周期时间与输出延迟时间三者之和；在使用直接输出刷新时，最长响应时间等于输入延迟时间、一个扫描周期时间、输出延迟时间三者之和。

2.4PLC的基本配置包括那些部分？

CQM1的基本配置包括CPU、内存单元、I/O模块、电源、简易编程器等。

2.5接终端扩展和接模块扩展配置各有什么特点？

接终端扩展特点：

在CQM1主机部分接B7A接口单元，而在远程接相应终端，终端与接口间由双绞线连接。

最大传距离可达500m。

接模块扩展的特点：

在CQM1主机部分安装G730主控单元，其上装有RS-485接口，而在远程，各模块依次连接，然后再通过双绞线与主控单元相连。

最大传送距离可达200m。

2.6如何进行传感器模块的示教调整？

其步骤如何？

示教的目的是调整传感器灵敏度，起调整步骤如下：

（1）将目标放在探头之间。

（2）设远程控制器为SET模式。

（3）按示教按钮，示教指示灯（橙色）亮。

（4）目标移出探头工作区，若示教成功，示教指示灯将转为绿色；若不成功，则仍为橙色，并闪烁。

这时应改变目标与探头的距离，返回步骤

（2）

（5）把远程控制器的模式设为RUN，以完成这次示教。

2.7CX-P编程软件有那些功能？

1.为适用的PLC建立和编辑梯形图或助记符程序

2.建立和检索I/O表

3.改变CPU单元的操作模式

4.在个人计算机和PLC之间传送程序、内存数据、I/O表、PLC设置值和I/O注释

5.在梯形图显示上监控I/O状态和当前值，在助记符显示上监控I/O状态和当前值，以及在I/O内存显示上监控当前值。

第三章PLC的基本指令及编程

3-1写出图3-1对应的指令语句表。

解答：

梯形图和指令语句的转换，首先要划分好各电路块。

电路块由简单串并联的接点组成，当电路块处理完后，再用电路块的串并联指令将其连接起来。

有分支时，应使用暂存继电器记忆分支点。

图3-1对应的语句表如下：

LD00000

AND-NOT00001

LD01600

OR10000

AND00002

AND01601

OR-LD

LD10000

AND-NOT01600

OR-LD

LD10000

ORT00

AND-LD

OUTTR0

AND00003

OUT10000

LDTR0

AND00004

TIM000

#0100

3-2画出下列指令语句表对应的梯形图。

①LD00000

OR00001

AND-NOT00002

OR00003

LD00004

AND00005

OR00006

AND-LD

OR00007

OUT10000

②LD00000

AND00001

OUTTR0

AND-NOT01601

OUT01600

LDTR0

OUT01601

LD01600

LDC000

OR25315

CNT000

#0002

LD01600

OR01601

OR10000

AND-NOTC000

OUT10000

解答：

将指令语句转换成梯形图时，首先应将以LD指令为起点的电路块找出来，然后根据两个电路块后面的指令确定其相互关系。

①如图3-2所示。

②如图3-3所示。

3-3对图3-2所示各梯形图进行化简，然后写出指令语句表。

解答：

首先将图3-4各梯形图简化成图3-5形式。

对应的指令语句表如下：

a）LD01600

AND00002

LD-NOT00001

OR-LD

AND00000

OUT10000

b）LD-NOT00004

AND00005

LD10000

AND00006

OR-LD

AND00003

LD00002

AND00004

OR-LD

AND00001

OUT10000

c）LD10000

AND00003

AND00004

OR00001

AND00000

LD10000

AND00001

LD00003

AND00004

OR-LD

AND00002

OR-LD

OUT10000

3-4写出图3-6所示梯形图对应的指令语句表。

解答：

用暂存器来处理分支电路。

要注意的是，线圈10001前面没有接点，因此不必按分支处理。

指令语句如下：

LD00001

OUTTR0

AND00002

AND00003

OUT10000

LDTR0

AND00003

OUT10001

AND10000

OUTTR1

AND00006

OUT10002

LDTR1

AND00007

OR00008

OUT10003

3-5画出图3-7所示梯形图对应的波形图。

解答：

画波形的题考查的是读者对梯形图的理解。

a）本题为一个单按钮启停电路。

由于采用了下沿微分，因此，按钮在每次按下并松开后有效。

00000第一次为ON并变为OFF时，01600为ON一个扫描周期，10000置“1”，此时01601为OFF；00000第二次为ON时，由于10000已经为ON，因此01601在本周期为ON，使10000置“0”。

如图3-8所示。

b）本题为一个故障报警电路。

其中，00000为故障信号输入；00001为试灯按钮；00002为解音按钮；10000为灯光报警输出；10001为音响报警输出。

25502为1秒时钟脉冲，ON0.5秒，OFF0.5秒。

如图3-7所示。

3-6有一个用四条皮带运输机的传输系统，分别用四台电动机M1~M4驱动，如图3-10所示。

控制要求如下：

2s

2s

2s

（1）起动时，先起动最后一条皮带，每延时2s后，依次起动其它皮带机，即M4→M3→M2→Ml。

2s

2s

2s

（2）停止时，先停最前面一条皮带，每延时5s后，依次停止其它皮带机，即M1→M2→M3→M4。

（3）当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停下，而后面的皮带机按停止顺序依次停车。

试设计满足上述控制要求的PLC控制程序。

解答：

根据要求，每隔2s启动一条皮带，可由脉冲发生器来设定时间间隔。

设00000为启动按钮，00001为停止按钮，00002、00003、00004、00005分别为四条皮带的故障停车信号；10000为第1条皮带驱动，10001为第2条皮带驱动，10002为第3条皮带驱动，10003为第4条皮带驱动。

中间继电器01602和01603的作用是在启动过程中，连锁接点10002、10001的有效时间滞后1个扫描周期，以保证启动顺序；01604的作用是在4条传送带均停止后，复位停止继电器01601，使系统复原，如图3-11所示。

3-7传送带产品检测：

用红外传感器检测传送带上的产品，若20s内无产品通过，则传送带停止，同时报警。

设检测信号从00002端子输入，传送带由10000点驱动，报警信号由10001点控制，00000为起动按钮，00001为停止按钮。

解答：

如图3-12所示，其中，00001既作为停止按钮，也作为报警解除按钮。

3-8某机床动力头的进给运动如图3-13所示，00000为启动按钮，按一次则动力头完成一个工作循环。

启动时，动力头处于最左边，10000、10001、10002分别驱动三个电磁阀。

试设计PLC程序。

解答：

如图3-14所示，根据给定的波形图，可得到三个电磁阀的启停控制状态。

3-9用PLC实现下述控制要求，分别画出其梯形图。

（1）电动机Ml先起动后，M2才能起动，M2能单独停车。

（2）M1起动后，M2才能起动，M2可以点动。

（3）M1起动10s后，M2自行起动。

（4）M1起动10s后，M2起动，同时M1停止。

（5）M1起动后，M2才能起动；M2停止后，MI才能停止。

解答：

如图3-15所示，设00000、00001为M1启、停按钮，00002、00003为M2启、停按钮，00004为M2点动按钮，10000、10001分别为M1、M2驱动。

第5小题也可仿照图2-19将继电接触线路改写成PLC的梯形图，如图（5b）。

如图（5a）为采用保持器的PLC设计方式。

3-10一个用于检测和计算送到包装机装配线上的产品数量的控制电路如图3-16所示。

当计数器计到12个产品时，电路接通一个电磁线圈，2s后，电磁线圈自动断开。

试用PLC取代该继电器控制线路。

解答：

对于继电器控制线路的PLC改造问题，应首先了解原系统工艺要求，然后确定PLC的型号及点数，并进行通道分配，最后画出梯形图。

设00000为行程开关XK输入，10000为电磁线圈X输出，其余均由PLC内部器件实现：

设计数器CC为C000，定时器KT为T001，中间继电器K为01600，则梯形图如图3-17所示。

3-11用PLC控制三个接触器KMl、KM2、KM3动作。

要求：

按下启动按钮后，KMl、KM2启动，10s后，KM2断电，再过5s后，KM3接通，按停车按钮后，KM1、KM3断电。

解答：

如图3-18所示，设00000、00001为启、停控制按钮，KMl、KM2、KM3分别由10000、10001、10002驱动。

3-12试设计用PLC实现的密码锁控制。

有8个按钮SBl~SB8，其控制要求为：

（1）SB7为启动按钮，按下SB7才可以进行开锁作业。

（2）SBl、SB2、SB5为可按压键。

开锁条件：

SBl设定按压次数为3次，SB2设定按压次数为2次，SB5设定按压次数为4次，如按此条件依次按键，则密码锁打开。

（3）SB3、SB4为不可按压键，一按压报警器就响，发出警报。

（4）SB6为复位按键，按下SB6，重新开始开锁作业。

（5）SB8为停止按健，按下SB8，停止开锁作业。

解答：

如图3-19所示，设00006、00007为启、停控制按钮SB7、SB8，SB1：

00000，SB2：

00001，SB3：

00002，SB4：

00003，SB5：

00004，SB6：

00005，10000为开锁信号，10001为报警信号。

图中，开锁信号维持1s，报警信号则必须按复位按钮才能解除；计数器C000和C001的复位端将自身输出信号与相应的按压信号串联，可避免超过规定次数的按压有效；按下停止按钮后，开锁操作无效，但要重新开锁，必须先按复位键SB6。

第四章PLC功能指令及应用

4.1在某些控制场合，需要对控制信号进行分频处理。

试设计一个四分频的PLC控制程序。

解：

设输入点为00000，输出端为10000。

图4-1（a）为用计数器和比较指令设计的程序，结果比较直观；本题也可用移位器来设计，如图4-1（b）所示，利用00000本身作为移位脉冲，则01601的输出状态刚好满足要求，图4-1（c）为时序图。

4.2设计彩灯控制电路，要求：

9组彩灯，启动后分两种动作交替循环进行。

（1）分三大组，1、4、7为一组，2、5、8为一组，3、6、9为一组，每大组依次亮1s。

（2）按1到9顺序，每组依次亮1s。

解：

设启动按钮00000，停止按钮00001；输出彩灯分别为10001，10002，10003，10004，10005，10006，10007，10008，10009；如图4-2所示，按下启动按钮00000后，彩灯按要求循环亮灭，按下停止按钮00001后，彩灯立即熄灭。

4.3试设计一个能计算下面算式的PLC程序，设X1、X2为4位十进制数。

解：

设X1存放在DM0000中，X2存放在DM0001中，结果Y存放在DM0002中。

由于本题的计算有条件限制，最容易想到的是先通过比较指令判断条件，然后根据要求进行计算，如图4-3（a）所示；本题也可以先进行减法运算，如果有借位，则表示X1＜X2，因此再重新按加法计算，如图4-3（b）所示。

4.4设计一小车控制程序，如图4-4所示，要求起动后，小车由A处开始从左向右行驶，到每个位置后，均停车2s，然后自行启动；到达E位置后，小车直接返回A处，再重复上述动作，当每个停车位置均停车3次后，小车自动停于A处。

试用步进指令和移位指令两种方法设计。

解：

设对应A、B、C、D、E点的检测开关由00000、00001、00002、00003、00004点输入，00005为启动按钮；小车右行为10000，左行为10001。

用移位指令和步进指令实现的梯形图分别见图4-5和图4-6。

4.5设计全通全断叫响提示电路：

当3个开关全为ON或全为OFF时，信号灯发光。

解：

设3个开关分别为00000、00001、00002，信号灯由10000控制。

图4-7为实现该电路的三种方法。

4.6试编制能显示可逆计数器当前值的PLC程序。

解：

图4-8（a）为用七段码显示2位可逆计数器当前值的PLC程序，图4-8（b）为用BCD码显示2位可逆计数器当前值的PLC程序。

4.7用10个按钮控制一位BCD数码显示：

按下0按钮时，数码显示0；按下1按钮时，数码显示1；……按下9按钮时，数码显示9。

试用基本指令和译码指令两种方法编制该程序。

解：

用基本指令编程时，思路比较简单，但程序较复杂，而用功能指令编写的程序往往非常简单。

如图4-9所示，图（b）既可代替图（a）的功能。

4.8电动葫芦起升机构的动负荷试验，控制要求如下：

（1）可手动上升、下降；

（2）自动运行时，上升6s→停9s→下降6s→停9s，循环运行1h，然后发出声光信号，并停止运行。

试设计用PLC控制的上述系统。

解：

设手动上升为00000，手动下降为00001，自动为00002，声光复位为00003；输出信号：

上升10000，下降10001，声光10002。

根据要求，循环运行1h，正好是120个循环。

梯形图见图4-10。

4.9要求：

按下启动按钮后，能根据图4-11所示依次完成下列动作：

（1）A部件从位置1到位置2。

（2）B部件从位置3到位置4。

（3）A部件从位置2回到位置1。

（4）B部件从位置4回到位置3。

用PLC实现上述要求，画出梯形图。

4.10试设计一个4层电梯PLC控制系统，要求：

某层楼有呼叫信号时，电梯自动运行到该楼层后停止；如果同时有2或3个楼层呼叫时，依先后顺序排列，同方向就近楼层优先；

电梯运行到先呼叫的楼层时，待门关严后，电梯自行启动，运行至下一个楼层。

解：

首先进行通道分配：

输入信号：

一层内选指令按钮00000

二层内选指令按钮00001

三层内选指令按钮00002

四层内选指令按钮00003

一楼向上呼梯按钮00004

二楼向上呼梯指令00005

三楼向上呼梯指令00006

二楼向下呼梯指令00007

三楼向下呼梯指令00008

四楼向下呼梯指令00009

1~4层行程开关（并联）00010

手动开门按钮00011

输出信号：

电梯上行及指示10000

电梯下行及指示10001

一层到站指示10002

二层到站指示10003

三层到站指示10004

四层到站指示10005

呼梯信号指示10006

开门状态指示10007

一楼内选信号指示10100

二楼内选信号指示10101

三楼内选信号指示10102

四楼内选信号指示10103

一楼向上呼叫指示10104

二楼向上呼叫指示10105

三楼向上呼叫指令10106

二楼向下呼叫指示10107

三楼向下呼叫指令10108

四楼向下呼叫指令10109

电梯控制的PLC梯形图如图4-13所示。

第五章PL