涵盖了从基础概念、硬件组成、编程语言、指令系统，到系统设计、通信网络和故障诊断等核心知识点,旨在全面考察学生对PLC技术的理论理解和实际应用能力。
《PLC技术与应用》课程期末考试试卷
考试时间： 120分钟 总分： 100分 班级： 学号： 姓名： ___
单项选择题（每题2分，共20分）
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PLC的核心部分是（ ）。 A. 电源模块 B. 中央处理器 C. 输入/输出模块 D. 存储器
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在PLC的扫描周期中，三个主要阶段的正确顺序是（ ）。 A. 输入采样 -> 程序执行 -> 输出刷新 B. 程序执行 -> 输入采样 -> 输出刷新 C. 输出刷新 -> 程序执行 -> 输入采样 D. 输入采样 -> 输出刷新 -> 程序执行
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下列哪种设备通常作为PLC的数字量输入（DI）信号源？（ ） A. 电位器 B. 热电偶 C. 接近开关 D. 压力变送器
（图片来源网络，侵删） -
梯形图中，一个“常开”触点符号代表（ ）。 A. 对应的输入/输出设备在物理上是断开的 B. 对应的存储器位为“0”状态 C. 对应的存储器位为“1”状态 D. 对应的输入/输出设备在物理上是闭合的
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在PLC中，用于实现“自锁”功能（或“保持”功能）的经典电路结构是（ ）。 A. 起保停电路 B. 振荡电路 C. 互锁电路 D. 优先电路
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“TON”指令在PLC中代表的是（ ）。 A. 延时断开定时器 B. 延时接通定时器 C. 计数器 D. 记忆型接通延时定时器
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若要将模拟量传感器（如0-10V的压力传感器）的信号读入PLC进行处理，需要使用哪种模块？（ ） A. 数字量输入模块 B. 数字量输出模块 C. 模拟量输入模块 D. 模拟量输出模块
（图片来源网络，侵删） -
在PLC编程中，实现“电机M1启动后，电机M2才能启动”这种顺序控制，最常用的方法是（ ）。 M1启动 A. 直接将M1的输出点与M2的启动按钮串联 B. 使用内部继电器作为M1启动的标志，然后将其作为M2启动的启动条件 C. 使用两个独立的启保停电路 D. 无法实现，需要额外的硬件继电器
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Profibus-DP是一种常用于PLC与现场设备（如变频器、远程I/O站）通信的（ ）。 A. 以太网协议 B. 工业现场总线协议 C. RS-232串行通信协议 D. USB通信协议
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当PLC系统出现“硬件故障”时，最可能的原因是（ ）。 A. 用户程序逻辑错误 B. CPU模块损坏 C. 变量赋值错误 D. 定时器参数设置不当
填空题（每空1分，共15分）
- PLC的全称是____,它是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
- PLC的硬件主要由中央处理器、____、____和____四大部分组成。
- PLC的编程语言主要有梯形图、____、功能块图和顺序功能图等。
- 在梯形图中，__（左/右）母线提供“能流”（Power Flow）,而线圈代表一个输出指令。
- 定时器用于实现延时控制，其三个关键要素是：预设值、____和当前值。
- 计数器用于对输入脉冲进行计数，可分为____计数器和____计数器。
- 为了防止两个外部负载（如两台电机）同时启动造成电源短路，在梯形图中通常使用__（术语）功能。
- “立即I/O”指令的特点是____，它不等待扫描周期，直接更新对应的物理I/O点。
- PLC的I/O点数是指其____和____的总和,是衡量PLC规模的一个重要指标。
- 在设计PLC控制系统时，分析控制要求、绘制__图和分配I/O地址是至关重要的一步。
判断题（对的打“√”，错的打“×”，每题1分，共10分）
- PLC的扫描周期越短，其响应速度越快，控制精度越高。（ ）
- 在梯形图中，一个输出线圈可以被多个程序段驱动，这称为“双线圈输出”，是允许的。（ ）
- “AND”指令（串联连接）用于将一个常开触点与前面的逻辑块串联。（ ）
- “OR”指令（并联连接）用于将一个常闭触点与前面的逻辑块并联。（ ）
- 模拟量输入模块将连续的物理量（如温度、压力）转换为PLC可以处理的数字量。（ ）
- “RST”指令（复位指令）通常用于将计数器或定时器的当前值清零。（ ）
- 在PLC系统中，所有输入信号的状态都是在程序执行阶段被读取的。（ ）
- 步进顺序控制法非常适合具有明显、固定步骤顺序的控制任务，如机械臂分拣。（ ）
- PLC的通信功能仅限于与上位机（如HMI、计算机）通信，不能与其他PLC通信。（ ）
- PLC系统的接地主要是为了防止人员触电，对设备运行影响不大。（ ）
简答题（共25分）
- （8分） 简述PLC的一个完整扫描周期包含哪几个阶段？并解释每个阶段的主要任务。
- （8分） 解释“启保停”电路在梯形图中的实现原理,并画出其基本结构图。
- （9分） 什么是“互锁”电路？在电机控制中，为什么必须实现互锁？请画出两台电机（M1和M2）不能同时运行的互锁电路梯形图片段。
综合应用题（共30分）
** 设计一个PLC控制系统，控制一台三相异步电动机的“星-三角”（Y-Δ）降压启动。
控制要求：
- 按下“启动”按钮（SB1），电动机星形（Y）连接启动。
- 电动机星形（Y）运行5秒后，自动切换为三角形（Δ）连接,全压运行。
- 按下“停止”按钮（SB2），电动机无论处于何种状态,均立即停止。
- 在切换过程中，必须确保星形（Y）接触器（KM1）和三角形（Δ）接触器（KM2）绝对不能同时接通,否则会造成电源短路。
- 电机过载时，热继电器（FR）常闭触点断开,电机停止。
I/O地址分配表：
| 设备名称 | 符号 | PLC地址 | 类型 |
|---|---|---|---|
| 启动按钮 | SB1 | I0.0 | 数字量输入 |
| 停止按钮 | SB2 | I0.1 | 数字量输入 |
| 热继电器 | FR | I0.2 | 数字量输入 |
| 星形接触器 | KM1 | Q0.0 | 数字量输出 |
| 三角形接触器 | KM2 | Q0.1 | 数字量输出 |
要求：
- （5分） 根据控制要求，设计一个合理的I/O接线图（示意即可，只需画出PLC、按钮、接触器、电机和电源之间的连接关系）。
- （15分） 根据控制要求，使用梯形图语言编写控制程序，要求程序包含：
- 启动、停止和自锁逻辑。
- 星形启动和延时切换逻辑。
- 星-三角互锁逻辑。
- 过载保护逻辑。
- （10分） 请用文字简要描述你设计的程序是如何实现“星-三角”启动和互锁保护的。
参考答案
单项选择题
- B (CPU是核心)
- A (标准扫描周期)
- C (接近开关是开关量信号)
- C (常开触点对应位为1时闭合)
- A (最基础的自锁结构)
- B (TON是延时接通)
- C (模拟量输入模块读取模拟信号)
- B (使用内部标志位传递状态)
- B (Profibus是典型的现场总线)
- B (硬件故障通常指物理损坏)
填空题
- Programmable Logic Controller
- 存储器, 输入/输出模块, 电源模块
- 语句表 (或指令表)
- 左
- 使能条件
- 加法, 减法
- 互锁
- 立即更新物理I/O点
- 输入点数, 输出点数
- 电气原理 (或流程)
判断题
- √ (响应速度与扫描周期相关)
- × (双线圈输出通常是不允许的,会导致逻辑混乱)
- √ (AND指令串联)
- × (OR指令并联，不分常开常闭,但逻辑不同)
- √ (A/D转换)
- √ (RST是复位指令)
- × (输入在输入采样阶段读取)
- √ (顺序功能图SFC的强项)
- × (PLC之间可以通信，如PPI, Profibus等)
- × (接地对抗干扰、稳定运行至关重要)
简答题
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答： 一个完整的扫描周期包含三个阶段：
- 输入采样阶段： PLC扫描所有输入点，并将各输入点的状态（ON/OFF）存入输入映像寄存器中，在程序执行期间,输入映像寄存器的内容保持不变。
- 程序执行阶段： CPU从第一条指令开始，逐条解释并执行用户程序，在执行过程中，它会根据输入映像寄存器和程序逻辑,更新输出映像寄存器和其他内部元件的状态。
- 输出刷新阶段： 所有指令执行完毕后，PLC将输出映像寄存器中所有输出点的状态传送到输出锁存器，驱动外部负载（如接触器、电磁阀等）动作，这个阶段完成后,PLC开始下一个扫描周期。
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答： “启保停”电路是梯形图中最基本的控制逻辑，用于实现一个输出（如电机）的启动、保持和停止。
- 启动： 当启动条件（如启动按钮按下）满足时,输出线圈得电。
- 保持（自锁）： 输出线圈得电后，其自身的常开触点闭合，这个闭合的触点与启动按钮并联，这样即使启动按钮松开，电流也能通过这个自锁触点维持线圈得电，实现“保持”功能。
- 停止： 当停止条件（如停止按钮按下）满足时，会切断通往线圈的电流通路，线圈失电,输出停止。
- 结构图：
|----| | SB1 |----| |( ) KM |--|----| | | | |----|/| SB2 |--------| | | | | |----| | KM |------------|
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答：
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互锁电路： 互锁是指通过硬件或软件的方式，确保两个或多个相互排斥的操作不能同时执行，在梯形图中,通常是通过将一个设备的常闭触点串联在另一个设备的控制回路中来实现的。
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原因： 在电机星-三角启动中，如果星形（Y）和三角形（Δ）接触器同时接通，会将三相电源的L1、L2、L3分别短接到U、V、W，造成严重的电源相间短路，会烧毁接触器、断路器甚至电机,非常危险。
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梯形图片段：
// M1控制逻辑 |----| | SB1 |----|/| KM2 |----| |( ) KM1 |--|----| | | | |----|/| SB2 |--------| | | | | |----| | FR |--------| | | | | |----| | KM1 |------------| // M2控制逻辑 |----| | T1 |----|/| KM1 |----| |( ) KM2 |--|----| | | | |----|/| SB2 |--------| | | | | |----| | FR |--------| | | | | |----| | KM2 |------------|注：T1是延时5秒的定时器，KM1的线圈回路中串入了KM2的常闭触点，KM2的线圈回路中串入了KM1的常闭触点，实现了硬件互锁。
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综合应用题
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I/O接线图（示意）：
L1 ----| |----[SB1]----| |----[PLC I0.0] COM L1 ----| |----[SB2]----| |----[PLC I0.1] COM L1 ----| |----[FR-NC]--| |----[PLC I0.2] COM | L1 -------------------| PLC L+ (电源) N ---------------------| PLC M (电源零线) | PLC Q0.0 --------------| |----[KM1]----| |----[电机绕组-U] PLC Q0.1 --------------| |----[KM2]----| |----[电机绕组-U] | PLC COM -------------------------------------| |----[电机绕组-V] PLC COM -------------------------------------| |----[电机绕组-W]注：这是一个简化示意图，实际接线需考虑电源、接触器线圈电压、热继电器等细节，KM1和KM2的辅助常闭触点用于互锁，图中未画出。
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梯形图程序：
// 网络1: 启动、停止、自锁及过载保护 // 控制KM1（星形）和KM2（三角形）的总逻辑 LD I0.0 // 启动按钮 AN I0.1 // 停止按钮 AN I0.2 // 热继电器 A T1 // 延时未到时，星形启动 O M0.0 // 自锁 AN Q0.1 // 与KM2互锁 = M0.0 // M0.0作为星形启动标志 LD M0.0 // 星形启动标志 = Q0.0 // 驱动星形接触器KM1 // 网络2: 星形-三角形切换逻辑 // 当M0.0（星形启动）且定时器T1计时到时，切换到三角形 LD M0.0 TON T1, 50 // T1是100ms定时器，预设值50，延时5秒 LD T1.Q // 定时器计时到 AN Q0.0 // 与KM1互锁 AN I0.1 // 停止按钮 AN I0.2 // 热继电器 = Q0.1 // 驱动三角形接触器KM2 // 网络3: 停止逻辑（确保停止按钮能切断所有输出） LD I0.1 = Q0.0 // 停止时，Q0.0失电 = Q0.1 // 停止时，Q0.1失电注：此程序逻辑清晰，但更优化的做法是使用“启保停”结构分别控制KM1和KM2，并将互锁条件融入其中，下面是另一种更常见的写法：
// 网络1: KM1 (星形) 启保停电路 LD I0.0 AN I0.1 AN I0.2 AN Q0.1 // 与KM2互锁 TON T1, 50 // 启动时同时启动定时器 OLD // OLD指令用于将启动按钮和自锁触点并联 LD Q0.0 OLD = Q0.0 // 网络2: KM2 (三角形) 启保停电路 LD T1.Q // 由定时器T1的完成位启动 AN I0.1 AN I0.2 AN Q0.0 // 与KM1互锁 OLD LD Q0.1 OLD = Q0.1 -
程序功能描述：
- 星-三角启动： 当按下启动按钮I0.0后，星形接触器Q0.0立即得电，电机星形启动，定时器T1开始计时，5秒后，定时器T1的常开触点闭合，接通三角形接触器Q0.1的线圈，电机切换为三角形连接，全压运行，由于Q0.0和Q0.1的线圈回路中分别串有对方的常闭触点（互锁），两者不可能同时得电,保证了切换过程的安全。
- 互锁保护： 程序中通过在Q0.0的线圈回路中串联Q0.1的常闭触点，在Q0.1的线圈回路中串联Q0.0的常闭触点，构成了“软件互锁”，在硬件上也可以将两个接触器的辅助常闭触点互相接入对方的控制回路，形成“硬件互锁”，双重保障,杜绝了KM1和KM2同时吸合的可能性。
- 停止与保护： 任何时候按下停止按钮I0.1或热继电器I0.2动作，都会切断通往Q0.0和Q0.1线圈的电流，使两个接触器同时失电，电机安全停止，停止按钮的常闭触点直接并联在两个输出线圈上,确保了最高的优先级。
