PLC及DCS复习题

PLC及DCS复习题

1、何谓可编程序控制器？

可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专门为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储器中，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，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械设备和生产过程。 2、可编程序控制器有哪些特点？ （1）可靠性高，抗干扰能力强

a）PLC大量使用晶体管、可控硅等无触点半导体器件来完成开关动作（无 触点开关是半永久开关，几乎无寿命上限，机械开关多为万次以内），以提高其可靠性；

b）所有I/O接口均采用光电耦合器与工业现场外电路隔离、输入电源使用RC滤波器、各模块采用电磁屏蔽措施以提高其抗干扰能力；

c）良好的自诊断能力可及时发现各种电源和软硬件异常，并迅速采取自我保护措施防止故障扩大。

（2）通用性强，控制程序可变，使用方便

a） PLC硬件装置丰富，可满足各种不同控制要求的控制系统的要求； b）可实现软件控制，当工艺流程或生产设备发生变化时，无须更新PLC硬件装置，仅通过调整或改变应用程序即可满足控制要求。 （3）功能完善，应用面广

现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等基本功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等丰富的扩展功能，即可以控制单台设备，也可以控制一条生产线乃至于整个生产过程。

（4）编程简单，易于学习

PLC编程多采用梯形图类似继电控制电路图，直观清晰，无需具备专业计算机基础，可满足大多数电气工程技术人员的读图习惯，易于接受、学习和掌握。 （5）安装简单，维护方便

PLC不需要专门的机房，可直接在各种工业环境下运行，安装仅需按规定将现场设备与PLC相应的I/O端子相互连接即可； PLC各模块都有运行和故障显示，便于了解其运行情况和故障查找；模块发生故障时可通过更换的方式恢复运行。

（6）体积小，质量轻，功耗低，是实现机电一体化的理想控制设备

以日本欧姆龙公司的CPM2A-20CDR-D型PLC为例，外形尺寸：120X90X55 (mm)，质量：2.3kg，功率消耗：小于25VA。

3、比较PLC、DCS、继电器控制系统各自的优缺点。 控制装置名称 特点 可编程序控制器 CPU、存储器、I/O接口电路组成；采用程序控制方式且编程容易，可靠性强，安装、使用、维护维修、方便，系统换代容易。 继电器控制系统 由开关、继电器、接触器等组成，靠硬接线实现逻辑运算；连线多而复杂，体积大、功耗高、故障率高且排除困难，系统换代不容易。 单片机控制系统 控制电路需人工设计、焊接，抗干扰能力差；虽然采用程序控制方式但编程较难，维护使用需较强的专业知识，系统换代需要较长的周期。 4、可编程序控制器可以胜任的工作有哪些？ （1）.开关量的逻辑控制

最基本最广泛的应用领域，替代传统继电器控制，实现逻辑控制、顺序控制、单台和多机群控乃至自动化流水线。 （2）.模拟量控制

现代PLC都配有A/D、D/A转换模块，可以处理如温度、压力、流量、液位等模拟量。模拟量（Analog）：随时间空间等自变量连续变化的物理量。 （3）.运动控制

现代PLC都配有专用运动控制模块，可直接驱动步进电机或伺服电机，实现圆周或直线运动的控制功能，广泛应用于机械、机床、机器人、电梯的控制。 （4）.过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制，现代PLC可通过编制控制程序，完成闭环控制。PID调节是闭环控制系统的常用调节方法，大、中型PLC都配有PID调节模块，可广泛应用冶金、化工、热处理、锅炉等过程控制的场合。 （5）.数据处理

利用现代PLC的数学运算（矩阵、函数、逻辑运算）、数据传送、转换、排序、查表、位操作等功能，可完成数据的采集、分析及处理，将采集的数据与存储器中的参考值加以比较，可完成某些控制操作。也可利用通信功能传送到其他智能装置。数据处理多用于大型控制系统和过程控制系统。 （6）.通信及联网

PLC通信包含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。现代PLC都具有通信和网络接口，以方便通信及联网。

5、可编程序控制器的运行过程分为哪几个阶段？其运行方式与计算机有何不同？

1、PLC投入运行之后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行、输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

2、PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式---扫描技术

6、可编程序控制器的输入输出接口为何多采用光电隔离器件？请简述光电耦合器的工作原理。

1、外界线路产生的干扰（如尖峰电压，干扰噪声等），容易引起PLC的非正常工作甚至是元器件的损坏，所以，一般在PLC开关量输入单元的输入侧都采用光耦来切断PLC内部线路和外部线路电气上的联系；并在输入线路中都设有RC 滤波电路，以防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲引起的错误信号。

2、当外部线路的开关闭合时，PLC内部光耦的发光二极管点亮，光敏三极管饱和导通，该导通信号再传送给处理器，从而CPU 认为该路有信号输入；外界开关断开时，光耦中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，CPU 认为该路没有信号。

7、可编程序控制器的存储器区域是如何划分的？RAM、ROM、EPROM、EEPROM各是什么存储器？

存储器主要有两种：1）可读/写操作的随机存储器RAM，主要用于存放用户

程序及工作数据；2）只读存储器ROM、PROM、EPROM 和EEPROM，主要用于存放系统程序。

8、什么是可编程序控制器的指令系统？

9、本课程介绍了那些可编程序控制器的特殊功能单元？简述功能特点。

模拟量输入单元、模拟量输出单元、温度传感器单元、位置控制单元、高速计数单元等5种常用的特殊功能单元。

1、模拟量输入单元主要功能：1）二进制功能；2）刻度值功能；3）平均值功能；4）峰值保持功能；5）平方根功能

2、模拟量输出单元主要功能：1）无限幅功能；2）限幅功能；3）上、下限报警功能；4）脉冲输出功能

3、温度传感器单元：用于将温度传感器的检测值转换为BCD码并存入PC的指定通道。C200H PC的温度传感器单元有两种类型，1）连接热电偶，型号为C200H-TS001/TS002；2）连接铂热电阻，型号为C200H-TS101/TS102。 4、位置控制单元：C200H-NC111、C200H-NC112、C200H-NC211等是C200H PC用于位置控制的智能单元。它们可向步进电机驱动器或伺服电机驱动器输出脉 冲，以控制运动部件的速度和位置。

5、高速计数单元：有C200H-CT001-V1、C200H-CT002等，主要用于连接旋转编码器等高速脉冲源，以实现定位、位移测量和转速测量。主要功能：线性工作模式；环形工作模式；预置模式；闩锁模式；采样模式 10、什么是电磁干扰源？如何对各种干扰进行分类？

影响PLC控制系统的干扰源与影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位称为“噪声源”或“干扰源”。

干扰类型通常可按干扰产生的原因、干扰的模式和噪声的波形进行分类。 11、PLC 控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些？

(1) 来自空间的辐射干扰 (2) 来自系统外引线的干扰 (3)来自电源的干扰

(4) 来自信号线引入的干扰 (5)来自接地系统混乱时的干扰 (6)来自PLC 系统内部的干扰 12、PLC 控制系统的安装与布线有何要求？输入和输出线路可以共用同一条电缆吗？为什么？

1)动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压 器与PLC、I/O之间应采用双绞线连接。

2)PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设 备。不能与高压电器安装在同一个开关柜内。

3)PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。

4)PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设， 以防止外界信号的干扰。

5)交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线

和动力线，避免并行。

第二问见3） 13、PLC 控制系统接地线连接有何要求？为什么屏蔽线的屏蔽层不能多点接地？

良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。PLC的接地线与机柜的接地端相接，接地线的截面积应不小于2mm2，接地电阻小于100Ω；如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接上专用地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开；若达不到这种要求，也必须做到与其它设备公共接地，禁止与其它设备串连接地。接地点应尽可能靠近PLC。 14、冗余控制系统和热备用系统有何作用？二者有何区别？

1、冗余控制系统：在冗余控制系统中，整个PLC控制系统（或系统中最重要的部分，如CPU模块）由两套完全相同的系统组成。两块CPU模块使用相同的用户程序并行工作，其中一块是主CPU，另一块是备用CPU；主CPU工作，而备用CPU的输出是被禁止的，当主CPU发生故障时，备用CPU自动投入运行。这一切换过程是由冗余处理单元RPU控制的，切换时间在1~3个扫描周期，I/O系统的切换也是由RPU完成的。

2、热备用系统：在热备用系统中，两台CPU用通讯接口连接在一起，均处于通电状态。当系统出现故障时，由主CPU通知备用CPU，使备用CPU投入运行。这一切换过程一般不太快，但它的结构有比冗余系统简单。 15、下图为可编程序控制器的晶闸管输出接口电路，图中晶闸管的阳极阴极之间阻容元件和压敏电阻。说明元件各自的作用和工作原理。

为了保护晶闸管，通常在PLC内部电路晶闸管的两端并接RC阻容吸收元件（一般为0.015uF/22Ω左右）和压敏电阻。

RC阻容吸收元件：利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压上升率，避免电容器通过晶闸管放电电流过大，造成过电流而损坏晶闸管。