习题答案
第二章题目
2-1. 什么是可编程控制器PLC？与继电器控制和微机控制相比它的主要优点是什么？
2-2. 各发展阶段的PLC产品在其部构成（CPU存储器）、功能以及应用领域等方面有什么区别？
2-3. PLC 具有可靠性、抗干扰能力强的主要原因何在？
2-4. PLC基本单元（主机）有哪几部分组成？各部分的作用是什么？
2-5. PLC部存储空间可分为哪几部分？各部分的存储容是什么？
2-6. FX2系列PLC部供编程使用的软器件有哪几种？各有什么用途？
2-7. 特殊用途的辅助继电器、数据寄存器有几种类型？各有什么特点？
2-8. FX2系列PLC提供几种中断源？其中断指针标号（I□□□）是如何表示的？
2-9. PLC采用什么工作方式？其特点是什么？
2-10.开关量输入信号的脉冲宽度有什么限制？通常PLC开关量的输入响应延迟为多少？2-11. PLC扫描周期应包含哪几部分时间？PLC最少响应时间是多少？I/0响应迟后的主要因素有哪些？提高I/O响应速度的主要措施有哪些？
2-12. 何谓I/O寻址方式？PLC 的I/O寻址方式有几种？
2-13. PLC 的开关量输入与输出方式有哪几种？输入、输出电路包含哪些基本部分？构成模拟量I/O映象区的方式有哪几种？
2-14. PLC的定时器是如何组成的？采用何种计时方式？当前值和线圈逻辑状态是如何刷新的？产生计时误差的原因是什么？
2-15. FX2系列PLC部提供哪些类型的定时器？各类定时器的计时分辨率和计时围是多少？
设定值K是如何计算？
2-16. PLC的计数器是如何组成的？FX2系列PLC部提供哪些类型的计数器？采用何种计数工作方式？各类计数器的最高频率如何确定？
第二章解答
2-1.什么是可编程控制器PLC？与继电器控制和微机控制相比它的主要优点是什么？
答：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用了可编程的存储器，用来在其部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
可编程控制器是一台专为工业控制而设计制造的专用计算机，它具有丰富的输入输出接口和较强的输出驱动能力。可编程控制器直接应用于工业环境，有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用围，这是区别于一般微机控制的一个重要特征。
可编程控制器与以往所讲的鼓式、机械式的顺序控制器以及继电器式的程序控制器在“可编程”方面有着质的区别，后者是通过硬件或硬接线的变更来改变程序，而PLC引入了微处理半导体存储器等新一代的微电子器件，并用规定的指令进行编程，能灵活的修改，即用软件方式来实现“可编程”的目的。
2-2. 各发展阶段的PLC产品在其部构成（CPU存储器）、功能以及应用领域等方面有什么区别？
1.早期PLC（1969年～1972年）分立元件或中小规模集成电路组成运算器、控制器与I/O 通道等电子电路，构成一台准计算机。并采用磁芯存储器。用户存储容量2K步以上。作为继电器控制装置的替代产品，控制规模小，价格昂贵，应用不广泛。应用于逻辑顺序控制、定时、计时控制。
2. 中期PLC（1973年～1989年）采用大规模集成电路并有8位或16位微处理器构成CPU。采用高密度、低功耗CMOS ROM RAM存储器，用户存储容量达8K步以上。特殊功能I/O模块基本形成系列产品。适用于大、中规模的开关量与模拟量控制系统和一般联网、通信监控系统。价格大幅下降，应用广泛。增加算术运算及数据处理与数字通信、联网功能，并采用自诊断，容错技术以提高可靠性。
3. 现代PLC（1990年～至今）采用超大规模集成电路和先进安装技术并采用16位或32位高速大容量微处理器芯片构成CPU，并采用专用CPU系统。用户存储容量可达16K以上，各种智能I/O功能模块不断涌现。可构成大型分级联网控制系统实现图像动态监控和模拟网络资源共享，实现工厂生产管理自动化。
性价比大幅提高，应用遍及工业控制各种领域并能满足各种特殊控制要求的需要。实现高速、大容量信息处理并增加复杂的数据运算与数据处理功能。具备更强的自诊断和故障处理能力，可靠性更高，通信、联网能力更强。
2-3.PLC 具有可靠性、抗干扰能力强的主要原因何在？
答：1、工作原理方面采用循环扫描、集中输入与集中输出的特殊工作方式。
2、硬件设计方面采用模块式结构并在I/O通道增加隔离、滤波、屏蔽与联锁等一系列
先进的抗干扰措施；增加输出联锁、环境控制和故障诊断与处理等电路；采用双CPU
构成冗余系统或由三CPU构成表决式系统；采用性能优良的开关电源等。
3、在软件设计方面系统程序中设置实时监控、自诊断、信息保护与恢复等程序与硬件电路相配合，实现各种各种故障的诊断、处理、报警显示等功能。
4、在制造工艺方面采用超大规模集成电路芯片、扁平封装电路和表面安装技术，对电子器件进行严格的筛选和老化处理。
2-4 PLC基本单元（主机）有哪几部分组成？各部分的作用是什么？
答：PLC主机主要由4个部分组成，各部分的作用如下：
1.中央处理单元(CPU)
1）接受并存储从编程设备上位机或其他外围设备输入的用户程序、数据等信息；
2）自诊断，即自行检查电源、存储器、I/O和警戒定时器的状态以及用户程序中存在的语法错误；
3）PLC投入运行后，以扫描方式接受现场各输入装置的状态和数据等信息，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算等任务，并将结果送入I/O映像区或数据寄存器中。待所有用户程序执行完毕最后将输出寄存器的位状态或数据寄存器的数据传送到相应的输出装置。如此循环运行，实现输出控制、制表打印、显示或数据通信等外部功能。
2．存储器
用于存放系统程序,编程软器件存储区以及用户程序与数据存储区。
3．输入、输出单元。PLC在程序执行过程中要调用I/O映像区中各种输入的开关量或数字量信号，当程序全部执行完毕又要将I/O映像寄存器中各输出状态或数据传送到相应的输出装置。
4．电源单元供部电路工作外还可提供一定容量给外部传感器等输入装置使用。
2-5 PLC部存储空间可分为哪几部分？各部分的存储容是什么？
答：1、系统程序存储器用于存放系统程序。包括系统监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等等。
2、应用软件存储器又称为系统RAM存储区。由3部分组成，包括I/O映象区（开关量、模拟量I/O）、各类编程软器件存储区以及用户程序与数据存储区（PLC技术指标中存储容量通常就是指该区域容量）。用于PLC运行中各类信息的存、取操作。
2-6. FX2系列PLC部供编程使用的软器件有哪几种？各有什么用途？
答：输入继电器、输出继电器、定时器、计数器、状态器、常数、数据寄存器、变址寄存器、地址指针寄存器。
1、输入继电器用于PLC投入运行后读入各输入状态和数据。
2、输出继电器作用一是能提供无数常开、常闭接点用于部编程，二是能提供一对常开接点驱动外部负载。
3、辅助继电器用于信号中继、中间量寄存、建立标志等，并能提供无数对常开、常闭接点用于编程。
4、状态器用于步进指令和顺序控制。
5、常数用于定时器及计数器的计数常数。
6、定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器，用于定时控制。
7、计数器计数器主要用于计数控制。
8、数据寄存器用以存储各种数据。
9、变址寄存器用于用户程序采用变址寻址方式时存放地址修正量。
10、地址指针寄存器作为一种标号用于跳转指令CJ或子程序调用指令CALL的跳转或调用的地址指针。用于中断服务子程序的地址指针。
2-7. 特殊用途的辅助继电器、数据寄存器有几种类型？各有什么特点？
答：特殊用途型辅助继电器可分为两类：
1、PLC运行中一类特殊型M的通断状态由系统程序驱动，在编制用户程序时，只能调
用其接点状态，而不得使用其逻辑线圈。
2、另一类特殊M的通断状态是由用户程序驱动，当其线圈被接通时，由其接点动作来
实现某一特殊功能。
特殊用途数据寄存器分为以下两型：
1、一类特殊用途数据寄存器的容是由系统程序写入，用户只能视作源操作数使用，只
能读取而不能改写。
2、另一类特殊用途数据寄存器的容是由用户程序写入。在编制用户程序时，用户不得
将它视作源操作数使用，只能视作目的操作数使用。
2-8. FX2系列PLC提供几种中断源？其中断指针标号（I□□□）是如何表示的？
答：提供两类中断源：一类是外部请求信号的中断源，I0□□～I5□□共6点，是这6个外部中断源的中断指针标号。中断请求信号由高速输入端X0～X5输入并由CPU将输入滤波时间自动设置在50μs。另一类是以一定时间间隔产生的部中断信号的中断源。I6□□～I8□□共3点，是这3个中断源的中断指针标号。
2-9.PLC采用什么工作方式？其特点是什么？
答：PLC的工作方式是采用周期循环扫描、集中输入与集中输出的工作方式。
各阶段的工作容与特点如下：（1）输入采样阶段在输入采样阶段输入映像寄存器的容才被刷新，在此后的两个阶段中，即使输入状态或数据发生变化，输入映像寄存器相应单元的状态和数据也不会改变，直至下一个扫描周期的采样阶段才会改变。
（2）用户程序执行阶段排在梯形图上面器件的状态和数据在本周期会对排在其下面器件的状态或数据产生影响，而下面被刷新器件的状态或数据只有在下一个扫描周期才会对排在上面的器件产生影响。
（3）输出刷新阶段优点主要是：在用户程序执行过程中PLC关闭I/O通道与外界无信息交换，使系统可靠性和抗干扰性明显提高；串行工作方式可避免逻辑竞争与时序失配；简化程序设计；通过定时扫描监视诊断CPU部故障，避免程序异常运行的不良后果。
主要缺点：是响应滞后、速度慢。
2-10.开关量输入信号的脉冲宽度有什么限制？通常PLC开关量的输入响应延迟为多少？答：脉冲有效电平宽度必须大于一个扫描周期才能保证在任何情况下读入该脉冲信号。
PLC通常均有10～20ms的输入响应延迟时间
2-11. PLC扫描周期应包含哪几部分时间？PLC最少响应时间是多少？I/0响应迟后的主要因素有哪些？提高I/O响应速度的主要措施有哪些？
答：在正常工作情况下一个扫描周期应包括以下的几部分时间：自诊断、外部通信、采样输入、程序执行、输出刷新等。
PLC的I/O响应最小时间时是：一个扫描周期T再加输入、输出滤波时间常数。
延迟主要因素：扫描速度、输入、输出滤波时间、程序执行时间。
提高I/O响应速度的主要措施：有硬件和软件两方面措施。
硬件方面的主要措施有：
（1）提高扫描速度。
（2）提供高速输入端口以减小输入滤波时间。
（3）提供高速处理的特殊功能模块供用户选择使用。
软件方面的措施主要有：
（1）采用I/O立即刷新指令。
（2）采用修改滤波时间常数指令。
（3）采用中断技术。
（4）采用I/O直接刷新工作方式。
2-12. 何谓I/O寻址方式？PLC 的I/O寻址方式有几种？
答：工业现场各I/O端口与PLC部I/O映像区之间的对应地址关系所采用的方式谓
之I/O寻址方式。
PLC I/O寻址方式通常有以下几种：
1．固定的I/O寻址方式。
2．开关设定的I/O寻址方式。
3．用编程器设定的I/O寻址方式。
2-13. PLC 的开关量输入与输出方式有哪几种？输入、输出电路包含哪些基本部分？构成模拟量I/O映象区的方式有哪几种？
答：有3种输入方式：
（1）直流输入方式。
（2）交流输入方式。
（3）交直流输入方式。
有3种输出方式。
（1）继电器输出方式。
（2）晶体管输出方式。
（3）晶闸管输出方式
输入、输出电路包含的基本部分：输入为整流、光电隔离、滤波、发光二极管指示（LED）等几部分组成。输出为指示、光电隔离、放大、二极管吸收保护、检测、故障指示和继电器等几部分组成。
模拟量I/O映象区的方式有3种：
1、将连续变化的物理量转换成标准的电压或电流信号，然后通过模数转换模块将标准
电信号转换成数字量输入到PLC中。2、在输出刷新阶段将I/O映象区中的数字量通过数模转换模块（D/A转换输出模块）转换成电流或电压信号输出驱动外部负载。。3、设置有专门的模拟量I/O映像区。
2-14. PLC的定时器是如何组成的？采用何种计时方式？当前值和线圈逻辑状态是如何刷新的？产生计时误差的原因是什么？
答：PLC的定时器是由软件构成。
计时方式：每个定时器在系统软件RAM区中，占用两个16位数据寄存器，用于存放计时设定值。，同时每个定时器还要占用3个位元件。一个为复位位，当该位状态为1，则当
前值寄存器清零。第二位为计时位，若该位为1同时复位位为0，表示计时条件满足，该定时器开始计时，若该位状态为0，则表示计时条件不满足，定时器不工作。第三位是定时器线圈的逻辑状态位，该位为0表示定时时间未到，该位为1则表示定时时间到。在用户程序中可调用该位状态去实现计时控制功能。
当前值和线圈逻辑状态的刷新：当PLC投入运行后，不同计时单位的硬件计数器便开始对本扫描周期进行计数，并将计数值存入相应的数据寄存器，当CPU 扫描到END或FEND指令时，各硬件计数器当前值清零，同时将相应的各数据寄存器的数依次累加到对应计时单位并满足计时条件的各定时器的当前值寄存器中，完成一次定时器当前值刷新工作。
2-15. FX2系列PLC部提供哪些类型的定时器？各类定时器的计时分辨率和计时围是多少？
设定值K是如何计算？
答：有普通定时器和保持型定时器。
计时分辨率1、为100ms(T0～T199)和10ms(T200～T245)，
2、为T246～T255共10点为保持型定时器，计时分辨率分别为1ms（T246～249）
和100ms(T250～T255)。
计时围=16位保持型数据寄存器（1～32767）×计时分辨率（S）
K=定时值（S）/计时分辨率（S）
2-16. PLC的计数器是如何组成的？FX2系列PLC部提供哪些类型的计数器？采用何种计数工作方式？各类计数器的最高频率如何确定？
答：PLC的计数器也是由软机组成，每个计数器在系统软器件RAM区中占用2个或4个16位数据寄存器，一个（或两个）字元件为保持型用以存放计数设定值，另一个（或两个）用以存放计数当前值。
两种类型计数器，一类是部信号计数器，其中C0～C199加计数器共200点，C200～C234为32位双向（加/减）计数共35点。这两种计数器的频率不高且均有普通型和保持型之分。另一类是外部信号高速计数器C235～C255共21点均为32位保持型，外部计数信号由高速输入端子X0～X5输入。
计数器占用4个位元件。复位位和计数器线圈的逻辑状态位，还用2个计数位，即计数位1和计数位2。其中计数位1用于存放上一个扫描周期中计数器计数条件满足与否，计数位2用于存放本扫描周期计数器的计数条件满足与否。在一般情况下，被测计数信号是以脉冲形式输入，并在脉冲上升沿时刻计数。所以计数位1和计数位2均为0或1，以及计数位1为1 、计数位2为0情况下该计数器均不计数。只有在计数位1为0、计数位2为1