西门子模块6ES7231-0HF22-0XA0参数选型
一、填空选择题：（共6小题，每空1分，共18分）
1. PLC是一种工业控制计算机，它的基本结构是由___、___ 、存储器和___ 组成。
2.PLC开关量输出接口按PLC内部使用的器件可以分为晶体管输出型、____________输出型和 输出型。
3. PLC用户程序的完成分为___ 、___
三个阶段。这三个阶段是采用 ___工作方式分时完成的。
4. PLC的编程语言常用的有 ___、______________和功能图语言及语言。
5. PLC的控制系统构成主要由输入设备、___________和____________等三部分。
6.型号为FX1s-20MR的PLC，它表示的含义包括如下几部分：它是___单元，其输入输出总点数为___点，其中输入点数为___点，输出点数为 ___点，其输出类型为___。
二、单项选择题：（共6小题，每小题3分，共18分）
1.下列结构中，不属于PLC的基本组成结构的是（ ）。
A. CPU B.输入、输出接口 C.存储器 D.定时器
2.三菱公司PLC的型号为FX2N-48MR，则它的I/O总点数为（ ）。
A.48 B.4 C.8 D. 不能确定
3.继电接触式控制电路可以翻译成PLC的（ ）程序。
A. 助记符 B.梯形图 C.C语言 D.汇编语言
4.下列不属于FX2N系列PLC的编程元件的是（ ）。
A.输入继电器X B. 输出继电器Y
C.辅助继电器M D. 热继电器FR
5.某PLC的输出接口是晶体管电路，则其输出可驱动（ ）负载。
A. 交流 B.直流 C.交、直流 D. 不能确定
6. 三菱PLC的内部实时时钟数据存放的寄存器为（ ）。
A. D0-D20 B.D30-D40 C.D8000-D8090 D. D8013-D8019
三、判断题：如正确，请在每题的括号内打“√” ；如错误，请在每题的括号内打“×”（共5小题，每小题2分，共10分）
1.PLC的输出指令OUT是对继电器的线圈进行驱动的指令，但它不能用于输入继电器。 ( )
2.把应用程序写入PLC中，可以在线编程也可以离线编程。 （ ）
3. 在PLC控制中可利用PLC内部定时器来取代低压电器时间继电器来实现时间控制。
（ ）
4. 在FX2N—20 MR的PLC中设置有输入继电器X430、输出继电器Y480、辅助继电器M790。 （ ）
5.输出接口为晶体管输出的PLC可以驱动交流负载。 （ ）
四、分析题（满分10分）
试分析图1所示PLC的硬件接线和程序实现对三相异步电动机的正转长动控制的工作原理，包括起动、停止和过载保护实现原理。其中SB1为正转起动按钮，SB2为停止按钮。KM1控制电动机正转。
图1
五 编程题（每小题10分，满分20分）
1、试分析编写图2所示梯形图对应的语句指令表程序。
图2
2、试分析编写图3所示语句指令表对应的梯形图程序。
图3
五、改错题（满分10分）
试分析图4所示PLC梯形图程序的错误所在，在图中标出错误位置，并在图左侧空白处改正之。
图4
六、设计题（满分14分）
试用三菱FX2N系列的PLC实现两台三相异步电动机的顺序起动，停止的控制线路。具体要求如下：
1. M1电动机启动12秒后，M2电动机自行起动；M1、M2电动机停止。
2. 画出PLC的I/O接线图；
3. 编制梯形图程序；
4. 编写语言指令程序。
变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。如图1所示，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。
图1
1. 整流器
它与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压。
2. 中间电路，有以下三种作用：
a. 使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变器使用。
b. 通过开关电源为各个控制线路供电。
c. 可以配置滤波或制动装置以提高变频器性能。
3. 逆变器
将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。
4. 控制电路
它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器，它也接收来自这些部分的信号。其主要组成部分是：输出驱动电路、操作控制电路。主要功能是：
a. 利用信号来开关逆变器的半导体器件。
b. 提供操作变频器的各种控制信号。
c. 监视变频器的工作状态，提供保护功能。
在现场对变频器以及周边控制装置的进行操作的人员，如果对一些常见的故障情况能作出判断和处理，就能大大提高工作效率，并且避免一些不必要的损失。为此，我们了一些变频器的基本故障，供大家作参考。以下检测过程无需打开变频器机壳，仅仅在外部对一些常见现象进行检测和判断。
现象检测办法和判断
1， 上电跳闸或变频器主电源接线端子部分出现火花。
断开电源线，检查变频器输入端子是否短路，检查变频器中间电路直流侧端子P、N是否短路。可能原因是整流器损坏或中间电路短路。
2， 上电无显示
断开电源线，检查电源是否是否有缺相或断路情况，如果电源正常则上电后则检查检查变频器中间电路直流侧端子P、N是否有电压，如果上述检查正常则判断变频器内部开关电源损坏。
3， 开机运行无输出（电动机不启动）
断开输出电机线，开机后观察变频器面板显示的输入频率，测量交流输出端子。可能原因是变频器启动参数设置或运行端子接线错误、也可能是逆变部分损坏或电动机没有正确链接到变频器。
4， 运行时“过电压”保护，变频器停止输出
检查电网电压是否过高，或者是电机负载惯性太大并且加减速时间太短导致的制动问题，请参考第8条。
5， 运行时“过电流”保护，变频器停止输出
电机堵转或负载过大。可以检查负载情况或适当调整变频器参数。如无法奏效则说明逆变器部分出现老化或损坏。
6， 运行时“过热”保护，变频器停止输出
视各品牌型号的变频器配置不同，可能是环境温度过高超过了变频器允许限额，检查散热风机是否运转或是电动机过热导致保护关闭。
7， 运行时“接地”保护，变频器停止输出
参考操作手册，检查变频器及电机是否可靠接地，或者测量电机的绝缘度是否正常。
8， 制动问题（过电压保护）
如果电机负载确实过大并需要在短时间内停车，则需购买带有制动单元的变频器并配置相当功率的制动电阻。如果已经配置了制动功能，则可能是制动电阻损坏或制动单元检测失效。
9， 变频器内部发出腐臭般的异味
切勿开机，很可能是变频器内部主滤波电容有破损漏液现象。
数控机床由于采用了机电一体化技术，技术先进、控制复杂，易出现故障，不掌握故障诊断与维修的方法，判断故障及维修的难度相当大。为了提高维修效率，下面介绍常用的故障诊断方法。
1、了解故障在什么情况下发生
当发生故障时为了更快的恢复机床，应正确地把握故障情况，进行妥善处理是主要，应根据下列内容确认故障情况。
（1）“何时”发生的故障
Ÿ 故障发生的日期及时间？
Ÿ 是否是运行时发生的？（运行多久发生的）
Ÿ 接通电源时发生的？
Ÿ 是否在打雷、停电或对电源有干扰时发生的？
Ÿ 多次出现？（发生的频率，几次/小时，几次/日，几次/月）
（2）“进行了何种操作”后发生的故障
Ÿ 发生故障时CNC的运行方式？
Ÿ （JOG方式/存储器（MEM）方式/MDI方式/远程运行方式（RMT）？）
Ÿ 程序运行时的情况…
1） 发生故障时程序执行到什么位置？
2） 程序号/顺序号？
3） 程序的内容？
4） 是否在轴移动中发生的？
5） 是否在M/S/T代码执行中发生的？
6） 发生故障时是否在执行程序？
Ÿ 在此进行同样的操作是否发生同样的故障？（确认故障的在现性）
Ÿ 是否在输/输出数据时发生的故障？
Ÿ 当发生与进给轴伺服有关的故障时：
1）是否在低速进给、高速进给时都发生故障？
2）是否某一特定轴移动时发生的故障？
Ÿ 发生了与主轴有关的故障时，主轴运行在加/减速状态？
（3）发生的故障现象
Ÿ 画面显示是否正常？
Ÿ 报警画面显示的内容？
Ÿ 如果加工尺寸不准确：
1）误差大小？
2）位置显示画面的尺寸是否正确？
3）偏置量设定是否正确？
（4）关于其他信息
Ÿ装置附近是否有干扰发生源：故障发生频率低时，考虑电源电压的外部干扰因素的影响，要确认在同一电源上是否还连接其他机床及焊机，如果有，应检查故障发生时，是否有设备在启动（或运行）。（干扰电源的检查）
Ÿ 在机床方面，对干扰是否采取有措施？
Ÿ 对于输入电压应确认：
1）电压有无变动？
2）有无相间电压？
3）是否供给标准电压？
2、根据报警信息进行故障诊断
现在的数控系统自诊断技术越来越先进，许多故障数控系统都可以检测出来，并产生报警及给出报警信息。当数控机床出现故障时，有时在显示器上显示报警信息，有时在数控装置上、PLC装置上和驱动装置上还会有报警指示。这时要根据《手册》对这些报警信息进行分析。机床广家设计的PLC程序越来越完善，可以检测机床出现的故障并产生报警信息。在机床出现报警时，要注重报警信息的研究和分析，有些故障根据报警信息即可判断出故障的原因，从而排除故障。
例如一台使用西门子810系统的数控沟道磨床，开机后就产生1号报警显示"BATTERYALARMPOWERSUPPLY很明显指示数控系统断电保护电池没电，更换新的电池后（注意：一定要在系统带电的情况下更换电池），将故障复位，机床恢复正常使用。
3、利用PL(M)C的状态信息诊断故障
很多数控系统都有PLC输人、输出状态显示功能，如SIEMENS810系统DIAGNOSIS菜单下的PLCSTATUS功能、FANUC0系统DGNOSbbbbb软件菜单下的PMC状态显示功能，日本MITSUBISHI公司MELDASL3系统DI-AGN菜单下的PLC-I/F功能、日本OKUMA系统的CHECKDATA功能等。利用这些功能，可以直接在线观察PLC的输人和输出的瞬时状态，这些状态的在线检测对诊断数控机床的很多故障是非常有用的。
数控机床的有些故障可以根据故障现象和机床的电气原理图，查看PLC相关的输人、输出状态即可确诊故障。
数控机床出现的大部分故障都是通过PLC装置检查出来的。PLC检测故障的机理就是通过运行机床厂家为特定机床编制的PLC梯形图（即程序），根据各种输人、输出状态进行逻辑判断，如果发现问题，产生报警并在显示器上产生报警信息。对一些PLC产生报警的故障，或一些没有报警的故障，可以通过分析PLC的梯形图对故障进行诊断，利用NC系统的梯形图显示功能或者机外编程器在线跟踪梯形图的运行，可提高诊断故障的速度和准确性。
例如一台数控磨床出现报警6025“Dresser Arm Lower Timeout”，指示修整臂下落超时。检查修整器的状态，发现修整器已经落下。手动抬起落下修整器正常没有问题，根据电气原理图，修整器落下是由位置开关2LS5检测的，开关2LS5接人PLC的输人12.5，如图2-5所示。在系统DIAGNOSIS菜单下找到PLCSTATUS功能，在线检查12.5的状态，发现不管修整器落下还是升起，12.5的状态一直是“0”说明PLC没有接收到修整器到位信号。检查到位开关2LS5并没有发现问题，检查12.5的端子电平为“0”，说明PLC的输人口没有问题，后检查线路连接，发现开关2LS5在电源端子34上的电源连线脱落，重新将开关连线连接到电源后，机床故障消失。
4、利用PL(M)C程序（梯形图）跟踪法确诊故障
数控机床出现的绝大部分故障都是通过PLC程序检查出来的。有些故障可在屏幕上直接显示出报警原因，有些在屏幕上有报警信息，但并没有直接反映出报警的原因，还有些故障不产生报警信息，只是有些动作不执行。遇到后两种情况，跟踪PLC梯形图的运行是确诊故障的很有效的方法。FANUC0系统和MITSUBISHI系统本身就有梯形图显示功能，可直接监视梯形图的运行。西门子数控系统因为没有梯形图显示功能，对于简单的故障可根据梯形图通过PLC的状态显示信息，监视相关的输人、输出及标志位的状态，跟踪程序的运行，而复杂的故障必须使用编程器来跟踪梯形图的运行。
例如一台采用西门子810系统的数控磨床，开机后机床不回参考点，并且没有故障显示。检查控制面板发现分度装置落下的指示灯没亮，为了安全起见，只要分度装置没落下，机床的进给轴就不能运动。但检查分度装置，已经落下没有问题。根据机床电气原理图，如图所示，PLC的输出Q7.3控制面板上的分度装置落下指示灯。为此查看PLC梯形图。
有关Q7.3的梯形图在PB12的21块中，如图2-7所示。用编程器在线观察梯形图的运行，发现标志位F143.4没有闭合，致使输出Q7.3没有电。标志位F143.4指示工件分度台
在落下位置，其控制梯形图在PB10的8块中，如图2-8所示。用编程器查看这部分梯形图，发现由于输人113.2的触点没有闭合，导致F143.4没有电。根据如图2-9所示的电气原理图，PLC输人113.2接的是检测工件分度装置落下的接近开关13PS2。将分度装置拆开，发现机械装置有问题，不能带动驱动接近开关的机械装置运动，113.2始终不能闭合。将机械装置维修好后，机床恢复了正常使用。
5、利用机床数据维修机床
数控机床有些故障是由于机床数据设置不合理或者机床使用一段时间后需要调整。遇到这类故障将相应的机床数据做适当的修改，即可排除故障。
例如一台采用西门子公司siemens系统的数控磨床，在磨削加工时发现，有时输人的刀具补偿数据在工件上反映的尺寸没有变化或者变化过小。根据机床工作原理，在磨削加工时Z轴带动砂轮对工件进行径向磨削，X轴正常时不动，只有要调整球心时才进行微动，一般在往复 0.02mm范围内运动，因为移动距离较小，可能丝杠反向间隙会影响尺寸变化。
在测量机床的往返精度时发现，X轴在从正向到反向转换时，让其走 0.01mm，而从千分表上没有变化；X轴在从反向到正向转换时，亦是如此。怀疑滚珠丝杠的反向间隙有问题，研究系统说明书发现，数控系统本身对滚珠丝杠的反向间隙具有补偿功能，根据数据说明，调整机床数据2201反向间隙的补偿数值，使机床恢复了正常工作。