S7-1500 PLC应用技术 习题及答案

《S7-1500PLC应用技术》

习题答案

第1章PLC概述..................................................................2

第2章S7-1500PLC硬件系统......................................................3

第3章TIAPortal编程软件及使用..................................................3

第4章S7-1500PLC的常用指令...................................................5

第5章程序块及应用............................................................11

第6章PLC综合项目设计与分析..................................................15

第7章S7-1500PLC系统的通信应用..............................................20

第8章SCL编程语言............................................................21

第1章PLC概述

1.1PLC具有什么特点？主要应用在哪些方面？

参考答案：PLC也称可编程序控制器(ProgrammableController),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。具有抗干扰能力强、可靠性高，•控制系统结构简

单、使用方便；功能强大、通用性好等特点。

1.2PLC按I/O点数可分为哪几类？

参考答案：根据PLC及可扩展的输入/输出(I/O)点数，可以将PLC分为小型PLC、中型

PLC和大型PLC三类。一般小型PLC的输入/输出点数在256点以下，中型PLC的输入/输

出点数在256~2048个点，大型PLC的输入/输出点数在2048点以上。

1.3整体式PLC与模块式PLC各有什么特点？

参考答案：按PLC的结构分类，PLC可分为整体式和模块式。整体式PLC将电源、CPU、存

储器、I/O系统都集中在一个小箱体内，小型PLC多为整体式PLC；模块式PLC是按功能分

成若干模块，如电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块、功能模块、通讯模块等，再根

据系统要求，组合不同的模块，形成不同用途的PLC,大中型的PLC多为模块式PLC。

1.4PLC按硬件结构分为整体式PLC和模块式PLC两种。

1.5试阐述PLC的工作原理。

参考答案：PLC工作时，采用周期循环扫描的工作方式；即在每个工作周期中，输入、输出

接口的信号状态都会被扫描一次并实时更新到过程映像输入区、过程映像输出区中；PLC中

的用户程序将以当前存储到过程映像区的输入、输出状态为基础执行程序，并将中间计算结

果实时更新到过程映像输出区中。

1.6输入输出模块是CPU与外部检测和控制元件的接口o

1.7S7-1500PLC系统可以由哪些模块组成？

参考答案：可以由CPU、信号模块、通信模块、工艺模块、电源模块等模块组成。

1.8PLC控制系统与继电接触器控制系统在运行方式上有何不同？

参考答案：继电器控制系统采用的是“并行运行”方式，各条支路同时上电；当一个继电器

的线圈通电或者断电，该继电器的所有触点都会立即同时动作。而PLC采用“周期循环扫

描"的工作方式，即CPU是通过逐行扫描并执行用户程序来实现的，当一个逻辑线圈接通

或断开，该线圈的所有触点并不会立即动作，必须等到程序扫描执行到该触点时才会动作。

第2章S77500PLC硬件系统

2.1S7-1500CPU模块可分为标准型、紧凑型、安全型和工艺型等类型。

2.2存储卡的作用是什么？

参考答案：主要用于存储CPU的用户程序。

2.3什么是固件?为什么要固件更新？

参考答案：固件(Firmware)相当于智能设备的操作系统，智能设备功能的更新以及一些错

误的更正可通过固件版本的升级来实现。

2.4S7-1500系统电源模块的作用是什么？

参考答案：S7-1500PLC系统电源模块分为两种：负载电源(PM)、系统电源(PS)。PM模块为

S7-1500模块的输入输出电路及传感器、执行器等器件提供电源；此外，在某些情况下还需

要使用PM模块为CPU和PS提供24VDC电源。PS模块连接到背板总线(U型连接器)并

专为背板总线提供内部所需的系统电压，系统电源为系统的各个模块提供电源。

2.5描述PLC数字量输入、数字量输出模块的功能。

参考答案：通过输入模块将现场输入变量采集并传送到CPU进行计算和逻辑处理，然后将

CPU逻辑运算结果和控制指令通过输出模块输出并控制外部设备运行的目的。

2.6模拟量输入模块输入电压为1-5V,转换为数字量额定范围是多少？

参考答案：0-27648。

2.7模拟量输出模块电压输出范围设置为(-1O-+1O),若模块输出电压是-3.5V,则PLC

输出的数字量是多少？

参考答案：-9677。

2.8S7-1500PLC系统的通信模块支持哪些通信协议？

参考答案：PROFINET/ETHERNETsPROFIBUS以及PTP等协议。

第3章TIAPortal编程软件及使用

3.1SIMATICSTEP7编程软件可分为哪两个版本？各自的适用范围是什么？

参考答案：1）STEP基本版，用于组态S7-1200控制器。2）STEP7专业版，用于组态S7-

1200、S7-1500、S7-300/400和WinAC。

3.2S7-1500PLC支持哪些编程语言？各有什么特点？

参考答案：1）梯形图、语句表、功能块图和结构化控制语言等编程语言。2）由于PLC产生

于替代继电器逻辑功能的需求，因此其基本的编程语言梯形图也非常接近于继电器电路，它

很容易被熟悉继电器控制的电气人员所掌握，特别适合于数字量逻辑控制。功能块图也是一

种图形化编程语言，是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言，有数字电路基础的技术

人员很容易上手和掌握；但同样的也不适合人工编写复杂控制任务及大型程序的应用。语句

表是一种文本编程语言，类似于微机的汇编语言，适合于有一定编程基础的程序员使用；存

在着指令记忆困难、程序可读性差的缺点，不适合人工编写复杂控制任务及大型程序的应用。

结构化控制语言是一种类似PASCAL的高级编程语言，不仅可以完成PLC典型应用（如输

入/输出、定时、计数等），还可以具有循环、选择、数组、高级函数等高级语言的特性，非

常适合于复杂的运算功能、数学函数、数据处理和管理以及过程优化等。

3.3通SIMATIC定时器相比，1EC定时器有什么优点？

参考答案：SIMATIC定时器是CPU的特定资源，数量固定。I,IEC定时器占用CPU的工作

存储器资源，数量与工作存储器大小有关，IEC定时器可设定的时间远大于SIMATIC定时

器可设定的时间。

3.4符号寻址有什么优点？

参考答案：采用符号寻址便于记忆和识别，增强程序的可读性、简化程序的调试过程，为后

续编程和维护提高效率。

3.5强制功能有什么作用？使用时有什么约束？

参考答案在程序调试过程中，由于硬件输入信号不能在线修改而无法对程序进行模拟调试；

这时可通过强制功能让某些I/O保持为用户指定的值；与修改变量不同，一旦I/O被强制，

则其始终保持为强制值，不受程序运行影响，直到用户取消强制功能。

3.6在TIAPortal中选择一款1500CPU,进行硬件组态，并进入相应位置启用系统时钟功

能，并在0B1程序中输入图3-78程序，在线仿真观察程序运行情况。

参考答案：略（参见教材例题）

第4章S77500PLC的常用指令

4.1按下按钮SBl（UO.O）,输出（Q4.0）变为"1"状态并保持；按钮SB2（H0.1））按下3次后

（用计数器），定时器开始计时，5s后输出（Q4.0）变为“0”状态，同时计数器被复位。试编

写梯形图程序。

参考答案：

4.2采用沿检测指令编写一段程序，完成对MW0进行初始化清零操作。

MOVE

“OUTI—

4.3分析图4.2中的定时器是否计时,如果不计时如何修改程序？

YDB1

,|EC_Timer_O_DB,

>MO5TON

•wTime

IN

Pt200ms—PT

参考答案：

1）可以在定时器功能框的Q连接变量；2）可以在定时器功能框的ET连接变量。

4.4程序如图所示，程序运行后（MW4）的值是多少？（MW6）的值是多少？

4.5根据下图所示信号灯控制系统的时序图设计出梯形图。

参考答案：

程序段1：作业4.5

%M1.0%Q4.0

%DB5

IP

%I1O.OTime

TP卜INQ.

%M2.0T#14S-f»TEI-%MD4

程序段2:

4.6编写一段程序，实现定时器自复位并产生脉冲。

参考答案：

I*)(0847

•lEOmer.O.DB'

TON

・DB2••脉冲不me，DB2•.脓冲

I/FINQ------------------------------------------------------------------()--------1

|----------------T#10S-PTE7一••・

4.7编写程序，完成如下控制要求：按下SB1按钮，电机单向运转；按下SB2按钮，电机点

动运转；按下SB3按钮，电机停止。

参考答案：

程序段3：作业4.7:SBH10.2；SB2-I10.3；SB3-I10.4；Q4.5-KM

%110.2%M10.1

------1I-------------------------------------------------------------(5)------

%110.4%M10.1

——II------------------------------------------------------------(R)~«

%110.3

%110.3%M10.2

%Q4.5

%M10.2

4.8有一汽车停车场，最大容量只能停车1000辆，为了表示停车场是否有空位(Q4.0灯亮

表示有空位、Q4.1灯亮表示已满)，试用PLC程序来实现控制要求。

WB1

"EC_Coumer_

6_DB・

%10.0CRJD

•车辆驶入.Int

——IP1CUQU----------------------------

*XM4.0QD—

,Tag-6'

WW2

cv,停车场车辆数.

W0.1

I•车辆驶出.

——|P------------------CD

false—R

,Tag_7-

W42

*Tag-8'—LD

1000—pv

%Q40

•停车场车辆数・

•停车场有空位.

fl

1000

—.停车I场-车I辆-数.------------.僖车1场已1满.

1000

4.9洗手间小便池在有人使用时光电开关使110.0为ON,冲水控制系统在使用者使用3s后

令Q4.0为ON,冲水2s,使用者离开后冲水3s,设计出梯形图程序。

3s2s3s

参考答案：

程序段1:作业4.8

4.10用PLC的输入地址110.0、110.1的状态控制输出通道Q4.0的状态，当110.0=1、110.1=0

时，输出Q4.0以1.2s周期闪烁;当110,0=0310.1=1时,Q4.0以3s的周期闪烁；当110.0=1、

110.1=1时，Q4.0为ON。试采用程序控制指令编写程序，满足控制要求。

参考答案：

JMP..UST

ENDESTOIBDICU

%MB2YKDEST1-labld

DEST2Iable2

讣DEST3—Iable3

程序段3:。0状态

程序段4：01状态

lablel

%DB1

TON

・tO・.Qlime

--------------------INQ---------------

T#1200ms-PTEI%MD2

%MD2%Q4.0

T#600ms

%M0.3

4RET)-1

程序段5:10状态

Iable2

%DB2

TON

•tV.Q"fime

-1/1---------------------------INQ---------------

T#3s—prEJ—%MD6

%MD6%Q4.0

---1高e卜

T#1500ms

%M0.4

4RET)।

第5章程序块及应用

5.1用户程序中包含哪些程序块？各有什么作用？

参考答案：包括组织块(OB)、功能(FC)、功能块(FB)和数据块(DB)；各种程序块的

类型及功能描述见下表。

程序块功能简要描述

组织块(0B)0B定义用户程序的结构，是操作系统和用户程序之间的接口。

功能(FC)FC包含用于处理重复任务的程序例程。FC没有“存储区”。

FB是一种代码块，它将值永久地存储在“存储区”(背景数据块)中，

功能块(FB)

使得即使块任务执行完成后，这些值仍然可用。

分为背景数据块和全局数据块：背景数据块与FB调用相关，在调

数据块(DB)用时自动生成，存储特定FB的数据；全局数据块用于存储程序数

据，任何OB、FB或FC都可访问全局DB中的数据。

5.2程序循环组织块和启动组织块有什么区别？

参考答案：要启动用户程序执行，项目中至少要有一个循环执行组织块，例如0B1；操作系

统在每个扫描周期，会按照序号由小到大的次序依次调用循环执行组织块。启动组织块

Startup在CPU从STOP模式切换到RUN模式时执行一次，执行完后，开始执行程序循环

0Blo

5.3采用结构化程序编程有什么优点？

参考答案：结构化程序将复杂的自动化任务划分为与工艺功能相对应的更小的子任务，子任

务在程序中以程序块表示，通过对不同任务程序块的调用来构建程序。使各程序块实现标准

化，从而实现在不同项目间反复使用，简化用户程序的设计和实现；也使程序的测试和调试

更为简化。比较适合于较复杂的自动化控制任务设计。

5.4FC和FB有什么区别？

参考答案：与FB不同，FC不具有相关的背景DBO而FB的输入参数、输出参数、输入/输

出参数和静态变量都存储在一个单独的、被指定给该功能块的数据块中，即背景数据块。当

调用FB时，该背景数据块会自动打开；当块退出时，背景数据块中的数据仍然保持。

5.5使用延时中断组织块完成功能如下：当输入按钮SB1信号由OFF变为ON时，延时5s

后启动延时中断组织块，驱动输出指示灯LED」点亮。

参考答案：

1)0B1程序

程序段1：OB1:SB1-I10.0

,XI10.0

*SB1,SRT_DINT

-JI__________

11ENENO

20—OB.NR

T#55一D71MERET.VAL-*Rct-vfll_1,

16#1一SIGN

程序段2:取消延时中断

旬4.1

"Cancel'CAN_DINT

-----------1|------------------ENENO-----------------------

20—OB_NR<XMW10

RET.VAL—,Ret_val_2,

程序段3:查询延时中断的状态

QRY_DINT

ENENO

20—OB_NRWW12

RET.VAL-"Ret-vaL3"

STATUS—•Status,

2)OB20程序

程序段1:0B2曜序

■XQ4.0

*LED_T

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------(s)-

5.6采用编程软件设计一个定时器中断，中断周期为200ms,编写程序使得中断程序记录执

行中断的次数。

参考答案：

作业5,5.S,6»R.C_1(CRJ1SHC1FW|♦程”»Cyclicim»»rupt(OB301

编厂

事点♦-4言目■今Wc目画e°5d■9、

作北55、56ao

Tl-TAT1回J.

去设番响£

▼块标n

▼JPLC_1(CRJ1511C-1PN]aoiu

附设R如左

W在线和的程序段1:作注6中财事|为200m：,

,加软件单元

▼。程序决

I•Cycbcinttfrupt[OB30J

•Mim[OB1|1S94

XWI4

•Timedelayinterrupt[0820]

—

,工•系统快

5.7在FC块中输入以下程序，其中IN为接口输入参数Input,OUT为接口输出参数Output;

启用CPU的系统时钟存储器功能，在OB1中调用两次FC块，第一次调用FC时将时钟存

储器的(Clock_lHz)位赋值给FC的输入参数IN,且FC块第一次调用的输出是第二次调

用的输入IN,完成程序编写并仿真调试程序，分析和写出该FC块的功能。

参考答案：分频电路。

5.8全局数据块DB1中的变量MD100赋值为16#0101A0Al,试采用片段访问的变量寻址

方式编写程序，分别读出变量MD100的第0位、第2个字节、第1个字的值。

参考答案：

程序段1:给AMD100S里域值编号。为最低位或最低字节或最低字或最低双字中

MOVE

--------------------------EN-------ENO----------------------------

16»0101A0A1—IN16*0101-A0A1

“OUT1—"A'.MDldo

程序段2：变里AMD1。的最低位如果状态为1则输出Q0。导通

<XQ0.0

•A'.MD100.%X0*Tag_2e

-----1I-----------------------------------------------------------(F

将变里AMD1。物第2个字节值传送给MB50.将变里1005peed的第1个学传送给变里卜M52

第6章PLC综合项目设计与分析

6.1简述PLC控制系统设计的基本内容。

参考答案：PLC控制系统设计的基本内容包括：1.分析被控对象，明确控制要求；2.确定

输入/输出设备；3.选择PLC类型、配置PLC系统；4.分配I/O点并设计PLC外围硬件线

路；5.程序设计；6.硬件实施；7.联机调试；8.整理和编写技术文件。

6.2在西门子PLC模拟量转换的二进制数值中，单极性输入信号时（如0~10V或4~20mA）,

对应的正常数值范围为是多少？

参考答案：单极性输入信号时（如0〜10V或4〜20mA）,对应的正常数值范围为0-27648

（16#0000~16#6C00）,

6.3如果选用电流传感器（4~20mA）对水槽水位进行实时检测，（4~20mA）对应水位高

度（50~500）毫米，使用一个16位分辨率的模拟量输入通道获取水位信号，如果CPU获得

的数字量是10000,则对应的水位高度是多少？

参考答案：计算水位高度=10000x」一X（500-50）+50=212.76mm

27648

编程时，可使用标准化指令N0RM_X,缩放指令SCALE_X来完成数值映射与转换。

6.416位A/D转换器对应的模拟量输入信号范围是0~10V,当前测得输入电压为2.5V,

则CPU中获得的对应数字值是多少？如果CPU中获得的数字值是16#0BBB,则其等效的

模拟量输入信号是多少伏？

参考答案：

1）输入电压为2.5V,对应数字值=就*（27648-0）=6912

1U-U

2）当前数字值是16#0BBB,对应十进制5673,对应模拟量输入值=黑x10=2.05V

Z/o4o

6.5在比例控制中，表达正确的选项是（B）.

a）当负荷变化后达到稳定时，比例控制通常零误差；

b）当负荷变化后达到稳定时，比例控制通常会有误差。

6.6G120周期性数据通讯报文中PZD区由哪两部分构成？

参考答案：

G120周期性数据通讯报文有效数据区域由2部分构成，即PKW区（参数识别值）和PZD

区（过程数据）。其中PZD是为控制和监测变频器而设计的，如果要控制变频器启停、设定

频率等参数则需要用到PZD,过程数据一直被传输，具有最高的优先级和最短的间隙，其数

据根据传送方向不同而不同：当数据由主站传向变频器时，PZD区由控制字STW和频率设

定值HSW构成；当数据由变频器传向主站时，PZD区由返回变频器的状态字ZSW和实际

速度值HIW构成。

6.7编写程序完成如下控制B台电动机顺序启动、逆序停止按下启动按钮，电机按照MI­

MS的顺序，每隔5s启动一台，直至全部启动；按下停止按钮，电机按照M3~M1的顺序，

每隔10s停止一台，直至全部停止。

参考程序：

起动按钮、停止按钮接至110.0、110.1；三台电机控制继电器接至Q5.0,Q5.1,Q5.2。

▼程序段1:起动'停止控制

力10.01U10.1VA50

•启硼雨.•停止按扭.•电机起动信号.

------------1I-------------------------H—

KM5.0

•电机起动信号.

为10.1KilO.O1JM5.1

♦停止按用.•启动按招.•电机停止信号.

!卜---丁■一・■^，^-一-一-・・■■■■■■■■■■■■■■■-一-■■■■■■■■■■一b-----T

W51；

.电机停止僮号・：

▼程序段2:起动时序

▼程序段3:停止时序

TS0M5

•停止定时善一

W51j"-'TON"-'

•电机停止信号.!%me5

---------1卜-------------------------INQ卜,

Taios-!rrHr-

T*OMS

1DBB

•停止定a4善丁

▼程序段4:电机起潮领

KM5.0KQ5.0

・电机起动信号.Z1电机.

加5」

•起动定时2Si，Q•M2电机.

•幽J定H署2\Q・M3电机•

，程序段5：电机停止控制

^（M51,Ui5.2

•电机停止信号.・M3电机.

W.i

•停止定时•Kt电机，

—(,•卜—T

%Q5.0

•停止定时号7q•Ml电机，

6.8编写程序，实现一部电动运输车供8个加工点使用的控制功能。电动车的控制要求如

下：PLC上电后，车停在某个加工点（下称工位），若无用车呼叫（下称呼车）时，则各工

位的指示灯亮，表示各工位可以呼车。某工作人员按本工位的呼车按钮呼车时，各工位的指

示灯均灭，此时别的工位呼车无效。如停车位呼车时，台车不动，呼车工位号大于停车位号

时，台车自动向高位行驶，当呼车位号小于停车位号时，台车自动向低位行驶，当台车运行

到呼车工位时自动停车。从安全角度出发，停电再来电时，台车不应自行起动。

白白白芭吃由百曲

SQISQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7SQ8

——————————

1I।iI1।I।1I।।I।iI।iI1।I1

SBISB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8

习题6.8

参考程序：

8个工位的小车位置开关连接到110.0-110.7；呼叫按钮连接到111.0-111.7；指示灯连接到

Q4.0〜Q4.7；小车左移控制Q5.0,右移控制Q5.1.o

第7章S77500PLC系统的通信应用

7.1SIMATICS7通信适用范围是什么？

S7通信是S7系列PLC基于MPLPROFIBUS和工业以太网的一种优化的通信协议，特别适

用于PLC与HMI、编程器之间，PLC与PLC之间的通信。S7协议是SIEMENSS7系列产品

之间通讯使用的标准协议，其优点是通信双方无论是在同一MPI总线上、同一PROFIBUS总

线上或同一工业以太网中，都可通过S7协议建立通信连接，使用相同的编程方式进行数据

交换而与使用何种总线或网络无关。

7.2SIMATICS7通信采用客户端/服务器应用协议,服务器只能被访问。

7.3MB_CUENT指令块的CONNECT引脚数据类型是TCON」PV4。

7.4列举三种SIMATICNET网络协议。

西门子工业通信网络统称为SIMATICNET,它提供了各种开放的、应用于不同通信要求及安

装环境的通信系统；为满足通信数据量和实时性的要求，SIMATICNET提供了工业以太网、

（）（）串行通信等

PROFIBUS^EIBEuropeanInstallationBussASIActuator-Sensor-Interfacex

通信网络。

7.5S7通信中，PUT指令的作用是什么？GET指令的作用是什么？

PUT/GET指令可以用于单方编程，一台PLC作为服务器，另一台PLC作为客户端；通

过在客户端的PLC使用PUT/GET指令编写通信程序实现对服务器的读写操作；服务器侧只

需进行相应的配置，不需要编写通信程序。

PUT指令用于将本地数据写入远程CPU（服务器），GET指令用于从远程CPU（服务器）读

取数据。

7.6客户端/服务器（C/S）的作用各是什么？

客户端（主站）向服务器发送请求，服务器（从站）分析、处理请求，并向客户端发送应答。

7.7试阐述ModbusTCP与ModbusRTU协议的区别与联系？

略（见教材）。

7.8设计一个控制系统，满足两台S7-1500PLC进行ModbusTCP通信时，两站交互2个

字的数据。

略（设计过程参见教材例题）0

第8章SCL编程语言

8.1SCL支持哪些STEP7块，与其它语言有什么关系？

参考答案：S7-SCL支持如下STEP7的块：OB.FC,FB.DB.UDTo在S7程序中，S7-SCL块

可以与其它STEP7编程语言生成的块互相调用。S7-SCL可以被编译成STL,S7-SCL生

成的块也可以作为库文件被其它语言引用。由于S7-SCL程序由ASCII文本构成，所以它

非常容易被导入或导出。

8.2SCL中本地变量与符号名的引用有什么区别？

参考答案：1)如果引用中只有变量名，则此变量为本地变量，如：Motor_Status:=Motor/

2)如果引用中变量名称上包括"",则此变量为符号名，如：Motor_Status:="Motor_l"

8.3采用SCL语言编写电动机Y-△降压起动控制程序；要求，PLC上电3秒后(或按下启

动按钮)，电动机丫型降压起动，指示灯HL以1秒的时间周期闪亮；10秒后，电动机转为

△型全压正常运行，指示灯L1变为常亮。任何时候按下停止按钮，电动机M停止工作。

参考答案：

10分配：110.0-启动按钮停止按钮。Q4.O-KA1(KM1)电源控制接触器；Q4.1-KA2(KM2)

Y型；Q4.2-KA3(KM3)△型；Q4.3-指示灯HL。

11IF-3s定时更j-THEN►玲果FALSE

2"上电口号”0;••上电僮号・

3ELSIF-FirstScan"THEN►造果FALSE

4“上电信号”1;“上电信号”

5£WD_ir；

广宫餐时春”.冲（11«：・"上电信号，

身•上电信号-FALSE

7PT:-T#3S,

8Q->-3s定时刻“）：・3s定时到“FALSE

9

10C1IF"停止按在"THEN结果FALSE

11“电源控副”：-0；・电源挖咧”

12ELSIF”君豹按妞“OR-3s定时到“THEN►站果FALSE

13■•电源拄刎-：=1；“电源控制”

14END_ir；

15

3IF"电源控制"THEH►玲果TRUE

17[IFNOT■•电机角接-ANDNOT”星接定时动作“THEN►造果FALSE

18“电机星报"：-1；