吧3.# 工业控制装置试题整理：课程目标分类+高分答案+表格公式流程图版
来源：用户上传PDF《2022-23学年第二学期工业控制试题.pdf》。本文件按PDF题目整理，并在解析中补充同类预测题、答题模板、表格、公式和流程图。扫描模糊处按课程语境补全，不改变原题考查方向。
0.课程目标与题型总表
| 课程目标 | PDF中对应题型 | 常考能力 | 高分答题结构 |
|---|---|---|---|
| 课程目标1 | PLC硬件、PLC/DCS/SIS、继电器控制、I/O分配、PLC程序 | 会分析控制对象，会做PLC接线和程序 | 控制流程→I/O表→主电路→互锁保护→程序 |
| 课程目标2 | PLC卡件选择、20%余量、方案评价 | 会选CPU、SB、SM、CM，会评价方案 | 点数统计→20%余量→选型→技术/安全/经济/环保 |
| 课程目标3 | DCS实验、PID、4~20mA、模拟调试 | 会做模拟量换算、DCS组态和实验台调试 | AI采集→工程量转换→PID→AO输出→调试 |
| 综合目标 | 仰望U8、停车库、电镀行车等综合系统 | 会把工程需求拆成输入、输出、流程和保护 | 需求分析→硬件选型→I/O→程序→评价→调试 |
一、课程目标1：PLC基础、继电器控制与顺序程序
题1：S7-1200 PLC硬件组成、PC与PB区别
题目：简要说明西门子S7-1200 PLC系统硬件有哪些，各自作用是什么？S7-1200 PLC系统程序中PC与PB各是什么意思？有什么区别？题目可能拓展为：说明PLC扫描周期、输入映像区和输出映像区的作用。 答案： S7-1200 PLC系统由CPU模块、电源、数字量输入DI、数字量输出DO、模拟量输入AI、模拟量输出AO、信号板SB、信号模块SM、通信模块CM、存储卡、编程设备和现场传感器/执行器等组成。
| 硬件 | 作用 | 考试关键词 |
|---|---|---|
| CPU模块 | 执行用户程序、逻辑运算、定时计数、通信和诊断 | 控制核心 |
| 电源 | 为CPU和模块提供稳定电压 | 稳定供电 |
| DI | 接收按钮、限位、接近开关、热继电器等开关量 | 采集输入 |
| DO | 控制接触器、继电器、指示灯、电磁阀等 | 驱动输出 |
| AI | 接收液位、温度、压力、速度等模拟量 | A/D转换 |
| AO | 输出4~20mA或0~10V控制阀门、变频器等 | D/A输出 |
| SB信号板 | 少量I/O或通信扩展，安装在CPU前端 | 小扩展 |
| SM信号模块 | 扩展较多DI/DO/AI/AO | 大扩展 |
| CM通信模块 | 实现RS232、RS485、PROFIBUS等通信 | 通信扩展 |
| 存储卡 | 程序备份、数据保存、固件升级 | 备份迁移 |
| 编程设备 | 通过TIA Portal编程、下载、监控、调试 | 工程组态 |
| S7-1200 / TIA Portal 常见程序块是 |
| 程序块 | 中文 | 作用 |
|---|---|---|
| OB | 组织块 | 程序入口，如主循环 OB1、启动 OB、周期中断 OB |
| FC | 函数 | 无背景数据块，不保存内部状态，适合写公式计算、逻辑判断、通用功能 |
| FB | 函数块 | 有实例数据块 DB，可以保存内部状态，适合写电机、阀门、PID、顺控等对象 |
| DB | 数据块 | 存储程序数据、参数和中间变量 |
| FC 与 FB 的区别： |
| 项目 | FC | FB |
|---|---|---|
| 英文 | Function | Function Block |
| 中文 | 函数 | 函数块 |
| 是否有背景数据块 | 没有 | 有 |
| 是否能保存内部状态 | 一般不能长期保存 | 可以保存 |
| 适合场景 | 计算、判断、转换、无记忆逻辑 | 电机控制、阀门控制、顺序控制、PID 等有状态功能 |
| 典型例子 | 温度换算、报警判断、数学运算 | 一个电机启停控制块、一个阀门控制块 |
题2：PLC、DCS、SIS名称与关系辨析
题目：工业控制装备三大系统PLC、DCS、SIS的中文名称各是什么？“PLC是DCS的早期产品，SIS是DCS的下一代升级”这种表述是否正确？请说明理解。可能拓展为比较三者应用场景。 答案： PLC是可编程逻辑控制器，DCS是集散控制系统或分布式控制系统，SIS是安全仪表系统。题中说法不正确。PLC、DCS、SIS不是简单的前后代升级关系，而是面向不同任务的工业控制系统。
| 系统 | 中文名称 | 主要对象 | 特点 | 典型场景 |
|---|---|---|---|---|
| PLC | Programmable Logic Controller（可编程逻辑控制器） | 离散逻辑、顺序控制、设备控制 | 响应快、可靠、逻辑强 | 电机启停、生产线、机械设备 |
| DCS | Distributed Control System（分布式控制系统） | 连续过程控制 | 分散控制、集中监视、适合大规模过程 | 化工、电力、冶金、石化 |
| SIS | Safety Instrumented System（安全仪表系统） | 安全联锁、紧急停车 | 独立性高、安全完整性高、故障安全 | 超温超压保护、ESD停车 |
三者可以协同工作：PLC可完成现场设备控制，DCS负责过程监控和连续控制，SIS负责安全联锁和事故保护。它们功能互补，不是简单替代。 解析：PLC 重在逻辑控制，DCS 重在过程控制，SIS 重在安全保护。三者可协同工作，但不是简单的代际替代关系。 预测还会考：SIS为什么要独立于DCS；PLC能不能参与DCS系统；DCS为什么适合PID和模拟量多的场合。
题3：电镀生产线专用行车PLC控制
答案：
1.该系统属于 顺序控制 + 限位定位 + 定时控制。完整工作过程如下：
- 系统上电，确认急停、热继电器、限位开关正常，行车处于原位，吊钩处于上限位。
- 按下启动按钮后，行车运行到电镀槽位置。
- 吊钩下降，到达下限位后停止下降。
- 开始电镀定时 (280s)。
- 定时结束后，吊钩上升，到达上限位后停止。
- 在槽上方停留 (28s)，使镀液回流。
- 行车移动到回收液槽位置。
- 吊钩下降，到下限位后停，浸泡 (30s)。
- 吊钩上升，到上限位后停留 (15s)。
- 行车移动到清水槽位置。
- 吊钩下降，到下限位后停，清洗 (30s)。
- 吊钩上升，到上限位后停留 (15s)。
- 行车返回原位，一个工作循环结束。
- 全过程设置停止、急停、过载保护，行车前进/后退、吊钩上升/下降必须互锁。
| 类型 | 地址 | 名称 | 作用 |
|---|---|---|---|
| 输入 | I0.0 | 启动SB1 | 启动自动循环 |
| 输入 | I0.1 | 停止SB0 | 停止系统 |
| 输入 | I0.2 | 原位SQ0 | 行车原点 |
| 输入 | I0.3 | 电镀槽SQ1 | 电镀槽定位 |
| 输入 | I0.4 | 回收槽SQ2 | 回收液槽定位 |
| 输入 | I0.5 | 清水槽SQ3 | 清水槽定位 |
| 输入 | I0.6 | 吊钩上限SQ4 | 上升到位 |
| 输入 | I0.7 | 吊钩下限SQ5 | 下降到位 |
| 输入 | I1.0 | 行车过载FR1 | 行车保护 |
| 输入 | I1.1 | 吊钩过载FR2 | 吊钩保护 |
| 输出 | Q0.0 | 行车前进KM1 | 行车向前 |
| 输出 | Q0.1 | 行车后退KM2 | 行车回原位 |
| 输出 | Q0.2 | 吊钩上升KM3 | 吊钩上升 |
| 输出 | Q0.3 | 吊钩下降KM4 | 吊钩下降 |
| 输出 | Q0.4 | 运行指示HL | 运行显示 |
| 输出 | Q0.5 | 报警ALM | 故障报警 |
主电路与 PLC 接线说明
主电路采用两个三相异步电动机：
-
M1：行车电机，通过 KM1/KM2 实现正反转；
-
M2：吊钩升降电机，通过 KM3/KM4 实现正反转；
-
每台电机前设置熔断器、接触器主触点、热继电器；
-
KM1 与 KM2 必须机械互锁和电气互锁；
-
KM3 与 KM4 必须机械互锁和电气互锁。
PLC 接线：
-
按钮、限位开关、热继电器常闭触点接 PLC 输入端；
-
PLC 输出端驱动中间继电器或接触器线圈；
-
输出回路需根据 CPU 类型选择继电器输出或晶体管输出；
-
接触器线圈两端加浪涌吸收，增强可靠性。
4）顺序功能图 / 步进逻辑
| 步号 | 动作 | 转移条件 |
|---|---|---|
| S0 | 初始待机 | 启动且原位、吊钩上限正常 |
| S1 | 行车前进到电镀槽 | SQ1 动作 |
| S2 | 吊钩下降 | SQ5 动作 |
| S3 | 电镀定时 280s | T1 到时 |
| S4 | 吊钩上升 | SQ4 动作 |
| S5 | 槽上停留 28s | T2 到时 |
| S6 | 行车前进到回收槽 | SQ2 动作 |
| S7 | 吊钩下降 | SQ5 动作 |
| S8 | 回收液浸泡 30s | T3 到时 |
| S9 | 吊钩上升 | SQ4 动作 |
| S10 | 停留 15s | T4 到时 |
| S11 | 行车前进到清水槽 | SQ3 动作 |
| S12 | 吊钩下降 | SQ5 动作 |
| S13 | 清洗 30s | T5 到时 |
| S14 | 吊钩上升 | SQ4 动作 |
| S15 | 停留 15s | T6 到时 |
| S16 | 行车后退返回原位 | SQ0 动作，循环结束 |
5）PLC 程序文字版
启动条件：
M0.0 = SB1 且非停止 且非过载 且原位 SQ0 且吊钩上限 SQ4
故障条件：
M0.7 = FR1动作 或 FR2动作 或 前进后退同时动作 或 上升下降同时动作
输出互锁：
Q0.0 行车前进 = 对应步进位 且 非 Q0.1 且 非故障
Q0.1 行车后退 = 对应步进位 且 非 Q0.0 且 非故障
Q0.2 吊钩上升 = 对应步进位 且 非 Q0.3 且 非故障
Q0.3 吊钩下降 = 对应步进位 且 非 Q0.2 且 非故障
定时器：
T1 = 280s，电镀
T2 = 28s，滴液
T3 = 30s，回收液浸泡
T4 = 15s，回收液槽滴液
T5 = 30s，清水清洗
T6 = 15s，清水槽滴液
答题总结
该题拿高分必须体现：顺序流程、限位转移、时间参数、I/O 分配、正反转互锁、过载保护、急停安全、步进程序。
4. 三台泵手动/自动控制与自动轮换运行
题目
高分答案
（1）电气图纸工作原理
该系统由 手动继电器控制回路 和 自动 PLC 控制回路 两部分组成，通过转换开关 SA1 选择控制方式。
- 手动模式 SA1 置于手动位置时，手动控制回路接通。操作人员通过各台泵的启动、停止按钮控制对应接触器线圈，使水泵启停。手动模式下 PLC 不参与泵启停控制，适合检修、调试和应急运行。
- 自动模式 SA1 置于自动位置时，手动回路断开，PLC 根据程序逻辑、故障反馈和定时要求自动控制 3 台泵轮换运行。
- 保护功能 每台泵均有热继电器或故障反馈信号。当某台泵故障时，该泵退出自动轮换，同时可发出报警信号。正常泵继续按规则运行。
- 轮换目的 自动轮换可均衡各水泵运行时间，减少单台泵长期运行导致的磨损，提高系统可靠性。
（2）I/O 分配表
| 地址 | 名称 | 说明 |
|---|---|---|
| I0.0 | 自动允许 | SA1 自动模式信号 |
| I0.1 | 自动启动 | 自动运行启动 |
| I0.2 | 自动停止 | 自动停止 |
| I0.5 | 1# 泵故障 | 1 表示故障 |
| I0.6 | 2# 泵故障 | 1 表示故障 |
| I0.7 | 3# 泵故障 | 1 表示故障 |
| Q0.0 | 1# 泵接触器 | 控制 1# 泵 |
| Q0.1 | 2# 泵接触器 | 控制 2# 泵 |
| Q0.2 | 3# 泵接触器 | 控制 3# 泵 |
| Q0.3 | 故障报警 | 任一泵故障报警 |
（3）控制逻辑
定义：
P1_OK = 自动模式 且 非 I0.5
P2_OK = 自动模式 且 非 I0.6
P3_OK = 自动模式 且 非 I0.7
OK_NUM = P1_OK + P2_OK + P3_OK
运行规则：
| 可运行泵数量 | 控制方式 |
|---|---|
| 3 台正常 | 1# → 2# → 3#，每台运行 25 min |
| 2 台正常 | 两台正常泵轮换，每台运行 25 min |
| 1 台正常 | 该泵连续运行 |
| 0 台正常 | 全部停止并报警 |
（4）PLC 程序文字版
网络1：自动运行保持
M0.0 = 自动模式 I0.0 且 启动 I0.1 后自保持；
停止 I0.2 或无可用泵时，M0.0 复位。
网络2：故障判断
P1_OK = M0.0 且 非 I0.5
P2_OK = M0.0 且 非 I0.6
P3_OK = M0.0 且 非 I0.7
Q0.3 = I0.5 或 I0.6 或 I0.7
网络3：步进轮换
若当前步为 1#，且 P1_OK，则 Q0.0=1，T1=25min；
T1 到时后切换到下一台可用泵。
若当前步为 2#，且 P2_OK，则 Q0.1=1，T2=25min；
T2 到时后切换到下一台可用泵。
若当前步为 3#，且 P3_OK，则 Q0.2=1，T3=25min；
T3 到时后切换到下一台可用泵。
若当前步对应泵故障，则立即跳到下一台可用泵。
（5）SCL 参考程序
// 故障信号：TRUE 表示故障
P1_OK := AutoRun AND NOT I0_5;
P2_OK := AutoRun AND NOT I0_6;
P3_OK := AutoRun AND NOT I0_7;
IF NOT AutoRun THEN
Q0_0 := FALSE;
Q0_1 := FALSE;
Q0_2 := FALSE;
ELSIF P1_OK AND NOT P2_OK AND NOT P3_OK THEN
Q0_0 := TRUE; Q0_1 := FALSE; Q0_2 := FALSE;
ELSIF P2_OK AND NOT P1_OK AND NOT P3_OK THEN
Q0_0 := FALSE; Q0_1 := TRUE; Q0_2 := FALSE;
ELSIF P3_OK AND NOT P1_OK AND NOT P2_OK THEN
Q0_0 := FALSE; Q0_1 := FALSE; Q0_2 := TRUE;
ELSE
CASE Step OF
1:
IF P1_OK THEN
Q0_0 := TRUE; Q0_1 := FALSE; Q0_2 := FALSE;
IF T25min_Q THEN Step := 2; END_IF;
ELSE
Step := 2;
END_IF;
2:
IF P2_OK THEN
Q0_0 := FALSE; Q0_1 := TRUE; Q0_2 := FALSE;
IF T25min_Q THEN Step := 3; END_IF;
ELSE
Step := 3;
END_IF;
3:
IF P3_OK THEN
Q0_0 := FALSE; Q0_1 := FALSE; Q0_2 := TRUE;
IF T25min_Q THEN Step := 1; END_IF;
ELSE
Step := 1;
END_IF;
END_CASE;
END_IF;
答题总结
本题重点不是死画梯形图，而是说明：手自动切换、故障剔除、可用泵统计、25 分钟轮换、单泵连续运行、报警保护。
5. 单台泵手动/自动运行控制
题目
（课程目标1）1 台泵需要兼顾手动/自动运行： ① 利用挡位开关 SA1 实现手动/自动的切换； ② 拧到手动（继电器控制）时，点击启动按钮，泵即刻启动并保持，点击停止按钮，泵即刻停止。注：为防止 PLC 故障，手动状态为继电器控制，泵的启停逻辑与 PLC 无任何关系； ③ 拧到自动（PLC 控制）时，检测泵的过载热继电器 FR；如果 FR 闭合，则报警灯 ALM 闪烁；如果无过热（FR 断开），则泵运行 5 分钟，停 5 分钟，交替运行；泵运行的 5 分钟内，指示灯黄灯 P 不亮；泵停歇期间，指示灯黄灯 P 亮。 （1）完成该台泵的继电器原理图、主电路接线图、PLC 接线图； （2）进行 I/O 地址分配，编写该泵的自动运行程序。
高分答案
（1）控制方案
该题核心是 手动继电器独立控制 + 自动 PLC 定时控制 + 过载报警。
-
SA1 手动位：泵由继电器回路直接控制，启动按钮自锁，停止按钮断开，PLC 不参与。
-
SA1 自动位：PLC 根据 FR 信号判断是否允许运行。
-
无过载：泵运行 5 min，停止 5 min，循环交替。
-
过载：泵停止，ALM 闪烁报警。
-
泵运行时黄灯 P 不亮，泵停止间歇时黄灯 P 亮。
（2）I/O 分配表
| 类型 | 地址 | 名称 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 输入 | I0.0 | SA1 自动位 | 自动控制允许 |
| 输入 | I0.1 | FR 过载 | 1 表示过载 |
| 输入 | I0.2 | 自动启动 | 启动自动循环 |
| 输入 | I0.3 | 自动停止 | 停止自动循环 |
| 输出 | Q0.0 | KM 泵接触器 | 控制水泵运行 |
| 输出 | Q0.1 | ALM 报警灯 | 过载闪烁报警 |
| 输出 | Q0.2 | P 黄灯 | 停歇指示 |
（3）主电路接线
-
三相电源经断路器、熔断器、接触器 KM 主触点、热继电器 FR 后接电动机 M。
-
手动控制回路中，停止按钮为常闭，启动按钮为常开，KM 辅助常开触点并联启动按钮形成自锁。
-
自动控制回路中，PLC 输出 Q0.0 控制 KM 线圈。
-
手动与自动回路通过 SA1 进行电气隔离，避免同时控制。
（4）PLC 自动程序文字版
网络1：自动运行保持
M0.0 = SA1自动位 且 自动启动 后自锁；
自动停止、SA1退出自动、FR过载时复位。
网络2：过载报警
若 I0.1 = 1，则 Q0.0 = 0，ALM 按 1Hz 闪烁；
Q0.1 = I0.1 且 时钟脉冲 M1.0。
网络3：5分钟运行
无过载且自动运行时，进入运行阶段 M0.1；
Q0.0 = M0.1；
运行计时 T1 = 5min；
T1 到时，M0.1 复位，M0.2 置位。
网络4：5分钟停止
M0.2 为停歇阶段；
Q0.0 = 0；
Q0.2 = 1；
停歇计时 T2 = 5min；
T2 到时，M0.2 复位，M0.1 置位。
（5）输出逻辑
| 状态 | Q0.0 泵 | Q0.1 报警灯 | Q0.2 黄灯 |
|---|---|---|---|
| 自动运行 5 min | 1 | 0 | 0 |
| 自动停止 5 min | 0 | 0 | 1 |
| FR 过载 | 0 | 闪烁 | 可亮或灭，按题意以报警优先 |
| 非自动 | 0 | 0 | 0 |
答题总结
高分点：手动与 PLC 独立、自动定时交替、过载优先停止、报警闪烁、黄灯状态与泵停歇绑定。
6. 电动机继电器控制电路分析与 PLC 改造
题目
（课程目标1）下图为电动机继电器控制电路，请： a. 勾选该电路控制和负载电路中各元器件的作用； b. 详细描述该控制电路的控制原理； c. 右侧控制电路如需要换成 PLC 控制，请画出 PLC 接线图及 PLC 梯形图。
高分答案
a）元器件作用
| 元件 | 作用 |
|---|---|
| FU1 | 主电路熔断器，对电动机主回路进行短路保护 |
| FU2 | 控制回路熔断器，对控制线路进行短路保护 |
| KM1 主触点 | 接通或断开电动机三相电源 |
| KM1 线圈 | 得电后吸合，使主触点和辅助触点动作 |
| KM1 辅助常开触点 | 与启动按钮并联，实现自锁保持 |
| FR 热继电器 | 电动机过载保护 |
| FR 常闭触点 | 过载时断开控制回路，使接触器释放 |
| SB0 停止按钮 | 常闭按钮，按下断开控制回路 |
| SB1 启动按钮 | 常开按钮，按下使 KM1 线圈得电 |
| M | 三相异步电动机 |
b）控制原理
合上电源后，主电路和控制电路带电。正常情况下，FU1、FU2 完好，FR 常闭触点闭合，SB0 停止按钮闭合。
按下启动按钮 SB1，KM1 线圈得电吸合，KM1 主触点闭合，电动机 M 接通三相电源开始正转运行。同时 KM1 辅助常开触点闭合并联在 SB1 两端，即使松开 SB1，KM1 线圈仍可通过辅助触点保持得电，实现自锁运行。
按下停止按钮 SB0，控制回路断开，KM1 线圈失电释放，KM1 主触点断开，电动机停止运行。
当电动机过载时，热继电器 FR 动作，其常闭触点断开，KM1 线圈失电，电动机停止，从而实现过载保护。
c）PLC 改造方案
I/O 分配
| 地址 | 名称 | 说明 |
|---|---|---|
| I0.0 | SB0 停止 | 常闭输入 |
| I0.1 | SB1 启动 | 常开输入 |
| I0.2 | FR 热继电器 | 常闭输入 |
| Q0.0 | KM1 接触器 | 控制电动机 |
PLC 接线图说明
-
SB0、SB1、FR 的辅助触点接 PLC 输入端；
-
PLC 输出 Q0.0 接中间继电器或接触器 KM1 线圈；
-
KM1 主触点仍在主电路中控制电动机三相电源；
-
FR 仍应保留在主回路中作为硬件保护。
梯形图文字版
I0.0 I0.2 I0.1
----| |----| |----+----| |------------( Q0.0 )
|
+----| Q0.0 |--------
其中：
-
I0.0：停止按钮常闭有效；
-
I0.2：热继电器未动作时有效；
-
I0.1：启动按钮；
-
Q0.0：自锁保持。
答题总结
考试答题顺序：先写元件作用，再写启动—自锁—停止—过载保护，最后写 I/O 表和 PLC 自锁梯形图。
7. DCS 浮球液位控制设计
题目
（课程目标1）设计与实现：上图中吊钩的上下行车固定，随着电镀工艺的进行，盛槽中的电镀液可能会由于缺少、工件无法完全被浸没，进而无法继续做电镀，发生问题。采用重量为 0–4 m 的浮球液位计，同时控制系统硬件 PLC 替换成科远 DCS6000，同时由 DCS 进行 PID 自动调节电镀液进液阀门，以期快速使液位到达设定值 3.5 m。 1）请简述模拟量的信号类型、A/D 模块选取、PID 计算、D/A 模块输出实现闭环原理； 2）简述本 DCS 的硬件选型、组态步骤； 3）利用科远 DCS：NT-6000 编程环境给出 PID 控制的 D/A 模块输出实现闭环原理。
高分答案
1）闭环控制原理
该系统是典型 液位单回路 PID 控制系统。
-
被控对象：电镀槽液位；
-
测量元件：浮球液位计；
-
变送信号：液位 (0–4m) 对应 (4–20mA)；
-
控制器：科远 DCS6000；
-
执行机构：进液调节阀；
-
控制目标：使液位稳定在设定值 (3.5m)。
信号流程：
液位变化 → 浮球液位计 → 4–20mA 模拟量 → AI 模块 A/D 转换
→ DCS 中 PID 运算 → AO 模块 D/A 输出 4–20mA
→ 调节阀开度变化 → 进液流量变化 → 液位趋近 3.5m
PID 控制规律：
[ u(t)=K_p e(t)+K_i\int e(t),dt+K_d\frac{de(t)}{dt} ]
其中 (e(t)=SP-PV)，(SP) 为设定液位 3.5 m，(PV) 为实时液位，(u(t)) 为阀门控制输出。
2）模拟量模块选型
| 信号 | 类型 | 模块要求 |
|---|---|---|
| 液位计输入 | 4–20 mA | AI 电流输入模块 |
| 阀门控制输出 | 4–20 mA | AO 电流输出模块 |
| 报警/联锁 | 开关量 | DI/DO 模块 |
A/D 转换：
[ PV = \frac{AI_{raw}-AI_{4mA}}{AI_{20mA}-AI_{4mA}}\times 4.0 ]
若 S7-1200 常用工程值范围取 5530–27648，则：
[ PV = \frac{AI_{raw}-5530}{27648-5530}\times 4.0 ]
当 (PV=3.5m) 时，对应电流：
[ I = 4 + \frac{3.5}{4.0}\times 16 = 18mA ]
3）DCS 硬件选型
DCS6000 系统可包括：
| 硬件 | 功能 |
|---|---|
| 工程师站 | 系统组态、下载、维护 |
| 操作员站 | 监视液位、阀门开度、报警、趋势 |
| 控制站 | 运行 PID 控制算法 |
| AI 模块 | 接收液位计 4–20mA 信号 |
| AO 模块 | 输出 4–20mA 控制调节阀 |
| DI/DO 模块 | 实现启停、报警、联锁 |
| 通信网络 | 完成操作站、控制站、I/O 模块通信 |
4）DCS 组态步骤
-
建立工程项目，配置控制站和 I/O 站；
-
添加 AI 模块，建立液位测量点
LT101； -
设置量程 (0–4m)，信号类型 (4–20mA)；
-
添加 AO 模块，建立阀门输出点
LV101； -
设置阀门输出范围 (0–100%) 或 (4–20mA)；
-
建立 PID 功能块，设置
SP=3.5m； -
将
LT101.PV接入 PID 的 PV 输入； -
将 PID 输出
MV接入LV101.AO； -
设置高低液位报警和联锁保护；
-
制作操作画面、趋势曲线、报警画面；
-
下载组态，进行手动调试、自动调试和参数整定。
5）NT-6000 编程环境中的 PID 输出逻辑
AI_LT101 → 工程量转换 0–4m → PID 输入 PV
SP = 3.5m
PID 输出 MV = 0–100%
MV → AO_LV101 → 4–20mA
AO 输出控制调节阀开度
控制策略：
-
液位低于 3.5 m：误差为正，PID 输出增大，阀门开大；
-
液位接近 3.5 m：PID 输出逐渐减小，避免超调；
-
液位高于设定值：阀门关小或关闭；
-
设置高液位、低液位报警，避免溢流或空槽。
答题总结
高分答案应体现：AI 采集、A/D 工程量转换、PID 运算、AO 输出、D/A 控制阀门、DCS 组态步骤、液位设定 3.5m。
课程目标 2：PLC 卡件选择与工程方案评价
8. 根据 4 个目标选择 S7-1200 PLC 卡件
题目
（课程目标2）为完成第 4 题中的目标，请根据系统要求选择适当的 PLC 卡件，I/O 预留 20% 的余量，并从技术、安全、经济、环保等方面评价设计方案的合理性和可行性。
高分答案
1）选型原则
PLC 选型应根据控制对象需求进行，基本步骤为：
统计 I/O 点数 → 增加 20% 余量 → 判断模拟量需求 → 判断通信需求
→ 选择 CPU → 选择信号板/信号模块/通信模块 → 校核扩展能力
2）题中可选 CPU 特性
| CPU | 本地数字量 I/O | 本地模拟量 I/O | 可扩展信号模块数 | 可扩展通信模块数 |
|---|---|---|---|---|
| CPU1211C | 6I/4O | 2I | 0 | 3 |
| CPU1212C | 8I/6O | 2I | 2 | 3 |
| CPU1214C | 14I/10O | 2I | 8 | 3 |
| CPU1215C | 14I/10O | 2I/2O | 8 | 3 |
| CPU1217C | 14I/10O | 2I/2O | 8 | 3 |
3）可选模块
| 类型 | 可选模块 |
|---|---|
| 信号板 | SB1221(4DI)、SB1222(4DO)、SB1223(2DI/2DO)、SB1231(1AI 热电阻/热电偶)、SB1231(1AI)、SB1232(1AO) |
| 信号模块 | SM1221(8DI/16DI)、SM1222(8DO/16DO)、SM1223(8DI/8DO、16DI/16DO、8DI/8DO AC)、SM1231(4AI/8AI)、SM1232(2AO/4AO)、SM1234(4AI/2AO) |
| 通信模块 | CM1241 RS232、CM1241 RS485、CM1243-5 PROFIBUS DP 主站、CM1242-5 PROFIBUS DP 从站 |
4）以 DCS 液位 PID 控制题为例的选型
该控制系统至少需要：
| 信号 | 点数 |
|---|---|
| 液位 AI | 1 |
| 阀门 AO | 1 |
| 启动/停止/手自动/报警确认等 DI | 约 4–6 |
| 报警灯、运行灯、电磁阀等 DO | 约 3–5 |
考虑 20% 余量后，推荐：
CPU1215C DC/DC/DC 或 CPU1215C AC/DC/RLY
理由：本机 14DI/10DO，2AI/2AO，能够满足液位输入和阀门模拟量输出，
且具有 8 个信号模块扩展能力，便于后续增加液位、流量、温度等信号。
若控制对象只有 1 路 AI、1 路 AO，也可以使用：
CPU1212C + SB1232(1AO)
或 CPU1214C + SB1232(1AO)
但从扩展性和工程可靠性看，CPU1215C 更稳妥。
5）方案评价
技术性
CPU1215C 自带模拟量输入和输出，能满足 PID 闭环控制需要；数字量点数充足，支持扩展模块，便于后期增加报警、联锁和通信功能。
安全性
系统可设置高液位、低液位、传感器断线、阀门故障、急停等联锁保护；关键设备可采用硬件保护与软件保护相结合，提高安全性。
经济性
选用 CPU1215C 虽成本略高于 CPU1212C，但可减少外接模拟量模块，系统结构简单，后期扩展成本低，综合经济性较好。
环保性
液位自动控制可避免电镀液溢流、浪费和污染；稳定控制液位有利于提高电镀质量，减少返工和废液排放。
答题总结
PLC 选型题高分模板： 点数统计 + 20% 余量 + CPU 型号 + 扩展模块 + 技术/安全/经济/环保评价。
9. 仰望 U8 原地掉头模拟控制方案
题目
（课程目标综合）2023 年初中国汽车——仰望 U8 首次亮相时，它独特的“原地掉头”技术被德国会技术一般引人注目，不过之后有很多小伙伴发现，原地掉头并非仰望首创，其原理与麦克纳姆轮车相似。假设该仰望 U8 的 4 个车轮左前 ZQ、右前 YQ、左后 ZH、右后 YH 已给定。现需要在 6 个按钮控制下分别实现小车的：①前进；②后退；③左平移；④右平移；⑤原地左转掉头；⑥原地右转掉头。为模拟其功能，用 PLC 配合电机和正反转驱动的麦克纳姆轮实现。 控制要求： （1）6 个启动按钮分别实现小车 6 个方向运动，唯一的停止按钮按下小车停止； （2）车载速度传感器要采集小车速度并显示； 问题： （1）（课程目标1）确定控制方案：根据系统要求选择适当的 PLC 卡件，写出 I/O 点表，绘制 PLC 接线图，设计 4 个车轮系统的主回路电路图； （2）（课程目标1）填写 6 个按钮的一键启动控制程序； （3）（课程目标3）假定速度传感器供电电压为 24V，量程 0–180 km/h，对应输出电流 4–20 mA，请编写 PLC 的速度 A/D 转换程序； （4）（课程目标2）从技术、安全、经济、环境等方面评价设计方案的合理性和可行性； （5）（课程目标3）请说明通过 S7-1200 实验台实现本题模拟控制的方法和一般步骤，并分析模拟实验和实际控制的区别，说明模拟调试的局限性。
高分答案
（1）控制方案
系统采用 S7-1200 PLC 作为控制核心，6 个方向按钮作为输入，PLC 输出控制 4 个车轮电机的正转和反转接触器或驱动器，使麦克纳姆轮组合产生前进、后退、平移和原地转向运动。速度传感器输出 4–20mA 模拟信号，由 PLC 模拟量输入采集并换算为速度值。
（2）I/O 点表
输入
| 地址 | 名称 | 说明 |
|---|---|---|
| I0.0 | SB1 前进 | 一键前进 |
| I0.1 | SB2 后退 | 一键后退 |
| I0.2 | SB3 左平移 | 一键左移 |
| I0.3 | SB4 右平移 | 一键右移 |
| I0.4 | SB5 原地左转 | 一键左掉头 |
| I0.5 | SB6 原地右转 | 一键右掉头 |
| I0.6 | SB0 停止 | 停止按钮 |
| I0.7 | 急停/故障 | 安全保护 |
| AIW64 | 速度传感器 | 4–20mA 速度输入 |
输出
| 地址 | 名称 | 说明 |
|---|---|---|
| Q0.0 | ZQ_F 左前正转 | 左前轮正转 |
| Q0.1 | ZQ_R 左前反转 | 左前轮反转 |
| Q0.2 | YQ_F 右前正转 | 右前轮正转 |
| Q0.3 | YQ_R 右前反转 | 右前轮反转 |
| Q0.4 | ZH_F 左后正转 | 左后轮正转 |
| Q0.5 | ZH_R 左后反转 | 左后轮反转 |
| Q0.6 | YH_F 右后正转 | 右后轮正转 |
| Q0.7 | YH_R 右后反转 | 右后轮反转 |
| Q1.0 | 运行指示 | 小车运行 |
| Q1.1 | 报警指示 | 故障报警 |
（3）PLC 卡件选择
所需点数：
-
DI：6 个方向按钮 + 1 个停止 + 1 个急停/故障 = 8 点；
-
DO：4 个电机 × 正反转 2 点 = 8 点，另加运行/报警 2 点，共 10 点；
-
AI：速度传感器 1 路；
-
按 20% 余量：DI 至少 10 点，DO 至少 12 点，AI 至少 2 点。
推荐选型：
CPU1214C + SM1222(8DO) 或 CPU1215C
若需要本机带模拟量输出、后期扩展更多传感器，优先选择：
CPU1215C
理由：CPU1215C 本地 14DI/10DO、2AI/2AO，满足输入和模拟量采集需求；若 10 路 DO 不够，可增加 SM1222 输出模块，留有工程余量。
（4）麦克纳姆轮运动方向控制表
按题图备注：向上为正转前提下，组合关系可按下表设计。
| 运动方式 | 左前 ZQ | 右前 YQ | 左后 ZH | 右后 YH |
|---|---|---|---|---|
| 前进 | 正转 | 正转 | 正转 | 正转 |
| 后退 | 反转 | 反转 | 反转 | 反转 |
| 左平移 | 反转 | 正转 | 正转 | 反转 |
| 右平移 | 正转 | 反转 | 反转 | 正转 |
| 原地左转 | 反转 | 正转 | 反转 | 正转 |
| 原地右转 | 正转 | 反转 | 正转 | 反转 |
（5）主回路设计说明
每个车轮电机均采用正反转控制：
-
每台电机配置正转接触器和反转接触器；
-
正反转接触器之间必须电气互锁和机械互锁；
-
每台电机主回路配置断路器、熔断器、热继电器；
-
PLC 输出只控制接触器线圈或驱动器使能/方向信号，不直接驱动电机；
-
急停和热继电器应能硬件切断控制回路。
（6）一键启动程序逻辑
按下前进按钮：M0.0 前进模式置位，其余模式复位；
按下后退按钮：M0.1 后退模式置位，其余模式复位；
按下左移按钮：M0.2 左移模式置位，其余模式复位；
按下右移按钮：M0.3 右移模式置位，其余模式复位；
按下左转按钮：M0.4 左转模式置位，其余模式复位；
按下右转按钮：M0.5 右转模式置位，其余模式复位；
按下停止或急停：所有模式复位，全部输出断开。
输出逻辑：
ZQ_F = 前进 或 右移 或 右转
ZQ_R = 后退 或 左移 或 左转
YQ_F = 前进 或 左移 或 左转
YQ_R = 后退 或 右移 或 右转
ZH_F = 前进 或 左移 或 右转
ZH_R = 后退 或 右移 或 左转
YH_F = 前进 或 右移 或 左转
YH_R = 后退 或 左移 或 右转
并且每个车轮必须加入互锁：
ZQ_F 与 ZQ_R 不能同时为 1；
YQ_F 与 YQ_R 不能同时为 1；
ZH_F 与 ZH_R 不能同时为 1；
YH_F 与 YH_R 不能同时为 1。
（7）速度 A/D 转换程序
传感器量程：
4 mA → 0 km/h
20 mA → 180 km/h
若模拟量原始值按 S7-1200 常用范围：
4 mA → 5530
20 mA → 27648
则速度换算：
[ Speed = \frac{AIW64 - 5530}{27648 - 5530} \times 180 ]
SCL 程序：
Raw := INT_TO_REAL(AIW64);
IF Raw < 5530.0 THEN
Raw := 5530.0;
END_IF;
IF Raw > 27648.0 THEN
Raw := 27648.0;
END_IF;
Speed_kmh := (Raw - 5530.0) * 180.0 / (27648.0 - 5530.0);
若传感器电流已换算成 mA，则：
[ Speed = \frac{I-4}{16}\times 180 ]
（8）方案合理性评价
技术性
采用 PLC 控制 4 个车轮正反转逻辑清晰，适合实现 6 种运动模式；速度传感器模拟量输入可实现速度采集和显示；程序采用互锁和模式复位，防止方向冲突。
安全性
设置急停、停止按钮、热继电器、正反转互锁、故障报警，避免电机短路、误动作和机械碰撞；停止按钮优先级最高。
经济性
PLC、接触器和传感器组成成本较低，适合实验模拟；相比真实整车控制系统，结构简单，维护方便。
环保性
电机控制无明显污染，模拟实验可减少真实车辆测试能耗和场地风险，符合教学实验要求。
（9）S7-1200 实验台模拟步骤
-
明确控制对象和运动方向表；
-
统计 I/O 点数，完成 PLC 选型；
-
在实验台上连接 6 个按钮、停止按钮和指示灯/继电器输出；
-
将速度传感器或模拟电流源接入 AI 通道；
-
在 TIA Portal 中建立项目，配置 CPU 和 I/O；
-
编写一键启动、互锁、停止和 A/D 转换程序；
-
下载程序到 PLC；
-
在线监控输入、输出、速度工程量；
-
逐个测试前进、后退、左移、右移、左转、右转；
-
测试停止、急停、互锁和故障保护；
-
记录实验现象，修改程序参数。
（10）模拟实验与实际控制区别、局限性
| 对比项 | 模拟实验 | 实际控制 |
|---|---|---|
| 控制对象 | 指示灯、继电器或小功率电机 | 实际车轮、电机、驱动器和车体 |
| 负载特性 | 负载小、惯性小 | 存在惯性、摩擦、地面附着、侧滑 |
| 反馈信号 | 可用模拟量代替 | 需要真实速度、姿态、电流、位置反馈 |
| 安全风险 | 较低 | 较高，需要完整安全保护 |
| 调试结果 | 只能验证逻辑正确性 | 还要验证动力学、响应速度、稳定性 |
模拟调试的局限性在于：不能完全反映真实车体动力学特性、轮胎与地面摩擦、负载变化、电机驱动延迟、机械安装误差和安全风险。因此模拟实验只能作为程序逻辑和基本控制流程验证，不能完全替代实车调试。
答题总结
综合题高分结构： 控制方案 → I/O 表 → PLC 选型 → 主电路 → 方向控制表 → 程序逻辑 → A/D 换算 → 方案评价 → 实验步骤与局限。
10. 智慧城市停车库车位搬运系统
题目
（课程目标综合）随着城市车辆数量的激增，停车难的问题随之出现，为了解决一间宽 7 m、高 5 层、共 8 个车位的停车问题，该车位占地最里和最底均只有一个车位；每个车位上有一个标签，分别对应 1–8，车位立柱朝着控制按钮，分别对应按钮 1–8。 ① 当停车时，发现 3 号标签车位空闲，则按 3 号按钮，3 号标签车位检验当前是否处于底层，如果是，则不做任何响应，车主可直接驶入车位；如果不是，则 3 号标签车位应平移和旋转到该车主旁边，车主驶入车位后按正开关检测到到达地面正中间指定位置，停止，按钮常开，任何时候 8 个车位最多只有 1 个按钮灯亮； ② 当取车时，车主车刚好在底层，这直接上车开走；如果车主汽车非处于底层，则根据车主的标签序号，按对应的标签按钮，该标签车位应平移和旋转，直到该标签车位上的接近开关检测到到达地面正中间指定位置； ③ 为防止停车位置差异造成旋转过程中的碰撞损坏，每个车位的四周均离车位底板 30 cm 处设置 4 条光电开关；一旦超出边界极限位置，例如汽车前侧过于超前，则前部左侧光电发射器发出的光线将被阻挡，无法到达右侧感应器，则立柱上的 4 盏报警灯分别对应闪烁，同时蜂鸣器鸣叫，提醒车主移动至安全线内。 要求如下： （1）（课程目标1）确定控制方案：根据系统要求选择适当的 PLC 卡件，I/O 点预留余量，写出 I/O 点表，绘制 PLC 接线图； （2）（课程目标1）编写程序，实现所有功能； （3）（课程目标2）从技术、安全、经济、环境等方面评价设计方案的合理性和可行性； （4）（课程目标2）思考，如果车主停车不规范，整体旋转程序中会不灵敏，四路信号同时加什么环节？如果车主不知道每车位正向展开，误乘邻近车位，应采取包括摄像头识别的什么措施？ （5）（课程目标3）请说明如何通过 S7-1200 实验台实现本项目的功能模拟和测试。
高分答案
（1）控制方案
该系统可抽象为 8 个车位选择 + 车位搬运机构平移/旋转 + 到位检测 + 越界安全检测 + 报警提示 的 PLC 顺序控制系统。
-
8 个按钮分别选择 1–8 号车位；
-
每次只允许一个车位请求有效；
-
被选车位若已在底层正中位置，则无需动作；
-
若不在底层，则控制平移电机和旋转电机，将目标车位移动到地面正中位置；
-
到位传感器动作后停止；
-
4 条光电边界检测任意异常时，立即报警并禁止旋转；
-
可增加摄像头识别车牌或车位标签，防止误入邻近车位。
（2）I/O 点表
输入
| 地址 | 名称 | 说明 |
|---|---|---|
| I0.0–I0.7 | SB1–SB8 | 1–8 号车位选择按钮 |
| I1.0–I1.7 | S1–S8 | 1–8 号车位底层/到位检测 |
| I2.0 | SQ_CENTER | 地面正中间到位检测 |
| I2.1 | SQ_LEFT | 左平移限位 |
| I2.2 | SQ_RIGHT | 右平移限位 |
| I2.3 | SQ_ROTATE | 旋转到位检测 |
| I2.4 | PE_F | 前侧光电越界 |
| I2.5 | PE_B | 后侧光电越界 |
| I2.6 | PE_L | 左侧光电越界 |
| I2.7 | PE_R | 右侧光电越界 |
| I3.0 | 急停 | 安全停止 |
| I3.1 | 复位 | 报警复位 |
| I3.2 | 车辆到位确认 | 停车到指定位置 |
输出
| 地址 | 名称 | 说明 |
|---|---|---|
| Q0.0–Q0.7 | HL1–HL8 | 1–8 号按钮指示灯 |
| Q1.0 | M_LEFT | 平移左 |
| Q1.1 | M_RIGHT | 平移右 |
| Q1.2 | M_ROT_F | 旋转正转 |
| Q1.3 | M_ROT_R | 旋转反转 |
| Q1.4 | ALM_F | 前侧报警灯 |
| Q1.5 | ALM_B | 后侧报警灯 |
| Q1.6 | ALM_L | 左侧报警灯 |
| Q1.7 | ALM_R | 右侧报警灯 |
| Q2.0 | BZ | 蜂鸣器 |
| Q2.1 | RUN | 运行指示 |
| Q2.2 | FAULT | 故障指示 |
（3）PLC 选型
点数统计：
-
DI：8 个按钮 + 8 个车位检测 + 1 个正中到位 + 2 个平移限位 + 1 个旋转到位 + 4 个光电 + 急停/复位/确认约 3 点 = 27 点；
-
DO：8 个指示灯 + 4 个电机方向输出 + 4 个报警灯 + 蜂鸣器 + 运行/故障 = 19 点；
-
按 20% 余量，DI 至少 33 点，DO 至少 23 点。
推荐选型：
CPU1214C 或 CPU1215C
- SM1221 16DI
- SM1221 16DI
- SM1222 16DO
- 必要时增加 SM1222 8DO
理由：CPU 本体点数不足以覆盖全部输入输出，需要扩展数字量模块；该题以开关量控制为主，无强制模拟量需求。
（4）程序设计思路
车位选择互锁
按下任一车位按钮后，锁存对应车位编号 N；
若已有车位请求未完成，则其他按钮无效；
任意时刻 8 个按钮灯最多只有 1 个亮。
车位搬运顺序
S0 待机
S1 接收车位编号 N
S2 判断该车位是否在底层/正中
S3 若已到位，则允许停车/取车
S4 若未到位，则启动平移机构
S5 平移到指定位置后停止
S6 检查 4 路光电是否安全
S7 安全则启动旋转机构
S8 旋转到位后停止
S9 等待车辆到位确认
S10 复位请求，返回待机
安全联锁
若 PE_F、PE_B、PE_L、PE_R 任意一路触发：
- 平移和旋转输出立即断开；
- 对应报警灯闪烁；
- 蜂鸣器鸣叫；
- 系统进入故障保持状态；
- 复位按钮按下且光电恢复正常后，允许重新运行。
输出控制
M_LEFT = 平移左步骤 且 未到左限位 且 无故障
M_RIGHT = 平移右步骤 且 未到右限位 且 无故障
M_ROT_F = 旋转正转步骤 且 未旋转到位 且 无故障
M_ROT_R = 旋转反转步骤 且 未旋转到位 且 无故障
BZ = 任一光电越界
对应报警灯 = 对应光电越界 且 闪烁脉冲
（5）四路光电信号应加的环节
如果停车不规范导致旋转过程中检测不灵敏，四路光电信号应增加：
-
滤波/消抖环节：避免瞬时遮挡或抖动导致误报警；
-
延时确认环节：只有信号持续异常一定时间才判定故障；
-
硬件冗余检测：关键方向可增加双传感器；
-
互锁禁止旋转环节：任意越界未解除时禁止启动旋转；
-
报警保持环节：故障出现后保持报警，需人工确认复位。
考试可答：
四路光电信号同时加入滤波、延时确认、报警保持和旋转联锁保护环节。
（6）摄像头识别措施
为防止车主误入邻近车位，应采取：
-
摄像头识别车牌号；
-
识别车位标签号；
-
将车牌与车位编号绑定；
-
在 HMI 或指示灯上提示正确车位；
-
若车辆进入错误车位，PLC 发出声光报警并禁止机构动作；
-
可结合二维码、RFID、车牌识别进行身份确认。
考试可答：
增加机器视觉/车牌识别/车位标签识别系统，将识别结果与 PLC 选定车位编号进行比对，
一致时允许停车和搬运，不一致时报警并禁止动作。
（7）方案评价
技术性
PLC 开关量控制适合车位选择、限位检测和电机顺序控制；程序可采用步进顺控结构，逻辑清晰，便于调试与维护。
安全性
通过急停、限位、光电越界检测、报警保持、电机互锁和禁止旋转联锁，可减少碰撞和误动作风险。
经济性
PLC 与常规传感器成本较低，模块化扩展方便；与复杂机器人系统相比，性价比高。
环境性
立体停车库提高单位面积停车数量，节约城市土地资源，减少车辆寻找车位造成的能耗和尾气排放。
（8）S7-1200 实验台模拟方法
-
用按钮模拟 1–8 号车位选择；
-
用指示灯模拟车位编号灯；
-
用限位开关模拟底层、正中、平移、旋转到位；
-
用 4 个开关模拟四路光电越界；
-
用蜂鸣器或指示灯模拟报警；
-
在 TIA Portal 中编写顺序控制、互锁、报警程序；
-
下载到 S7-1200 PLC；
-
逐个测试车位请求、互锁、到位停止；
-
测试同一时间只能一个按钮灯亮；
-
测试光电越界时停机、报警、复位；
-
记录实验数据并优化程序。
答题总结
本题属于典型综合设计题。高分关键是：I/O 点数足够、单请求互锁、车位搬运顺序、光电安全联锁、报警保持、摄像头识别、防误入、实验模拟步骤。
课程目标 3：DCS 实验、模拟量换算与调试
11. 污水池液位控制与两泵轮换
题目
有一污水池，其控制要求：污水高于 1.2 米开启排水泵排水，污水低于 0.2 米停泵。为保证系统的稳定、可靠性，要求配备 2 台排污泵，2 台泵处于一用一备。正常情况下 1 台泵启动小于 5 分钟，即可排水到低水位；极端情况下 1 台泵启动大于 5 分钟，排水还未到低水位，启动另外 1 台备用泵；常规情况下 2 台泵处于轮换状态，即此次启动 A 泵，停泵后，下次污水达到高水位再启动时启动 B 泵，再下次就启动 A 泵。液位测量用液位变送器，输入 PLC 的信号为 4–20mA，量程为 0–1.5 米。
高分答案
1）控制要求分析
该系统为 液位上下限控制 + 两泵一用一备 + 超时增泵 + 轮换运行。
-
液位高于 1.2 m：启动排水；
-
液位低于 0.2 m：停止排水；
-
正常情况：单泵运行即可；
-
若单泵运行超过 5 min 仍未降到低水位：启动备用泵；
-
每次停泵后切换主泵，实现 A/B 轮换。
2）I/O 分配
| 地址 | 名称 | 说明 |
|---|---|---|
| AIW64 | 液位变送器 | 4–20mA，对应 0–1.5m |
| I0.0 | 自动启动 | 自动运行允许 |
| I0.1 | 停止 | 停止系统 |
| I0.2 | A 泵故障 | 故障反馈 |
| I0.3 | B 泵故障 | 故障反馈 |
| Q0.0 | A 泵 | 控制 A 泵 |
| Q0.1 | B 泵 | 控制 B 泵 |
| Q0.2 | 报警 | 故障或超高液位报警 |
3）液位 A/D 转换
4–20mA 对应 0–1.5m，若原始值为 5530–27648：
[ Level=\frac{AIW64-5530}{27648-5530}\times 1.5 ]
SCL 程序：
Raw := INT_TO_REAL(AIW64);
IF Raw < 5530.0 THEN
Raw := 5530.0;
END_IF;
IF Raw > 27648.0 THEN
Raw := 27648.0;
END_IF;
Level_m := (Raw - 5530.0) * 1.5 / (27648.0 - 5530.0);
对应电流公式：
[ Level=\frac{I-4}{16}\times 1.5 ]
4）控制程序逻辑
高液位条件：Level >= 1.2m
低液位条件：Level <= 0.2m
当 Level >= 1.2m 且自动允许：
若本次轮换标志为 A 且 A 泵无故障，则启动 A 泵；
若 A 泵故障，则启动 B 泵；
若本次轮换标志为 B 且 B 泵无故障，则启动 B 泵；
若 B 泵故障，则启动 A 泵。
单泵运行后启动 5min 定时器：
若 5min 到而 Level > 0.2m，则启动另一台备用泵。
当 Level <= 0.2m：
A 泵、B 泵全部停止；
轮换标志取反；
系统等待下一次高液位启动。
5）高分程序文字版
M0.0 = 自动运行允许
M0.1 = 排水请求，Level >= 1.2 时置位，Level <= 0.2 时复位
M0.2 = 轮换标志，0 表示优先 A，1 表示优先 B
T1 = 单泵运行 5min 超时定时器
若 M0.1=1 且 M0.2=0：
A 无故障则 Q0.0=1；
A 故障则 Q0.1=1。
若 M0.1=1 且 M0.2=1：
B 无故障则 Q0.1=1；
B 故障则 Q0.0=1。
若 T1 到时且液位仍大于 0.2m：
另一台无故障泵投入运行。
若 Level <= 0.2m：
Q0.0=0，Q0.1=0；
M0.1=0；
M0.2 取反。
6）注意事项
-
高水位和低水位之间形成回差，避免泵频繁启停；
-
A/B 泵故障时应自动剔除故障泵；
-
两泵同时运行时，应考虑电源容量和管路承受能力；
-
设置超高液位报警，防止污水外溢。
答题总结
本题高分关键词：4–20mA 换算、1.2m 启泵、0.2m 停泵、5min 超时增泵、A/B 轮换、一用一备、故障剔除。
12. 科远 DCS 实验台实现模拟控制的方法与步骤
题目
（课程目标3）请说明通过实验室现有的科远 DCS 实验台实现第 4 题触摸控制的方法和一般步骤，浮球液位计的实时值绝对地址是多少？
高分答案
注：扫描版题干中“绝对地址”需要结合实验台实际 I/O 表或教师给定地址确定；若考试未给地址，应按本实验台组态表填写。答题时可写“以实验台组态地址为准”，并说明查找方法。
1）实现方法
通过科远 DCS 实验台实现触摸控制，本质是完成：
现场液位信号采集 → DCS I/O 组态 → 控制策略组态 → 触摸屏/操作站画面组态
→ PID 自动控制 → 趋势与报警监视 → 在线调试
2）一般步骤
-
熟悉实验对象 明确液位计、调节阀、水箱、泵、开关量信号和模拟量信号。
-
硬件连接检查 检查液位计 4–20mA 接线、AI 模块通道、AO 阀门输出、泵启停输出、供电和接地。
-
建立 DCS 工程 在 NT-6000 中新建工程，配置控制站、I/O 站、AI/AO/DI/DO 模块。
-
建立测点 建立液位测点，例如
LT101，设置通道号、量程 0–4m、信号类型 4–20mA。 -
建立输出点 建立调节阀输出点，例如
LV101，设置 AO 输出范围 4–20mA 或 0–100%。 -
组态 PID 功能块 设置
SP=3.5m，将液位PV接入 PID，将 PID 输出MV接至 AO。 -
触摸画面组态 在画面上显示液位实时值、设定值、阀门开度、手/自动切换、报警状态、趋势曲线。
-
报警与联锁组态 设置高液位、低液位、传感器故障、阀门故障报警。
-
下载与运行 编译无误后下载到控制站，进入运行状态。
-
调试与记录 先手动开阀测试方向，再投入自动 PID；观察液位曲线，整定 PID 参数。
3）浮球液位计实时值绝对地址
高分回答方式：
浮球液位计实时值的绝对地址应在 NT-6000 工程的 I/O 测点表或实时数据库中查询。
查找路径为：工程组态 → I/O 模块 → AI 模块 → 对应通道 → 测点属性 → 实时值地址。
若实验台给定液位点名为 LT101，则实时值通常对应 LT101.PV 或 AI 通道工程量实时值。
若教师课堂已给地址，应直接写：
浮球液位计实时值绝对地址 = 教师给定 AI 通道实时值地址。
答题总结
该题高分点：不要只写软件步骤，要写硬件检查、I/O 组态、测点、PID、画面、下载、调试、实时值地址查询方法。
二、课程目标出题规律总结
课程目标 1 常见出题模板
模板 1：概念辨析题
常考：
-
PLC、DCS、SIS 中文名称及区别；
-
S7-1200 硬件组成及作用；
-
CPU、信号板、信号模块、通信模块区别；
-
程序块、扫描周期、输入采样、输出刷新。
高分答题结构：
先写定义 → 再写特点 → 再写应用场景 → 最后写区别和联系
模板 2：继电器控制分析题
常考：
-
三相异步电动机启停；
-
接触器自锁；
-
正反转互锁；
-
热继电器保护；
-
手动/自动切换。
高分答题结构：
元件作用 → 启动过程 → 自锁过程 → 停止过程 → 保护过程 → PLC 改造
模板 3：PLC 程序设计题
常考：
-
多台泵轮换；
-
行车顺序控制；
-
麦克纳姆轮方向控制；
-
停车库搬运系统；
-
定时启停控制。
高分答题结构：
控制流程 → I/O 分配 → 互锁保护 → 定时/计数 → 梯形图或文字程序 → 故障处理
课程目标 2 常见出题模板
模板 1：PLC 卡件选型题
常考：
-
给出 CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C、CPU1217C 表格；
-
要求 I/O 预留 20%；
-
根据信号板、信号模块、通信模块选择硬件。
高分答题结构：
统计 DI/DO/AI/AO 点数
→ 加 20% 余量
→ 选择 CPU
→ 选择扩展模块
→ 说明理由
模板 2：方案评价题
常考：
-
从技术、安全、经济、环保评价；
-
判断方案合理性和可行性；
-
对复杂系统提出优化措施。
高分答题结构：
技术：能否实现功能、是否可扩展、是否易维护
安全：急停、限位、互锁、报警、故障保护
经济：成本、模块数量、维护成本、性价比
环保：节能、减少污染、减少浪费、提高资源利用率
课程目标 3 常见出题模板
模板 1：模拟量换算题
常考：
-
4–20mA 对应液位、速度、压力等工程量；
-
S7-1200 原始值换算；
-
A/D 转换程序。
高分公式：
[ 工程量 = \frac{原始值-5530}{27648-5530}\times 量程上限 ]
或：
[ 工程量 = \frac{I-4}{16}\times 量程上限 ]
模板 2：DCS/PID 控制题
常考：
-
DCS 组态步骤；
-
AI 采集、A/D 转换；
-
PID 运算；
-
AO 输出、D/A 转换；
-
液位闭环控制。
高分答题结构：
被控对象 → 测量元件 → AI 输入 → 工程量转换 → PID 运算
→ AO 输出 → 执行机构 → 反馈闭环 → 报警联锁
模板 3：实验台调试题
常考：
-
S7-1200 实验台模拟；
-
科远 DCS 实验台调试；
-
模拟实验和实际控制区别；
-
模拟调试局限性。
高分答题结构：
硬件连接 → I/O 分配 → 软件组态/编程 → 下载 → 在线监控
→ 单步测试 → 故障测试 → 记录与优化
三、考试高分通用答题模板
1. PLC 综合设计题模板
一、控制对象分析
说明被控对象、输入信号、输出执行器、控制目标。
二、控制方案
采用 S7-1200 PLC，输入端采集按钮、限位、传感器、故障信号；
输出端控制接触器、继电器、指示灯、报警器等。
三、I/O 分配
列出 DI、DO、AI、AO 地址表。
四、硬件接线
主电路包括断路器、熔断器、接触器、热继电器、电机；
控制电路包括 PLC 输入、输出、中间继电器和外部电源。
五、程序设计
采用自锁、互锁、定时、顺序控制、故障报警和复位逻辑。
六、安全保护
急停、过载、限位、正反转互锁、报警保持。
七、调试方法
先手动测试输入输出，再单步测试动作，最后联动运行。
2. PLC 选型题模板
根据系统要求统计 I/O 点数：
DI = ...
DO = ...
AI = ...
AO = ...
考虑 20% 余量：
DI_min = DI × 1.2
DO_min = DO × 1.2
AI_min = AI × 1.2
AO_min = AO × 1.2
选择 CPU：...
选择模块：...
理由：本方案点数满足要求，扩展能力充足，能满足后期维护和升级。
3. 模拟量转换题模板
传感器输出 4–20mA，对应工程量 0–X。
若按电流计算：
工程量 = (I - 4) / 16 × X
若按 PLC 原始值计算：
工程量 = (Raw - 5530) / (27648 - 5530) × X
程序中应对 Raw 进行上下限限制，防止断线或超量程导致显示异常。
4. 方案评价题模板
技术方面：PLC 控制逻辑清晰，I/O 点数满足需求，模块化设计便于扩展和维护。
安全方面：设置急停、限位、过载、互锁、报警和故障保持，可防止误动作。
经济方面：所选硬件满足功能且留有余量，避免过度配置，维护成本较低。
环保方面：自动控制可提高效率、减少能源浪费、减少污染物排放或资源占用。
综上，方案合理可行。
四、最可能继续出的题目预测
预测 1：三相异步电动机正反转 PLC 控制
可能题目
给出继电器正反转电路，要求分析工作原理，进行 PLC 改造，写出 I/O 表和梯形图。
答题重点
-
KM 正反转互锁；
-
SB 启动/停止；
-
FR 过载保护；
-
PLC 输出互锁；
-
主电路保留热继电器和接触器。
预测 2：两台或三台泵轮换控制
可能题目
水池液位达到高水位启动泵，低水位停泵，多台泵轮换，故障泵退出，超时启动备用泵。
答题重点
-
高低液位回差；
-
A/B 或 1/2/3 泵轮换；
-
故障剔除；
-
超时增泵；
-
停泵后切换优先级。
预测 3：4–20mA 模拟量换算
可能题目
传感器 4–20mA 对应 0–X 工程量，写出 S7-1200 的 A/D 转换程序。
答题重点
[ 工程量 = \frac{Raw-5530}{27648-5530}\times X ]
要写上下限限幅和断线判断。
预测 4：DCS 液位 PID 控制
可能题目
用 DCS 控制水箱液位到设定值，要求说明 AI、PID、AO、D/A 输出和组态步骤。
答题重点
-
液位计 4–20mA；
-
AI 工程量转换；
-
PID 功能块；
-
AO 控制调节阀；
-
趋势、报警、联锁；
-
手自动切换。
预测 5：PLC 卡件选型与方案评价
可能题目
给出系统 I/O 需求和 CPU/模块表，要求选择 S7-1200 卡件，预留 20% 余量，并进行方案评价。
答题重点
-
点数统计；
-
20% 余量；
-
CPU1214C/CPU1215C 选择；
-
SM1221、SM1222、SM1231、SM1232、SM1234 模块；
-
技术、安全、经济、环保评价。
五、考前速背版
-
PLC 是可编程逻辑控制器，适合逻辑和顺序控制。DCS 是集散控制系统，适合连续过程控制。SIS 是安全仪表系统，负责安全联锁和紧急停车。
-
PLC 程序扫描过程：输入采样 → 程序执行 → 输出刷新。
-
继电器控制题一定写：启动、自锁、停止、过载保护。
-
正反转控制一定写：机械互锁 + 电气互锁 + 软件互锁。
-
多泵控制一定写：轮换、故障剔除、超时备用、低水位停泵。
-
选型题一定写：点数统计 + 20% 余量 + CPU + 模块 + 理由。
-
4–20mA 换算一定背：工程量 = ((Raw-5530)/(27648-5530)×量程)。
-
DCS/PID 题一定写：AI → 工程量 → PID → AO → 执行机构 → 反馈闭环。
-
方案评价一定从技术、安全、经济、环保四方面写。
-
实验调试题一定写：接线、组态/编程、下载、监控、单步测试、联动测试、故障测试。