2025年電氣自動化編程試題集錦與解析一、PLC程序設(shè)計(jì)綜合題（西門子S7-1200）題目1：自動分揀系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)某生產(chǎn)線需設(shè)計(jì)自動分揀系統(tǒng)，要求將傳送帶上的物料按顏色（紅、藍(lán)、白）分揀至3個(gè)料槽。系統(tǒng)配置如下：-輸入信號：啟動按鈕SB1（I0.0）、停止按鈕SB2（I0.1）、物料檢測傳感器（光電開關(guān)，檢測到物料時(shí)I0.2=1）、顏色傳感器（紅R=I0.3，藍(lán)B=I0.4，白W=I0.5，同一時(shí)刻僅一個(gè)顏色信號有效）、分揀口到位傳感器（料槽1：I0.6；料槽2：I0.7；料槽3：I1.0）。-輸出信號：傳送帶電機(jī)M（Q0.0）、推料氣缸1（Q0.1，推至料槽1）、推料氣缸2（Q0.2，推至料槽2）、推料氣缸3（Q0.3，推至料槽3）?？刂埔螅?.系統(tǒng)啟動后，傳送帶電機(jī)啟動，物料隨傳送帶移動；2.物料通過光電開關(guān)時(shí)，顏色傳感器檢測顏色并記憶；3.物料到達(dá)對應(yīng)料槽的到位傳感器位置時(shí)，對應(yīng)推料氣缸動作（保持2秒后復(fù)位）；4.停止按鈕按下時(shí)，傳送帶立即停止，所有氣缸復(fù)位；5.具備急停保護(hù)（外部急停信號接入I1.1，觸發(fā)時(shí)切斷所有輸出）。解題步驟與解析1.輸入輸出點(diǎn)分配驗(yàn)證：需確認(rèn)輸入信號（SB1/SB2、傳感器）與輸出信號（電機(jī)、氣缸）的地址是否與硬件配置一致。例如，急停信號I1.1需設(shè)置為硬件中斷優(yōu)先級，確保立即響應(yīng)。2.狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)：采用順序控制設(shè)計(jì)法（S7-1200的SCL語言或梯形圖），定義以下狀態(tài)：-初始狀態(tài)（S0）：等待啟動；-運(yùn)行狀態(tài)（S1）：傳送帶運(yùn)行，檢測物料；-顏色記憶狀態(tài)（S2）：物料通過光電開關(guān)時(shí)，讀取I0.3-I0.5的值存入變量（如“Color”）；-分揀狀態(tài)（S3-S5）：根據(jù)“Color”值觸發(fā)對應(yīng)氣缸，配合到位傳感器信號（I0.6/I0.7/I1.0）判斷物料位置；-停止?fàn)顟B(tài)（S6）：SB2或急停觸發(fā)時(shí)，復(fù)位所有輸出。3.關(guān)鍵邏輯實(shí)現(xiàn)：-顏色記憶：當(dāng)I0.2由0變1（上升沿檢測），使用P_TRIG指令觸發(fā)“Color”賦值（如：若I0.3=1則Color=1，I0.4=1則Color=2，I0.5=1則Color=3）；-氣缸動作：當(dāng)物料到達(dá)對應(yīng)料槽（如Color=1時(shí)I0.6=1），Q0.1置1，同時(shí)啟動定時(shí)器T2S，定時(shí)到后Q0.1復(fù)位；-急停處理：I1.1=1時(shí)，通過“立即輸出復(fù)位”指令（如S7-1200的PULSE指令或直接賦值Q0.0-Q0.3=0）切斷所有輸出。4.程序調(diào)試要點(diǎn)：-測試顏色傳感器信號的唯一性（避免同時(shí)觸發(fā)多個(gè)顏色信號）；-驗(yàn)證氣缸動作與到位傳感器的同步性（防止物料未到達(dá)時(shí)誤推）；-模擬急停信號，確認(rèn)輸出是否立即切斷。常見錯(cuò)誤分析：-未使用上升沿檢測物料到達(dá)，導(dǎo)致顏色信號多次讀?。?氣缸復(fù)位邏輯缺失（如未設(shè)置定時(shí)器），可能導(dǎo)致氣缸持續(xù)動作；-急停信號未直接關(guān)聯(lián)輸出，僅通過程序邏輯控制，存在響應(yīng)延遲風(fēng)險(xiǎn)。二、工業(yè)通信協(xié)議編程題（ModbusRTU主站配置）題目2：S7-1200與智能儀表的ModbusRTU通信某系統(tǒng)需通過S7-1200PLC作為ModbusRTU主站，讀取3臺智能儀表（從站地址1-3）的溫度數(shù)據(jù)（存儲于從站保持寄存器0x0000-0x0002，每個(gè)寄存器存儲1個(gè)溫度值，格式為16位有符號整數(shù)，單位℃）。要求：1.通信參數(shù)：波特率9600bps，數(shù)據(jù)位8位，奇偶校驗(yàn)無，停止位1位；2.主站每500ms輪詢1臺從站，順序?yàn)?→2→3→1循環(huán)；3.將讀取的溫度值轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)（除以10，例如寄存器值255表示25.5℃），存儲于DB塊（DB1.DBW0-DB1.DBW5分別對應(yīng)從站1-3的3個(gè)溫度值）。解題步驟與解析1.硬件配置：-S7-1200需配置CM1241RS485通信模塊（訂貨號6ES7241-1CH30-0XB0），確認(rèn)模塊地址（如硬件標(biāo)識符為2）；-接線時(shí)，從站A+接模塊A+，B-接模塊B-，終端電阻（若距離＞300米）需在總線兩端配置。2.通信參數(shù)設(shè)置：-在TIAPortal中，打開“設(shè)備視圖”→“CM1241”→“屬性”→“常規(guī)”→“ModbusRTU”，設(shè)置波特率9600、無校驗(yàn)、8數(shù)據(jù)位、1停止位；-主站地址設(shè)為0（ModbusRTU主站地址通常為0）。3.程序?qū)崿F(xiàn)（SCL語言）：-調(diào)用Modbus主站庫函數(shù)“MB_Master”（需安裝S7-1200/1500的Modbus庫），輸入?yún)?shù)：-REQ：觸發(fā)信號（通過定時(shí)器每500ms置1）；-MB_ADDR：從站地址（1-3循環(huán)）；-ADDR：讀取起始寄存器地址（0x0000）；-QUANTITY：讀取數(shù)量（3個(gè)寄存器）；-DATA_PTR：指向接收數(shù)據(jù)的指針（如PDB1.DBW0BYTE6）；-狀態(tài)管理：使用“Current_Slave”變量（1-3循環(huán)），每次通信完成（DONE=1或ERROR=1）后切換從站地址；-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：讀取的16位整數(shù)（如DB1.DBW0）通過“REAL_TO_INT”轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)，再除以10.0（如“Temp1:=INT_TO_REAL(DB1.DBW0)/10.0”）。4.調(diào)試與故障排查：-使用串口調(diào)試工具（如ModbusPoll）模擬從站，驗(yàn)證主站能否正確發(fā)送請求（功能碼0x03）；-檢查“ERROR”輸出，常見錯(cuò)誤碼：0=無錯(cuò)誤，1=參數(shù)錯(cuò)誤（如QUANTITY＞125），2=無響應(yīng)（從站未上電或接線錯(cuò)誤），3=超時(shí)（波特率不匹配）；-驗(yàn)證循環(huán)輪詢邏輯，確保從站1-3的讀取間隔為500ms（可通過監(jiān)控“Current_Slave”變量變化時(shí)間確認(rèn)）。擴(kuò)展知識：ModbusRTU的CRC校驗(yàn)由通信模塊自動處理，但需注意從站的寄存器地址是否為“0基址”（如題目中0x0000對應(yīng)Modbus地址40001）。三、運(yùn)動控制編程題（伺服電機(jī)定位控制）題目3：S7-1500與V90伺服的絕對定位控制使用S7-1500PLC通過PROFINET總線控制V90伺服驅(qū)動器，實(shí)現(xiàn)以下功能：-原點(diǎn)回歸：按下原點(diǎn)按鈕（I0.0），伺服以1000rpm低速尋找原點(diǎn)（接近開關(guān)I0.1觸發(fā)后，以50rpm低速歸零）；-絕對定位：通過HMI輸入目標(biāo)位置（DB1.DBD0，單位mm，1脈沖=0.01mm），按下啟動按鈕（I0.2），伺服以2000rpm速度運(yùn)行到目標(biāo)位置；-故障處理：伺服報(bào)警（驅(qū)動器輸出ALM信號，I0.3=1）時(shí)，立即停止運(yùn)動并輸出報(bào)警燈（Q0.0）。解題步驟與解析1.硬件與網(wǎng)絡(luò)配置：-S7-1500配置PROFINET接口（如CPU1511-1PN），V90伺服驅(qū)動器設(shè)置PROFINET設(shè)備名稱（如“V90_1”），分配設(shè)備名稱后在TIAPortal中添加GSDML文件完成設(shè)備集成；-配置報(bào)文：選擇111報(bào)文（控制字/狀態(tài)字+位置/速度模式），映射輸入輸出地址（如控制字QW0，狀態(tài)字IW0，目標(biāo)位置QD4，實(shí)際位置ID4）。2.運(yùn)動控制指令使用（MC指令集）：-原點(diǎn)回歸（MC_Home）：-輸入?yún)?shù)：Axis（伺服軸對象），Mode（1=通過參考點(diǎn)開關(guān)歸零），Velocity（1000rpm對應(yīng)的脈沖頻率，需計(jì)算電子齒輪比：假設(shè)伺服編碼器2500線，1:1減速比，則1rpm=2500×4×1/60=166.67脈沖/秒；1000rpm=166667脈沖/秒）；-邏輯：I0.0=1時(shí)觸發(fā)MC_Home，檢測到I0.1=1后，Mode切換為2（低速歸零），Velocity=50rpm；-絕對定位（MC_MoveAbsolute）：-輸入?yún)?shù)：Position（DB1.DBD0/0.01，轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)），Velocity（2000rpm對應(yīng)的脈沖頻率），Execute（I0.2的上升沿觸發(fā)）；-故障處理：I0.3=1時(shí)，調(diào)用MC_Stop（StopMode=1，立即停止），并置位Q0.0；故障復(fù)位后（I0.4=1），清除報(bào)警燈。3.電子齒輪比計(jì)算：伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)=編碼器線數(shù)×4（倍頻）=2500×4=10000脈沖/轉(zhuǎn)；機(jī)械傳動比=1（直連）；每毫米脈沖數(shù)=10000脈沖/轉(zhuǎn)÷導(dǎo)程（假設(shè)絲桿導(dǎo)程10mm）=1000脈沖/mm；題目中1脈沖=0.01mm，因此導(dǎo)程應(yīng)為1000×0.01=10mm（符合假設(shè)），無需額外設(shè)置電子齒輪比。4.調(diào)試要點(diǎn)：-驗(yàn)證原點(diǎn)回歸邏輯：手動觸發(fā)I0.1，觀察伺服是否低速歸零，實(shí)際位置是否為0；-定位精度測試：輸入目標(biāo)位置100mm（對應(yīng)10000脈沖），測量實(shí)際位置誤差（應(yīng)≤0.02mm）；-報(bào)警測試：短接I0.3，確認(rèn)伺服是否立即停止，Q0.0是否點(diǎn)亮。常見問題：-電子齒輪比設(shè)置錯(cuò)誤導(dǎo)致位置偏差（需核對導(dǎo)程與脈沖當(dāng)量）；-MC指令的Execute信號未使用上升沿，導(dǎo)致重復(fù)觸發(fā)；-PROFINET通信中斷（如網(wǎng)線松動），需檢查設(shè)備狀態(tài)燈（V90的X100接口綠燈應(yīng)常亮）。四、HMI開發(fā)與PLC交互題（威綸通eMT3070X）題目4：溫度監(jiān)控界面設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)威綸通HMI界面，與S7-1200PLC通信（TCP/IP），實(shí)現(xiàn)以下功能：-主界面：顯示3路溫度實(shí)時(shí)值（PLC地址MW0、MW2、MW4，單位℃）、實(shí)時(shí)曲線（每5秒刷新）；-參數(shù)設(shè)置界面：設(shè)置溫度上限（MW10）、下限（MW12），具備密碼保護(hù)（僅管理員可修改）；-報(bào)警界面：當(dāng)溫度超上限或低于下限時(shí)，彈出報(bào)警窗口（顯示報(bào)警時(shí)間、通道號），并記錄至歷史日志；-系統(tǒng)狀態(tài)：顯示PLC運(yùn)行狀態(tài)（Q0.0=1表示運(yùn)行，Q0.0=0表示停止）、通信狀態(tài)（HMI與PLC連接成功時(shí)顯示“連接正常”）。解題步驟與解析1.通信配置：-HMI與PLC通過TCP/IP連接，PLC需啟用ISO-on-TCP協(xié)議（TIAPortal中“保護(hù)與安全”→“連接機(jī)制”→允許來自HMI的GET/PUT連接）；-設(shè)置HMIIP（192.168.0.2）、PLCIP（192.168.0.1），子網(wǎng)掩碼255.255.255.0，確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)可達(dá)（通過ping測試）。2.界面設(shè)計(jì)：-主界面：-添加3個(gè)數(shù)值顯示元件，關(guān)聯(lián)MW0、MW2、MW4，格式為“.0℃”；-實(shí)時(shí)曲線元件：X軸時(shí)間范圍30分鐘，Y軸0-100℃，添加3條曲線分別關(guān)聯(lián)MW0、MW2、MW4，刷新周期5秒；-參數(shù)設(shè)置界面：-添加2個(gè)輸入框（數(shù)值輸入元件），關(guān)聯(lián)MW10（上限）、MW12（下限），輸入范圍0-100；-密碼保護(hù)：設(shè)置元件屬性→“權(quán)限”→“編輯權(quán)限”→輸入密碼（如“admin123”），僅輸入正確密碼后可修改；-報(bào)警界面：-報(bào)警窗口：使用“報(bào)警事件”元件，觸發(fā)條件為（MW0＞MW10）或（MW0＜MW12）（通道1），同理設(shè)置通道2、3；-歷史日志：添加“報(bào)警記錄”元件，存儲報(bào)警時(shí)間（使用HMI內(nèi)置時(shí)鐘）、通道號（MW0對應(yīng)通道1，MW2對應(yīng)通道2）；-系統(tǒng)狀態(tài)界面：-PLC運(yùn)行狀態(tài)：添加指示燈元件，關(guān)聯(lián)Q0.0（綠色：運(yùn)行，紅色：停止）；-通信狀態(tài)：使用“信息顯示”元件，關(guān)聯(lián)系統(tǒng)變量“PLC連接狀態(tài)”（0=斷開，1=連接），顯示文本“連接正?！被颉斑B接中斷”。3.腳本編程（EBPro腳本）：-實(shí)時(shí)曲線刷新：在“畫面屬性”→“周期執(zhí)行腳本”中添加：```vbIfGetDataTime()Mod5=0ThenRefreshChart("曲線1")RefreshChart("曲線2")RefreshChart("曲線3")EndIf```-報(bào)警確認(rèn)：在報(bào)警窗口添加“確認(rèn)”按鈕，觸發(fā)腳本：```vbIfAlarmAck("報(bào)警1")ThenClosePopup("報(bào)警窗口")EndIf```4.調(diào)試與優(yōu)化：-測試通信延遲：修改PLC中MW0的值，觀察HMI顯示是否在1秒內(nèi)更新；-驗(yàn)證密碼保護(hù)：未輸入密碼時(shí)，參數(shù)輸入框應(yīng)無法修改；-報(bào)警觸發(fā)測試：強(qiáng)制PLC中MW0=110（假設(shè)上限為100），確認(rèn)報(bào)警窗口彈出，歷史日志記錄時(shí)間和通道號。五、電氣自動化編程故障診斷題題目5：PLC程序無法下載的故障排查某工程師在調(diào)試S7-1200PLC時(shí)，使用TIAPortal下載程序時(shí)提示“無法建立與PLC的連接”，請列出可能的原因及排查步驟。解析與排查流程1.硬件連接問題：-可能原因：編程電纜（如USB-PPI電纜）損壞、接口接觸不良、PLC電源未接通；-排查步驟：①檢查PLC電源指示燈（SF燈是否常亮，BF燈是否閃爍）；②更換編程電纜，或使用另一臺電腦測試；③檢查PLC的PROFINET接口（X1）指示燈（LINK燈是否常亮，ACT燈是否閃爍）。2.網(wǎng)絡(luò)配置錯(cuò)誤：-可能原因：PLC與電腦IP地址不在同一網(wǎng)段、PLC未分配正確的設(shè)備名稱；-排查步驟：①在TIAPortal中打開“在線與診斷”→“分配設(shè)備名稱”，確認(rèn)PLC的設(shè)備名稱與實(shí)際一致；②檢查電腦IP（如192.168.0.3）與PLCIP（默認(rèn)192.168.0.1）是否在同一子網(wǎng)（掩碼255.255.255.0）；③嘗試使用“自動在線”功能（TIAPortal菜單欄→在線→自動在線）搜索PLC。3.PLC模式設(shè)置錯(cuò)誤：-可能原因：PLC處于“STOP”模式但未允許下載，或CPU被密碼保護(hù)；-排查步驟：①檢查PLC模式開關(guān)（RUN/STOP）是否在“STOP”位置（下載程序需PLC處于STOP模式）；②若PLC設(shè)置了密碼保護(hù)，需輸入正確密碼（可通過“在線與診斷”→“刪除密碼”重置，需物理訪問PLC）。4.軟件配置錯(cuò)誤：-可能原因：TIAPortal版本與PLC固件不兼容、項(xiàng)目中PLC型號與實(shí)際硬件不一致；-排查步驟：①查看PLC實(shí)際固件版本（在線后“屬性”→“常規(guī)”→“固件”），確認(rèn)TIAPortal支持該版本（如V4.5固件需TIAPortalV17及以上）；②檢查項(xiàng)目中的PLC型號（如CPU1214CDC/DC/DC）是否與實(shí)際硬件一致（可通過“硬件目錄”重新選擇）。5.其他原因：-可能原因：防火墻攔截、殺毒軟件阻止TIAPortal通信；-排查步驟：關(guān)閉防火墻或添加TIAPortal到信任列表，重啟電腦后重試。六、綜合應(yīng)用題（工業(yè)機(jī)器人與PLC協(xié)同控制）題目6：搬運(yùn)機(jī)器人與PLC的協(xié)同分揀系統(tǒng)某自動化產(chǎn)線需通過S7-1500PLC控制工業(yè)機(jī)器人（品牌：KUKAKR6）完成物料搬運(yùn)，要求：-PLC檢測傳送帶物料（光電開關(guān)I0.0=1），讀取顏色傳感器（I0.1紅、I0.2藍(lán)）；-機(jī)器人根據(jù)顏色將物料搬運(yùn)至對應(yīng)料框（紅色→A區(qū)，藍(lán)色→B區(qū)）；-機(jī)器人完成搬運(yùn)后向PLC發(fā)送完成信號（I0.3=1），PLC控制傳送帶繼續(xù)送料；-具備異常處理（機(jī)器人故障信號I0.4=1時(shí)，傳送帶停止，報(bào)警燈Q0.0=1）。解題步驟與解析1.通信協(xié)議選擇：采用PROFINETIO通信，PLC作為控制器，機(jī)器人作為IO設(shè)備。配置16字節(jié)輸入/16字節(jié)輸出報(bào)文，映射：-輸入：機(jī)器人狀態(tài)（位0：就緒；位1：完成；位2：故障）、實(shí)際位置（DWORD4-7）；-輸出：控制命令（位0：啟動；位1：選擇A區(qū)；位2：選擇B區(qū)）、目標(biāo)位置（DWORD8-11）。2.PLC程序設(shè)計(jì)：-物料檢測：I0.0上升沿觸發(fā)顏色讀?。ㄈ鬒0.1=1則目標(biāo)=A區(qū)，I0.2=1則目標(biāo)=B區(qū)）；-發(fā)送指令：向機(jī)器人輸出控制命令（啟動位=1，對應(yīng)區(qū)位置位），并發(fā)送目標(biāo)位置（A區(qū)坐標(biāo)：DB1.DBD0；B區(qū)坐標(biāo)：DB1.DBD4）；-等待完成：監(jiān)控機(jī)器人輸入位