工業自動化控制練習題及答案解析姓名_________________________地址_______________________________學號______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請首先在試卷的標封處填寫您的姓名，身份證號和地址名稱。2.請仔細閱讀各種題目，在規定的位置填寫您的答案。一、選擇題1.下列哪一項不是工業自動化控制系統的主要組成部件？

A.傳感器

B.執行器

C.控制器

D.顯示屏

E.電力設備

2.下列哪個術語表示將信號從一種形式轉換為另一種形式的過程？

A.傳輸

B.變換

C.檢測

D.放大

E.減小

3.下列哪項不是PLC編程語言？

A.LadderDiagram

B.InstructionList

C.StructuredText

D.FunctionBlockDiagram

E.AssemblyLanguage

4.在工業自動化控制系統中，哪一項是用來檢測和調整系統運行狀態？

A.控制器

B.傳感器

C.執行器

D.儀表

E.顯示器

5.下列哪個傳感器在測量液體壓力時最常用？

A.電阻式傳感器

B.電容式傳感器

C.電感式傳感器

D.壓力變送器

E.光電傳感器

答案及解題思路：

1.答案：E

解題思路：工業自動化控制系統的主要組成部件包括傳感器、執行器、控制器和顯示屏，而電力設備是支持這些部件運行的基礎設施，不屬于主要組成部件。

2.答案：B

解題思路：信號變換指的是將信號從一種形式轉換為另一種形式的過程，如模擬信號轉換為數字信號。傳輸是信號從一個地方傳送到另一個地方的過程。

3.答案：E

解題思路：PLC編程語言包括梯形圖（LadderDiagram）、指令列表（InstructionList）、結構化文本（StructuredText）和功能塊圖（FunctionBlockDiagram），而匯編語言是微處理器編程語言，不屬于PLC編程語言。

4.答案：A

解題思路：控制器在工業自動化控制系統中負責檢測和調整系統運行狀態，根據預設的程序和實時數據來控制執行器的動作。

5.答案：D

解題思路：壓力變送器是專門用于測量液體壓力的傳感器，廣泛應用于工業自動化控制系統中。其他類型的傳感器可能用于其他類型的測量，但不適用于液體壓力的測量。二、填空題1.工業自動化控制系統中，傳感器的作用是將被測量的物理量轉換為電信號。

2.PLC的輸入/輸出（I/O）接口通常分為數字輸入/輸出（DI/DO）和模擬輸入/輸出（/AO）。

3.串行通信方式通常采用Modbus協議。

4.PID控制器中的P代表比例控制。

5.位置伺服系統主要用于控制機械設備的位置。

答案及解題思路：

答案：

1.物理量

2.數字輸入/輸出（DI/DO），模擬輸入/輸出（/AO）

3.Modbus

4.比例

5.位置

解題思路：

1.傳感器在工業自動化控制系統中，其主要功能就是將非電物理量（如溫度、壓力、速度等）轉換成電信號，以便于后續處理和分析。

2.PLC的輸入/輸出接口通常包括數字輸入/輸出和模擬輸入/輸出兩種，其中數字輸入/輸出用于處理開關信號，模擬輸入/輸出用于處理模擬信號。

3.Modbus是廣泛應用于串行通信中的一種協議，它可以實現設備間的通信和數據交換。

4.PID控制器由比例（P）、積分（I）、微分（D）三個參數組成，P代表比例控制，即控制器輸出的控制信號與被控量的誤差成比例關系。

5.位置伺服系統是一種高精度的控制系統，其主要功能是實現對機械設備位置的精確控制。三、判斷題1.工業自動化控制系統中的控制器可以同時進行比例、積分、微分控制。（）

2.在模擬量控制系統中，變送器是將傳感器輸出的模擬信號轉換為標準電流或電壓信號。（）

3.PLC程序設計采用梯形圖時，每個分支最多只能有一個常閉觸點。（）

4.工業自動化控制系統的可靠性是指系統能夠在規定條件下長期、穩定地運行。（）

5.在工業自動化控制系統中，執行器的功能是將控制器的控制指令轉換為被控對象所需的形式。（）

答案及解題思路：

1.正確。工業自動化控制系統中的控制器可以通過PID（比例、積分、微分）控制算法實現對過程的精確控制，三個參數可以根據實際需要進行調整。

解題思路：PID控制算法是工業控制中最常用的算法之一，它結合了比例、積分和微分三個控制作用，通過調整這三個參數的值，可以有效地控制系統的動態和穩態功能。

2.正確。變送器在模擬量控制系統中起到信號轉換的作用，將傳感器檢測到的模擬信號轉換為標準化的電流（如420mA）或電壓信號（如010V），以便于控制系統進行進一步的加工處理。

解題思路：了解模擬量控制系統的工作原理，變送器作為信號轉換的關鍵部件，其作用是將原始信號轉換為標準信號，這是模擬量控制系統設計的基礎。

3.錯誤。PLC程序設計采用梯形圖時，每個分支可以包含多個常閉觸點。常閉觸點的存在是為了實現邏輯“與”的功能，一個分支可以包含多個常閉觸點，以滿足不同的邏輯控制需求。

解題思路：熟悉PLC梯形圖編程規則，了解常閉觸點在梯形圖中的作用，以及分支中觸點的使用限制。

4.正確。工業自動化控制系統的可靠性是指系統能夠在規定的環境和使用條件下，連續、穩定地執行預定功能的能力。

解題思路：掌握工業自動化控制系統可靠性的定義，理解系統可靠性對于工業生產的重要性。

5.正確。執行器是工業自動化控制系統中的關鍵部件，它接收控制器的控制指令，并將其轉換為機械動作或電氣信號，以驅動被控對象按照預定要求工作。

解題思路：了解執行器在自動化控制系統中的作用，以及它如何將控制指令轉化為實際操作。四、簡答題1.簡述傳感器在工業自動化控制系統中的作用。

答案：

傳感器在工業自動化控制系統中扮演著的角色，其作用主要包括：

檢測環境或設備的狀態信息，如溫度、壓力、流量、位置等。

將非電信號轉換為電信號，便于后續處理和傳輸。

為控制系統提供實時數據，支持決策和調整控制策略。

提高系統的準確性和可靠性，減少人為操作誤差。

實現生產過程的自動化和智能化。

解題思路：

首先明確傳感器在自動化控制系統中的位置和作用，然后從檢測、轉換、數據提供和系統功能提升等方面進行闡述。

2.PLC與繼電器控制系統的區別有哪些？

答案：

PLC（可編程邏輯控制器）與繼電器控制系統的區別主要體現在以下幾個方面：

結構上：PLC采用微處理器和存儲器，而繼電器控制系統主要由繼電器、接觸器等硬件組成。

可編程性：PLC具有可編程邏輯，可以通過編程改變控制邏輯，而繼電器控制系統一旦安裝配置完畢，其控制邏輯固定。

擴展性：PLC易于擴展，可以通過模塊化設計增加輸入輸出點，而繼電器控制系統擴展性較差。

抗干擾性：PLC具有較強的抗干擾能力，而繼電器控制系統易受電磁干擾。

成本：PLC系統初期投資較高，但長期運行成本較低，繼電器控制系統初期投資較低，但維護成本較高。

解題思路：

對比兩種系統的結構、可編程性、擴展性、抗干擾性和成本等方面，分析其差異。

3.簡述串行通信與并行通信的特點。

答案：

串行通信與并行通信的特點

串行通信：

數據按位順序傳輸，一位一位地傳遞。

傳輸速率較慢，但線路占用少。

適用于遠距離通信。

抗干擾能力強。

并行通信：

數據多位同時傳輸，每位數據通過獨立的線路傳遞。

傳輸速率快，但線路占用多。

適用于近距離通信。

抗干擾能力相對較弱。

解題思路：

從數據傳輸方式、傳輸速率、適用范圍和抗干擾能力等方面對比串行通信和并行通信的特點。

4.解釋PID控制器的工作原理。

答案：

PID控制器是一種常用的工業控制算法，其工作原理

P（比例）：根據當前誤差值與設定值的差值進行控制，誤差越大，控制作用越強。

I（積分）：根據誤差值隨時間的積分進行控制，消除穩態誤差。

D（微分）：根據誤差值的微分進行控制，預測誤差的變化趨勢，提前進行控制。

解題思路：

解釋PID控制器的三個組成部分（比例、積分、微分）及其在控制過程中的作用。

5.工業自動化控制系統的調試過程中需要注意哪些問題？

答案：

工業自動化控制系統的調試過程中需要注意以下問題：

系統硬件的檢查和確認，保證各個部件正常工作。

軟件程序的檢查，保證程序邏輯正確，無語法錯誤。

系統參數的設置，根據實際需求調整參數，使系統穩定運行。

系統的聯調，保證各個模塊之間能夠正常通信和協同工作。

故障排除，及時發覺并解決系統運行中的問題。

安全性檢查，保證系統在各種情況下都能保證操作人員的安全。

解題思路：

從硬件、軟件、參數設置、聯調、故障排除和安全性等方面總結調試過程中需要注意的問題。五、計算題1.壓力變送器比例系數計算

題目描述：一個壓力變送器輸出的420mA電流信號對應的工作壓力范圍是010MPa，求該壓力變送器的比例系數。

2.PLC梯形圖程序編寫

題目描述：設PLC的輸入點為X0，輸出點為Y0，編寫一段梯形圖程序，實現以下邏輯：當X0為高電平時，Y0為低電平；當X0為低電平時，Y0為高電平。

3.位置伺服系統時間計算

題目描述：一個位置伺服系統，當設定值與反饋值之差超過設定值±1%，則系統開始控制執行器移動。已知執行器的速度為0.2mm/s，求系統達到設定值±1%時所需時間。

答案及解題思路：

1.壓力變送器比例系數計算

答案：比例系數=(輸出電流范圍)/(工作壓力范圍)=(20mA4mA)/(10MPa0MPa)=0.016mA/Mpa。

解題思路：首先確定電流信號的變化范圍是4mA到20mA，對應的工作壓力變化范圍是0MPa到10MPa。接著用電流信號的變化范圍除以壓力的變化范圍，得到比例系數。

2.PLC梯形圖程序編寫

答案：梯形圖程序如下（以布爾邏輯表示）：

當X0為高（1）時，Y0為低（0）。

當X0為低（0）時，Y0為高（1）。

解題思路：梯形圖編程基于布爾邏輯，這里使用了X0的取反來控制Y0的狀態。當X0為高時，輸出Y0低；當X0為低時，輸出Y0高。

3.位置伺服系統時間計算

答案：所需時間=設定值×±1%/執行器速度。

解題思路：設定值與反饋值之差的±1%即設定值的±0.01。要達到這個誤差范圍，需要移動的位移量是設定值的±0.01倍。用這個位移量除以執行器的速度，得到系統達到設定值±1%所需的時間。具體計算需知道設定值。六、問答題1.工業自動化控制系統中，常用的傳感器有哪些？它們的工作原理是什么？

傳感器種類：常用的傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、液位傳感器、光電傳感器、接近傳感器、流量傳感器等。

工作原理：

溫度傳感器：利用金屬熱脹冷縮、熱電偶、熱敏電阻等原理檢測溫度。

壓力傳感器：基于彈性元件（如彈簧）的變形原理，通過電阻變化或電容變化轉換成電信號。

位移傳感器：通過測量物體的位移，常見的有電感式、光電式等。

液位傳感器：利用浮標、電容、超聲波等原理檢測液體高度。

光電傳感器：通過光電轉換原理，如光敏電阻、光電二極管等。

接近傳感器：利用電磁感應、電容變化等原理檢測物體是否接近。

流量傳感器：基于渦街、超聲波、電磁等原理檢測流體流量。

2.簡述PLC的程序設計步驟。

步驟：

1.需求分析：明確控制系統需要完成的功能和功能要求。

2.設備選型：根據需求選擇合適的PLC型號和外圍設備。

3.硬件連接：根據PLC的接線圖連接輸入輸出設備。

4.編程：使用PLC編程軟件編寫程序。

5.模擬調試：在軟件環境中進行程序調試。

6.現場調試：將程序到PLC中進行現場調試。

7.試運行：在無干擾的情況下運行系統，驗證系統穩定性。

8.上線運行：系統正式投入生產運行。

3.工業自動化控制系統的安全與防護措施有哪些？

措施：

1.安全隔離：采用電氣、機械或軟件隔離措施，防止誤操作。

2.雙重控制：對于關鍵操作，設置雙重控制機制。

3.故障檢測：安裝故障檢測設備，及時發覺并處理故障。

4.安全認證：實施嚴格的操作人員認證制度。

5.系統監控：對系統進行實時監控，保證系統運行穩定。

6.數據備份：定期備份數據，防止數據丟失。

4.工業自動化控制系統的發展趨勢是什么？

趨勢：

1.網絡化：控制系統將更加網絡化，實現遠程監控和遠程控制。

2.智能化：控制系統將引入人工智能技術，實現更加智能化的控制。

3.精密化：控制系統將向更高精度、更高分辨率發展。

4.集成化：將各種控制功能集成在一個系統中，簡化系統結構。

5.生態化：控制系統將更加注重環保和可持續發展。

5.請列舉幾個工業自動化控制系統應用實例。

實例：

1.制造業：數控機床、控制系統。

2.電力行業：發電廠、變電站自動化控制系統。

3.化工行業：反應釜控制系統、管道輸送控制系統。

4.食品行業：生產流水線控制系統、包裝控制系統。

5.交通運輸：智能交通控制系統、機場自動化控制系統。

答案及解題思路：

1.答