工业自动化技术选型及实施方案测试卷

工业自动化技术选型及实施方案测试卷姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.工业自动化技术选型原则有哪些？

A.经济性

B.可靠性

C.先进性

D.适应性

E.易于维护

2.伺服电机和步进电机的区别是什么？

A.伺服电机是闭环控制系统，步进电机是开环控制系统

B.伺服电机可以实现精确的位置控制，步进电机精度相对较低

C.伺服电机转速较慢，步进电机转速较快

D.伺服电机价格较高，步进电机价格较低

3.PLC编程语言中，常用的输入/输出指令有哪些？

A.MOVB

B.MOVW

C.MOVK

D.SET

E.RESET

4.工业按照工作环境分类，哪些类型适用于高温环境？

A.气候型

B.高温型

C.防尘型

D.防爆型

E.洗涤型

5.常见的传感器有哪几种类型？

A.温度传感器

B.压力传感器

C.光电传感器

D.位移传感器

E.速度传感器

6.哪些属于现场总线技术？

A.CAN

B.Profibus

C.Modbus

D.Fieldbus

E.TCP/IP

7.哪些属于工业以太网技术？

A.EtherCAT

B.PROFINET

C.EtherNet/IP

D.Modbus/TCP

E.OPCUA

8.在工业自动化领域，以下哪项不属于电气控制系统？

A.传感器

B.执行器

C.PLC

D.HMI

E.数据库

9.哪些属于现场控制层？

A.传感器

B.执行器

C.PLC

D.HMI

E.数据库

10.哪些属于企业层？

A.企业资源计划（ERP）

B.客户关系管理（CRM）

C.数据仓库

D.工业互联网平台

E.管理信息系统（MIS）

答案及解题思路：

1.A、B、C、D、E

解题思路：工业自动化技术选型原则包括经济性、可靠性、先进性、适应性和易于维护。

2.A、B

解题思路：伺服电机和步进电机的区别主要在于闭环和开环控制系统，以及精确的位置控制。

3.A、B、C、D

解题思路：PLC编程语言中常用的输入/输出指令有MOVB、MOVW、MOVK、SET和RESET。

4.B

解题思路：高温环境适用于高温型的工业。

5.A、B、C、D、E

解题思路：常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光电传感器、位移传感器和速度传感器。

6.A、B、C、D

解题思路：现场总线技术包括CAN、Profibus、Modbus、Fieldbus和TCP/IP。

7.A、B、C、D

解题思路：工业以太网技术包括EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP、Modbus/TCP和OPCUA。

8.E

解题思路：在工业自动化领域，数据库不属于电气控制系统。

9.A、B、C、D

解题思路：现场控制层包括传感器、执行器、PLC、HMI和数据库。

10.A、B、C、D

解题思路：企业层包括企业资源计划（ERP）、客户关系管理（CRM）、数据仓库、工业互联网平台和管理信息系统（MIS）。二、填空题1.工业自动化系统的基本组成包括检测系统、执行系统、控制系统和人机界面。

2.PLC编程语言分为梯形图（LadderDiagram，LD）和指令列表（InstructionList，IL）两种。

3.工业自动化控制系统按照控制方式可分为开环控制系统、闭环控制系统和自适应控制系统。

4.哪种类型的传感器适用于测量液位？液位传感器

5.哪种类型的传感器适用于测量压力？压力传感器

6.哪种类型的传感器适用于测量流量？流量传感器

7.哪种类型的传感器适用于测量温度？温度传感器

8.哪种类型的传感器适用于测量速度？速度传感器

答案及解题思路：

答案：

1.检测系统、执行系统、控制系统、人机界面

2.梯形图（LD）、指令列表（IL）

3.开环控制系统、闭环控制系统、自适应控制系统

4.液位传感器

5.压力传感器

6.流量传感器

7.温度传感器

8.速度传感器

解题思路内容：

1.工业自动化系统的基本组成是工业自动化系统正常运行的基石，检测系统用于收集信息，执行系统用于执行操作，控制系统用于决策和指令发送，人机界面则用于人与系统交互。

2.PLC编程语言的选择取决于应用的需求和编程者的熟悉程度，梯形图直观易懂，指令列表则更接近于机器语言。

3.控制系统的分类基于其控制方式的不同，开环系统无反馈，闭环系统有反馈用于调整，自适应控制系统能够根据环境变化自动调整参数。

4.液位传感器通常用于测量液体的高度，例如超声波液位传感器、浮球液位传感器等。

5.压力传感器用于测量压力，常见的有压力变送器、压力开关等。

6.流量传感器用于测量流体通过管道的体积或质量流量，常见的有涡街流量计、电磁流量计等。

7.温度传感器用于测量温度，常见的有热电偶、热电阻等。

8.速度传感器用于测量物体的运动速度，常见的有转速传感器、速度传感器等。三、判断题1.工业自动化系统的主要目的是提高生产效率。

答案：正确

解题思路：工业自动化系统的核心目的是通过自动化技术减少人力依赖，提高生产效率和产品质量，降低生产成本。

2.伺服电机比步进电机具有更高的精度。

答案：正确

解题思路：伺服电机采用闭环控制系统，可以精确控制速度和位置，而步进电机虽然定位精度高，但速度和动态响应能力相对较低。

3.PLC编程语言中的功能块指令用于完成特定的功能。

答案：正确

解题思路：功能块指令是PLC编程语言中的一种结构，它们通常用于执行特定的控制任务，如计数、计时或数据转换等。

4.工业适用于代替人工完成重复性高、劳动强度大的工作。

答案：正确

解题思路：工业的设计初衷就是为了完成重复性高、劳动强度大的任务，它们可以精确执行预定的程序，提高生产效率和安全性。

5.传感器信号通常需要经过调理才能被控制系统识别。

答案：正确

解题思路：传感器输出的信号可能包含噪声或不适合控制系统处理的信号，因此需要通过调理电路将其转换为适合控制器处理的形式。

6.现场总线技术可以实现多台设备之间的数据交换。

答案：正确

解题思路：现场总线是一种数字化、多点通信的通信技术，它允许连接在总线上的多台设备之间进行高速数据交换。

7.工业以太网技术可以实现高速数据传输。

答案：正确

解题思路：工业以太网是针对工业环境设计的一种以太网，它可以提供高速的数据传输能力，支持实时控制和数据通信。

8.电气控制系统包括电气元件、线路和控制策略。

答案：正确

解题思路：电气控制系统是一个完整的系统，它由电气元件组成，通过合理的线路连接，并运用控制策略实现对设备或过程的自动化控制。四、简答题1.简述工业自动化系统选型的步骤。

解答：

工业自动化系统选型步骤

（1）明确项目需求：分析生产流程，确定自动化系统的功能需求、功能指标和可靠性要求。

（2）调研市场：收集国内外自动化设备供应商信息，了解产品功能、技术特点、价格和售后服务等。

（3）技术评估：对候选设备进行技术评估，包括设备功能、可靠性、兼容性、易用性等。

（4）成本分析：对候选设备进行成本分析，包括设备采购成本、安装成本、维护成本等。

（5）方案比较：综合技术评估和成本分析，比较不同候选方案，确定最佳方案。

（6）签订合同：与供应商签订采购合同，明确设备规格、交货时间、售后服务等。

（7）实施与调试：按照合同要求进行设备安装、调试和试运行，保证系统稳定运行。

2.简述伺服电机和步进电机的应用场景。

解答：

伺服电机和步进电机的应用场景

（1）伺服电机：适用于对精度、速度和位置控制要求较高的场合，如数控机床、自动化生产线等。

（2）步进电机：适用于对精度和速度要求不高，但要求控制简单、成本较低的场合，如步进式机械手、伺服驱动器、步进式电机控制系统等。

3.简述PLC编程语言中定时器指令的作用。

解答：

PLC编程语言中的定时器指令用于实现定时功能，其作用

（1）实现定时任务：定时器指令可以设置定时时间，当定时时间到达时，触发相应的控制动作。

（2）实现延时启动：通过定时器指令，可以控制设备的延时启动，避免设备启动时的冲击和振动。

（3）实现周期性任务：定时器指令可以设置周期时间，实现周期性任务的执行。

4.简述工业的优势。

解答：

工业的优势

（1）提高生产效率：可以24小时不间断工作，提高生产效率。

（2）降低人工成本：可以替代部分人工操作，降低人工成本。

（3）提高产品质量：可以精确控制生产过程，提高产品质量。

（4）改善工作环境：可以替代有害、危险的工作环境，改善员工工作条件。

5.简述传感器的分类及各自的应用场景。

解答：

传感器分类及各自应用场景

（1）温度传感器：应用于温度检测、控制、报警等场合，如空调、冰箱、锅炉等。

（2）压力传感器：应用于压力检测、控制、报警等场合，如液压系统、气压系统等。

（3）流量传感器：应用于流量检测、控制、报警等场合，如水泵、管道等。

（4）位移传感器：应用于位移检测、控制、报警等场合，如机械臂、等。

（5）光电传感器：应用于光电检测、控制、报警等场合，如自动门、光电开关等。

6.简述现场总线技术的主要特点。

解答：

现场总线技术的主要特点

（1）数字化通信：采用数字化通信方式，提高通信速率和可靠性。

（2）开放式系统：支持多种通信协议和设备，实现不同厂商设备的互联互通。

（3）低成本：采用标准化设计，降低系统成本。

（4）高可靠性：采用冗余设计，提高系统可靠性。

（5）易于扩展：可根据需求增加设备，实现系统扩展。

7.简述工业以太网技术的主要特点。

解答：

工业以太网技术的主要特点

（1）高速率：支持高速数据传输，满足工业现场对数据传输速率的要求。

（2）实时性：采用实时通信协议，保证数据传输的实时性。

（3）可靠性：采用冗余设计，提高系统可靠性。

（4）安全性：支持多种安全机制，保障数据传输安全。

（5）易于扩展：可根据需求增加设备，实现系统扩展。五、论述题1.结合实际案例，论述工业自动化系统在提高生产效率方面的作用。

案例：某汽车制造厂采用工业自动化系统改造生产线。

论述：

工业自动化系统通过集成计算机技术、传感器技术、执行器技术等，实现了生产过程的自动化控制。在实际案例中，该汽车制造厂通过引入自动化系统，实现了以下作用：

提高生产效率：自动化系统可以实现高速、连续的生产，减少人工操作，降低生产周期，提高产量。

降低生产成本：自动化系统减少了人工成本，同时通过精确控制减少材料浪费，降低生产成本。

提高产品质量：自动化系统可以保证生产过程的稳定性，减少人为因素导致的误差，提高产品质量。

2.结合实际案例，论述伺服电机在自动化控制系统中的应用。

案例：某食品包装生产线采用伺服电机进行包装。

论述：

伺服电机在自动化控制系统中具有以下应用：

精确控制：伺服电机可以实现精确的位置、速度和转矩控制，满足自动化生产对高精度控制的需求。

高效运行：伺服电机具有高效率、低噪音的特点，提高生产线的运行效率。

适应性强：伺服电机可以适应不同负载和速度变化，满足多样化生产需求。

3.结合实际案例，论述PLC编程语言在自动化控制系统中的应用。

案例：某饮料生产线采用PLC编程语言实现自动化控制。

论述：

PLC编程语言在自动化控制系统中的应用

编程简单：PLC编程语言具有丰富的指令集和简单的编程结构，易于理解和编程。

易于调试：PLC编程语言具有直观的编程界面和调试工具，便于快速定位和解决问题。

可靠性高：PLC编程语言具有较高的抗干扰能力和稳定性，保证生产线的正常运行。

4.结合实际案例，论述工业在自动化控制系统中的应用。

案例：某电子产品生产线采用工业进行组装。

论述：

工业在自动化控制系统中的应用

提高生产效率：工业可以替代人工进行重复性、高强度的工作，提高生产效率。

降低人工成本：工业可以减少对人工的依赖，降低人工成本。

提高产品质量：工业具有高精度、稳定性，保证产品质量。

5.结合实际案例，论述传感器在自动化控制系统中的应用。

案例：某化工生产线采用传感器进行温度、压力等参数的监测。

论述：

传感器在自动化控制系统中的应用

实时监测：传感器可以实时监测生产过程中的关键参数，为控制系统提供实时数据。

预警预防：传感器可以及时发觉异常情况，发出预警信号，预防发生。

提高生产稳定性：传感器可以帮助控制系统实时调整生产参数，提高生产稳定性。

6.结合实际案例，论述现场总线技术在自动化控制系统中的应用。

案例：某石油化工企业采用现场总线技术实现生产过程监控。

论述：

现场总线技术在自动化控制系统中的应用

降低布线成本：现场总线技术可以减少布线工作量，降低布线成本。

提高通信速度：现场总线技术可以实现高速、可靠的通信，提高系统响应速度。

易于扩展：现场总线技术具有良好的扩展性，便于系统升级和扩展。

7.结合实际案例，论述工业以太网技术在自动化控制系统中的应用。

案例：某智能工厂采用工业以太网技术实现生产数据传输。

论述：

工业以太网技术在自动化控制系统中的应用

高速传输：工业以太网技术可以实现高速、可靠的数据传输，满足大数据量传输需求。

易于集成：工业以太网技术可以方便地与其他自动化设备进行集成，提高系统兼容性。

降低成本：工业以太网技术可以降低系统建设成本，提高经济效益。

答案及解题思路：

1.答案：工业自动化系统在提高生产效率方面的作用包括提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量等。解题思路：通过分析实际案例，阐述工业自动化系统在生产过程中的应用和优势。

2.答案：伺服电机在自动化控制系统中的应用包括精确控制、高效运行、适应性强等。解题思路：结合实际案例，说明伺服电机在自动化控制系统中的作用和特点。

3.答案：PLC编程语言在自动化控制系统中的应用包括编程简单、易于调试、可靠性高。解题思路：通过分析实际案例，阐述PLC编程语言在自动化控制系统中的应用和优势。

4.答案：工业在自动化控制系统中的应用包括提高生产效率、降低人工成本、提高产品质量等。解题思路：结合实际案例，说明工业在自动化控制系统中的作用和特点。

5.答案：传感器在自动化控制系统中的应用包括实时监测、预警预防、提高生产稳定性。解题思路：通过分析实际案例，阐述传感器在自动化控制系统中的应用和优势。

6.答案：现场总线技术在自动化控制系统中的应用包括降低布线成本、提高通信速度、易于扩展。解题思路：结合实际案例，说明现场总线技术在自动化控制系统中的应用和优势。

7.答案：工业以太网技术在自动化控制系统中的应用包括高速传输、易于集成、降低成本。解题思路：通过分析实际案例，阐述工业以太网技术在自动化控制系统中的应用和优势。六、案例分析题1.案例分析：某工厂生产线改造，需要选用合适的工业自动化控制系统。

题目：

某工厂现有生产线因技术落后，效率低下，计划进行改造。工厂生产的产品为精密电子组件，对控制系统的稳定性、精度和实时性要求较高。请根据以下信息，选择合适的工业自动化控制系统：

生产线每天运行时间约16小时，需保证连续稳定运行。

控制系统需具备多任务处理能力，能够同时控制多个设备。

系统应具备良好的扩展性，以便未来增加新的功能。

控制系统需支持远程监控和维护。

选择合适的工业自动化控制系统，并说明理由。

答案：

选择SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition，监控与数据采集）系统。

解题思路：

SCADA系统适合于复杂的生产线改造，因为它能够满足以下要求：

稳定性和连续性：SCADA系统通常设计用于长期稳定运行，适用于16小时连续运行的工厂。

多任务处理能力：SCADA系统可以同时控制多个设备，适合多设备生产线。

扩展性：SCADA系统具有良好的模块化设计，便于未来扩展。

远程监控和维护：SCADA系统支持远程访问，便于远程监控和维护。

2.案例分析：某工厂需要为生产线增加一条自动化生产线，请选择合适的工业。

题目：

某工厂计划为现有生产线增加一条自动化生产线，主要用于组装小型电子元件。生产线环境较为宽敞，对移动速度有一定要求。请根据以下信息，选择合适的工业：

需具备6自由度，以适应不同角度的组装需求。

移动速度需达到0.5米/秒，以满足生产效率要求。

应具备视觉识别功能，以辅助定位和组装。

需具备一定的安全防护功能，保证操作人员安全。

选择合适的工业，并说明理由。

答案：

选择ABBIRB660。

解题思路：

ABBIRB660适合于小型电子元件的组装，因为它满足以下要求：

6自由度：能够适应各种组装角度和位置。

高移动速度：0.5米/秒的速度满足生产效率要求。

视觉识别功能：具备视觉系统，可以辅助定位和组装。

安全防护：ABB具备良好的安全防护设计，保证操作人员安全。

3.案例分析：某工厂需要进行温度控制，请选择合适的传感器。

题目：

某工厂在生产过程中需要对温度进行精确控制，以保证产品质量。温度控制范围在200°C至500°C之间，要求传感器具有以下特性：

精确度：±0.5°C。

灵敏度：能够快速响应温度变化。

耐高温：能够在高温环境下稳定工作。

易于安装和维护。

选择合适的传感器，并说明理由。

答案：

选择K型热电偶传感器。

解题思路：

K型热电偶传感器适合高温环境下的温度控制，因为它满足以下要求：

精确度和灵敏度：K型热电偶具有±0.5°C的精确度和良好的灵敏度。

耐高温：K型热电偶能够在200°C至500°C的高温环境下稳定工作。

易于安装和维护：K型热电偶安装简单，维护方便。

4.案例分析：某工厂需要进行数据传输，请选择合适的现场总线技术。

题目：

某工厂需要进行生产线设备之间的数据传输，要求数据传输速率高、可靠性好、抗干扰能力强。请根据以下信息，选择合适的现场总线技术：

数据传输速率需达到1Mbps以上。

抗干扰能力需强，适应电磁干扰环境。

易于安装和维护。

兼容性良好，能够与多种设备兼容。

选择合适的现场总线技术，并说明理由。

答案：

选择PROFIBUSDP（ProcessFieldBus，过程现场总线）技术。

解题思路：

PROFIBUSDP技术适合于高速、可靠的数据传输，因为它满足以下要求：

高数据传输速率：PROFIBUSDP支持高达12Mbps的数据传输速率。

抗干扰能力强：PROFIBUSDP具有良好的抗干扰功能。

易于安装和维护：PROFIBUSDP安装简单，维护方便。

兼容性良好：PROFIBUSDP兼容性强，能够与多种设备兼容。

5.案例分析：某工厂需要进行高速数据传输，请选择合适的工业以太网技术。

题目：

某工厂需要对生产线进行高速数据传输，以实现实时监控和快速响应。请根据以下信息，选择合适的工业以太网技术：

数据传输速率需达到100Mbps以上。

支持冗余设计，保证数据传输的可靠性。

兼容性良好，能够与多种设备兼容。

具备良好的安全性，防止未授权访问。

选择合适的工业以太网技术，并说明理由。

答案：

选择EtherCAT（EthernetforControlAutomationTechnology，控制自动化以太网）技术。

解题思路：

EtherCAT技术适合于高速数据传输，因为它满足以下要求：

高数据传输速率：EtherCAT支持高达100Mbps的数据传输速率。

支持冗余设计：EtherCAT具备冗余设计，保证数据传输的可靠性。

兼容性良好：EtherCAT兼容性强，能够与多种设备兼容。

安全性：EtherCAT具备良好的安全性，防止未授权访问。七、综合应用题1.设计一个自动化控制系统，实现以下功能：温度控制、压力控制、流量控制。

（1）温度控制设计

题目：设计一个基于PLC的温度控制系统，要求能够对加热炉的温度进行精确控制，设定温度范围为100300℃，精度为±1℃。

解题思路：采用PLC作为控制器，通过温度传感器获取实时温度，与设定温度比较后，通过PID控制算法调整加热器的功率输出，实现温度的精确控制。

（2）压力控制设计

题目：设计一个基于PID控制的空气压缩机压力控制系统，要求系统能够在0.51.5MPa的压力范围内自动调节，响应时间小于5秒。

解题思路：使用压力传感器检测压缩机出口压力，通过PID控制器计算出调节阀的开度，实现对压力的精确控制。

（3）流量控制设计

题目：设计一个液体流量控制系统，要求系统能够在0100L/min的流量范围内进行精确控制，控制精度为±1%。

解题思路：采用电磁流量计检测液体流量，通过调节控制阀的开度，结合PID控制算法，实现对流量的精确控制。

2.设计一个工业控制系统，实现以下功能：路径规划、姿态控制、运动控制。

（1）路径规划设计

题目：设计一个工业的路径规划系统，要求能够在3D空间内自主规划从起点到终点的最优路径，避免障碍物。

解题思路：采用A算法或Dijkstra算法进行路径规划，结合的运动学模型和传感器数据，规划出最优路径。

（2）姿态控制设计

题目：设计一个工业的姿态控制系统，要求系统能够在执行任务时保持预定姿态，姿态误差小于0.1度。

解题思路：利用的视觉系统或惯性测量单元（IMU）获取实时姿态信息，通过PID控制算法调整电机输出，实现姿态的精确控制。

（3）运动控制设计

题目：设计一个工业