工业自动化控制技术测试题及答案解析

工业自动化控制技术测试题及答案解析姓名_________________________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.工业自动化控制系统的主要功能包括（）。

A.数据采集与处理

B.控制逻辑执行

C.监测与诊断

D.人机交互界面

E.通讯与网络连接

2.以下哪项不属于工业自动化控制系统的组成（）。

A.控制器

B.传感器

C.执行器

D.电源

E.电缆

3.PLC编程的基本指令有哪些（）。

A.MOV（移动）

B.ADD（加法）

C.SUB（减法）

D.AND（与）

E.OR（或）

4.哪种PLC编程语言的语句（）。

A.梯形图（LadderDiagram）

B.指令列表（InstructionList）

C.结构化文本（StructuredText）

D.功能块图（FunctionBlockDiagram）

E.所有选项

5.以下哪种传感器属于模拟量传感器（）。

A.温度传感器

B.位移传感器

C.光电传感器

D.速度传感器

E.触发器

6.哪种传感器属于数字量传感器（）。

A.电压传感器

B.电流传感器

C.光电传感器

D.接近传感器

E.温度传感器

7.哪种执行器（）。

A.电机

B.气缸

C.阀门

D.电磁阀

E.所有选项

8.哪种工业通信协议（）。

A.Modbus

B.Profibus

C.CAN

D.Ethernet/IP

E.所有选项

答案及解题思路：

1.答案：ABCDE

解题思路：工业自动化控制系统需具备数据采集处理、控制逻辑执行、监测与诊断、人机交互界面以及通讯与网络连接等多种功能，以实现自动化控制。

2.答案：E

解题思路：电缆是工业自动化控制系统中的连接组件，不属于控制系统的组成单元。

3.答案：ABCDE

解题思路：PLC编程常用的基本指令包括数据移动（MOV）、算术运算（ADD、SUB）、逻辑运算（AND、OR）等。

4.答案：E

解题思路：PLC编程语言包括梯形图、指令列表、结构化文本、功能块图等多种形式。

5.答案：ABD

解题思路：温度传感器、位移传感器、速度传感器均为模拟量传感器，用于测量连续变化的物理量。

6.答案：CDE

解题思路：光电传感器、接近传感器、触发器通常用于检测离散的信号，属于数字量传感器。

7.答案：E

解题思路：电机、气缸、阀门、电磁阀均为常见的执行器，用于执行控制系统中的动作。

8.答案：E

解题思路：Modbus、Profibus、CAN、Ethernet/IP均为工业通信协议，用于实现设备之间的数据交换。二、填空题1.工业自动化控制系统的基本组成包括：被控对象、控制装置、执行机构等。

2.PLC编程语言主要有梯形图、功能块图、指令列表等。

3.模拟量传感器常见的类型有：温度传感器、压力传感器、流量传感器等。

4.数字量传感器常见的类型有：接近开关、光电开关、限位开关等。

5.执行器常见的类型有：电动阀、伺服电机、步进电机等。

6.常用的工业通信协议有：Modbus、OPC、PROFIBUS等。

答案及解题思路：

1.答案：被控对象、控制装置、执行机构

解题思路：工业自动化控制系统由被控对象（如机械、设备等），用于控制和指令的发出及接收的控制装置（如PLC、DCS等），以及执行控制装置指令的执行机构（如电机、阀门等）三部分组成。

2.答案：梯形图、功能块图、指令列表

解题思路：PLC编程语言是为了方便用户编程和调试而设计的。梯形图模仿了传统的继电器控制电路，功能块图用于表示各种功能模块和它们的相互关系，指令列表则使用类似于汇编语言的指令进行编程。

3.答案：温度传感器、压力传感器、流量传感器

解题思路：模拟量传感器能够将连续变化的物理量（如温度、压力、流量等）转换为电信号。温度传感器用于检测温度，压力传感器用于检测压力，流量传感器用于检测流体流量。

4.答案：接近开关、光电开关、限位开关

解题思路：数字量传感器能够将物理状态（如开关、存在与否等）转换为数字信号。接近开关用于检测物体的接近，光电开关用于检测光的存在或阻断，限位开关用于检测物体的位置。

5.答案：电动阀、伺服电机、步进电机

解题思路：执行器是执行控制指令的设备，能够将控制信号转换为机械动作。电动阀用于控制流体流动，伺服电机用于精确的位置和速度控制，步进电机用于实现精确的位置控制。

6.答案：Modbus、OPC、PROFIBUS

解题思路：工业通信协议是工业设备之间进行数据交换的规则，Modbus是最常用的工业通信协议之一，OPC用于连接自动化系统和应用程序，PROFIBUS是一种高速工业通信网络。三、判断题1.工业自动化控制系统具有高度的可靠性和安全性。（√）

解题思路：工业自动化控制系统在设计时考虑了冗余设计、故障检测与恢复等功能，以保证系统的稳定运行和安全性，因此具有高度的可靠性和安全性。

2.PLC程序在编译过程中会出现语法错误和逻辑错误。（√）

解题思路：PLC（可编程逻辑控制器）程序在编译过程中，如果存在不符合编程语言的语法规则，则会报出语法错误；如果程序逻辑不符合控制要求，则会报出逻辑错误。

3.传感器的作用是将被测物理量转换成电信号。（√）

解题思路：传感器是工业自动化控制系统中的关键部件，其主要功能就是将非电量的物理量（如温度、压力、流量等）转换成电信号，以便于后续的处理和控制。

4.执行器的作用是将电信号转换成被控对象的物理量。（√）

解题思路：执行器是工业自动化控制系统中的执行部件，其主要功能是将控制信号转换为被控对象的物理量（如开关、调节等），从而实现对被控对象的控制。

5.工业自动化控制系统中的通信协议主要用于数据的传输和交换。（√）

解题思路：通信协议是工业自动化控制系统中的基础，其主要目的是保证系统内各设备之间能够正确、高效地进行数据的传输和交换，以保证整个系统的协调运行。四、简答题1.简述工业自动化控制系统的工作原理。

工业自动化控制系统的工作原理通常包括以下几个步骤：

信息采集：通过传感器采集生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等。

信号处理：将采集到的信号进行放大、滤波、转换等处理，使其适合后续的控制逻辑处理。

控制决策：根据预设的控制策略和实时数据，通过控制器（如PLC、DCS等）进行决策。

执行控制：控制器输出控制信号，驱动执行器（如电机、阀门等）进行相应的动作。

反馈调节：执行器动作后，系统会再次采集相关参数，与设定值进行比较，进行闭环控制，以保证生产过程的稳定性和准确性。

2.简述PLC编程的基本步骤。

PLC编程的基本步骤

需求分析：明确控制系统的功能需求，确定输入/输出点。

硬件配置：在PLC编程软件中配置PLC的硬件，包括I/O分配、模块配置等。

程序设计：根据控制逻辑编写梯形图、指令列表或结构化文本等编程语言。

调试：在模拟环境中运行程序，检查逻辑是否正确，并进行必要的调整。

与运行：将程序到PLC中，在实际生产环境中运行测试。

优化与维护：根据运行情况对程序进行优化，并在必要时进行维护。

3.简述传感器的作用及其分类。

传感器的作用是将非电信号转换为电信号，以便于处理和传输。传感器的主要分类包括：

温度传感器：如热电偶、热电阻等，用于测量温度。

压力传感器：如压力变送器，用于测量压力。

流量传感器：如电磁流量计、超声波流量计等，用于测量流体流量。

位移传感器：如电位计、编码器等，用于测量位移。

速度传感器：如测速发电机、磁电式速度传感器等，用于测量速度。

4.简述执行器的作用及其分类。

执行器的作用是将控制信号转换为机械动作，实现对生产过程的控制。执行器的分类包括：

电动执行器：如电动阀门、电动执行器等，通过电机驱动。

气动执行器：如气动阀门、气动执行器等，通过压缩空气驱动。

液压执行器：如液压缸、液压马达等，通过液压油驱动。

电磁执行器：如电磁阀、电磁铁等，通过电磁力驱动。

5.简述工业自动化控制系统中常用的通信协议。

工业自动化控制系统中常用的通信协议包括：

Modbus：广泛应用于工业自动化领域的通信协议，支持多种通信方式。

Profibus：德国工业标准，适用于高速、高可靠性的工业自动化通信。

Profinet：基于以太网的工业自动化通信协议，具有高速、高可靠性的特点。

EtherCAT：高速工业以太网通信协议，支持实时控制应用。

OPC：用于工业自动化领域的对象与嵌入（OLE）技术，实现不同系统之间的数据交换。

答案及解题思路：

1.答案：工业自动化控制系统通过信息采集、信号处理、控制决策、执行控制和反馈调节实现工作。

解题思路：根据工业自动化控制系统的基本构成和工作流程，逐一阐述每个步骤的作用。

2.答案：PLC编程的基本步骤包括需求分析、硬件配置、程序设计、调试、与运行以及优化与维护。

解题思路：结合PLC编程的实际流程，详细描述每个步骤的操作和目的。

3.答案：传感器的作用是将非电信号转换为电信号，分类包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器和速度传感器。

解题思路：理解传感器的基本功能，并根据其测量对象进行分类。

4.答案：执行器的作用是将控制信号转换为机械动作，分类包括电动执行器、气动执行器、液压执行器和电磁执行器。

解题思路：根据执行器的工作原理和驱动方式，进行分类描述。

5.答案：工业自动化控制系统中常用的通信协议包括Modbus、Profibus、Profinet、EtherCAT和OPC。

解题思路：列举常见的工业自动化通信协议，并简要介绍其特点和应用场景。五、应用题1.简单工业自动化控制系统设计

电机启动、停止、正转、反转控制

设计思路：

电机启动：设计一个按钮或者远程控制信号，连接到控制系统的输入接口，当接收到启动信号时，控制系统向电机供电。

电机停止：同样设计一个停止按钮或信号，控制系统在接收到停止信号时切断电机供电。

正转、反转：设计两个控制按钮或信号，控制系统通过控制电机供电的相序来实现电机的正反转。

2.PLC控制程序编写

输入信号高电平输出低电平；低电平输出高电平

程序设计：

使用PLC的继电器逻辑或比较功能模块，编写梯形图或指令列表。

当输入信号（IN）为高电平时，通过逻辑非（NOT）操作得到输出信号（OUT）为低电平。

当输入信号（IN）为低电平时，输出信号（OUT）为高电平。

3.传感器应用场景及特点分析

温度传感器

应用场景：用于监测和控制温度，如工业烤箱、冷库等。

特点：响应速度快，测量精度高，可承受高温或低温。

压力传感器

应用场景：用于监测和控制系统压力，如液压系统、气压系统等。

特点：结构紧凑，灵敏度高，适用于高精度测量。

位移传感器

应用场景：用于测量物体的位移，如的位置控制、机床定位等。

特点：精度高，线性好，可广泛应用于不同位移测量场合。

4.执行器应用场景及特点分析

电磁阀

应用场景：用于控制流体介质的流动，如水、油、气体等。

特点：响应速度快，控制精度高，结构简单。

伺服电机

应用场景：用于需要精确控制转速和位置的场合，如数控机床、等。

特点：高精度控制，快速响应，可精确调整。

步进电机

应用场景：用于需要精确步进控制的场合，如定位、步进打印等。

特点：控制简单，易于实现高精度定位。

5.工业自动化控制系统设计

采集现场数据，并通过通信协议传输到上位机

设计思路：

在现场安装数据采集模块，如数据采集卡或智能传感器。

设计数据采集程序，实现对数据的读取和存储。

使用合适的通信协议（如Modbus、Profibus等），实现上位机与现场设备的数据传输。

答案及解题思路：

1.电机启动、停止、正转、反转控制

解题思路：通过逻辑电路和输入输出接口实现电机控制功能。

2.PLC控制程序编写

解题思路：利用PLC编程语言或梯形图编写程序，实现输入信号与输出信号的逻辑关系。

3.传感器应用场景及特点分析

解题思路：分析各类传感器在不同场景下的应用，并阐述其特点。

4.执行器应用场景及特点分析

解题思路：分析各类执行器在不同场景下的应用，并阐述其特点。

5.工业自动化控制系统设计

解题思路：设计数据采集和通信传输方案，实现现场数据到上位机的实时传输。六、论述题1.请论述工业自动化控制技术在工业生产中的应用及其发展趋势。

答案：

工业自动化控制技术在工业生产中的应用广泛，包括但不限于以下几个方面：

提高生产效率：通过自动化控制，可以减少人工操作，提高生产速度和精度。

保障产品质量：自动化控制系统能够精确控制生产过程，减少人为因素导致的次品率。

降低劳动强度：自动化减少了工人重复性高强度的体力劳动，改善了工作环境。

节能降耗：自动化控制系统可以实现能源的高效利用，降低生产成本。

发展趋势包括：

高度集成化：集成更多的功能模块，减少设备体积和复杂度。

智能化：利用人工智能、大数据等技术实现更智能的决策和优化。

网络化：通过互联网实现远程监控和控制，提高系统的灵活性和适应性。

可持续化：更加注重环保和资源的可持续利用。

解题思路：

首先概述工业自动化控制技术在工业生产中的应用，然后分别从提高效率、保障质量、降低劳动强度和节能降耗等方面进行详细阐述。总结当前的发展趋势，并分析其技术特点。

2.请论述PLC编程语言在工业自动化控制系统中的作用及其特点。

答案：

PLC编程语言在工业自动化控制系统中扮演着核心角色，其主要作用包括：

控制逻辑编写：通过编程实现设备的启动、停止、运行参数调整等功能。

人机交互：通过编程实现操作界面，方便用户对系统进行监控和操作。

故障诊断：编程中包含的监控代码有助于实时诊断系统故障。

PLC编程语言的特点有：

结构化：程序结构清晰，易于维护和扩展。

可读性强：使用标准的编程语言，如梯形图、指令列表等，便于理解和学习。

实时性：能够满足工业现场对实时响应的要求。

可移植性：程序可以在不同的PLC平台上运行。

解题思路：

首先阐述PLC编程语言在控制系统中的作用，然后列举其主要特点，结合实际应用场景进行解释。

3.请论述传感器在工业自动化控制系统中的应用及其重要性。

答案：

传感器在工业自动化控制系统中的应用极为广泛，其主要应用包括：

检测物理量：如温度、压力、流量等，为控制系统提供实时数据。

控制执行：根据检测到的数据，控制执行器的动作，实现精确控制。

保护系统：在参数超出设定范围时，传感器可以发出警报，保护设备和人员安全。

传感器的重要性体现在：

提高控制精度：通过实时检测，保证控制过程精确无误。

增强系统可靠性：传感器是控制系统的基础，其功能直接影响到系统的稳定性。

提高自动化水平：传感器的应用使得自动化控制系统更加智能和高效。

解题思路：

首先描述传感器在控制系统中的应用，然后阐述其重要性，结合实际案例说明传感器的关键作用。

4.请论述执行器在工业自动化控制系统中的作用及其分类。

答案：

执行器在工业自动化控制系统中负责执行控制命令，其作用包括：

动力输出：将控制信号转换为机械运动，如开关阀门、启动电机等。

调节控制：通过调节执行器的输出，实现对生产过程的精确控制。

执行器的分类包括：

电动执行器：如电机、电磁阀等。

液压执行器：如液压缸、液压马达等。

气动执行器：如气缸、气动阀等。

解题思路：

首先阐述执行器在控制系统中的作用，然后根据动力源的不同，分类介绍执行器，并简要说明各类执行器的应用特点。

5.请论述工业自动化控制系统中通信协议的重要性及其常用协议。

答案：

通信协议在工业自动化控制系统中，其重要性体现在：

保证数据传输的可靠性：通过协议规定，保证数据传输的准确性和完整性。

促进设备互联：通信协议使得不同设备之间能够顺畅地进行数据交换和协同工作。

提高系统响应速度：快速响应的通信协议可以减少系统响应时间，提高生产效率。

常用协议包括：

Modbus：广泛应用于工业自动化领域，支持多种通信模式和协议。

Profibus：主要用于高速数据传输，适用于复杂的生产线。

OPC（开放过程控制）：实现不同厂商设备间的数据交换和通信。

解题思路：

首先说明通信协议的重要性，然后列举几个常用的工业自动化控制系统中的通信协议，并简要介绍其特点和适用范围。七、实验题1.实验一：使用温度传感器采集环境温度，并通过PLC程序实现温度显示和控制。

实验题目：

设计并实现一个基于PLC的温度监控系统，要求系统能够实时采集环境温度，并通过显示屏显示温度值。

设计控制策略，当环境温度超过预设阈值时，自动启动冷却设备进行降温，低于阈值时停止冷却。

实验步骤：

1.1连接温度传感器到PLC的输入端口。

1.2编写PLC程序，实现温度数据的采集和显示。

1.3设置温度阈值，并设计相应的控制逻辑。

1.4连接冷却设备到PLC的输出端口，实现自动控制。

1.实验题目答案：

答案：成功连接温度传感器并采集数据，实现了温度显示和控制。

解题思路：首先确定传感器类型和PLC的兼容性，然后编写程序读取温度数据，设置显示界面，最后根据阈值编写控制逻辑。

2.实验二：使用位移传感器采集物体的位移，并通过PLC程序实现位移显示和控制。

实验题目：

设计一个PLC控制的位移监控系统，能够采集物体的位移信息，并在显示屏上显示位移值。

当物体位移超过设定范围时，通过PLC控制执行机构进行位移调整。

实验步骤：

2.1连接位移传感器到PLC的输入端口。

2.2编写PLC程序，实现位移数据的采集和显示