工业自动化控制练习题及答案解析

工业自动化控制练习题及答案解析姓名_________________________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.下列哪一项不是工业自动化控制系统的主要组成部件？

A.传感器

B.执行器

C.控制器

D.显示屏

E.电力设备

2.下列哪个术语表示将信号从一种形式转换为另一种形式的过程？

A.传输

B.变换

C.检测

D.放大

E.减小

3.下列哪项不是PLC编程语言？

A.LadderDiagram

B.InstructionList

C.StructuredText

D.FunctionBlockDiagram

E.AssemblyLanguage

4.在工业自动化控制系统中，哪一项是用来检测和调整系统运行状态？

A.控制器

B.传感器

C.执行器

D.仪表

E.显示器

5.下列哪个传感器在测量液体压力时最常用？

A.电阻式传感器

B.电容式传感器

C.电感式传感器

D.压力变送器

E.光电传感器

答案及解题思路：

1.答案：E

解题思路：工业自动化控制系统的主要组成部件包括传感器、执行器、控制器和显示屏，而电力设备是支持这些部件运行的基础设施，不属于主要组成部件。

2.答案：B

解题思路：信号变换指的是将信号从一种形式转换为另一种形式的过程，如模拟信号转换为数字信号。传输是信号从一个地方传送到另一个地方的过程。

3.答案：E

解题思路：PLC编程语言包括梯形图（LadderDiagram）、指令列表（InstructionList）、结构化文本（StructuredText）和功能块图（FunctionBlockDiagram），而汇编语言是微处理器编程语言，不属于PLC编程语言。

4.答案：A

解题思路：控制器在工业自动化控制系统中负责检测和调整系统运行状态，根据预设的程序和实时数据来控制执行器的动作。

5.答案：D

解题思路：压力变送器是专门用于测量液体压力的传感器，广泛应用于工业自动化控制系统中。其他类型的传感器可能用于其他类型的测量，但不适用于液体压力的测量。二、填空题1.工业自动化控制系统中，传感器的作用是将被测量的物理量转换为电信号。

2.PLC的输入/输出（I/O）接口通常分为数字输入/输出（DI/DO）和模拟输入/输出（/AO）。

3.串行通信方式通常采用Modbus协议。

4.PID控制器中的P代表比例控制。

5.位置伺服系统主要用于控制机械设备的位置。

答案及解题思路：

答案：

1.物理量

2.数字输入/输出（DI/DO），模拟输入/输出（/AO）

3.Modbus

4.比例

5.位置

解题思路：

1.传感器在工业自动化控制系统中，其主要功能就是将非电物理量（如温度、压力、速度等）转换成电信号，以便于后续处理和分析。

2.PLC的输入/输出接口通常包括数字输入/输出和模拟输入/输出两种，其中数字输入/输出用于处理开关信号，模拟输入/输出用于处理模拟信号。

3.Modbus是广泛应用于串行通信中的一种协议，它可以实现设备间的通信和数据交换。

4.PID控制器由比例（P）、积分（I）、微分（D）三个参数组成，P代表比例控制，即控制器输出的控制信号与被控量的误差成比例关系。

5.位置伺服系统是一种高精度的控制系统，其主要功能是实现对机械设备位置的精确控制。三、判断题1.工业自动化控制系统中的控制器可以同时进行比例、积分、微分控制。（）

2.在模拟量控制系统中，变送器是将传感器输出的模拟信号转换为标准电流或电压信号。（）

3.PLC程序设计采用梯形图时，每个分支最多只能有一个常闭触点。（）

4.工业自动化控制系统的可靠性是指系统能够在规定条件下长期、稳定地运行。（）

5.在工业自动化控制系统中，执行器的功能是将控制器的控制指令转换为被控对象所需的形式。（）

答案及解题思路：

1.正确。工业自动化控制系统中的控制器可以通过PID（比例、积分、微分）控制算法实现对过程的精确控制，三个参数可以根据实际需要进行调整。

解题思路：PID控制算法是工业控制中最常用的算法之一，它结合了比例、积分和微分三个控制作用，通过调整这三个参数的值，可以有效地控制系统的动态和稳态功能。

2.正确。变送器在模拟量控制系统中起到信号转换的作用，将传感器检测到的模拟信号转换为标准化的电流（如420mA）或电压信号（如010V），以便于控制系统进行进一步的加工处理。

解题思路：了解模拟量控制系统的工作原理，变送器作为信号转换的关键部件，其作用是将原始信号转换为标准信号，这是模拟量控制系统设计的基础。

3.错误。PLC程序设计采用梯形图时，每个分支可以包含多个常闭触点。常闭触点的存在是为了实现逻辑“与”的功能，一个分支可以包含多个常闭触点，以满足不同的逻辑控制需求。

解题思路：熟悉PLC梯形图编程规则，了解常闭触点在梯形图中的作用，以及分支中触点的使用限制。

4.正确。工业自动化控制系统的可靠性是指系统能够在规定的环境和使用条件下，连续、稳定地执行预定功能的能力。

解题思路：掌握工业自动化控制系统可靠性的定义，理解系统可靠性对于工业生产的重要性。

5.正确。执行器是工业自动化控制系统中的关键部件，它接收控制器的控制指令，并将其转换为机械动作或电气信号，以驱动被控对象按照预定要求工作。

解题思路：了解执行器在自动化控制系统中的作用，以及它如何将控制指令转化为实际操作。四、简答题1.简述传感器在工业自动化控制系统中的作用。

答案：

传感器在工业自动化控制系统中扮演着的角色，其作用主要包括：

检测环境或设备的状态信息，如温度、压力、流量、位置等。

将非电信号转换为电信号，便于后续处理和传输。

为控制系统提供实时数据，支持决策和调整控制策略。

提高系统的准确性和可靠性，减少人为操作误差。

实现生产过程的自动化和智能化。

解题思路：

首先明确传感器在自动化控制系统中的位置和作用，然后从检测、转换、数据提供和系统功能提升等方面进行阐述。

2.PLC与继电器控制系统的区别有哪些？

答案：

PLC（可编程逻辑控制器）与继电器控制系统的区别主要体现在以下几个方面：

结构上：PLC采用微处理器和存储器，而继电器控制系统主要由继电器、接触器等硬件组成。

可编程性：PLC具有可编程逻辑，可以通过编程改变控制逻辑，而继电器控制系统一旦安装配置完毕，其控制逻辑固定。

扩展性：PLC易于扩展，可以通过模块化设计增加输入输出点，而继电器控制系统扩展性较差。

抗干扰性：PLC具有较强的抗干扰能力，而继电器控制系统易受电磁干扰。

成本：PLC系统初期投资较高，但长期运行成本较低，继电器控制系统初期投资较低，但维护成本较高。

解题思路：

对比两种系统的结构、可编程性、扩展性、抗干扰性和成本等方面，分析其差异。

3.简述串行通信与并行通信的特点。

答案：

串行通信与并行通信的特点

串行通信：

数据按位顺序传输，一位一位地传递。

传输速率较慢，但线路占用少。

适用于远距离通信。

抗干扰能力强。

并行通信：

数据多位同时传输，每位数据通过独立的线路传递。

传输速率快，但线路占用多。

适用于近距离通信。

抗干扰能力相对较弱。

解题思路：

从数据传输方式、传输速率、适用范围和抗干扰能力等方面对比串行通信和并行通信的特点。

4.解释PID控制器的工作原理。

答案：

PID控制器是一种常用的工业控制算法，其工作原理

P（比例）：根据当前误差值与设定值的差值进行控制，误差越大，控制作用越强。

I（积分）：根据误差值随时间的积分进行控制，消除稳态误差。

D（微分）：根据误差值的微分进行控制，预测误差的变化趋势，提前进行控制。

解题思路：

解释PID控制器的三个组成部分（比例、积分、微分）及其在控制过程中的作用。

5.工业自动化控制系统的调试过程中需要注意哪些问题？

答案：

工业自动化控制系统的调试过程中需要注意以下问题：

系统硬件的检查和确认，保证各个部件正常工作。

软件程序的检查，保证程序逻辑正确，无语法错误。

系统参数的设置，根据实际需求调整参数，使系统稳定运行。

系统的联调，保证各个模块之间能够正常通信和协同工作。

故障排除，及时发觉并解决系统运行中的问题。

安全性检查，保证系统在各种情况下都能保证操作人员的安全。

解题思路：

从硬件、软件、参数设置、联调、故障排除和安全性等方面总结调试过程中需要注意的问题。五、计算题1.压力变送器比例系数计算

题目描述：一个压力变送器输出的420mA电流信号对应的工作压力范围是010MPa，求该压力变送器的比例系数。

2.PLC梯形图程序编写

题目描述：设PLC的输入点为X0，输出点为Y0，编写一段梯形图程序，实现以下逻辑：当X0为高电平时，Y0为低电平；当X0为低电平时，Y0为高电平。

3.位置伺服系统时间计算

题目描述：一个位置伺服系统，当设定值与反馈值之差超过设定值±1%，则系统开始控制执行器移动。已知执行器的速度为0.2mm/s，求系统达到设定值±1%时所需时间。

答案及解题思路：

1.压力变送器比例系数计算

答案：比例系数=(输出电流范围)/(工作压力范围)=(20mA4mA)/(10MPa0MPa)=0.016mA/Mpa。

解题思路：首先确定电流信号的变化范围是4mA到20mA，对应的工作压力变化范围是0MPa到10MPa。接着用电流信号的变化范围除以压力的变化范围，得到比例系数。

2.PLC梯形图程序编写

答案：梯形图程序如下（以布尔逻辑表示）：

当X0为高（1）时，Y0为低（0）。

当X0为低（0）时，Y0为高（1）。

解题思路：梯形图编程基于布尔逻辑，这里使用了X0的取反来控制Y0的状态。当X0为高时，输出Y0低；当X0为低时，输出Y0高。

3.位置伺服系统时间计算

答案：所需时间=设定值×±1%/执行器速度。

解题思路：设定值与反馈值之差的±1%即设定值的±0.01。要达到这个误差范围，需要移动的位移量是设定值的±0.01倍。用这个位移量除以执行器的速度，得到系统达到设定值±1%所需的时间。具体计算需知道设定值。六、问答题1.工业自动化控制系统中，常用的传感器有哪些？它们的工作原理是什么？

传感器种类：常用的传感器包括温度传感器、压力传感器、位移传感器、液位传感器、光电传感器、接近传感器、流量传感器等。

工作原理：

温度传感器：利用金属热胀冷缩、热电偶、热敏电阻等原理检测温度。

压力传感器：基于弹性元件（如弹簧）的变形原理，通过电阻变化或电容变化转换成电信号。

位移传感器：通过测量物体的位移，常见的有电感式、光电式等。

液位传感器：利用浮标、电容、超声波等原理检测液体高度。

光电传感器：通过光电转换原理，如光敏电阻、光电二极管等。

接近传感器：利用电磁感应、电容变化等原理检测物体是否接近。

流量传感器：基于涡街、超声波、电磁等原理检测流体流量。

2.简述PLC的程序设计步骤。

步骤：

1.需求分析：明确控制系统需要完成的功能和功能要求。

2.设备选型：根据需求选择合适的PLC型号和外围设备。

3.硬件连接：根据PLC的接线图连接输入输出设备。

4.编程：使用PLC编程软件编写程序。

5.模拟调试：在软件环境中进行程序调试。

6.现场调试：将程序到PLC中进行现场调试。

7.试运行：在无干扰的情况下运行系统，验证系统稳定性。

8.上线运行：系统正式投入生产运行。

3.工业自动化控制系统的安全与防护措施有哪些？

措施：

1.安全隔离：采用电气、机械或软件隔离措施，防止误操作。

2.双重控制：对于关键操作，设置双重控制机制。

3.故障检测：安装故障检测设备，及时发觉并处理故障。

4.安全认证：实施严格的操作人员认证制度。

5.系统监控：对系统进行实时监控，保证系统运行稳定。

6.数据备份：定期备份数据，防止数据丢失。

4.工业自动化控制系统的发展趋势是什么？

趋势：

1.网络化：控制系统将更加网络化，实现远程监控和远程控制。

2.智能化：控制系统将引入人工智能技术，实现更加智能化的控制。

3.精密化：控制系统将向更高精度、更高分辨率发展。

4.集成化：将各种控制功能集成在一个系统中，简化系统结构。

5.生态化：控制系统将更加注重环保和可持续发展。

5.请列举几个工业自动化控制系统应用实例。

实例：

1.制造业：数控机床、控制系统。

2.电力行业：发电厂、变电站自动化控制系统。

3.化工行业：反应釜控制系统、管道输送控制系统。

4.食品行业：生产流水线控制系统、包装控制系统。

5.交通运输：智能交通控制系统、机场自动化控制系统。

答案及解题思路：

1.答