工業(yè)自動化控制原理與應用知識大綱

工業(yè)自動化控制原理與應用知識大綱姓名_________________________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(guī)定的位置填寫您的答案。一、選擇題1.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的基本組成包括哪些部分？

A.控制器、執(zhí)行器、傳感器、控制對象

B.電源、計算機、網(wǎng)絡(luò)、操作人員

C.傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)

D.機器視覺系統(tǒng)、工業(yè)、智能識別系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

2.PLC（可編程邏輯控制器）的核心部件是什么？

A.輸入/輸出接口

B.處理器（CPU）

C.通信接口

D.編程器

3.傳感器按工作原理可以分為哪幾類？

A.電阻式、電容式、電感式、光電式

B.溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、位移傳感器

C.熱電式、熱敏電阻式、霍爾效應式、光敏電阻式

D.有線傳感器、無線傳感器、混合式傳感器

4.電動機按用途可以分為哪幾類？

A.交流電動機、直流電動機、特殊電動機

B.通用電動機、專用電動機、微型電動機

C.低壓電動機、高壓電動機、超高壓電動機

D.高速電動機、低速電動機、調(diào)速電動機

5.什么是PID控制？

A.一種通過比例、積分、微分調(diào)節(jié)來控制系統(tǒng)的方法

B.一種通過位置、速度、加速度來控制系統(tǒng)的方法

C.一種通過頻率、波形、相位來控制系統(tǒng)的方法

D.一種通過時間、溫度、壓力來控制系統(tǒng)的方法

6.閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的主要區(qū)別是什么？

A.閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋，開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋

B.閉環(huán)控制系統(tǒng)反應快，開環(huán)控制系統(tǒng)反應慢

C.閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定，開環(huán)控制系統(tǒng)不穩(wěn)定

D.閉環(huán)控制系統(tǒng)復雜，開環(huán)控制系統(tǒng)簡單

7.電氣控制系統(tǒng)按照控制方式可以分為哪幾類？

A.自動控制、手動控制、半自動控制

B.數(shù)字控制、模擬控制、混合控制

C.順序控制、邏輯控制、過程控制

D.單元控制、分布式控制、集中式控制

8.通信網(wǎng)絡(luò)按照通信速率可以分為哪幾類？

A.低速網(wǎng)絡(luò)、中速網(wǎng)絡(luò)、高速網(wǎng)絡(luò)

B.廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)

C.有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、光纖網(wǎng)絡(luò)

D.寬帶網(wǎng)絡(luò)、窄帶網(wǎng)絡(luò)、超寬帶網(wǎng)絡(luò)

答案及解題思路：

1.答案：A

解題思路：工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的基本組成應包括控制器、執(zhí)行器、傳感器以及它們所控制的物理對象。

2.答案：B

解題思路：PLC的核心是其處理器（CPU），它負責執(zhí)行程序和邏輯運算。

3.答案：C

解題思路：傳感器按工作原理分類，熱電式、熱敏電阻式、霍爾效應式、光敏電阻式等都是常見的傳感器類型。

4.答案：A

解題思路：電動機按用途分類，主要分為交流電動機、直流電動機和特殊電動機。

5.答案：A

解題思路：PID控制是一種常見的控制策略，它通過比例、積分、微分三個環(huán)節(jié)來調(diào)節(jié)控制效果。

6.答案：A

解題思路：閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋機制，能夠根據(jù)實際輸出調(diào)整控制，而開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋。

7.答案：A

解題思路：電氣控制系統(tǒng)的控制方式可以分為自動控制、手動控制和半自動控制。

8.答案：A

解題思路：通信網(wǎng)絡(luò)的通信速率是區(qū)分其類型的重要指標，分為低速、中速和高速網(wǎng)絡(luò)。二、填空題1.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)主要由檢測與控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和控制裝置組成。

2.PLC的核心部件是處理單元（CPU）。

3.傳感器按工作原理可以分為物理量傳感器、化學量傳感器和生物量傳感器等。

4.電動機按用途可以分為驅(qū)動電動機、控制電動機和特種電動機等。

5.PID控制是一種反饋控制，它由比例（P）、積分（I）和微分（D）三部分組成。

6.閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的主要區(qū)別在于閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)，能夠根據(jù)輸出進行調(diào)整，而開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋環(huán)節(jié)，無法根據(jù)輸出進行調(diào)整。

7.電氣控制系統(tǒng)按照控制方式可以分為手動控制、自動控制和半自動控制等。

8.通信網(wǎng)絡(luò)按照通信速率可以分為低速網(wǎng)絡(luò)、中速網(wǎng)絡(luò)和高速網(wǎng)絡(luò)等。

答案及解題思路：

1.答案：檢測與控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制裝置

解題思路：工業(yè)自動化控制系統(tǒng)是一個復雜系統(tǒng)，包括檢測系統(tǒng)來獲取信息，執(zhí)行系統(tǒng)來執(zhí)行動作，以及控制裝置來處理和執(zhí)行控制策略。

2.答案：處理單元（CPU）

解題思路：PLC（可編程邏輯控制器）的核心是其CPU，負責執(zhí)行程序和邏輯控制。

3.答案：物理量傳感器、化學量傳感器、生物量傳感器

解題思路：傳感器的分類基于其工作原理，物理量傳感器直接響應物理量，化學量傳感器響應化學變化，生物量傳感器響應生物信號。

4.答案：驅(qū)動電動機、控制電動機、特種電動機

解題思路：電動機按用途分類，不同的電動機設(shè)計用于不同的應用場景。

5.答案：反饋控制、比例（P）、積分（I）、微分（D）

解題思路：PID控制通過比例、積分和微分三個環(huán)節(jié)來調(diào)整控制量，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定和精確控制。

6.答案：閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)，能夠根據(jù)輸出進行調(diào)整，而開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋環(huán)節(jié)，無法根據(jù)輸出進行調(diào)整。

解題思路：閉環(huán)控制系統(tǒng)通過反饋來調(diào)整輸入，以保持輸出穩(wěn)定，而開環(huán)系統(tǒng)沒有這種調(diào)整機制。

7.答案：手動控制、自動控制、半自動控制

解題思路：電氣控制系統(tǒng)的控制方式可以根據(jù)操作者的干預程度來分類。

8.答案：低速網(wǎng)絡(luò)、中速網(wǎng)絡(luò)、高速網(wǎng)絡(luò)

解題思路：通信網(wǎng)絡(luò)的速率決定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋ǔ８鶕?jù)速率來分類。三、判斷題1.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器是指傳感器。

答案：×

解題思路：執(zhí)行器是接受控制器輸出的控制信號，并按控制要求改變被控對象的輸出，從而執(zhí)行控制指令的設(shè)備。傳感器則是檢測被控對象的物理量，并將物理量轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。因此，執(zhí)行器和傳感器是兩種不同的設(shè)備。

2.PLC的輸入輸出接口都是模擬信號。

答案：×

解題思路：PLC（可編程邏輯控制器）的輸入輸出接口既可以是模擬信號，也可以是數(shù)字信號。在實際應用中，根據(jù)控制需求選擇合適的信號類型。

3.傳感器的作用是將非電信號轉(zhuǎn)換為電信號。

答案：√

解題思路：傳感器的基本功能就是檢測被測對象的物理量，并將這些物理量轉(zhuǎn)換為電信號，以便于進一步處理和傳輸。

4.電動機的轉(zhuǎn)速可以通過改變電源頻率來調(diào)節(jié)。

答案：√

解題思路：電動機的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，因此通過改變電源頻率可以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。

5.PID控制可以實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

答案：√

解題思路：PID控制（比例積分微分控制）是一種經(jīng)典的控制算法，通過調(diào)整比例、積分和微分參數(shù)，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

6.閉環(huán)控制系統(tǒng)比開環(huán)控制系統(tǒng)更穩(wěn)定。

答案：√

解題思路：閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)，能夠根據(jù)實際輸出與期望輸出的差異進行實時調(diào)整，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。

7.電氣控制系統(tǒng)按照控制方式可以分為模擬控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)。

答案：√

解題思路：根據(jù)控制方式的不同，電氣控制系統(tǒng)可以分為模擬控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)。模擬控制系統(tǒng)主要采用模擬信號進行控制，而數(shù)字控制系統(tǒng)則采用數(shù)字信號進行控制。

8.通信網(wǎng)絡(luò)按照通信速率可以分為低速網(wǎng)絡(luò)和高速網(wǎng)絡(luò)。

答案：√

解題思路：通信網(wǎng)絡(luò)按照通信速率的不同，可以分為低速網(wǎng)絡(luò)和高速網(wǎng)絡(luò)。低速網(wǎng)絡(luò)主要用于傳輸較小的數(shù)據(jù)量，而高速網(wǎng)絡(luò)則適用于傳輸大量數(shù)據(jù)。四、簡答題1.簡述工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的工作原理。

工業(yè)自動化控制系統(tǒng)通常由傳感器、控制器、執(zhí)行器、人機界面等組成。其工作原理為：傳感器檢測到生產(chǎn)過程中的各種物理量（如溫度、壓力、流量等），將檢測到的信號轉(zhuǎn)換為電信號，控制器根據(jù)預設(shè)的程序?qū)π盘栠M行處理和計算，然后輸出控制信號給執(zhí)行器，執(zhí)行器按照控制信號的動作，對生產(chǎn)過程進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)自動化控制。

2.簡述PLC的工作原理。

PLC（可編程邏輯控制器）的工作原理基于其內(nèi)部程序。當PLC接收到輸入信號時，會根據(jù)預設(shè)的程序?qū)斎胄盘栠M行處理，然后輸出控制信號。PLC的工作原理可以分為輸入處理、邏輯處理和輸出處理三個階段。

3.簡述傳感器在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的作用。

傳感器在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的作用是檢測生產(chǎn)過程中的各種物理量，并將這些物理量轉(zhuǎn)換為電信號，以便控制器進行處理。傳感器是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化和實時監(jiān)控的關(guān)鍵部件。

4.簡述電動機在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用。

電動機在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用非常廣泛，包括驅(qū)動輸送帶、攪拌機、壓縮機等。電動機可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化控制，提高生產(chǎn)效率。

5.簡述PID控制在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用。

PID控制（比例積分微分控制）是一種常用的工業(yè)自動化控制方法。它通過調(diào)節(jié)比例、積分和微分三個參數(shù)，對控制對象的輸出進行調(diào)節(jié)，使輸出信號趨于設(shè)定值。PID控制在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用非常廣泛，如溫度控制、壓力控制等。

6.簡述閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別。

閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別在于反饋環(huán)節(jié)。閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)，能夠根據(jù)輸出信號對控制系統(tǒng)進行調(diào)整，提高控制精度。而開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋環(huán)節(jié)，控制精度較低。

7.簡述電氣控制系統(tǒng)的分類。

電氣控制系統(tǒng)可以根據(jù)控制對象和控制方式的不同進行分類。常見的分類有：繼電器控制系統(tǒng)、可編程邏輯控制器（PLC）控制系統(tǒng)、工業(yè)計算機控制系統(tǒng)等。

8.簡述通信網(wǎng)絡(luò)的分類。

通信網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)傳輸介質(zhì)、拓撲結(jié)構(gòu)、傳輸速率等不同特點進行分類。常見的分類有：有線通信網(wǎng)絡(luò)、無線通信網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)（LAN）、廣域網(wǎng)（WAN）等。

答案及解題思路：

1.答案：工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的工作原理包括傳感器檢測、控制器處理、執(zhí)行器執(zhí)行等環(huán)節(jié)。解題思路：結(jié)合工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的基本組成部分，闡述其工作流程。

2.答案：PLC的工作原理基于內(nèi)部程序，包括輸入處理、邏輯處理和輸出處理三個階段。解題思路：了解PLC的基本組成和工作流程。

3.答案：傳感器在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的作用是檢測生產(chǎn)過程中的物理量，并將信號轉(zhuǎn)換為電信號。解題思路：分析傳感器在控制系統(tǒng)中的作用和重要性。

4.答案：電動機在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用包括驅(qū)動輸送帶、攪拌機、壓縮機等。解題思路：列舉電動機在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用實例。

5.答案：PID控制在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用包括溫度控制、壓力控制等。解題思路：了解PID控制的基本原理和實際應用。

6.答案：閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別在于反饋環(huán)節(jié)。解題思路：對比閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)的特點。

7.答案：電氣控制系統(tǒng)可以分為繼電器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、工業(yè)計算機控制系統(tǒng)等。解題思路：了解不同類型電氣控制系統(tǒng)的特點和適用范圍。

8.答案：通信網(wǎng)絡(luò)可以分為有線通信網(wǎng)絡(luò)、無線通信網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等。解題思路：了解不同類型通信網(wǎng)絡(luò)的特點和分類依據(jù)。五、論述題1.論述工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢包括：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、集成化以及綠色環(huán)保等。

人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)正朝著更加智能化的方向發(fā)展，能夠更好地適應復雜的生產(chǎn)環(huán)境和需求。

網(wǎng)絡(luò)化趨勢使得工業(yè)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)交換，提高生產(chǎn)效率和安全性。

模塊化設(shè)計使系統(tǒng)能夠根據(jù)需要靈活配置，降低了維護成本。

集成化趨勢強調(diào)了控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的無縫對接，提高整體運行效率。

綠色環(huán)保則要求控制系統(tǒng)在實現(xiàn)高效生產(chǎn)的同時減少能源消耗和環(huán)境污染。

2.論述PLC在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用。

PLC（可編程邏輯控制器）在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中扮演著核心角色，其主要應用包括：

邏輯控制：實現(xiàn)生產(chǎn)線上各種邏輯判斷和控制。

定時控制：對生產(chǎn)過程中的時間序列進行精確控制。

算術(shù)運算：進行簡單的數(shù)學運算，如加減乘除等。

數(shù)據(jù)處理：采集、存儲和處理各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

PLC在生產(chǎn)線自動化、設(shè)備監(jiān)控、過程控制等領(lǐng)域有著廣泛的應用。

3.論述傳感器在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的重要性。

傳感器是工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的重要組成部分，其重要性體現(xiàn)在：

實時監(jiān)測：實時檢測生產(chǎn)過程中的各種物理量，如溫度、壓力、流量等。

信息反饋：將檢測到的信息傳遞給控制系統(tǒng)，保證系統(tǒng)做出正確的決策。

調(diào)節(jié)控制：根據(jù)傳感器的反饋信息，調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

安全保障：通過傳感器監(jiān)測生產(chǎn)過程中的潛在危險，預防發(fā)生。

4.論述電動機在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用前景。

電動機在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用前景廣闊，主要體現(xiàn)在：

高效驅(qū)動：電動機可以提供穩(wěn)定的驅(qū)動力量，提高生產(chǎn)效率。

變頻調(diào)速：變頻電動機可以實現(xiàn)精確的調(diào)速控制，適應不同的生產(chǎn)需求。

自動化控制：電動機可以與PLC等自動化設(shè)備結(jié)合，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化控制。

廣泛應用：電動機在制造業(yè)、交通運輸、建筑等多個領(lǐng)域都有廣泛應用前景。

5.論述PID控制在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的優(yōu)勢。

PID（比例積分微分）控制在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的優(yōu)勢包括：

精確控制：PID控制器能夠?qū)崿F(xiàn)精確的閉環(huán)控制，提高生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。

自適應性強：PID參數(shù)可以根據(jù)實際生產(chǎn)需求進行調(diào)整，適應不同工況。

系統(tǒng)穩(wěn)定：PID控制能夠有效抑制系統(tǒng)擾動，提高系統(tǒng)的魯棒性。

廣泛應用：PID控制廣泛應用于各類工業(yè)過程控制，如溫度、壓力、流量等。

6.論述閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的適用范圍