工業(yè)自動化控制原理與技術知識習題集編選

綜合試卷第=PAGE1*2-11頁（共=NUMPAGES1*22頁） 綜合試卷第=PAGE1*22頁（共=NUMPAGES1*22頁）PAGE①姓名所在地區(qū)姓名所在地區(qū)身份證號密封線1.請首先在試卷的標封處填寫您的姓名，身份證號和所在地區(qū)名稱。2.請仔細閱讀各種題目的回答要求，在規(guī)定的位置填寫您的答案。3.不要在試卷上亂涂亂畫，不要在標封區(qū)內(nèi)填寫無關內(nèi)容。一、選擇題1.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的PLC是什么？

A.可編程邏輯控制器

B.工業(yè)計算機

C.伺服電機

D.傳感器

2.以下哪一項不是工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的組成？

A.控制器

B.執(zhí)行機構

C.傳感器

D.電力系統(tǒng)

3.PID控制算法中的P、I、D分別代表什么？

A.比例、積分、微分

B.增量、積分、微分

C.比例、微分、微分

D.積分、比例、微分

4.傳感器按檢測原理可以分為哪幾類？

A.電阻式、電容式、電感式

B.光電式、磁電式、熱電式

C.機械式、氣動式、液壓式

D.半導體式、光纖式、超聲波式

5.伺服電機的特點有哪些？

A.高精度、高速度、高穩(wěn)定性

B.低能耗、低噪音、低振動

C.大功率、高效率、長壽命

D.以上都是

6.以下哪一種不是常見的工業(yè)總線？

A.CAN總線

B.Profibus

C.Modbus

D.USB

7.PLC編程語言中，哪一種不屬于工業(yè)標準？

A.結構化文本（ST）

B.順序功能圖（SFC）

C.邏輯功能圖（LadderDiagram）

D.可編程邏輯（PL）

8.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，哪些設備屬于執(zhí)行機構？

A.電機、閥門、執(zhí)行器

B.傳感器、控制器、執(zhí)行器

C.傳感器、電機、控制器

D.電機、傳感器、閥門

答案及解題思路：

1.答案：A

解題思路：PLC（ProgrammableLogicController）是可編程邏輯控制器的縮寫，是一種用于工業(yè)自動化控制的電子設備。

2.答案：D

解題思路：工業(yè)自動化控制系統(tǒng)通常由控制器、執(zhí)行機構、傳感器等組成，而電力系統(tǒng)屬于電力供應系統(tǒng)，不屬于控制系統(tǒng)本身。

3.答案：A

解題思路：PID控制算法中的P代表比例，I代表積分，D代表微分，這三個參數(shù)共同作用以實現(xiàn)對過程的精確控制。

4.答案：B

解題思路：傳感器按檢測原理可以分為多種類型，如光電式、磁電式、熱電式等，其中光電式傳感器是其中一種。

5.答案：D

解題思路：伺服電機具有高精度、高速度、高穩(wěn)定性、低能耗、低噪音、低振動、大功率、高效率、長壽命等特點。

6.答案：D

解題思路：USB是一種通用串行總線，主要用于計算機外設的連接，不屬于工業(yè)總線。

7.答案：D

解題思路：PLC編程語言中的工業(yè)標準包括結構化文本（ST）、順序功能圖（SFC）、邏輯功能圖（LadderDiagram）等，可編程邏輯（PL）不屬于工業(yè)標準。

8.答案：A

解題思路：執(zhí)行機構是工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的末端執(zhí)行部件，用于將控制信號轉(zhuǎn)換為機械動作，如電機、閥門、執(zhí)行器等。二、填空題1.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的I/O是指輸入/輸出（Input/Output）。

2.在PLC編程中，梯形圖和指令表是兩種常見的編程語言。

3.以下哪一項不是常見的傳感器信號類型？（超聲波信號）

4.伺服電機在控制系統(tǒng)中常用于精確位置控制和速度控制。

5.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，PLC與現(xiàn)場設備之間通常通過通信接口（如RS232、RS485等）進行通信。

6.PID控制算法中，Kp表示比例系數(shù)（ProportionalGain）。

7.傳感器輸出信號與輸入信號之間的關系通常稱為傳感器的轉(zhuǎn)換特性。

8.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的控制器通常包括模擬控制器、數(shù)字控制器和計算機控制器。

答案及解題思路：

1.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的I/O是指______。

答案：輸入/輸出（Input/Output）

解題思路：I/O指的是在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，控制器與外部設備之間的交互，包括輸入信息和輸出指令。

2.在PLC編程中，梯形圖和指令表是兩種常見的______。

答案：編程語言

解題思路：PLC編程語言包括梯形圖、指令表、功能塊圖和結構化文本等，其中梯形圖和指令表是最常用的編程語言。

3.以下哪一項不是常見的傳感器信號類型？（______）

答案：超聲波信號

解題思路：常見的傳感器信號類型有模擬信號和數(shù)字信號，如電壓、電流、頻率等，而超聲波信號不屬于常見的傳感器信號類型。

4.伺服電機在控制系統(tǒng)中常用于______。

答案：精確位置控制和速度控制

解題思路：伺服電機因其高精度、高穩(wěn)定性等特點，常用于需要精確位置控制和速度控制的場合。

5.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，PLC與現(xiàn)場設備之間通常通過______進行通信。

答案：通信接口（如RS232、RS485等）

解題思路：PLC與現(xiàn)場設備之間的通信通常采用標準的通信接口，如RS232、RS485等。

6.PID控制算法中，Kp表示______。

答案：比例系數(shù)（ProportionalGain）

解題思路：Kp是PID控制算法中的比例系數(shù)，用于調(diào)整比例控制作用的強度。

7.傳感器輸出信號與輸入信號之間的關系通常稱為______。

答案：傳感器的轉(zhuǎn)換特性

解題思路：傳感器的轉(zhuǎn)換特性是指傳感器輸出信號與輸入信號之間的對應關系。

8.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的控制器通常包括______。

答案：模擬控制器、數(shù)字控制器和計算機控制器

解題思路：根據(jù)控制器的類型，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的控制器可分為模擬控制器、數(shù)字控制器和計算機控制器。三、判斷題1.PLC程序可以通過編程軟件直接輸入計算機。

答案：正確

解題思路：PLC（可編程邏輯控制器）的程序設計通常通過專用的編程軟件完成，這些軟件能夠?qū)⒂脩艟帉懙某绦虼a輸入計算機，再通過計算機編譯后到PLC中進行執(zhí)行。

2.傳感器輸出信號的質(zhì)量對工業(yè)自動化控制系統(tǒng)功能有很大影響。

答案：正確

解題思路：傳感器的輸出信號是工業(yè)自動化控制系統(tǒng)獲取外部環(huán)境信息的重要來源，信號質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的準確性和可靠性。

3.伺服電機在運行過程中會產(chǎn)生較大的振動。

答案：錯誤

解題思路：伺服電機設計上注重精度和穩(wěn)定性，其運行過程中通常振動較小，以保證設備的正常運行和產(chǎn)品質(zhì)量。

4.工業(yè)總線可以連接多個設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

答案：正確

解題思路：工業(yè)總線是一種數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡，可以連接多個設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸和共享。

5.PID控制算法中的D項表示微分控制。

答案：正確

解題思路：PID控制算法中的P代表比例控制，I代表積分控制，D代表微分控制，用于預測系統(tǒng)未來的變化趨勢。

6.傳感器信號類型分為模擬信號和數(shù)字信號。

答案：正確

解題思路：根據(jù)信號的表示形式，傳感器信號可分為模擬信號和數(shù)字信號，兩者在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中均有廣泛應用。

7.PLC編程中，指令表語言比梯形圖語言更容易理解。

答案：錯誤

解題思路：梯形圖語言是一種圖形化編程語言，直觀易懂，而指令表語言則是基于文本的編程語言，對初學者來說可能較為復雜。

8.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的控制器可以實現(xiàn)實時監(jiān)控和控制。

答案：正確

解題思路：工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的核心是控制器，它能夠?qū)崟r獲取系統(tǒng)狀態(tài)，并根據(jù)預設的控制策略進行實時控制。四、簡答題1.簡述工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的組成。

工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的組成主要包括：傳感器、執(zhí)行器、控制器、執(zhí)行機構、人機界面等。其中，傳感器用于檢測系統(tǒng)狀態(tài)；執(zhí)行器根據(jù)控制器的指令執(zhí)行動作；控制器接收傳感器信號，根據(jù)預設的算法進行決策；執(zhí)行機構根據(jù)控制器的指令實現(xiàn)物理動作；人機界面用于人與系統(tǒng)的交互。

2.傳感器在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的作用是什么？

傳感器在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的作用是實時監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)，將物理量轉(zhuǎn)化為電信號，為控制器提供反饋信息，使控制器能夠根據(jù)實際工作情況做出相應的調(diào)整。

3.簡述伺服電機的特點。

伺服電機具有以下特點：高精度、高速度、高效率、低噪音、響應速度快、控制精度高、可編程性強等。

4.工業(yè)總線有哪些優(yōu)點？

工業(yè)總線具有以下優(yōu)點：提高數(shù)據(jù)傳輸速率、減少電纜數(shù)量、降低成本、提高系統(tǒng)的可靠性和可擴展性、簡化布線工作、降低安裝和維護成本等。

5.PID控制算法的原理是什么？

PID控制算法（比例積分微分）的原理是通過比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)對被控對象進行控制。比例環(huán)節(jié)根據(jù)偏差的大小進行調(diào)節(jié)；積分環(huán)節(jié)根據(jù)偏差的累積進行調(diào)節(jié)；微分環(huán)節(jié)根據(jù)偏差的變化率進行調(diào)節(jié)。

6.傳感器信號類型有哪些？

傳感器信號類型包括模擬信號和數(shù)字信號。模擬信號是連續(xù)變化的信號，如電壓、電流、溫度等；數(shù)字信號是離散的信號，如二進制、BCD碼等。

7.PLC編程中，梯形圖和指令表有何區(qū)別？

梯形圖和指令表是PLC編程的兩種方式。梯形圖以電氣控制電路圖為原型，易于理解和編程，但可能不如指令表高效；指令表使用編程語言進行編程，編程效率高，但不易于理解和調(diào)試。

8.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的控制器有哪些功能？

工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的控制器具有以下功能：接收傳感器信號、進行數(shù)據(jù)處理和算法計算、控制指令、輸出控制信號給執(zhí)行器、實現(xiàn)閉環(huán)控制、進行系統(tǒng)監(jiān)控和維護等。

答案及解題思路：

1.答案：工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的組成包括傳感器、執(zhí)行器、控制器、執(zhí)行機構、人機界面等。

解題思路：根據(jù)工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的基本組成，列舉出各組成部分。

2.答案：傳感器在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的作用是實時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，為控制器提供反饋信息。

解題思路：理解傳感器在控制系統(tǒng)中的作用，分析其在控制過程中的貢獻。

3.答案：伺服電機具有高精度、高速度、高效率、低噪音、響應速度快、控制精度高、可編程性強等特點。

解題思路：總結伺服電機的特點，結合實際應用場景進行說明。

4.答案：工業(yè)總線具有提高數(shù)據(jù)傳輸速率、減少電纜數(shù)量、降低成本、提高系統(tǒng)的可靠性和可擴展性等優(yōu)點。

解題思路：分析工業(yè)總線在系統(tǒng)設計中的優(yōu)勢，結合實際應用效果進行說明。

5.答案：PID控制算法的原理是通過比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)對被控對象進行控制。

解題思路：了解PID控制算法的三個環(huán)節(jié)，分析其在控制過程中的作用。

6.答案：傳感器信號類型包括模擬信號和數(shù)字信號。

解題思路：明確傳感器信號類型的分類，列舉出常見的信號類型。

7.答案：梯形圖和指令表是PLC編程的兩種方式，梯形圖易于理解和編程，指令表編程效率高。

解題思路：比較梯形圖和指令表在PLC編程中的優(yōu)缺點，結合實際應用場景進行說明。

8.答案：工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的控制器具有接收傳感器信號、進行數(shù)據(jù)處理和算法計算、控制指令、輸出控制信號給執(zhí)行器等功能。

解題思路：了解控制器在控制系統(tǒng)中的功能，分析其在系統(tǒng)運行過程中的作用。五、計算題1.某伺服電機額定功率為1.5kW，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，求該電機的額定轉(zhuǎn)矩。

解答：

功率（P）=轉(zhuǎn)矩（T）×角速度（ω）

角速度（ω）=2π×轉(zhuǎn)速（n）/60（單位：rad/s）

P=1.5kW=1500W

n=1000r/min=1000/60rad/s≈16.67rad/s

T=P/ω=1500W/(16.67rad/s)≈90Nm

答案：額定轉(zhuǎn)矩約為90Nm。

2.某PID控制算法中，Kp=2，Ki=0.5，Kd=0.1，求當輸入信號變化率為0.5時，系統(tǒng)輸出變化率。

解答：

PID控制算法的輸出變化率通常不是直接計算出來的，而是根據(jù)具體的控制對象和算法實現(xiàn)。

如果假設輸出變化率與輸入信號變化率成正比，那么輸出變化率=Kp×輸入信號變化率。

輸出變化率=2×0.5=1

答案：系統(tǒng)輸出變化率為1。

3.某工業(yè)總線通信距離為1000m，數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps，求最大數(shù)據(jù)傳輸時間。

解答：

傳輸時間=傳輸距離/傳輸速率

傳輸時間=1000m/1Mbps=1000m/1,000,000m/s=0.001s

答案：最大數(shù)據(jù)傳輸時間為0.001秒。

4.某傳感器輸出信號為05V，輸入信號為010mA，求傳感器的線性度。

解答：

線性度通常是指傳感器輸出與輸入之間的比例關系。

線性度=(最大輸出最小輸出)/(最大輸入最小輸入)

線性度=(5V0V)/(10mA0mA)=5V/10mA=500V/A

答案：傳感器的線性度為500V/A。

5.某伺服電機在負載下的額定轉(zhuǎn)矩為0.5Nm，轉(zhuǎn)速為300r/min，求電機在負載下的額定功率。

解答：

功率（P）=轉(zhuǎn)矩（T）×角速度（ω）

ω=2π×轉(zhuǎn)速（n）/60（單位：rad/s）

T=0.5Nm

n=300r/min=300/60rad/s=5rad/s

P=T×ω=0.5Nm×5rad/s=2.5W

答案：電機在負載下的額定功率為2.5W。

6.某PLC程序中有100個輸入點和50個輸出點，求該程序的最大I/O點數(shù)。

解答：

最大I/O點數(shù)=輸入點數(shù)輸出點數(shù)

最大I/O點數(shù)=10050=150

答案：該程序的最大I/O點數(shù)為150。

7.某傳感器輸出信號為010V，輸入信號為01000g，求傳感器的量程。

解答：

量程=最大輸出最小輸出

量程=10V0V=10V

答案：傳感器的量程為10V。

8.某工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的控制器具有實時監(jiān)控、故障診斷、參數(shù)調(diào)整等功能，請列舉三種以上控制器功能。

解答：

控制器功能列舉：

1.實時監(jiān)控：實時檢測系統(tǒng)狀態(tài)和運行參數(shù)。

2.故障診斷：自動識別和診斷系統(tǒng)故障。

3.參數(shù)調(diào)整：根據(jù)實際運行情況調(diào)整控制器參數(shù)。

4.自適應控制：根據(jù)輸入信號自動調(diào)整輸出控制信號。

5.安全控制：保證系統(tǒng)在異常情況下能安全停機。

答案：實時監(jiān)控、故障診斷、參數(shù)調(diào)整、自適應控制、安全控制。六、應用題1.設計一個簡單的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，包括傳感器、控制器、執(zhí)行機構等。

傳感器：選用溫度傳感器、壓力傳感器等，用于檢測生產(chǎn)過程中的關鍵參數(shù)。

控制器：采用PLC（可編程邏輯控制器）作為核心控制器，實現(xiàn)邏輯控制、定時控制等功能。

執(zhí)行機構：包括電機、閥門、液壓缸等，用于執(zhí)行控制器的指令，如啟動、停止、調(diào)節(jié)等。

2.根據(jù)實際情況，分析某工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的功能優(yōu)化措施。

優(yōu)化傳感器精度，提高檢測數(shù)據(jù)的準確性。

優(yōu)化控制器算法，提高控制響應速度和穩(wěn)定性。

優(yōu)化執(zhí)行機構功能，降低能耗和提高工作效率。

3.某工廠需要對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，請設計一套實時監(jiān)控系統(tǒng)。

采用工業(yè)以太網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸。

設計數(shù)據(jù)采集模塊，實時采集生產(chǎn)過程中的關鍵參數(shù)。

設計監(jiān)控界面，實時顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并提供報警功能。

4.某自動化生產(chǎn)線中，需要實現(xiàn)物料的輸送、分揀和包裝等功能，請設計一套自動化生產(chǎn)線。

輸送系統(tǒng)：采用皮帶輸送機或滾筒輸送機，實現(xiàn)物料的連續(xù)輸送。

分揀系統(tǒng)：采用光電傳感器或重量傳感器，實現(xiàn)物料的自動分揀。

包裝系統(tǒng)：采用自動化包裝機，實現(xiàn)物料的