工業(yè)自動化控制原理及實踐練習題集

工業(yè)自動化控制原理及實踐練習題集姓名_________________________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)行機構、傳感器、執(zhí)行器

B.控制器、執(zhí)行機構、傳感器、計算機

C.控制器、執(zhí)行機構、傳感器、電源

D.控制器、執(zhí)行機構、傳感器、網絡

2.PLC編程語言中，梯形圖編程的優(yōu)點是什么？

A.易于理解，編程簡單

B.執(zhí)行速度快，功能優(yōu)良

C.適用于復雜邏輯控制，易于調試

D.支持多語言編程，功能強大

3.傳感器按工作原理可分為哪幾類？

A.電阻型、電容型、電感型、霍爾型

B.磁電型、壓電型、熱電型、光電型

C.霍爾型、光電型、電容型、熱電型

D.磁電型、電感型、霍爾型、熱電型

4.伺服電機的控制方式有哪些？

A.位置控制、速度控制、力矩控制

B.開環(huán)控制、閉環(huán)控制、混合控制

C.直接轉矩控制、矢量控制、PID控制

D.脈沖寬度調制控制、模糊控制、神經網絡控制

5.工業(yè)按照應用領域可以分為哪幾類？

A.鈑金加工、裝配、搬運、焊接、噴漆

B.裝配、搬運、焊接、噴漆、切割

C.搬運、焊接、噴漆、切割、打磨

D.裝配、搬運、噴漆、切割、打磨

6.可編程控制器（PLC）的輸入輸出接口有哪些？

A.輸入接口、輸出接口、模擬接口、通信接口

B.輸入接口、輸出接口、數字接口、模擬接口

C.輸入接口、輸出接口、串行接口、通信接口

D.輸入接口、輸出接口、并行接口、通信接口

7.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的現場總線技術有哪些？

A.CAN總線、Profibus、DeviceNet、Modbus

B.CAN總線、Profibus、DeviceNet、Hart

C.CAN總線、Profibus、ControlNet、Hart

D.CAN總線、DeviceNet、ControlNet、Modbus

8.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的實時操作系統(tǒng)有哪些？

A.VxWorks、RealtimeLinux、WindowsCE、RTThread

B.VxWorks、RealtimeLinux、WinCE、RealTimeJava

C.VxWorks、RealtimeLinux、WindowsCE、RTOS

D.VxWorks、WinCE、RealtimeLinux、RealTimeJava

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)基本組成部分應包括控制器、執(zhí)行機構、傳感器、執(zhí)行器等。

2.答案：A

解題思路：梯形圖編程簡單易理解，便于調試和修改，符合工程師的編程習慣。

3.答案：B

解題思路：傳感器按照工作原理可以分為磁電型、壓電型、熱電型、光電型等。

4.答案：C

解題思路：伺服電機控制方式包括直接轉矩控制、矢量控制、PID控制等。

5.答案：A

解題思路：工業(yè)按照應用領域可以分為鈑金加工、裝配、搬運、焊接、噴漆等。

6.答案：A

解題思路：PLC輸入輸出接口包括輸入接口、輸出接口、模擬接口、通信接口等。

7.答案：A

解題思路：工業(yè)自動化控制系統(tǒng)現場總線技術主要有CAN總線、Profibus、DeviceNet、Modbus等。

8.答案：A

解題思路：實時操作系統(tǒng)包括VxWorks、RealtimeLinux、WindowsCE、RTThread等。二、填空題1.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的傳感器，其作用是______。

檢測與轉換：傳感器能夠將物理量（如溫度、壓力、位移等）轉換為電信號，以便于后續(xù)處理和控制。

2.PLC編程語言中，______是一種結構化編程語言。

結構化文本：結構化文本（ST）是PLC編程語言的一種，它允許用戶使用類似高級編程語言的語法結構來編寫程序。

3.伺服電機在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，主要用于______。

位置和速度控制：伺服電機以其高精度的位置和速度控制而著稱，常用于需要精確運動的場合。

4.工業(yè)按照應用領域可以分為______、______、______等。

裝配、焊接、搬運：這些是工業(yè)最常見的應用類別，分別用于裝配、焊接和搬運等任務。

5.可編程控制器（PLC）的輸入輸出接口包括______、______、______等。

數字輸入/輸出、模擬輸入/輸出、特殊功能接口：PLC通過這些接口與外部設備進行通信和數據處理。

6.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的現場總線技術包括______、______、______等。

FoundationFieldbus、Profibus、CAN總線：這些技術允許現場設備之間的數字通信，提高了系統(tǒng)的互操作性和可靠性。

7.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的實時操作系統(tǒng)包括______、______、______等。

VxWorks、RTLinux、QNX：這些操作系統(tǒng)專為實時應用設計，能夠保證任務的及時執(zhí)行。

答案及解題思路：

答案：

1.檢測與轉換

2.結構化文本

3.位置和速度控制

4.裝配、焊接、搬運

5.數字輸入/輸出、模擬輸入/輸出、特殊功能接口

6.FoundationFieldbus、Profibus、CAN總線

7.VxWorks、RTLinux、QNX

解題思路：

針對每道填空題，首先明確題干中的關鍵詞，如“傳感器”、“PLC編程語言”、“伺服電機”等。

結合工業(yè)自動化控制原理，理解這些設備或技術的功能和應用。

根據所學知識和參考資料，準確填入相應的內容。

對于涉及技術細節(jié)的問題，如操作系統(tǒng)類型，需查閱相關資料或回憶課程內容。

在回答時，保證語言嚴謹，邏輯清晰，并按照題目的格式要求進行排版。三、判斷題1.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的傳感器，其作用是檢測和轉換信號。

正確。

解題思路：傳感器在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中扮演著關鍵角色，其功能主要是檢測工業(yè)過程中的各種物理量（如溫度、壓力、流量等），并將這些非電信號轉換為電信號，以便于后續(xù)的處理和控制。

2.PLC編程語言中，梯形圖編程是一種面向過程的編程語言。

錯誤。

解題思路：梯形圖編程是一種圖形化的編程語言，主要用于可編程控制器（PLC）的編程。它類似于電氣控制圖的梯形圖，但梯形圖編程更多的是一種面向邏輯的編程方式，而不是面向過程。

3.伺服電機在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，主要用于精確位置控制。

正確。

解題思路：伺服電機以其高精度、高速度、高穩(wěn)定性等特點，在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中被廣泛應用于需要對運動進行精確控制和位置反饋的應用中。

4.工業(yè)按照應用領域可以分為工業(yè)、服務、特種等。

正確。

解題思路：工業(yè)根據其應用領域和任務類型，可以分為不同的種類，包括工業(yè)、服務、特種等，每種類型的都有其特定的設計和應用場景。

5.可編程控制器（PLC）的輸入輸出接口包括模擬輸入、模擬輸出、數字輸入、數字輸出等。

正確。

解題思路：PLC的輸入輸出接口是它與外部設備進行信息交換的接口，包括模擬和數字兩種類型，以滿足不同類型的控制需求。

6.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的現場總線技術包括CAN總線、Modbus總線、Profibus總線等。

正確。

解題思路：現場總線技術是工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中實現設備之間通信的重要技術，CAN總線、Modbus總線、Profibus總線等都是常見的現場總線技術。

7.工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的實時操作系統(tǒng)包括VxWorks、RTLinux、QNX等。

正確。

解題思路：實時操作系統(tǒng)（RTOS）是工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中用于支持實時任務處理的操作系統(tǒng)，VxWorks、RTLinux、QNX等都是專門為實時應用設計的操作系統(tǒng)。四、簡答題1.簡述工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的基本組成。

答案：

工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的基本組成包括以下幾個部分：

控制對象：如生產線、設備等，是控制系統(tǒng)作用的對象。

控制器：如PLC、DCS等，負責接收輸入信號，進行邏輯或數學運算，控制信號。

傳感器：用于檢測控制對象的狀態(tài)，并將物理量轉換為電信號。

執(zhí)行器：根據控制器的指令，對控制對象進行操作，如驅動電機、閥門等。

人機界面：用于人與控制系統(tǒng)之間的交互，顯示信息、接收指令等。

解題思路：

本題要求考生熟悉工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的基本組成部分，能夠清晰地描述每個部分的功能和作用。

2.簡述PLC編程語言的特點。

答案：

PLC編程語言的特點包括：

通用性強：適用于各種工業(yè)控制場合。

易于理解和編程：使用類似于工業(yè)流程的語言，易于工程師理解和編程。

可靠性高：具有抗干擾能力強、運行穩(wěn)定等特點。

可擴展性好：可以通過增加模塊來擴展功能。

適應性強：可以適應各種工業(yè)環(huán)境和應用需求。

解題思路：

本題考查考生對PLC編程語言特點的掌握，需要考生能夠列舉并解釋其特點。

3.簡述傳感器的工作原理。

答案：

傳感器的工作原理通?；谝韵聨追N方式：

電磁感應：利用磁場與導體間的相互作用，將物理量轉換為電信號。

光電效應：利用光與物質相互作用，將光信號轉換為電信號。

熱效應：利用溫度變化引起的電阻、電容等物理量的變化，將溫度信號轉換為電信號。

壓電效應：利用材料在受力時產生電荷，將機械信號轉換為電信號。

解題思路：

本題要求考生了解傳感器的工作原理，能夠列舉并簡要說明常見的傳感器工作原理。

4.簡述伺服電機的控制方式。

答案：

伺服電機的控制方式主要有以下幾種：

位置控制：通過設定目標位置，伺服電機根據位置反饋信號調整運動。

速度控制：通過設定目標速度，伺服電機根據速度反饋信號調整轉速。

功率控制：通過設定目標功率，伺服電機根據功率反饋信號調整輸出功率。

電流控制：通過設定目標電流，伺服電機根據電流反饋信號調整電流大小。

解題思路：

本題要求考生掌握伺服電機的控制方式，能夠區(qū)分并解釋不同控制方式的特點。

5.簡述工業(yè)的應用領域。

答案：

工業(yè)的應用領域廣泛，包括但不限于：

自動化裝配：如汽車制造、電子組裝等。

物流搬運：如倉庫、港口等。

檢測與維修：如設備檢測、航空航天維修等。

醫(yī)療輔助：如手術輔助、康復訓練等。

軍事應用：如無人機、導彈發(fā)射等。

解題思路：

本題要求考生了解工業(yè)的應用領域，能夠列舉并簡要說明其在不同領域的應用。

6.簡述可編程控制器（PLC）的輸入輸出接口。

答案：

PLC的輸入輸出接口主要包括：

輸入接口：用于接收傳感器、按鈕等輸入信號。

輸出接口：用于驅動執(zhí)行器、指示燈等輸出信號。

數字輸入輸出接口：用于處理數字信號。

模擬輸入輸出接口：用于處理模擬信號。

解題思路：

本題要求考生了解PLC的輸入輸出接口，能夠區(qū)分并解釋不同接口的功能。

7.簡述工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的現場總線技術。

答案：

現場總線技術是一種用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的通信技術，其主要特點包括：

數字通信：使用數字信號進行通信。

多主從結構：允許多個設備同時通信。

高速傳輸：支持高速數據傳輸。

診斷功能：具有故障診斷和自恢復能力。

靈活性：適用于各種工業(yè)環(huán)境。

解題思路：

本題要求考生了解現場總線技術的基本概念和特點，能夠描述其在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用。五、論述題1.論述工業(yè)自動化控制系統(tǒng)在工業(yè)生產中的應用。

答案：

工業(yè)自動化控制系統(tǒng)在工業(yè)生產中的應用主要體現在以下幾個方面：

提高生產效率：通過自動化控制，可以減少人工操作，提高生產線的速度和準確性。

降低生產成本：自動化控制可以減少能源消耗，降低原材料浪費，從而降低生產成本。

提高產品質量：自動化控制系統(tǒng)可以精確控制生產過程，減少人為誤差，提高產品質量。

保障生產安全：自動化控制可以實時監(jiān)測生產環(huán)境，及時發(fā)覺并處理異常情況，保障生產安全。

解題思路：

首先概述工業(yè)自動化控制系統(tǒng)在工業(yè)生產中的重要性，然后從提高生產效率、降低生產成本、提高產品質量和保障生產安全四個方面進行詳細論述，結合實際案例進行說明。

2.論述PLC編程語言在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用。

答案：

PLC編程語言在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用主要包括：

編寫控制邏輯：PLC編程語言可以編寫復雜的控制邏輯，實現復雜的控制功能。

實時監(jiān)控：通過PLC編程，可以實現實時監(jiān)控生產過程，及時響應生產現場的變化。

數據處理：PLC編程語言可以進行數據處理，如計算、比較、轉換等，以滿足生產需求。

通信功能：PLC編程語言可以實現與其他設備的通信，如人機界面、傳感器等。

解題思路：

首先介紹PLC編程語言在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的基本作用，然后從編寫控制邏輯、實時監(jiān)控、數據處理和通信功能四個方面進行詳細論述，結合實際案例進行說明。

3.論述傳感器在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的作用。

答案：

傳感器在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的作用包括：

檢測生產環(huán)境：傳感器可以檢測溫度、濕度、壓力等生產環(huán)境參數，為控制系統(tǒng)提供實時數據。

監(jiān)測設備狀態(tài)：傳感器可以監(jiān)測設備運行狀態(tài)，如振動、噪音等，及時發(fā)覺設備故障。

控制系統(tǒng)反饋：傳感器將檢測到的數據反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據反饋數據進行調整。

提高生產精度：傳感器可以提高生產過程中的精度，如位置、速度等。

解題思路：

首先說明傳感器在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的重要性，然后從檢測生產環(huán)境、監(jiān)測設備狀態(tài)、控制系統(tǒng)反饋和提高生產精度四個方面進行詳細論述，結合實際案例進行說明。

4.論述伺服電機在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用。

答案：

伺服電機在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用主要體現在：

高精度定位：伺服電機可以實現高精度的定位，滿足工業(yè)生產對精度的高要求。

快速響應：伺服電機具有快速響應的特性，可以滿足生產過程中對速度的要求。

能耗低：伺服電機能耗低，有利于降低生產成本。

適用于復雜環(huán)境：伺服電機可以在復雜的生產環(huán)境中穩(wěn)定運行。

解題思路：

首先介紹伺服電機在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的優(yōu)勢，然后從高精度定位、快速響應、能耗低和適用于復雜環(huán)境四個方面進行詳細論述，結合實際案例進行說明。

5.論述工業(yè)在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用。

答案：

工業(yè)在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用包括：

高重復性作業(yè)：工業(yè)可以完成高重復性的作業(yè)，提高生產效率。

精度高：工業(yè)具有高精度作業(yè)能力，滿足生產對精度的要求。

安全性高：工業(yè)可以替代人工進行危險作業(yè)，提高生產安全性。

靈活性強：工業(yè)可以根據生產需求進行快速調整，適應不同的生產環(huán)境。

解題思路：

首先概述工業(yè)在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的優(yōu)勢，然后從高重復性作業(yè)、精度高、安全性高和靈活性強四個方面進行詳細論述，結合實際案例進行說明。

6.論述可編程控制器（PLC）在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用。

答案：

可編程控制器（PLC）在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用包括：

控制邏輯執(zhí)行：PLC可以執(zhí)行復雜的控制邏輯，實現自動化控制。

數據處理：PLC可以進行數據處理，如計算、比較、轉換等，以滿足生產需求。

人機交互：PLC可以與人機界面進行交互，實現生產過程的監(jiān)控和調整。

系統(tǒng)集成：PLC可以與其他自動化設備進行集成，實現整個生產系統(tǒng)的自動化。

解題思路：

首先介紹PLC在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的基本功能，然后從控制邏輯執(zhí)行、數據處理、人機交互和系統(tǒng)集成四個方面進行詳細論述，結合實際案例進行說明。

7.論述工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的現場總線技術在工業(yè)生產中的應用。

答案：

現場總線技術在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應用主要體現在：

數據傳輸：現場總線技術可以實現高速、可靠的數據傳輸，滿足生產過程中的實時性要求。

系統(tǒng)集成：現場總線技術可以將不同設備連接在一起，實現整個生產系統(tǒng)的集成。

靈活性：現場總線技術具有高度的靈活性，可以適應不同的生產環(huán)境。

成本降低：現場總線技術可以減少電纜的使用，降低系統(tǒng)成本。

解題思路：

首先介紹現場總線技術在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的優(yōu)勢，然后從數據傳輸、系統(tǒng)集成、靈活性和成本降低四個方面進行詳細論述，結合實際案例進行說明。六、計算題1.計算PLC輸入輸出模塊的配置數量。

題目：某生產線需要控制10個輸入信號和20個輸出信號，每個輸入輸出模塊最多支持8個點，請計算所需PLC輸入輸出模塊的數量。

解答：

輸入模塊需求：10個輸入信號/8個點/模塊=1.25模塊，向上取整為2模塊

輸出模塊需求：20個輸出信號/8個點/模塊=2.5模塊，向上取整為3模塊

總需求：2模塊（輸入）3模塊（輸出）=5模塊

2.計算伺服電機的額定功率。

題目：某伺服電機在額定負載下轉速為1500轉/分鐘，扭矩為0.5Nm，轉速為1500轉/分鐘，請計算該伺服電機的額定功率。

解答：

額定功率（P）=扭矩（T）×轉速（n）/9.55

P=0.5Nm×1500轉/分鐘/9.55=78.73W，約等于79W

3.計算工業(yè)的工作速度。

題目：某工業(yè)執(zhí)行器臂長為1米，每秒移動0.2米，請計算該執(zhí)行器臂的工作速度。

解答：

工作速度（v）=移動距離（s）/時間（t）

v=0.2米/秒

4.計算可編程控制器（PLC）的掃描周期。

題目：某PLC的掃描周期由CPU執(zhí)行程序、I/O處理和中斷處理組成，執(zhí)行程序時間為50ms，I/O處理時間為20ms，中斷處理時間為10ms，請計算該PLC的掃描周期。

解答：

掃描周期=執(zhí)行程序時間I/O處理時間中斷處理時間

掃描周期=50ms20ms10ms=80ms

5.計算工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的現場總線傳輸速率。

題目：某工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中使用的現場總線傳輸速率為1000kbps，數據幀長度為500字節(jié)，請計算一個數據幀的傳輸時間。

解答：

傳輸時間（t）=數據幀長度（L）×8/傳輸速率（R）

t=500字節(jié)×8/1000kbps=4ms

6.計算工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的實時操作系統(tǒng)響應時間。

題目：某實時操作系統(tǒng)在處理中斷時的平均響應時間為5ms，中斷頻率為每秒100次，請計算該系統(tǒng)的平均中斷處理時間。

解答：

平均中斷處理時間=總中斷次數/中斷頻率

平均中斷處理時間=5ms×100次/秒=500ms

7.計算工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的傳感器測量誤差。

題目：某溫度傳感器的標稱值為100℃，實際測量值為99.5℃，請計算該傳感器的測量誤差。

解答：

測量誤差=(實際測量值標稱值)/標稱值×100%

測量誤差=(99.5℃100℃)/100℃×100%=0.5%

答案及解題思路：

1.答案：5模塊

解題思路：根據輸入輸出信號數量和每個模塊支持的點數，計算所需模塊數量并向上取整。

2.答案：79W

解題思路：使用功率公式計算扭矩和轉速對應的功率。

3.答案：0.2米/秒

解題思路：根據移動距離和時間計算速度。

4.答案：80ms

解題思路：將執(zhí)行程序、I/O處理和中斷處理時間相加得到總掃描周期。

5.答案：4ms

解題思路：根據數據幀長度和傳輸速率計算傳輸時間。

6.答案：500ms

解題思路：計算中斷處理時間，即中斷次數乘以每次中斷的平均響應時間。

7.答案：0.5%

解題思路：計算實際測量值與標稱值之差占標稱值的百分比。七、應用題1.設計一個簡單的PLC控制程序，實現一個電機啟?？刂?。

【題目】

設計一個PLC控制程序，實現對單臺電機的啟?？刂?。假設電機啟動和停止分別由按鈕I0.0和I0.1控制，啟動信號需延時5秒后電機才能啟動，電機啟動和停止信號分別由Q0.0和Q0.1輸出。

【答案及解題思路】

程序設計采用梯形圖或者指令表編寫。

使用定時器T0，設置其預設值為5秒。

在啟動按鈕I0.0按下時，啟動定時器T0，T0啟動后，若I0.0仍然保持為高電平，則Q0.0輸出高電平，電機啟動。

延時5秒后，T0的當前值達到預設值，T0完成定時，T0的完成位（T0.Q）變?yōu)楦唠娖?，此時Q0.0輸出保持高電平，電機繼續(xù)運行。

停止按鈕I0.1按下時，Q0.0輸出變?yōu)榈碗娖?，電機停止。

2.設計一個工業(yè)搬運工件的程序，實現工件從起點到終點的搬運。

【題目】

設計一個工業(yè)搬運工件的程序，實現工件從起點（坐標（0，0））到終點（坐標（100，100））的搬運。假設由PLC控制，其移動方向由輸入信號決定，速度由參數設置。

【答案及解題思路】

程序設計需要根據運動學原理進行。

設置起始坐標（0，0）和目標坐標（100，100）。

通過輸入信號控制的移動方向（上、下、左、右）。

根據速度參數計算移動時間，使用計時器實現運動控制。

使用坐標值的變化來監(jiān)測的位置變化，直到達到目標坐標。

3.設計一個可編程控制器（PLC）控制系統(tǒng)，實現工業(yè)生產線上的物料輸送。

【題目】

設計一個PLC控制系統(tǒng)，實現對生產線上的物料輸送系統(tǒng)進行控制。系統(tǒng)包含一個輸送帶，輸送帶由電機驅動，啟動/停止由按鈕控制，且輸送帶的運行狀態(tài)