工业数据采集技术 吴卓坪 习题及答案 项目1

项目1采集生产线环境参数（远程I/O模块）任务1.1装配生产线环境监测系统功能需求分析【小思考】工业车间为何需要环境监测？答：及时地获取工业车间环境监测的有关信息，把这些信息罗列并整理出来，这样就可以方便有关部门对环境进行更加有效、合理地管理，及时发现环境造成的污染等相关问题，并科学有效地做好预防工作。【任务练习】水污染在线监测系统由哪些子系统组成？答：水质污染在线监测系统由污染因子（COD、氨氮、pH值、流量、悬浮物、浊度、溶解氧等）监测子系统、采样及预处理子系统（采水泵、采水管路、过滤装置、水质自动采样器等）、数据采集与处理子系统、监视传感子系统、监测站房子系统、排放口建设子系统等组成。有毒有害气体监测系统的主要功能是实时监测哪些物质的含量？答：有毒有害气体监测系统的主要功能是实时监测SO2、NOX、CO、O3、PM10、等有毒有害气体含量。任务1.2环境监测传感器选型【小思考】传感器选型是否精度越高越好？答：传感器精度越高价格越高，在满足使用要求的情况下，传感器选型同时要满足成本需求。【任务练习】传感器的分类方式？答：传感器的分类方式主要有：按照工作（检测）原理分类、按照用途（被测物理量）分类、按照结构参数在信号变化过程中是否发生变化分类、按照输出信号的性质分类、按照敏感元件与被测对象之间的能量关系分类、按照构成分类、按照作用分类、按照与被测对象的关联方式分类。传感器的选型依据？答：传感器的选型要从传感器性能指标、硬件接口和信号输出形式、安装方式、成本分析、使用环境五个方面考虑。任务1.3远程I/O模块选型【小思考】现场总线的不足，以及工业以太网发展的必然趋势是什么？答：现场总线是一种连接工厂底层设备的通信网络，它有多种不同的标准和协议，如FF、HART、CAN、PROFIBUS等。现场总线的优点是可以实现分布式控制，降低布线成本，提高数据传输效率和可靠性。但是现场总线也有一些不足，主要有以下几点：现场总线的标准没有统一，导致不同厂商的设备之间难以互联互通。现场总线的通信速率较低，不能满足高速实时性数据通信的需求。现场总线的网络结构较为复杂，需要专业的组态软件和维护软件。现场总线的技术更新较慢，难以适应工业互联网、工业4.0等新兴技术的发展。工业以太网是指在工业环境中应用以太网的相关组件和技术，它采用TCP/IP协议，和IEEE802.3标准兼容。工业以太网的出现是为了解决现场总线的局限性，实现工厂信息网络和控制网络的统一。工业以太网的优点有以下几点：工业以太网可以满足控制系统各个层次的要求，从管理层到自动化底层都可以实现数据存取和交换。工业以太网容易实现网络集成，速度快，开发技术广泛，硬件升级范围广，价格低廉。工业以太网可以利用现有的办公自动化网络设施，降低投资成本和运行成本。工业以太网可以支持多种实时工业以太网协议，如PROFINET、EtherCAT、Powerlink等，提高通信确定性和实时性。综上所述，现场总线和工业以太网各有优缺点，但从发展趋势来看，工业以太网已经成为了主流，并且在不断完善和创新。根据HMS公司的报告，在2020年间，工业以太网的市场份额超过了现场总线，并且还在增长。因此，工业以太网是现场总线发展的必然趋势。【任务练习】说明一体式I/O模块和插片式I/O模块的优缺点，并进行比较？答：一体式I/O模块是指将I/O模块和总线接口集成在一个外壳内，可以直接连接到现场总线网络上，无需额外的适配器或耦合器。插片式I/O模块是指将I/O模块和总线接口分开设计，需要通过适配器或耦合器将I/O模块插入到电路板上，形成一个可扩展的I/O系统。一体式I/O模块和插片式I/O模块各有优缺点，具体如下：一体式I/O模块的优点是结构紧凑，安装方便，占用空间小，适合于现场环境中的分布式安装。一体式I/O模块的缺点是可扩展性差，功能单一，不能满足复杂的信号处理需求。插片式I/O模块的优点是可扩展性强，功能丰富，可以根据不同的信号类型和数量选择合适的I/O模块，并通过电路板实现灵活的信号分配。插片式I/O模块的缺点是结构复杂，安装麻烦，占用空间大，不适合于现场环境中的分布式安装。采用远程I/O系统的优点是什么？答：远程I/O系统具有以下优点。（1）远程I/O模块一般采用通信网络与主控单元进行数据交换，由于采用通信方式传输信号，大大减少了现场的布线面积，不仅节约了成本，而且增加了系统的可靠性，使原来复杂冗余的I/O连线变成单一可靠的通信线；同时减少了干扰，提高了系统的稳定性和检测精度。（2）可在现场设备附近实现模数、数模的转换，使信号在各自的I/O站得到处理，真正实现