工业自动化控制原理与系统设计试题集萃

工业自动化控制原理与系统设计试题集萃姓名_________________________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.工业自动化控制系统的基本组成包括哪些部分？

A.控制器、执行器、传感器、人机界面

B.传感器、控制器、执行器、网络通信

C.电源、控制器、执行器、人机界面

D.电源、传感器、控制器、传输线路

2.PLC控制系统的基本结构包括哪些？

A.CPU模块、输入模块、输出模块、编程软件

B.CPU模块、存储模块、输入模块、输出模块

C.CPU模块、电源模块、输入模块、输出模块

D.电源模块、输入模块、CPU模块、输出模块

3.传感器按作用原理可以分为哪几类？

A.电阻式、电感式、电容式、磁式

B.电阻式、电感式、电容式、光式

C.电阻式、电感式、电容式、温度式

D.电阻式、电感式、电容式、湿度式

4.执行器的种类有哪些？

A.电磁阀、气缸、电机、液动执行器

B.电磁阀、气缸、电机、气动执行器

C.电磁阀、气缸、电机、液力执行器

D.电磁阀、气缸、电机、液动执行器、液力执行器

5.电气控制系统图主要包括哪些内容？

A.控制器、执行器、传感器、电源、导线

B.控制器、执行器、传感器、电源、元件

C.元件、导线、连接器、开关、保护器

D.元件、导线、连接器、开关、传感器

6.电气控制线路图的主要作用是什么？

A.表明电气系统的连接方式

B.便于设计、安装、调试和维护

C.表明电气元件的规格和参数

D.以上都是

7.电气原理图与电气控制线路图的主要区别是什么？

A.电气原理图表示电气系统的功能，电气控制线路图表示电气系统的连接方式

B.电气原理图表示电气系统的连接方式，电气控制线路图表示电气系统的功能

C.电气原理图表示电气元件的规格和参数，电气控制线路图表示电气系统的连接方式

D.电气原理图表示电气系统的连接方式，电气控制线路图表示电气元件的规格和参数

8.电气控制系统图中的符号表示方法有哪些？

A.元件符号、连接线、电源符号

B.元件符号、连接线、电源符号、保护符号

C.元件符号、连接线、电源符号、保护符号、指示符号

D.元件符号、连接线、电源符号、保护符号、指示符号、地线符号

答案及解题思路：

1.B：工业自动化控制系统的基本组成包括传感器、控制器、执行器、网络通信等部分。

2.A：PLC控制系统的基本结构包括CPU模块、输入模块、输出模块、编程软件等。

3.B：传感器按作用原理可以分为电阻式、电感式、电容式、光式等。

4.B：执行器的种类包括电磁阀、气缸、电机、气动执行器等。

5.A：电气控制系统图主要包括控制器、执行器、传感器、电源、导线等内容。

6.D：电气控制线路图的主要作用是表明电气系统的连接方式，便于设计、安装、调试和维护。

7.A：电气原理图表示电气系统的功能，电气控制线路图表示电气系统的连接方式。

8.C：电气控制系统图中的符号表示方法包括元件符号、连接线、电源符号、保护符号、指示符号等。二、填空题1.工业自动化控制系统主要由检测系统、执行系统、控制系统和反馈系统组成。

2.PLC控制系统主要由输入部分、输出部分、CPU和电源组成。

3.传感器按作用原理分为电磁式、光电式、超声波和热式等。

4.执行器按工作原理分为电动式、气动式、液压式和气动电动式等。

5.电气控制系统图主要包括电气原理图、电气控制线路图、电器布置图和电器安装接线图等。

6.电气原理图与电气控制线路图的主要区别在于作用、目的和内容。

7.电气控制系统图中的符号表示方法主要有文字符号、图形符号、项目符号和组合符号等。

答案及解题思路：

1.答案：检测系统、执行系统、控制系统、反馈系统

解题思路：根据工业自动化控制系统的基本组成，包括对被控对象进行检测的检测系统、驱动被控对象动作的执行系统、对控制过程进行决策的控制系统，以及将执行结果返回给控制系统的反馈系统。

2.答案：输入部分、输出部分、CPU、电源

解题思路：PLC（可编程逻辑控制器）是自动化控制系统的核心，它由输入部分（接收来自外部信号）、输出部分（控制外部设备）、CPU（处理器，执行控制逻辑）和电源（提供系统工作所需的能量）组成。

3.答案：电磁式、光电式、超声波、热式

解题思路：传感器的分类是根据其作用原理，常见的传感器类型有电磁式、光电式、超声波式和热式等。

4.答案：电动式、气动式、液压式、气动电动式

解题思路：执行器是根据工作原理分类的，常见类型有电动式、气动式、液压式和结合气动与电动的气动电动式。

5.答案：电气原理图、电气控制线路图、电器布置图、电器安装接线图

解题思路：电气控制系统图的种类包括描述电气元件间连接关系的电气原理图，描述实际线路的电气控制线路图，表示电器在设备上布置位置的电器布置图，以及展示电器接线方式的电器安装接线图。

6.答案：作用、目的、内容

解题思路：电气原理图主要展示电路的工作原理，电气控制线路图展示电路的实际连接和操作流程，而两者的区别主要体现在其作用、目的和内容上。

7.答案：文字符号、图形符号、项目符号、组合符号

解题思路：电气控制系统图中的符号是标准化和规范化的，常用的符号类型包括文字符号、图形符号、项目符号和组合符号。三、判断题1.工业自动化控制系统是指利用计算机技术和自动化技术实现生产过程的自动控制。

答案：正确

解题思路：工业自动化控制系统是指通过计算机和自动化技术，对工业生产过程进行自动化控制，提高生产效率和产品质量。

2.PLC控制系统是一种可编程逻辑控制器，具有编程灵活、可靠性高、抗干扰能力强等特点。

答案：正确

解题思路：PLC控制系统是一种常用的工业自动化控制设备，其编程灵活、可靠性高、抗干扰能力强等特点使其在工业生产中得到广泛应用。

3.传感器的作用是将非电信号转换为电信号。

答案：正确

解题思路：传感器的作用是将物理量（如温度、压力、流量等）转换成电信号，以便于进行进一步的处理和传输。

4.执行器的作用是将电信号转换为执行机构所需的机械信号。

答案：正确

解题思路：执行器接收电信号，将其转换为执行机构所需的机械运动，从而实现对生产过程的控制。

5.电气控制系统图主要用于电气设备的安装、调试和维护。

答案：正确

解题思路：电气控制系统图详细描述了电气设备之间的连接关系，对于设备的安装、调试和维护具有重要意义。

6.电气原理图与电气控制线路图的主要区别在于电气元件的连接方式。

答案：正确

解题思路：电气原理图侧重于展示电气元件之间的逻辑关系，而电气控制线路图则侧重于展示电气元件的物理连接关系。

7.电气控制系统图中的符号表示方法主要有图形符号、文字符号、字母符号和数字符号。

答案：正确

解题思路：电气控制系统图采用各种符号来表示不同的电气元件和连接方式，包括图形符号、文字符号、字母符号和数字符号等，以便于阅读和理解。四、简答题1.简述工业自动化控制系统的基本组成。

答：工业自动化控制系统的基本组成包括：

输入单元：用于采集生产过程的各种参数和信号。

控制单元：根据输入参数和预设的控制策略进行决策和指令。

执行单元：按照控制单元的指令执行具体的操作。

监测单元：实时监测系统的运行状态，保证系统稳定运行。

人机交互单元：提供人与系统之间的交互界面，用于监控、操作和调试系统。

2.简述PLC控制系统的基本结构。

答：PLC（可编程逻辑控制器）控制系统的基本结构包括：

处理单元（CPU）：执行程序，处理输入输出信号。

输入模块：接收外部输入信号，如按钮、传感器等。

输出模块：将CPU的处理结果输出到外部设备，如电机、电磁阀等。

存储器：存储程序和数据。

电源：为系统提供稳定的电源。

3.简述传感器的分类及其作用。

答：传感器的分类及其作用

温度传感器：测量温度，用于加热、冷却等控制。

位移传感器：测量位移，用于定位、计数等控制。

流量传感器：测量流量，用于液位、流速等控制。

压力传感器：测量压力，用于压力控制。

光电传感器：检测光线变化，用于光控、距离测量等。

4.简述执行器的分类及其作用。

答：执行器的分类及其作用

电机：通过旋转运动实现机械动作。

电磁阀：控制流体介质的通断。

气动阀：控制气体的流动。

液动阀：控制液体的流动。

5.简述电气控制系统图的主要内容。

答：电气控制系统图的主要内容有：

设备的电气符号表示。

电气元件的连接关系。

控制电路的工作原理。

系统的保护和检测措施。

6.简述电气原理图与电气控制线路图的主要区别。

答：电气原理图与电气控制线路图的主要区别在于：

电气原理图展示的是电气元件之间的逻辑关系，而电气控制线路图展示的是电气元件的实际连接方式。

电气原理图通常更抽象，而电气控制线路图更具体。

7.简述电气控制系统图中的符号表示方法。

答：电气控制系统图中的符号表示方法包括：

元件符号：用特定的图形和线条表示电气元件。

连接符号：表示电气元件之间的连接方式。

动作符号：表示电气元件的动作方式和控制要求。

答案及解题思路：

答案：

1.工业自动化控制系统的基本组成如上所述。

2.PLC控制系统的基本结构如上所述。

3.传感器的分类及其作用如上所述。

4.执行器的分类及其作用如上所述。

5.电气控制系统图的主要内容如上所述。

6.电气原理图与电气控制线路图的主要区别如上所述。

7.电气控制系统图中的符号表示方法如上所述。

解题思路：

对于此类简答题，首先根据问题明确要回答的内容点，然后结合所学知识进行简要阐述。解题时注意条理清晰，简洁明了。五、论述题1.论述工业自动化控制系统在工业生产中的应用及其优势。

应用：

提高生产效率：通过自动化控制系统，可以优化生产流程，减少人为错误，提高生产速度。

提高产品质量：自动化控制系统可以实现精确控制，降低产品缺陷率，提高产品质量。

降低生产成本：自动化控制系统减少了人力需求，降低了劳动力成本，同时减少了能源消耗。

提高安全性：自动化控制系统可以监测生产环境，及时预警和响应异常情况，提高生产安全性。

优势：

精确性：自动化控制系统可以实现精确控制，减少误差。

灵活性：可以根据生产需求灵活调整控制策略。

可靠性：自动化控制系统具有较高的稳定性和可靠性。

经济性：长期来看，自动化控制系统可以降低生产成本，提高经济效益。

2.论述PLC控制系统在工业自动化控制中的应用及其特点。

应用：

生产线自动化控制：如自动化装配线、包装线等。

过程控制：如化工、冶金、食品等行业。

机器控制：如数控机床、等。

特点：

可编程性：PLC可以根据不同的生产需求进行编程。

抗干扰性：PLC具有较强的抗干扰能力，适用于恶劣环境。

可靠性：PLC具有较长的使用寿命，可靠性高。

易于扩展：PLC可以根据需求进行模块化扩展。

3.论述传感器在工业自动化控制中的作用及其发展趋势。

作用：

感测生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等。

为控制系统提供实时数据，实现精确控制。

提高生产过程的智能化水平。

发展趋势：

高精度化：传感器精度越来越高，满足更精确控制需求。

智能化：传感器具备数据处理和自主学习能力。

网络化：传感器可以实现远程监控和数据共享。

4.论述执行器在工业自动化控制中的作用及其分类。

作用：

根据控制系统的指令，执行具体的动作，如开关阀门、调节流量等。

实现生产过程的精确控制。

分类：

电动执行器：如电动阀门、电动调节阀等。

液压执行器：如液压阀、液压缸等。

气动执行器：如气动阀、气动执行器等。

5.论述电气控制系统图在电气设备安装、调试和维护中的作用。

作用：

安装：电气控制系统图提供了设备安装位置和连接方式的信息。

调试：根据电气控制系统图，可以对设备进行调试，保证其正常工作。

维护：电气控制系统图有助于快速定位故障点，提高维护效率。

6.论述电气原理图与电气控制线路图在电气设计中的应用及其区别。

应用：

电气原理图：主要用于电气设备的原理设计和分析。

电气控制线路图：主要用于电气设备的控制设计和实施。

区别：

电气原理图侧重于设备的电气原理和功能，而电气控制线路图侧重于设备的电气连接和控制逻辑。

电气原理图通常较为简单，而电气控制线路图则较为复杂。

7.论述电气控制系统图中的符号表示方法在电气设计中的作用。

作用：

提高电气设计的一致性和可读性。

方便电气设备的安装、调试和维护。

促进电气设计的标准化和规范化。

答案及解题思路：

1.答案：

工业自动化控制系统在工业生产中的应用广泛，具有提高生产效率、提高产品质量、降低生产成本、提高安全性等优势。

解题思路：结合实际生产案例，分析自动化控制系统在各个领域的应用，总结其优势。

2.答案：

PLC控制系统在工业自动化控制中应用广泛，具有可编程性、抗干扰性、可靠性、易于扩展等特点。

解题思路：结合PLC在实际生产中的应用，分析其特点，并与传统控制系统进行比较。

3.答案：

传感器在工业自动化控制中起着重要作用，发展趋势包括高精度化、智能化、网络化。

解题思路：分析传感器在各个领域的应用，总结其发展趋势。

4.答案：

执行器在工业自动化控制中起着执行指令的作用，包括电动执行器、液压执行器、气动执行器等。

解题思路：结合实际应用案例，分析执行器的分类和特点。

5.答案：

电气控制系统图在电气设备安装、调试和维护中具有重要作用，可以提高工作效率，降低故障率。

解题思路：结合实际案例，分析电气控制系统图在各个环节中的作用。

6.答案：

电气原理图与电气控制线路图在电气设计中的应用不同，电气原理图侧重于原理设计，电气控制线路图侧重于控制设计。

解题思路：分析两种图的侧重点，结合实际案例进行比较。

7.答案：

电气控制系统图中的符号表示方法在电气设计中具有重要作用，可以提高设计的一致性和可读性。

解题思路：分析符号表示方法的作用，结合实际案例进行说明。六、计算题1.计算一个由三个传感器组成的串并联电路的等效电阻。

a)传感器参数：

传感器1的电阻值R1=10Ω

传感器2的电阻值R2=20Ω

传感器3的电阻值R3=30Ω

b)计算等效电阻：

传感器1和传感器2串联后的等效电阻R12=R1R2=10Ω20Ω=30Ω

R12与传感器3并联后的等效电阻Req=(R12R3)/(R12R3)=(30Ω30Ω)/(30Ω30Ω)=15Ω

2.计算一个由两个执行器组成的串并联电路的等效电流。

a)执行器参数：

执行器1的电阻值R1=5Ω

执行器2的电阻值R2=10Ω

b)计算等效电流：

执行器1和执行器2串联后的等效电阻R=R1R2=5Ω10Ω=15Ω

假设电路中电流为I，根据欧姆定律I=V/R，其中V为电源电压

串联电路中电流相等，因此等效电流为I=V/R

3.计算一个由两个传感器组成的串并联电路的等效电压。

a)传感器参数：

传感器1的电阻值R1=50Ω

传感器2的电阻值R2=100Ω

b)计算等效电压：

传感器1和传感器2并联后的等效电阻R=1/(1/R11/R2)=1/(1/50Ω1/100Ω)=40Ω

假设电路中电流为I，根据欧姆定律V=IR，其中V为等效电压

并联电路中电压相等，因此等效电压为V=IR

4.计算一个由两个执行器组成的串并联电路的等效功率。

a)执行器参数：

执行器1的电阻值R1=10Ω

执行器2的电阻值R2=20Ω

b)计算等效功率：

执行器1和执行器2串联后的等效电阻R=R1R2=10Ω20Ω=30Ω

假设电路中电流为I，根据欧姆定律P=I^2R，其中P为等效功率

串联电路中电流相等，因此等效功率为P=I^2R

5.计算一个由三个传感器组成的串并联电路的等效电容。

a)传感器参数：

传感器1的电容值C1=100μF

传感器2的电容值C2=200μF

传感器3的电容值C3=300μF

b)计算等效电容：

传感器1和传感器2并联后的等效电容C12=C1C2=100μF200μF=300μF

C12与传感器3并联后的等效电容Ceq=C12C3=300μF300μF=600μF

6.计算一个由两个执行器组成的串并联电路的等效电感。

a)执行器参数：

执行器1的电感值L1=50mH

执行器2的电感值L2=100mH

b)计算等效电感：

执行器1和执行器2串联后的等效电感L=L1L2=50mH100mH=150mH

7.计算一个由三个传感器组成的串并联电路的等效电导。

a)传感器参数：

传感器1的电阻值R1=50Ω

传感器2的电阻值R2=100Ω

传感器3的电阻值R3=150Ω

b)计算等效电导：

传感器1和传感器2并联后的等效电阻R12=1/(1/R11/R2)=1/(1/50Ω1/100Ω)=40Ω

R12与传感器3并联后的等效电阻Req=1/(1/R121/R3)=1/(1/40Ω1/150Ω)=28.57Ω

等效电导G=1/Req=1/28.57Ω=0.035Ω^1

答案及解题思路：

1.答案：15Ω

解题思路：根据串联电路电阻公式和并联电路电阻公式，先计算传感器1和传感器2的等效电阻，再将该等效电阻与传感器3并联，计算得到最终等效电阻。

2.答案：V/R

解题思路：根据欧姆定律，串联电路中电流相等，因此等效电流等于电源电压除以等效电阻。

3.答案：IR

解题思路：根据欧姆定律，并联电路中电压相等，因此等效电压等于电流乘以等效电阻。

4.答案：I^2R

解题思路：根据功率公式，串联电路中电流相等，因此等效功率等于电流平方乘以等效电阻。

5.答案：600μF

解题思路：根据并联电路电容公式，先计算传感器1和传感器2的等效电容，再将该等效电容与传感器3并联，计算得到最终等效电容。

6.答案：150mH

解题思路：根据串联电路电感公式，计算执行器1和执行器2的等效电感。

7.答案：0.035Ω^1

解题思路：根据并联电路电阻公式，先计算传感器1和传感器2的等效电阻，再将该等效电阻与传感器3并联，计算得到等效电阻。最后根据电导公式，计算等效电导。七、应用题1.设计一个简单的PLC控制系统，实现一个机械手的自动控制。

a.设计要求：

机械手具有基本的移动功能，如上升、下降、左移、右移等。

机械手能够在PLC的控制下完成简单的抓取、放置动作。

设计一个操作界面，允许用户通过界面控制机械手的动作。

b.答案：

设计思路：使用PLC编程语言（如梯形图、指令列表等）编写控制程序，利用输入/输出（I/O）模块控制机械手的电机驱动器。

步骤：

1.分析机械手的功能需求和动作顺序。

2.设计PLC输入/输出分配方案。

3.编写PLC控制程序，实现机械手的自动控制逻辑。

4.设计用户操作界面，包括按钮和指示灯等。

5.编译和程序到PLC。

2.设计一个基于传感器的温度控制系统，实现对一个加热设备的温度控制。

a.设计要求：

系统应能够实时监测加热设备的温度。

根据设定温度，自动调节加热设备的加热功率。

具有温度超限报警功能。

b.答案：

设计思路：使用温度传感器获取实时温度数据，通过PID控制器调整加热功率，实现温度的精确控制。

步骤：

1.选择合适的温度传感器和加热设备。

2.设计传感器信号处理电路。

3.选择合适的PID控制器参数。

4.编写PID控制程序，实现温度的闭环控制。

5.设计报警系统，包括声光报警和外部输出信号。

3.设计一个基于执行器的工业控制系统，实现对一个产品的自动装配。

a.设计要求：

能够完成产品的自动抓取、搬运和装配。

系统应具有可编程性和灵活性，以适应不同产品的装配需求。

系统应具备安全保护功能。

b.答案：

设计思路：利用工业控制器和执行器，通过编程实现的运动控制，实现产品的自动装配。

步骤：

1.选择合适的工业和执行器。

2.设计运动轨迹和动作顺序。

3.编写控制程序，实现自动化装配过程。

4.设计安全保护系统，包括急停按钮和碰撞检测等。

4.设计一个电气控制系统，实现对一个电动机的启动、停止和调速。

a.设计要求：

控制系统能够实