工业自动化控制原理及实践练习题集

工业自动化控制原理及实践练习题集姓名_________________________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、执行机构、传感器、执行器

B.控制器、执行机构、传感器、计算机

C.控制器、执行机构、传感器、电源

D.控制器、执行机构、传感器、网络

2.PLC编程语言中，梯形图编程的优点是什么？

A.易于理解，编程简单

B.执行速度快，功能优良

C.适用于复杂逻辑控制，易于调试

D.支持多语言编程，功能强大

3.传感器按工作原理可分为哪几类？

A.电阻型、电容型、电感型、霍尔型

B.磁电型、压电型、热电型、光电型

C.霍尔型、光电型、电容型、热电型

D.磁电型、电感型、霍尔型、热电型

4.伺服电机的控制方式有哪些？

A.位置控制、速度控制、力矩控制

B.开环控制、闭环控制、混合控制

C.直接转矩控制、矢量控制、PID控制

D.脉冲宽度调制控制、模糊控制、神经网络控制

5.工业按照应用领域可以分为哪几类？

A.钣金加工、装配、搬运、焊接、喷漆

B.装配、搬运、焊接、喷漆、切割

C.搬运、焊接、喷漆、切割、打磨

D.装配、搬运、喷漆、切割、打磨

6.可编程控制器（PLC）的输入输出接口有哪些？

A.输入接口、输出接口、模拟接口、通信接口

B.输入接口、输出接口、数字接口、模拟接口

C.输入接口、输出接口、串行接口、通信接口

D.输入接口、输出接口、并行接口、通信接口

7.工业自动化控制系统中的现场总线技术有哪些？

A.CAN总线、Profibus、DeviceNet、Modbus

B.CAN总线、Profibus、DeviceNet、Hart

C.CAN总线、Profibus、ControlNet、Hart

D.CAN总线、DeviceNet、ControlNet、Modbus

8.工业自动化控制系统中的实时操作系统有哪些？

A.VxWorks、RealtimeLinux、WindowsCE、RTThread

B.VxWorks、RealtimeLinux、WinCE、RealTimeJava

C.VxWorks、RealtimeLinux、WindowsCE、RTOS

D.VxWorks、WinCE、RealtimeLinux、RealTimeJava

答案及解题思路：

1.答案：A

解题思路：工业自动化控制系统基本组成部分应包括控制器、执行机构、传感器、执行器等。

2.答案：A

解题思路：梯形图编程简单易理解，便于调试和修改，符合工程师的编程习惯。

3.答案：B

解题思路：传感器按照工作原理可以分为磁电型、压电型、热电型、光电型等。

4.答案：C

解题思路：伺服电机控制方式包括直接转矩控制、矢量控制、PID控制等。

5.答案：A

解题思路：工业按照应用领域可以分为钣金加工、装配、搬运、焊接、喷漆等。

6.答案：A

解题思路：PLC输入输出接口包括输入接口、输出接口、模拟接口、通信接口等。

7.答案：A

解题思路：工业自动化控制系统现场总线技术主要有CAN总线、Profibus、DeviceNet、Modbus等。

8.答案：A

解题思路：实时操作系统包括VxWorks、RealtimeLinux、WindowsCE、RTThread等。二、填空题1.工业自动化控制系统中的传感器，其作用是______。

检测与转换：传感器能够将物理量（如温度、压力、位移等）转换为电信号，以便于后续处理和控制。

2.PLC编程语言中，______是一种结构化编程语言。

结构化文本：结构化文本（ST）是PLC编程语言的一种，它允许用户使用类似高级编程语言的语法结构来编写程序。

3.伺服电机在工业自动化控制系统中，主要用于______。

位置和速度控制：伺服电机以其高精度的位置和速度控制而著称，常用于需要精确运动的场合。

4.工业按照应用领域可以分为______、______、______等。

装配、焊接、搬运：这些是工业最常见的应用类别，分别用于装配、焊接和搬运等任务。

5.可编程控制器（PLC）的输入输出接口包括______、______、______等。

数字输入/输出、模拟输入/输出、特殊功能接口：PLC通过这些接口与外部设备进行通信和数据处理。

6.工业自动化控制系统中的现场总线技术包括______、______、______等。

FoundationFieldbus、Profibus、CAN总线：这些技术允许现场设备之间的数字通信，提高了系统的互操作性和可靠性。

7.工业自动化控制系统中的实时操作系统包括______、______、______等。

VxWorks、RTLinux、QNX：这些操作系统专为实时应用设计，能够保证任务的及时执行。

答案及解题思路：

答案：

1.检测与转换

2.结构化文本

3.位置和速度控制

4.装配、焊接、搬运

5.数字输入/输出、模拟输入/输出、特殊功能接口

6.FoundationFieldbus、Profibus、CAN总线

7.VxWorks、RTLinux、QNX

解题思路：

针对每道填空题，首先明确题干中的关键词，如“传感器”、“PLC编程语言”、“伺服电机”等。

结合工业自动化控制原理，理解这些设备或技术的功能和应用。

根据所学知识和参考资料，准确填入相应的内容。

对于涉及技术细节的问题，如操作系统类型，需查阅相关资料或回忆课程内容。

在回答时，保证语言严谨，逻辑清晰，并按照题目的格式要求进行排版。三、判断题1.工业自动化控制系统中的传感器，其作用是检测和转换信号。

正确。

解题思路：传感器在工业自动化控制系统中扮演着关键角色，其功能主要是检测工业过程中的各种物理量（如温度、压力、流量等），并将这些非电信号转换为电信号，以便于后续的处理和控制。

2.PLC编程语言中，梯形图编程是一种面向过程的编程语言。

错误。

解题思路：梯形图编程是一种图形化的编程语言，主要用于可编程控制器（PLC）的编程。它类似于电气控制图的梯形图，但梯形图编程更多的是一种面向逻辑的编程方式，而不是面向过程。

3.伺服电机在工业自动化控制系统中，主要用于精确位置控制。

正确。

解题思路：伺服电机以其高精度、高速度、高稳定性等特点，在工业自动化控制系统中被广泛应用于需要对运动进行精确控制和位置反馈的应用中。

4.工业按照应用领域可以分为工业、服务、特种等。

正确。

解题思路：工业根据其应用领域和任务类型，可以分为不同的种类，包括工业、服务、特种等，每种类型的都有其特定的设计和应用场景。

5.可编程控制器（PLC）的输入输出接口包括模拟输入、模拟输出、数字输入、数字输出等。

正确。

解题思路：PLC的输入输出接口是它与外部设备进行信息交换的接口，包括模拟和数字两种类型，以满足不同类型的控制需求。

6.工业自动化控制系统中的现场总线技术包括CAN总线、Modbus总线、Profibus总线等。

正确。

解题思路：现场总线技术是工业自动化控制系统中实现设备之间通信的重要技术，CAN总线、Modbus总线、Profibus总线等都是常见的现场总线技术。

7.工业自动化控制系统中的实时操作系统包括VxWorks、RTLinux、QNX等。

正确。

解题思路：实时操作系统（RTOS）是工业自动化控制系统中用于支持实时任务处理的操作系统，VxWorks、RTLinux、QNX等都是专门为实时应用设计的操作系统。四、简答题1.简述工业自动化控制系统的基本组成。

答案：

工业自动化控制系统的基本组成包括以下几个部分：

控制对象：如生产线、设备等，是控制系统作用的对象。

控制器：如PLC、DCS等，负责接收输入信号，进行逻辑或数学运算，控制信号。

传感器：用于检测控制对象的状态，并将物理量转换为电信号。

执行器：根据控制器的指令，对控制对象进行操作，如驱动电机、阀门等。

人机界面：用于人与控制系统之间的交互，显示信息、接收指令等。

解题思路：

本题要求考生熟悉工业自动化控制系统的基本组成部分，能够清晰地描述每个部分的功能和作用。

2.简述PLC编程语言的特点。

答案：

PLC编程语言的特点包括：

通用性强：适用于各种工业控制场合。

易于理解和编程：使用类似于工业流程的语言，易于工程师理解和编程。

可靠性高：具有抗干扰能力强、运行稳定等特点。

可扩展性好：可以通过增加模块来扩展功能。

适应性强：可以适应各种工业环境和应用需求。

解题思路：

本题考查考生对PLC编程语言特点的掌握，需要考生能够列举并解释其特点。

3.简述传感器的工作原理。

答案：

传感器的工作原理通常基于以下几种方式：

电磁感应：利用磁场与导体间的相互作用，将物理量转换为电信号。

光电效应：利用光与物质相互作用，将光信号转换为电信号。

热效应：利用温度变化引起的电阻、电容等物理量的变化，将温度信号转换为电信号。

压电效应：利用材料在受力时产生电荷，将机械信号转换为电信号。

解题思路：

本题要求考生了解传感器的工作原理，能够列举并简要说明常见的传感器工作原理。

4.简述伺服电机的控制方式。

答案：

伺服电机的控制方式主要有以下几种：

位置控制：通过设定目标位置，伺服电机根据位置反馈信号调整运动。

速度控制：通过设定目标速度，伺服电机根据速度反馈信号调整转速。

功率控制：通过设定目标功率，伺服电机根据功率反馈信号调整输出功率。

电流控制：通过设定目标电流，伺服电机根据电流反馈信号调整电流大小。

解题思路：

本题要求考生掌握伺服电机的控制方式，能够区分并解释不同控制方式的特点。

5.简述工业的应用领域。

答案：

工业的应用领域广泛，包括但不限于：

自动化装配：如汽车制造、电子组装等。

物流搬运：如仓库、港口等。

检测与维修：如设备检测、航空航天维修等。

医疗辅助：如手术辅助、康复训练等。

军事应用：如无人机、导弹发射等。

解题思路：

本题要求考生了解工业的应用领域，能够列举并简要说明其在不同领域的应用。

6.简述可编程控制器（PLC）的输入输出接口。

答案：

PLC的输入输出接口主要包括：

输入接口：用于接收传感器、按钮等输入信号。

输出接口：用于驱动执行器、指示灯等输出信号。

数字输入输出接口：用于处理数字信号。

模拟输入输出接口：用于处理模拟信号。

解题思路：

本题要求考生了解PLC的输入输出接口，能够区分并解释不同接口的功能。

7.简述工业自动化控制系统中的现场总线技术。

答案：

现场总线技术是一种用于工业自动化控制系统的通信技术，其主要特点包括：

数字通信：使用数字信号进行通信。

多主从结构：允许多个设备同时通信。

高速传输：支持高速数据传输。

诊断功能：具有故障诊断和自恢复能力。

灵活性：适用于各种工业环境。

解题思路：

本题要求考生了解现场总线技术的基本概念和特点，能够描述其在工业自动化控制系统中的应用。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。

答案：

工业自动化控制系统在工业生产中的应用主要体现在以下几个方面：

提高生产效率：通过自动化控制，可以减少人工操作，提高生产线的速度和准确性。

降低生产成本：自动化控制可以减少能源消耗，降低原材料浪费，从而降低生产成本。

提高产品质量：自动化控制系统可以精确控制生产过程，减少人为误差，提高产品质量。

保障生产安全：自动化控制可以实时监测生产环境，及时发觉并处理异常情况，保障生产安全。

解题思路：

首先概述工业自动化控制系统在工业生产中的重要性，然后从提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量和保障生产安全四个方面进行详细论述，结合实际案例进行说明。

2.论述PLC编程语言在工业自动化控制系统中的应用。

答案：

PLC编程语言在工业自动化控制系统中的应用主要包括：

编写控制逻辑：PLC编程语言可以编写复杂的控制逻辑，实现复杂的控制功能。

实时监控：通过PLC编程，可以实现实时监控生产过程，及时响应生产现场的变化。

数据处理：PLC编程语言可以进行数据处理，如计算、比较、转换等，以满足生产需求。

通信功能：PLC编程语言可以实现与其他设备的通信，如人机界面、传感器等。

解题思路：

首先介绍PLC编程语言在工业自动化控制系统中的基本作用，然后从编写控制逻辑、实时监控、数据处理和通信功能四个方面进行详细论述，结合实际案例进行说明。

3.论述传感器在工业自动化控制系统中的作用。

答案：

传感器在工业自动化控制系统中的作用包括：

检测生产环境：传感器可以检测温度、湿度、压力等生产环境参数，为控制系统提供实时数据。

监测设备状态：传感器可以监测设备运行状态，如振动、噪音等，及时发觉设备故障。

控制系统反馈：传感器将检测到的数据反馈给控制系统，控制系统根据反馈数据进行调整。

提高生产精度：传感器可以提高生产过程中的精度，如位置、速度等。

解题思路：

首先说明传感器在工业自动化控制系统中的重要性，然后从检测生产环境、监测设备状态、控制系统反馈和提高生产精度四个方面进行详细论述，结合实际案例进行说明。

4.论述伺服电机在工业自动化控制系统中的应用。

答案：

伺服电机在工业自动化控制系统中的应用主要体现在：

高精度定位：伺服电机可以实现高精度的定位，满足工业生产对精度的高要求。

快速响应：伺服电机具有快速响应的特性，可以满足生产过程中对速度的要求。

能耗低：伺服电机能耗低，有利于降低生产成本。

适用于复杂环境：伺服电机可以在复杂的生产环境中稳定运行。

解题思路：

首先介绍伺服电机在工业自动化控制系统中的优势，然后从高精度定位、快速响应、能耗低和适用于复杂环境四个方面进行详细论述，结合实际案例进行说明。

5.论述工业在工业自动化控制系统中的应用。

答案：

工业在工业自动化控制系统中的应用包括：

高重复性作业：工业可以完成高重复性的作业，提高生产效率。

精度高：工业具有高精度作业能力，满足生产对精度的要求。

安全性高：工业可以替代人工进行危险作业，提高生产安全性。

灵活性强：工业可以根据生产需求进行快速调整，适应不同的生产环境。

解题思路：

首先概述工业在工业自动化控制系统中的优势，然后从高重复性作业、精度高、安全性高和灵活性强四个方面进行详细论述，结合实际案例进行说明。

6.论述可编程控制器（PLC）在工业自动化控制系统中的应用。

答案：

可编程控制器（PLC）在工业自动化控制系统中的应用包括：

控制逻辑执行：PLC可以执行复杂的控制逻辑，实现自动化控制。

数据处理：PLC可以进行数据处理，如计算、比较、转换等，以满足生产需求。

人机交互：PLC可以与人机界面进行交互，实现生产过程的监控和调整。

系统集成：PLC可以与其他自动化设备进行集成，实现整个生产系统的自动化。

解题思路：

首先介绍PLC在工业自动化控制系统中的基本功能，然后从控制逻辑执行、数据处理、人机交互和系统集成四个方面进行详细论述，结合实际案例进行说明。

7.论述工业自动化控制系统中的现场总线技术在工业生产中的应用。

答案：

现场总线技术在工业自动化控制系统中的应用主要体现在：

数据传输：现场总线技术可以实现高速、可靠的数据传输，满足生产过程中的实时性要求。

系统集成：现场总线技术可以将不同设备连接在一起，实现整个生产系统的集成。

灵活性：现场总线技术具有高度的灵活性，可以适应不同的生产环境。

成本降低：现场总线技术可以减少电缆的使用，降低系统成本。

解题思路：

首先介绍现场总线技术在工业自动化控制系统中的优势，然后从数据传输、系统集成、灵活性和成本降低四个方面进行详细论述，结合实际案例进行说明。六、计算题1.计算PLC输入输出模块的配置数量。

题目：某生产线需要控制10个输入信号和20个输出信号，每个输入输出模块最多支持8个点，请计算所需PLC输入输出模块的数量。

解答：

输入模块需求：10个输入信号/8个点/模块=1.25模块，向上取整为2模块

输出模块需求：20个输出信号/8个点/模块=2.5模块，向上取整为3模块

总需求：2模块（输入）3模块（输出）=5模块

2.计算伺服电机的额定功率。

题目：某伺服电机在额定负载下转速为1500转/分钟，扭矩为0.5Nm，转速为1500转/分钟，请计算该伺服电机的额定功率。

解答：

额定功率（P）=扭矩（T）×转速（n）/9.55

P=0.5Nm×1500转/分钟/9.55=78.73W，约等于79W

3.计算工业的工作速度。

题目：某工业执行器臂长为1米，每秒移动0.2米，请计算该执行器臂的工作速度。

解答：

工作速度（v）=移动距离（s）/时间（t）

v=0.2米/秒

4.计算可编程控制器（PLC）的扫描周期。

题目：某PLC的扫描周期由CPU执行程序、I/O处理和中断处理组成，执行程序时间为50ms，I/O处理时间为20ms，中断处理时间为10ms，请计算该PLC的扫描周期。

解答：

扫描周期=执行程序时间I/O处理时间中断处理时间

扫描周期=50ms20ms10ms=80ms

5.计算工业自动化控制系统中的现场总线传输速率。

题目：某工业自动化控制系统中使用的现场总线传输速率为1000kbps，数据帧长度为500字节，请计算一个数据帧的传输时间。

解答：

传输时间（t）=数据帧长度（L）×8/传输速率（R）

t=500字节×8/1000kbps=4ms

6.计算工业自动化控制系统中的实时操作系统响应时间。

题目：某实时操作系统在处理中断时的平均响应时间为5ms，中断频率为每秒100次，请计算该系统的平均中断处理时间。

解答：

平均中断处理时间=总中断次数/中断频率

平均中断处理时间=5ms×100次/秒=500ms

7.计算工业自动化控制系统中的传感器测量误差。

题目：某温度传感器的标称值为100℃，实际测量值为99.5℃，请计算该传感器的测量误差。

解答：

测量误差=(实际测量值标称值)/标称值×100%

测量误差=(99.5℃100℃)/100℃×100%=0.5%

答案及解题思路：

1.答案：5模块

解题思路：根据输入输出信号数量和每个模块支持的点数，计算所需模块数量并向上取整。

2.答案：79W

解题思路：使用功率公式计算扭矩和转速对应的功率。

3.答案：0.2米/秒

解题思路：根据移动距离和时间计算速度。

4.答案：80ms

解题思路：将执行程序、I/O处理和中断处理时间相加得到总扫描周期。

5.答案：4ms

解题思路：根据数据帧长度和传输速率计算传输时间。

6.答案：500ms

解题思路：计算中断处理时间，即中断次数乘以每次中断的平均响应时间。

7.答案：0.5%

解题思路：计算实际测量值与标称值之差占标称值的百分比。七、应用题1.设计一个简单的PLC控制程序，实现一个电机启停控制。

【题目】

设计一个PLC控制程序，实现对单台电机的启停控制。假设电机启动和停止分别由按钮I0.0和I0.1控制，启动信号需延时5秒后电机才能启动，电机启动和停止信号分别由Q0.0和Q0.1输出。

【答案及解题思路】

程序设计采用梯形图或者指令表编写。

使用定时器T0，设置其预设值为5秒。

在启动按钮I0.0按下时，启动定时器T0，T0启动后，若I0.0仍然保持为高电平，则Q0.0输出高电平，电机启动。

延时5秒后，T0的当前值达到预设值，T0完成定时，T0的完成位（T0.Q）变为高电平，此时Q0.0输出保持高电平，电机继续运行。

停止按钮I0.1按下时，Q0.0输出变为低电平，电机停止。

2.设计一个工业搬运工件的程序，实现工件从起点到终点的搬运。

【题目】

设计一个工业搬运工件的程序，实现工件从起点（坐标（0，0））到终点（坐标（100，100））的搬运。假设由PLC控制，其移动方向由输入信号决定，速度由参数设置。

【答案及解题思路】

程序设计需要根据运动学原理进行。

设置起始坐标（0，0）和目标坐标（100，100）。

通过输入信号控制的移动方向（上、下、左、右）。

根据速度参数计算移动时间，使用计时器实现运动控制。

使用坐标值的变化来监测的位置变化，直到达到目标坐标。

3.设计一个可编程控制器（PLC）控制系统，实现工业生产线上的物料输送。

【题目】

设计一个PLC控制系统，实现对生产线上的物料输送系统进行控制。系统包含一个输送带，输送带由电机驱动，启动/停止由按钮控制，且输送带的运行状态