计算基础技术 12

《边缘计算技术与应用》习题答案（习题解答）配套教学资源·对应教材各项目【学习成果检验】及补充练习题

第一部分教材习题参考答案以下参考答案对应教材各项目末尾【学习成果检验】中的简答题。项目一边缘系统的构建1.请举例说明边缘计算如何在风力发电场中节省带宽并提升可靠性。答：风电场机组数量多、分布地域广，每台风机每秒产生振动、转速、温度、功率等大量传感数据。

(1)节省带宽：若将全部原始数据上传云端，会占用巨大带宽。边缘节点在本地对数据进行滤波、聚合、特征提取，仅把异常告警、统计摘要、关键指标（如平均功率、最大温升）上传，数据量可降低一个数量级。

(2)提升可靠性：边缘侧可就地完成实时分析，在数秒内触发本地告警与控制（如发电机温度异常立即降载/停机），不依赖与云端的网络连通；即使骨干网中断，本地监控与保护仍能正常工作，避免故障扩大。2.请简述在前述PLC控制伺服电动机系统中，是如何实现对伺服电动机的定位运动控制的。答：以S7-1500PLC作为边缘控制器、V90伺服为执行机构，采用PTO（脉冲+方向）方式实现定位：

(1)在博途(TIAPortal)中插入S7-1500，添加工艺对象TO_PositioningAxis（定位轴）；

(2)轴组态：测量单位选mm，脉冲输出Q0.0、方向输出Q0.1、使能输出Q0.3、就绪输入I0.4，设置软/硬件限位（下限位I0.2、上限位I0.0）；

(3)配置动态参数（转速rpm）与回原点参数（主动回零、归位开关电平）；

(4)在OB1中调用运动控制指令MC_Power（使能）、MC_Home（回原点）、MC_MoveAbsolute（绝对定位）、MC_MoveJog（点动）；

(5)设置PLC()、伺服()、PC(3)同网段IP，下载程序并监控，即可实现精确定位运动控制。项目二生产环境安全数据采集与边缘计算1.请简单叙述无尘车间的特点。答：该无尘车间用于高压电器灭弧室的装配与密封实验，主要特点：

(1)微正压、密封良好，要求恒温恒湿，车间内部气体压力保持在5~10Pa；

(2)使用六氟化硫（SF6）气体进行密封实验，该气体泄漏被人体吸入会出现呼吸困难、全身痉挛等症状，因此安全要求高；

(3)车间内各电气设备布置紧凑，需实时监测电气电压/电流、温湿度、气体压力等参数。2.请简单叙述智能电表通信参数的配置流程。答：

(1)打开智能电表调试软件PMC-EasyConfig，菜单栏“工具”→“拓展”，设置设备型号PMC-340-A5，通信协议选Modbus协议V1.0；

(2)“通信”→“连接设备”，核对参数无误后连接电表；

(3)“通信参数配置”，设置端口号/dev/ttyS4、波特率9600，其余按默认；

(4)在工业网关Web中“设备管理”→“设备列表”→“创建”，新建智能电表数据采集连接，填写ID地址、端口/dev/ttyS4、波特率9600，进入采集点表配置并验证采集是否成功。3.请简单叙述温湿度数据采集与边缘计算、电气安全检测与边缘计算、无尘车间气体压力检测与边缘计算的难度递进关系。答：三个任务均以“工业网关采集+边缘计算”为主线，难度依次递增：

(1)温湿度检测（基础）：Modbus采集温湿度传感器数据，主要完成工况监控与简单阈值查看；

(2)电气安全检测（进阶）：智能电表采集电压/电流，需进行数据计算与单位换算，边缘计算函数更复杂；

(3)气体压力检测（提高）：气压表采集+自定义点位计算+异常判断与报警联动，体现“数据采集→数据计算→异常智能判断”的能力递进。项目三生产设备运行数据采集与计算1.请简述边缘计算网关的使用流程。答：

(1)硬件组网：网关LAN口连接I/O模块与PC，配置网关LANIP()、I/O模块IP(1)、PCIP(00)同网段；

(2)浏览器登录网关Web管理界面（）；

(3)“数据采集”→“设备”，新建ModbusTCP采集分组，添加I/O模块设备（IP/端口502/SlaveID）；

(4)批量添加测点（温度/电流/电压/开关量，配置寄存器地址与数据类型INT16）；

(5)查看采集数据，验证各测点数值正常更新（采集成功率）。2.请简述边缘计算网关采集I/O设备的配置流程。答：在网关Web“边缘计算”→“设备监控”→“测点监控”中：

(1)新建分组；

(2)添加控制器（I/O模块），配置ModbusTCP通信参数（IP=1、端口502、SlaveID=1）；

(3)在测点列表添加温度(0x0000)、电流(0x0001)、电压(0x0002)、开关量(0x0003)等测点，指定采集次数（无限）、读写权限；

(4)操作设备，在测点监控界面验证数值随输入实时变化。3.请简述边缘计算网关进行边缘数据计算的工作流程。答：在网关“边缘计算”→“Python边缘计算”中新建函数，选择触发方式（周期触发/事件触发），入口函数main：

(1)通过recall()读取所需测点数据；

(2)编写Python逻辑（滤波、阈值判断、状态编码：0待机/1作业/2停机/3故障）；

(3)将计算结果写入输出测点；

(4)下载/运行函数，在测点监控或自定义看板验证计算输出。项目四生产设备安全数据采集与边缘计算1.请简单叙述边缘计算网关是如何采集PLC数据的。答：

(1)网关、PLC（S7-1200）、PC局域网组网与IP配置；

(2)网关添加S7-1200控制器采集分组，配置ISO-on-TCP通信参数（端口102、Rack/Slot）；

(3)批量添加安全门、启动、急停等BIT类型测点；

(4)验证数据采集，在测点监控中查看状态变化。ModbusTCP帧含MBAP报文头与功能码，默认端口502。2.请简单叙述在边缘计算中数据聚合计算的优势和实施过程。答：优势——将PLC报警、电机温度（LoRa/4~20mA）、电压等多源数据在边缘侧聚合判定，减少上云数据量，实现秒级本地总停决策，降低对云的依赖，提升实时性与可靠性。

实施——

(1)配置LoRa采集/透传模块串口与无线参数；

(2)网关添加ModbusRTULoRa控制器，配置温度/电压测点及比例换算（如4~20mA→工程值）；

(3)用recall()召读多源数据，编写聚合判定脚本（如温度超限且电压异常→设备总停）；

(4)虚拟控制器输出总停状态测点，触发异常验证。3.请简单叙述工业生产中云边协同的实施过程。答：

(1)边缘网关“边缘计算”→“设备监控”→“云服务”，启动云服务，平台类型选标准MQTT，配置根云URL/账号/密码；

(2)“消息管理”配置发布(Publish)主题，将计算结果/测点数据上云；

(3)云平台（根云）创建物模型（网关/设备）、物实例并激活；

(4)订阅(Subscribe)云端指令，实现双向交互；

(5)云平台可视化大屏/远程监控查看运行状态与告警。项目五生产过程人员安全数据采集1.简述边缘摄像头配置与视频采集的主要步骤。答：

(1)硬件组网：路由器LAN→AI边缘网关WAN，网关/摄像头/PC均接入交换机LAN；

(2)配置PC网卡，实现与摄像头跨网段访问；

(3)登录摄像头后台，修改静态IP，验证视频采集；

(4)完成AI边缘网关、工业智慧管控系统网络配置，使摄像头视频流能被AI网关本地处理。2.在工业智慧管控系统中，如何完成AI边缘网关的映射配置？答：

(1)“系统管理”→“设备管理”→“边缘服务器”，选择AI盒子并关联；

(2)“区域管理”创建区域并关联摄像头（前/后摄像头）；

(3)边缘服务器“监测配置”选择算法并保存，完成边缘服务器与算法/区域的映射；

(4)系统下发配置，AI边缘网关按映射关系执行监测。3.在工业智慧管控算法配置中，如何设置违规使用手机检测算法？答：

(1)“系统管理”→“设备管理”→“边缘服务器”→“监测配置”，新增算法选“违规使用手机监测”；

(2)告警聚合频率设为60s/6张，监测模式按实际设置，录制/实时视频不开启；

(3)在“区域管理”绘制监测区域（选4点封闭）；

(4)保存后，在“告警处理”界面可观察到违规使用手机告警。项目六边缘计算应用拓展及系统运维1.简述如何使用语音播报控制器进行语音播报。答：

(1)用语音播报网络参数配置软件扫描设备IP，配置CX-830S-E语音播报控制器（SN=CX830SE0001，IP=0，端口502）；

(2)工业智慧管控系统“系统管理”→“设备管理”→“外接设备”→“控制器”创建，关联语音播报器；

(3)“算法配置”中将监测模式改为“接入模式”，控制器选择语音播报器；

(4)当绑定算法（如未戴安全帽）触发时，由语音播报器即时播报语音警示。2.简述工业智慧管控系统维护的类型和内容。答：四类维护——纠错性（改正性）维护：修复运行中发现的错误；适应性维护：适应运行环境/软硬件变化；完善性维护：扩充功能、提升性能；预防性维护：事前检查、防患未然。

四大维护内容——程序维护、数据维护、代码参数维护、硬件维护。3.简述工业智慧管控系统应用程序维护的具体内容。答：

(1)程序维护：修正功能缺陷、优化程序逻辑；

(2)数据维护：数据备份、清理冗余、完整性校验；

(3)代码参数维护：算法阈值/参数调优（如告警聚合频率、检测灵敏度）；

(4)硬件维护：设备巡检、固件升级、故障部件更换。

第二部分补充练习题与答案以下题目供课堂教学、随堂测验或课后作业选用，答案附于各项目末尾。项目一边缘系统的构建（补充练习题）一、填空题1.边缘计算是指在靠近______或用户的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力，就近提供服务。2.与云计算相比，边缘计算在______、带宽、安全、扩展性等方面具有优势。3.工业边缘计算网络通常分为接入网络(ECA)、计算网络(ECN)、互联网络(ECI)和______。4.典型的云-边-端三层架构中，______处于中间层，负责本地数据处理与协同。5.四类典型边缘硬件包括PLC、智能传感器、ICT网关和______。二、选择题（单选）1.下列哪项不是边缘计算相对于云计算的典型优势？（）

A.低时延B.节省带宽C.无限存储D.数据本地安全2.工业场景中边缘计算最适合处理哪类任务？（）

A.海量历史归档B.需实时响应的本地控制C.全球网页服务D.超大规模模型训练3.云-边-端架构中，“端”通常指（）

A.云端B.数据源设备（传感器/PLC）C.边缘服务器D.路由器4.下列哪类设备常作为工业边缘控制器？（）

A.S7-1500PLCB.普通家用路由器C.显示器D.电源适配器5.边缘计算诞生的背景不包括（）

A.海量终端B.高实时需求C.带宽成本压力D.云计算已完全够用三、判断题（正确打√，错误打×）1.边缘计算旨在完全替代云计算。（）2.工业边缘计算具有分布式、本地处理、高实时等特点。（）3.边缘节点通常位于远离数据源的远端云端。（）4.边缘硬件设备选型需考虑性能、接口、功耗、成本等因素。（）5.边缘计算能够提升工业数据处理的实时性。（）【参考答案】填空题：1.数据源；2.时延（延迟）；3.边云网络(ECC)；4.边缘层（边缘计算节点）；5.边缘服务器。

选择题：1.C；2.B；3.B；4.A；5.D。

判断题：1.×；2.√；3.×；4.√；5.√。项目二生产环境安全数据采集与边缘计算（补充练习题）一、填空题1.无尘车间为微正压、密封良好，要求车间内部气体压力保持在______Pa。2.项目中用于密封实验、泄漏对人体有害的气体是______（化学式）。3.智能电表调试软件PMC-EasyConfig中，通信协议一般选择______协议V1.0。4.智能电表采集连接配置中，端口号通常设为______、波特率为______。5.工业网关通过______计算函数可对采集数据进行滤波、聚合与异常判断。二、选择题（单选）1.无尘车间温湿度检测任务主要属于哪一层难度？（）

A.基础（仅采集监控）B.进阶（含数据计算）C.提高（含报警联动）D.云层2.下列哪种气体在该项目中需要重点监测浓度？（）

A.氧气B.六氟化硫(SF6)C.氮气D.二氧化碳3.智能电表采集的电压/电流数据在边缘侧常需进行（）

A.单位换算与计算B.直接删除C.加密上云D.打印输出4.气体压力检测任务相比温湿度检测，增加了（）

A.自定义点位计算与报警联动B.视频监控C.语音播报D.人工巡检5.工业网关采集传感器数据常用的协议是（）

A.ModbusB.HTTPC.FTPD.SMTP三、判断题（正确打√，错误打×）1.无尘车间要求恒温恒湿。（）2.六氟化硫气体对人体无害，无需监测。（）3.智能电表通信参数配置中波特率一般为9600。（）4.三个任务难度呈递进关系，气体压力检测最难。（）5.边缘计算仅用于采集数据，不能做异常判断。（）【参考答案】填空题：1.5~10；2.六氟化硫(SF6)；3.Modbus；4./dev/ttyS4、9600；5.边缘（Python）。

选择题：1.A；2.B；3.A；4.A；5.A。

判断题：1.√；2.×；3.√；4.√；5.×。项目三生产设备运行数据采集与计算（补充练习题）一、填空题1.边缘计算网关具备数据采集、协议转换、边缘计算、本地存储和______五大功能。2.IG502网关的LAN口IP常配置为______，I/O模块IP为1。3.ModbusTCP默认端口为______，主从架构通过功能码______读取保持寄存器。4.在网关中添加I/O模块测点时，温度寄存器地址常设为______（十六进制）。5.边缘数据计算使用______语言编写函数，通过recall()读取测点数据。二、选择题（单选）1.边缘计算网关不具备以下哪项功能？（）

A.数据采集B.协议转换C.云端训练大模型D.远程管理2.ModbusTCP通信默认使用的端口是（）

A.80B.502C.102D.213.在网关Web中添加I/O模块设备时，不需要配置的是（）

A.IP地址B.端口C.SlaveIDD.显示器分辨率4.边缘计算函数触发方式通常不包括（）

A.周期触发B.事件触发C.人工口头触发D.以上均可配置5.设备运行状态编码中，“1”通常表示（）

A.待机B.作业C.停机D.故障三、判断题（正确打√，错误打×）1.IG502网关具备五大功能。（）2.ModbusTCP采用主从架构。（）3.测点数据类型选择不当可能导致数值异常。（）4.边缘计算只能上传原始数据，不能本地计算。（）5.周期触发函数可定时执行边缘计算逻辑。（）【参考答案】填空题：1.远程管理；2.；3.502、03；4.0x0000；5.Python。

选择题：1.C；2.B；3.D；4.C；5.B。

判断题：1.√；2.√；3.√；4.×；5.√。项目四生产设备安全数据采集与边缘计算（补充练习题）一、填空题1.西门子S7-1200与网关通信采用ISO-on-TCP，默认端口为______。2.安全门等开关量在网关中常以______（数据类型）测点表示。3.在Python快函数中，向测点写入数据常用的API是______。4.电机温度变送器常采用______mA标准信号，需进行比例换算。5.LoRa无线通信具有______、远距离的特点，适合低功耗采集。二、选择题（单选）1.网关采集S7-1200PLC数据时，不需配置的是（）

A.IP地址B.Rack/SlotC.端口102D.显示器尺寸2.下列哪种数据类型适合表示安全门“开/关”状态？（）

A.FLOAT32B.BITC.STRINGD.BOOL数组3.数据聚合计算的主要优势是（）

A.增加上云数据量B.本地多源判定、降低云依赖C.替代所有传感器D.提高功耗4.云边协同中边缘网关上云常用的协议是（）

A.MQTTB.ModbusC.RS485D.CAN5.设备总停判定一般聚合的数据不包括（）

A.PLC报警B.电机温度C.设备电压D.员工姓名三、判断题（正确打√，错误打×）1.ModbusTCP帧包含MBAP报文头。（）2.BIT类型测点适合表示开关量工业信号。（）3.4~20mA变送器可直接被网关当作数字量读取，无需换算。（）4.云边协同可实现数据上云与云端指令下发的双向交互。（）5.多源数据聚合只能在云端完成。（）【参考答案】填空题：1.102；2.BIT；3.write；4.4~20；5.低功耗。

选择题：1.D；2.B；3.B；4.A；5.D。

判断题：1.√；2.√；3.×；4.√；5.×。项目五生产过程人员安全数据采集（补充练习题）一、填空题1.项目五引入的AI边缘计算网关简称______网关，用于本地视频智能分析。2.组网时，路由器LAN口连接AI边缘网关的______口。3.摄像头视频流经AI边缘网关本地运算后，由______平台进行告警与展示。4.违规使用手机检测算法配置中，告警聚合频率常设为______s/6张。5.监测区域绘制时通常选取______个点并封闭，作为算法识别范围。二、选择题（单选）1.项目五主要监测的人员安全行为不包括（）

A.人员离岗B.违规使用手机C.工服穿着D.员工工资2.摄像头采集的视频数据主要由（）完成智能识别

A.云端大模型B.AI边缘网关本地C.显示器D.路由器3.绘制监测区域的作用是（）

A.限定算法识别范围B.装饰界面C.设置IPD.备份数据4.告警聚合频率设置为60s/6张的含义是（）

A.60秒内最多聚合6张图B.每分钟重启C.6秒一次D.无关参数5.在工业智慧管控系统中，算法与区域、边缘服务器的对应关系称为（）

A.映射配置B.删除操作C.打印设置D.关机流程三、判断题（正确打√，错误打×）1.边缘计算可降低视频监控的延迟。（）2.WAN口用于连接外网，LAN口用于内网设备互联。（）3.人员离岗检测无需绘制监测区域。（）4.AI边缘网关可在本地完成违规行为识别，不必全部