2025年注冊公用設(shè)備工程師考試模擬試卷設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)專項(xiàng)訓(xùn)練之自動化控制技術(shù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、單項(xiàng)選擇題（每題1分，共20分。下列選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)符合題意）1.在自動控制系統(tǒng)中，為了消除或減小系統(tǒng)輸出量的穩(wěn)態(tài)誤差，通常需要引入（）。A.比例（P）控制B.積分（I）控制C.比例微分（D）控制D.比例積分（PI）控制2.對于一階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為G(s)=K/(Ts+1)，增大時(shí)間常數(shù)T會使系統(tǒng)的（）。A.穩(wěn)定性提高B.響應(yīng)速度加快C.瞬態(tài)超調(diào)量減小D.穩(wěn)態(tài)誤差增大3.在頻率響應(yīng)分析法中，系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線上（）穿越點(diǎn)對應(yīng)的頻率即為截止頻率ωc。A.幅頻特性|G(jω)|與1B.幅頻特性|G(jω)|與-1C.相頻特性∠G(jω)與0°D.相頻特性∠G(jω)與-180°4.某控制系統(tǒng)在階躍輸入下，輸出響應(yīng)最終未能回到輸入值，這種現(xiàn)象稱為（）。A.超調(diào)B.振蕩C.穩(wěn)態(tài)誤差D.延遲5.在DCS系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)各控制站之間以及控制站與操作站之間數(shù)據(jù)通信的骨干網(wǎng)絡(luò)通常稱為（）。A.控制網(wǎng)絡(luò)（ControlNetwork）B.現(xiàn)場總線（Fieldbus）C.基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)（FoundationNetwork）D.通信網(wǎng)絡(luò)（CommunicationNetwork）6.PLC系統(tǒng)中的輸入/輸出（I/O）模塊，其數(shù)字量輸入端用于接收來自（）的開關(guān)量信號。A.模擬傳感器B.模擬執(zhí)行器C.開關(guān)、按鈕等D.變頻器7.在自動化系統(tǒng)中，用于將連續(xù)變化的物理量（如溫度、壓力）轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字信號以便計(jì)算機(jī)處理的裝置是（）。A.執(zhí)行器B.驅(qū)動器C.傳感器/變送器D.控制器8.氣動調(diào)節(jié)閥常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是（）。A.電動機(jī)B.渦輪機(jī)C.氣缸D.電磁閥9.在自動化系統(tǒng)中，HART協(xié)議是一種（）。A.現(xiàn)場總線的通信協(xié)議B.調(diào)制解調(diào)技術(shù)C.工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)D.安全聯(lián)鎖協(xié)議10.對于溫度控制系統(tǒng)，若希望快速響應(yīng)設(shè)定值的變化，同時(shí)抑制干擾，應(yīng)優(yōu)先選用（）控制。A.PB.IC.DD.PI11.在PID控制中，積分（I）作用的主要目的是（）。A.提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度B.減小系統(tǒng)的超調(diào)量C.消除或減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差D.增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性12.在PLC編程中，用于實(shí)現(xiàn)順序控制或狀態(tài)轉(zhuǎn)移的編程方法主要是（）。A.功能塊圖（FBD）B.梯形圖（LD）C.結(jié)構(gòu)化文本（ST）D.順序功能圖（SFC）13.DCS系統(tǒng)中，操作員站（OS）的主要功能不包括（）。A.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控B.系統(tǒng)組態(tài)與維護(hù)C.自動順序控制D.打印報(bào)表14.在安全聯(lián)鎖系統(tǒng)中，用于防止工藝參數(shù)（如壓力、溫度）超過規(guī)定限值的裝置是（）。A.傳感器B.控制器C.聯(lián)鎖邏輯塊D.執(zhí)行器15.現(xiàn)場總線技術(shù)的主要優(yōu)勢之一是（）。A.傳輸速率極高B.無需安裝額外的電纜C.設(shè)備成本極低D.抗干擾能力極強(qiáng)16.在進(jìn)行自動化系統(tǒng)故障診斷時(shí)，通常遵循的步驟之一是（）。A.先分析復(fù)雜原因，再查簡單原因B.忽略報(bào)警信息，直接檢查硬件C.從源頭設(shè)備開始，逐步向外圍擴(kuò)展D.只依賴經(jīng)驗(yàn)，不查閱資料17.對于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其行程是指（）。A.執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的最大角度B.執(zhí)行機(jī)構(gòu)可移動的最大距離或轉(zhuǎn)角C.輸入信號的最大范圍D.執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部機(jī)械部件的長度18.在DCS系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)控制回路運(yùn)算和邏輯判斷的核心部件是（）。A.操作站（OS）B.控制站（CS）C.通信網(wǎng)絡(luò)（Network）D.現(xiàn)場控制站（FCS）19.傳感器在安裝時(shí)，為了減小環(huán)境因素（如溫度、濕度、振動）的干擾，應(yīng)（）。A.盡量遠(yuǎn)離熱源和振動源B.將接線盒朝上安裝C.使用較粗的電纜D.不需要考慮安裝方向20.模擬量輸入模塊（AI）將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程稱為（）。A.模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換（ADC）B.數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換（DAC）C.信號放大D.信號濾波二、判斷題（每題1分，共10分。請將“正確”填寫在題號前，將“錯(cuò)誤”填寫在題號后）21.___在自動控制系統(tǒng)中，正反饋可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。22.___系統(tǒng)的型次越高，其穩(wěn)定性通常越好。23.___在PID控制中，微分（D）作用主要用來抑制系統(tǒng)的振蕩。24.___PLC系統(tǒng)具有強(qiáng)大的邏輯處理能力，但不適用于處理模擬量信號。25.___DCS系統(tǒng)通常采用分層結(jié)構(gòu)，操作站處于最底層。26.___安全聯(lián)鎖系統(tǒng)是獨(dú)立于正?？刂葡到y(tǒng)之外的專用系統(tǒng)，用于保障生產(chǎn)安全。27.___HART協(xié)議允許在現(xiàn)有的4-20mA模擬信號回路中疊加數(shù)字信號進(jìn)行通信。28.___傳感器是自動化系統(tǒng)中的感知器官，用于檢測被控對象的物理量。29.___執(zhí)行器是將控制器的輸出信號轉(zhuǎn)換為控制對象所需能量的裝置。30.___進(jìn)行自動化系統(tǒng)故障診斷時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮更換可疑的硬件設(shè)備。三、簡答題（每題5分，共30分）31.簡述自動控制系統(tǒng)中的“負(fù)反饋”作用及其對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。32.簡述選擇調(diào)節(jié)閥氣源壓力時(shí)需要考慮的因素。33.簡述DCS系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、功能和適用范圍上最主要的區(qū)別。34.簡述HART協(xié)議的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢。35.簡述進(jìn)行自動化控制系統(tǒng)日常維護(hù)保養(yǎng)的主要工作內(nèi)容。36.什么是PID控制器的比例（P）、積分（I）、微分（D）作用？分別說明其作用效果。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）37.某溫度控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=1/(10s+1)。若采用比例（P）控制器，其比例系數(shù)Kp分別取1、2、5時(shí)，計(jì)算該系統(tǒng)的阻尼比ζ和自然頻率ωn，并簡要分析Kp對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。（提示：閉環(huán)傳遞函數(shù)為Gc(s)G(s)/(1+Gc(s)G(s))）38.某調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)Cv在閥全開時(shí)為100。當(dāng)閥門行程為50%時(shí)，實(shí)測流量為60m3/h。假設(shè)流體密度和粘度不變，請估算該閥門在75%行程時(shí)的流量系數(shù)Cv。（提示：閥門口徑通常與行程的平方根成正比）五、論述題（每題15分，共30分）39.試結(jié)合實(shí)際工程案例，論述自動化控制系統(tǒng)（如DCS或PLC）在保障暖通空調(diào)或動力設(shè)備（如鍋爐、冷水機(jī)組）安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行方面所起的作用。40.在自動化系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)過程中，如何進(jìn)行有效的故障診斷？請闡述其主要步驟、常用方法和注意事項(xiàng)。試卷答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.D3.A4.C5.C6.C7.C8.C9.A10.D11.C12.D13.C14.C15.B16.C17.B18.B19.A20.A二、判斷題21.錯(cuò)誤22.錯(cuò)誤23.正確24.錯(cuò)誤25.錯(cuò)誤26.正確27.正確28.正確29.正確30.錯(cuò)誤三、簡答題31.解析思路：負(fù)反饋是指系統(tǒng)的輸出信號經(jīng)過測量變送后，與輸入信號（給定值）進(jìn)行比較，產(chǎn)生的偏差信號用于修正控制作用。其作用是：減小偏差，使系統(tǒng)輸出盡可能接近輸入值；降低系統(tǒng)對內(nèi)部參數(shù)變化和外部干擾的敏感性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。負(fù)反饋本質(zhì)上是一種“糾偏”機(jī)制，但其過度可能導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，穩(wěn)定性變差。答案：負(fù)反饋是指系統(tǒng)輸出信號通過測量變送回到輸入端，與輸入信號（給定值）進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號。該偏差信號用于修正控制作用，其作用是減小偏差，使輸出趨向于輸入值，并能抑制內(nèi)部參數(shù)變化和外部干擾對輸出的影響，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但過度的負(fù)反饋可能導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。32.解析思路：選擇調(diào)節(jié)閥氣源壓力需考慮：①氣源品質(zhì)（純凈度、濕度、壓力穩(wěn)定性）；②所選執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型和公稱通徑；③閥門全開所需的氣源壓力（與彈簧剛度、膜頭結(jié)構(gòu)有關(guān)）；④控制信號類型（4-20mA氣動信號或0-10V電壓信號對應(yīng)的氣源壓力）；⑤系統(tǒng)中其他氣動元件的壓力需求。答案：選擇調(diào)節(jié)閥氣源壓力時(shí)需考慮因素：氣源品質(zhì)（壓力、純凈度、穩(wěn)定性）是否滿足要求；執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型（如氣動薄膜閥）和公稱通徑；閥門全開所需的最低氣源壓力；是否需要與電信號（如4-20mA）配合使用（需轉(zhuǎn)換器）；系統(tǒng)中其他氣動元件的壓力需求。33.解析思路：DCS結(jié)構(gòu)通常分層，操作站功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)算和顯示；控制站負(fù)責(zé)執(zhí)行控制運(yùn)算，可靠性高，數(shù)量多；通信網(wǎng)絡(luò)是核心，傳輸速率高，可靠性要求高。PLC結(jié)構(gòu)相對緊湊，通常集控制、通信、操作于一體（小型）或控制站+操作站（大型），控制運(yùn)算在PLC內(nèi)部完成，功能相對DCS可能較弱，但靈活性高，成本較低，適用于中小型系統(tǒng)。答案：區(qū)別：1）結(jié)構(gòu)：DCS分層結(jié)構(gòu)（操作站、控制站、通信網(wǎng)絡(luò)），控制功能分散；PLC可集中式或分布式，控制功能集成度高。2）功能：DCS操作站功能強(qiáng)大，支持復(fù)雜運(yùn)算、圖形顯示；PLC運(yùn)算能力相對DCS較弱。3）通信：DCS通信網(wǎng)絡(luò)要求高，速率快；PLC通信方式多樣，可接多種網(wǎng)絡(luò)。4）適用范圍：DCS適用于大型、復(fù)雜控制系統(tǒng)；PLC適用于中小型或要求靈活、成本敏感的系統(tǒng)。34.解析思路：HART協(xié)議特點(diǎn)：①在4-20mA模擬信號上疊加頻率調(diào)制數(shù)字信號，可雙向通信。②支持過程變量（PV）、狀態(tài)變量（SV）、診斷信息（DI）等數(shù)據(jù)傳輸。③采用開環(huán)協(xié)議，不影響模擬信號傳輸。④具有設(shè)備描述功能（DeviceDescription），便于系統(tǒng)組態(tài)。⑤優(yōu)勢在于可利用現(xiàn)有模擬線路，方便升級改造，提供豐富的診斷信息，增強(qiáng)系統(tǒng)可維護(hù)性。答案：HART協(xié)議特點(diǎn)與優(yōu)勢：特點(diǎn)：1）在4-20mA模擬信號上疊加數(shù)字信號，可雙向通信；2）采用頻率調(diào)制方式；3）支持多種數(shù)據(jù)傳輸，含過程值、狀態(tài)、診斷等；4）協(xié)議開放，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。優(yōu)勢：1）可利用現(xiàn)有4-20mA線路，安裝方便，升級成本低；2）提供豐富的設(shè)備診斷信息，便于維護(hù)；3）增強(qiáng)了系統(tǒng)靈活性和可靠性。35.解析思路：自動化系統(tǒng)日常維護(hù)內(nèi)容：①現(xiàn)場設(shè)備檢查：傳感器、執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)）外觀、連接、狀態(tài)檢查；②儀表校驗(yàn)與標(biāo)定：按規(guī)定周期校驗(yàn)精度，確保測量準(zhǔn)確；③信號線路檢查：檢查線纜、接頭、接地，確保信號傳輸可靠；④控制系統(tǒng)檢查：檢查控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，有無報(bào)警；⑤軟件備份與檢查：定期備份組態(tài)文件，檢查程序完整性；⑥清潔：保持設(shè)備清潔，便于觀察和維護(hù)；⑦記錄整理：整理運(yùn)行數(shù)據(jù)和維護(hù)記錄。答案：日常維護(hù)工作內(nèi)容：1）檢查現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)（傳感器、執(zhí)行器外觀、連接）；2）按規(guī)定校驗(yàn)儀表精度；3）檢查信號線路（線纜、接頭、接地）；4）檢查控制系統(tǒng)硬件（控制器、網(wǎng)絡(luò)）狀態(tài)；5）軟件備份與檢查；6）保持設(shè)備清潔；7）整理運(yùn)行與維護(hù)記錄。36.解析思路：P作用：根據(jù)當(dāng)前誤差大小成正比調(diào)整輸出，快速響應(yīng)偏差，但無記憶性，不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。I作用：根據(jù)誤差累積（積分）進(jìn)行累積調(diào)整，只要有偏差，積分作用就一直產(chǎn)生調(diào)整量，最終消除穩(wěn)態(tài)誤差，但響應(yīng)較慢，易引起振蕩。D作用：根據(jù)誤差變化率進(jìn)行預(yù)測性調(diào)整，能抑制超調(diào)、加快響應(yīng)，提高穩(wěn)定性，但對噪聲敏感。答案：PID作用：1）比例（P）作用：輸出與當(dāng)前誤差成正比，快速響應(yīng)偏差，不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。2）積分（I）作用：輸出與誤差累積成正比，消除穩(wěn)態(tài)誤差，響應(yīng)較慢，易振蕩。3）微分（D）作用：輸出與誤差變化率成正比，預(yù)測未來趨勢，抑制超調(diào)，加快響應(yīng)，提高穩(wěn)定性，但易受噪聲影響。四、計(jì)算題37.解析思路：1）寫出比例控制器閉環(huán)傳遞函數(shù)：Gs(s)=Kp*1/(10s+1)/(1+Kp*1/(10s+1))=Kp/(10s+1+Kp)。2）與二階標(biāo)準(zhǔn)形式G(s)=ωn2/(s2+2ζωns+ωn2)對比，得：ωn2=Kp，ωn=√(Kp)，2ζωn=1+Kp。3）解出ζ=(1+Kp)/(2√(Kp))，ωn=√(Kp)。4）分別代入Kp=1,2,5計(jì)算ζ和ωn。5）分析：Kp增大，ωn增大（響應(yīng)加快），ζ可能增大（穩(wěn)定性可能提高，但過大會使響應(yīng)變慢）。答案：閉環(huán)傳遞函數(shù)Gs(s)=Kp/(10s+1+Kp)。ωn2=Kp,ωn=√(Kp)。2ζωn=1+Kp,ζ=(1+Kp)/(2√(Kp))。當(dāng)Kp=1:ωn=√1=1rad/s,ζ=(1+1)/(2√1)=1。當(dāng)Kp=2:ωn=√2≈1.414rad/s,ζ=(1+2)/(2√2)≈1.207。當(dāng)Kp=5:ωn=√5≈2.236rad/s,ζ=(1+5)/(2√5)≈1.618。分析：Kp增大，系統(tǒng)自然頻率ωn增大，阻尼比ζ也增大。ωn增大意味著響應(yīng)速度加快，ζ增大意味著系統(tǒng)穩(wěn)定性可能提高，但過大的ζ會使系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍。38.解析思路：1）閥門流量系數(shù)Cv與行程（或開度）的平方根大致成正比。2）設(shè)行程為x的平方根為√x，流量系數(shù)為Cv(x)。當(dāng)x=50%時(shí)，√x=√0.5,Cv(x)=60。當(dāng)x=75%時(shí)，√x=√0.75。3）根據(jù)比例關(guān)系：Cv(75%)/Cv(50%)=√0.75/√0.5=√(3/4)/√(1/2)=√(3/2)。4）計(jì)算Cv(75%)=Cv(50%)*√(3/2)=60*√(3/2)。答案：設(shè)行程為x的平方根為√x，流量系數(shù)為Cv(x)。x=50%時(shí)，√x=√0.5,Cv(50%)=60。x=75%時(shí)，√x=√0.75。Cv(75%)/Cv(50%)=√0.75/√0.5=√(3/4)/√(1/2)=√(3/2)。Cv(75%)=60*√(3/2)≈60*1.2247≈73.48m3/h。估算結(jié)果：Cv(75%)≈73.5。五、論述題39.解析思路：1）引言：強(qiáng)調(diào)自動化系統(tǒng)對現(xiàn)代暖通空調(diào)和動力系統(tǒng)的重要性。2）安全性：DCS/PLC實(shí)現(xiàn)精確控制，防止超壓、超溫、泄漏等危險(xiǎn)；安全聯(lián)鎖保護(hù)，緊急停機(jī)。3）穩(wěn)定性：精確控制保證參數(shù)穩(wěn)定（如溫度、壓力恒定）；自動調(diào)節(jié)抑制干擾，避免大幅波動。4）高效性：優(yōu)化控制策略，節(jié)能降耗（如變頻控制）；優(yōu)化運(yùn)行模式，提高設(shè)備效率。5）集成與監(jiān)控：集中監(jiān)控，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，便于管理；聯(lián)動控制，協(xié)調(diào)運(yùn)行。6）總結(jié)：自動化技術(shù)是保障現(xiàn)代暖通空調(diào)和動力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行不可或缺的技術(shù)支撐。答案：自動化控制系統(tǒng)（DCS/PLC）在保障暖通空調(diào)或動力設(shè)備運(yùn)行中作用顯著。首先，保障安全：通過精確控制和安全聯(lián)鎖邏輯，防止超溫、超壓、燃?xì)庑孤┑仁鹿拾l(fā)生，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)保護(hù)。其次，維持穩(wěn)定：精確調(diào)節(jié)溫度、壓力、流量等參數(shù)，抑制外部干擾和內(nèi)部波動，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。再次，提升