工業(yè)自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用案例分析題集及答案指南一、單選題（每題2分，共10題）1.某食品加工廠采用PLC控制系統(tǒng)控制其灌裝機(jī)，在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)灌裝精度不穩(wěn)定，以下哪項(xiàng)措施最可能解決該問題？（）A.增加傳感器數(shù)量B.更換更高性能的PLCC.優(yōu)化PID控制參數(shù)D.改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)2.在某化工廠的DCS系統(tǒng)中，某調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)響應(yīng)遲緩現(xiàn)象，初步排查發(fā)現(xiàn)供電電壓波動較大，以下哪項(xiàng)措施最有效？（）A.更換調(diào)節(jié)閥B.增加穩(wěn)壓電源C.調(diào)整控制周期D.加裝隔離器3.某鋼鐵廠的高爐溫度控制系統(tǒng)采用串級控制，內(nèi)環(huán)控制對象響應(yīng)速度快，外環(huán)響應(yīng)慢，以下哪項(xiàng)措施最有助于改善系統(tǒng)穩(wěn)定性？（）A.增大內(nèi)環(huán)比例系數(shù)B.減小外環(huán)積分時(shí)間C.采用前饋控制D.增加系統(tǒng)冗余4.在某制藥廠的潔凈室空調(diào)系統(tǒng)中，溫度控制精度要求±0.5℃，以下哪項(xiàng)控制方案最合適？（）A.單位反饋控制B.比例積分控制C.比例微分控制D.自適應(yīng)控制5.某水泥廠的窯爐控制系統(tǒng)需要處理非線性特性，以下哪項(xiàng)控制策略最有效？（）A.線性化處理B.分段線性控制C.模糊控制D.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制二、多選題（每題3分，共5題）6.在某核電廠的核反應(yīng)堆控制系統(tǒng)中，以下哪些安全措施是必須的？（）A.硬件冗余設(shè)計(jì)B.獨(dú)立安全儀表系統(tǒng)（SIS）C.雙通道控制邏輯D.手動干預(yù)裝置7.某造紙廠的漿料濃度控制系統(tǒng)采用比值控制，以下哪些因素會影響控制效果？（）A.流量計(jì)精度B.調(diào)節(jié)閥響應(yīng)時(shí)間C.比值系數(shù)設(shè)定D.環(huán)境溫度變化8.在某石油精煉廠的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，以下哪些方法可以提高能源利用效率？（）A.熱集成技術(shù)B.變流量控制C.預(yù)測控制D.傳熱系數(shù)優(yōu)化9.某電動汽車的電池管理系統(tǒng)（BMS）需要監(jiān)測電壓、溫度和電流，以下哪些參數(shù)是關(guān)鍵指標(biāo)？（）A.充電速率B.內(nèi)阻C.熱管理效率D.電池壽命10.在某水處理廠的曝氣系統(tǒng)中，以下哪些控制策略有助于提高處理效率？（）A.DO濃度閉環(huán)控制B.溶解氧與流量前饋控制C.空氣流量分段控制D.剩余污泥濃度反饋調(diào)節(jié)三、簡答題（每題5分，共5題）11.某水泥廠的生料磨系統(tǒng)采用PLC控制，運(yùn)行過程中頻繁出現(xiàn)堵料報(bào)警，簡述可能的原因及解決措施。12.在某化工廠的精餾塔控制中，如何實(shí)現(xiàn)提餾段和精餾段的協(xié)同控制？13.某鋼鐵廠的熱連軋生產(chǎn)線需要實(shí)現(xiàn)多機(jī)架的同步控制，簡述主要的技術(shù)難點(diǎn)及解決方案。14.在某制藥廠的潔凈室溫濕度控制中，如何確保不同區(qū)域的控制精度一致？15.某電力廠的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)需要處理大時(shí)滯問題，簡述常用的控制策略及優(yōu)缺點(diǎn)。四、論述題（每題10分，共2題）16.結(jié)合實(shí)際案例，分析工業(yè)自動化控制系統(tǒng)在化工廠安全防爆中的應(yīng)用要點(diǎn)及設(shè)計(jì)原則。17.闡述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在智能工廠中的應(yīng)用場景及對傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的改造意義。答案及解析一、單選題1.C解析：灌裝精度不穩(wěn)定通常與控制參數(shù)設(shè)置不當(dāng)有關(guān)，優(yōu)化PID控制參數(shù)可以顯著改善控制精度。增加傳感器數(shù)量（A）可能提高精度但未必解決根本問題；更換更高性能的PLC（B）成本高且未必必要；改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)（D）可能解決物理限制問題，但非首選。2.B解析：調(diào)節(jié)閥響應(yīng)遲緩可能是由于供電電壓波動導(dǎo)致工作不穩(wěn)定，增加穩(wěn)壓電源（B）可以從源頭解決問題。更換調(diào)節(jié)閥（A）治標(biāo)不治本；調(diào)整控制周期（C）影響響應(yīng)速度但未必解決根本問題；加裝隔離器（D）主要用于信號隔離，對供電問題效果有限。3.B解析：串級控制中，外環(huán)響應(yīng)慢可能導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，減小外環(huán)積分時(shí)間（B）可以加快響應(yīng)并提高穩(wěn)定性。增大內(nèi)環(huán)比例系數(shù)（A）可能加劇振蕩；采用前饋控制（C）適用于干擾補(bǔ)償，非首選；增加系統(tǒng)冗余（D）提高可靠性但未必解決控制問題。4.B解析：±0.5℃的精度要求較高，比例積分控制（B）能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差并保持系統(tǒng)穩(wěn)定，最適合該場景。單位反饋控制（A）過于簡單；比例微分控制（C）對噪聲敏感；自適應(yīng)控制（D）過于復(fù)雜且未必必要。5.C解析：窯爐控制系統(tǒng)具有明顯的非線性特性，模糊控制（C）能夠有效處理非線性問題。線性化處理（A）可能不適用；分段線性控制（B）精度有限；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制（D）雖有效但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜；比例控制（A）無法處理非線性。二、多選題6.A、B、C、D解析：核反應(yīng)堆控制系統(tǒng)必須滿足最高安全標(biāo)準(zhǔn)，硬件冗余設(shè)計(jì)（A）、獨(dú)立SIS（B）、雙通道控制邏輯（C）和手動干預(yù)裝置（D）均為必要措施。7.A、B、C、D解析：比值控制系統(tǒng)受流量計(jì)精度（A）、調(diào)節(jié)閥響應(yīng)時(shí)間（B）、比值系數(shù)設(shè)定（C）及環(huán)境溫度變化（D）等多因素影響。8.A、B、C、D解析：換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化可通過熱集成技術(shù)（A）、變流量控制（B）、預(yù)測控制（C）和傳熱系數(shù)優(yōu)化（D）等多種方法實(shí)現(xiàn)。9.B、C、D解析：BMS關(guān)鍵參數(shù)包括內(nèi)阻（B）、熱管理效率（C）和電池壽命（D），充電速率（A）雖重要但非核心指標(biāo)。10.A、B、C、D解析：曝氣系統(tǒng)優(yōu)化可通過DO濃度閉環(huán)控制（A）、前饋控制（B）、分段控制（C）和剩余污泥反饋調(diào)節(jié)（D）實(shí)現(xiàn)。三、簡答題11.原因：①磨機(jī)進(jìn)料量超限；②磨頭或研磨體磨損導(dǎo)致出料口堵塞；③風(fēng)量不足導(dǎo)致物料干燥過快。措施：①優(yōu)化進(jìn)料量控制邏輯，設(shè)置超限報(bào)警；②定期檢查維護(hù)磨頭和研磨體；③調(diào)整風(fēng)機(jī)頻率確保風(fēng)量穩(wěn)定。12.協(xié)同控制方法：①采用解耦控制策略，將提餾段溫度和精餾段壓力解耦；②設(shè)置前饋補(bǔ)償，根據(jù)進(jìn)料變化調(diào)整回流比；③采用多變量模型預(yù)測控制（MPC）。13.技術(shù)難點(diǎn)：①多機(jī)架間時(shí)滯和速度同步；②軋制力波動影響。解決方案：①采用高速網(wǎng)絡(luò)通信（如Profinet）；②設(shè)置張力控制系統(tǒng)；③采用分布式控制架構(gòu)。14.方法：①采用冗余傳感器和控制器；②設(shè)置統(tǒng)一的控制基準(zhǔn)；③通過PID參數(shù)整定確保各區(qū)域響應(yīng)一致。15.控制策略：①Smith預(yù)估器補(bǔ)償時(shí)滯；②采用模型預(yù)測控制（MPC）；③分段PID控制。優(yōu)缺點(diǎn)：Smith預(yù)估器（A）精度高但計(jì)算量大；MPC（B）適應(yīng)性強(qiáng)但需模型準(zhǔn)確；分段PID（C）簡單但精度有限。四、論述題16.安全防爆要點(diǎn)：①采用本安型儀表和防爆等級設(shè)備；②設(shè)置安全完整性等級（SIL）認(rèn)證系統(tǒng)；③采用安全儀表系統(tǒng)（SIS）與常規(guī)控制系統(tǒng)物理隔離；④設(shè)計(jì)故障安全邏輯，如緊急停車連鎖。設(shè)計(jì)原則：①優(yōu)先采用被動安全措施；