工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù) 吳卓坪 習(xí)題及答案 項(xiàng)目1

項(xiàng)目1采集生產(chǎn)線環(huán)境參數(shù)（遠(yuǎn)程I/O模塊）任務(wù)1.1裝配生產(chǎn)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能需求分析【小思考】工業(yè)車間為何需要環(huán)境監(jiān)測(cè)？答：及時(shí)地獲取工業(yè)車間環(huán)境監(jiān)測(cè)的有關(guān)信息，把這些信息羅列并整理出來(lái)，這樣就可以方便有關(guān)部門對(duì)環(huán)境進(jìn)行更加有效、合理地管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)境造成的污染等相關(guān)問題，并科學(xué)有效地做好預(yù)防工作。【任務(wù)練習(xí)】水污染在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由哪些子系統(tǒng)組成？答：水質(zhì)污染在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由污染因子（COD、氨氮、pH值、流量、懸浮物、濁度、溶解氧等）監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、采樣及預(yù)處理子系統(tǒng)（采水泵、采水管路、過濾裝置、水質(zhì)自動(dòng)采樣器等）、數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)、監(jiān)視傳感子系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)站房子系統(tǒng)、排放口建設(shè)子系統(tǒng)等組成。有毒有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)哪些物質(zhì)的含量？答：有毒有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)SO2、NOX、CO、O3、PM10、等有毒有害氣體含量。任務(wù)1.2環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器選型【小思考】傳感器選型是否精度越高越好？答：傳感器精度越高價(jià)格越高，在滿足使用要求的情況下，傳感器選型同時(shí)要滿足成本需求?！救蝿?wù)練習(xí)】傳感器的分類方式？答：傳感器的分類方式主要有：按照工作（檢測(cè)）原理分類、按照用途（被測(cè)物理量）分類、按照結(jié)構(gòu)參數(shù)在信號(hào)變化過程中是否發(fā)生變化分類、按照輸出信號(hào)的性質(zhì)分類、按照敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系分類、按照構(gòu)成分類、按照作用分類、按照與被測(cè)對(duì)象的關(guān)聯(lián)方式分類。傳感器的選型依據(jù)？答：傳感器的選型要從傳感器性能指標(biāo)、硬件接口和信號(hào)輸出形式、安裝方式、成本分析、使用環(huán)境五個(gè)方面考慮。任務(wù)1.3遠(yuǎn)程I/O模塊選型【小思考】現(xiàn)場(chǎng)總線的不足，以及工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)是什么？答：現(xiàn)場(chǎng)總線是一種連接工廠底層設(shè)備的通信網(wǎng)絡(luò)，它有多種不同的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，如FF、HART、CAN、PROFIBUS等。現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)分布式控制，降低布線成本，提高數(shù)據(jù)傳輸效率和可靠性。但是現(xiàn)場(chǎng)總線也有一些不足，主要有以下幾點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)沒有統(tǒng)一，導(dǎo)致不同廠商的設(shè)備之間難以互聯(lián)互通?，F(xiàn)場(chǎng)總線的通信速率較低，不能滿足高速實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)通信的需求?，F(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要專業(yè)的組態(tài)軟件和維護(hù)軟件?，F(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)更新較慢，難以適應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0等新興技術(shù)的發(fā)展。工業(yè)以太網(wǎng)是指在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用以太網(wǎng)的相關(guān)組件和技術(shù)，它采用TCP/IP協(xié)議，和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)兼容。工業(yè)以太網(wǎng)的出現(xiàn)是為了解決現(xiàn)場(chǎng)總線的局限性，實(shí)現(xiàn)工廠信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一。工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：工業(yè)以太網(wǎng)可以滿足控制系統(tǒng)各個(gè)層次的要求，從管理層到自動(dòng)化底層都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存取和交換。工業(yè)以太網(wǎng)容易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集成，速度快，開發(fā)技術(shù)廣泛，硬件升級(jí)范圍廣，價(jià)格低廉。工業(yè)以太網(wǎng)可以利用現(xiàn)有的辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，降低投資成本和運(yùn)行成本。工業(yè)以太網(wǎng)可以支持多種實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，如PROFINET、EtherCAT、Powerlink等，提高通信確定性和實(shí)時(shí)性。綜上所述，現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成為了主流，并且在不斷完善和創(chuàng)新。根據(jù)HMS公司的報(bào)告，在2020年間，工業(yè)以太網(wǎng)的市場(chǎng)份額超過了現(xiàn)場(chǎng)總線，并且還在增長(zhǎng)。因此，工業(yè)以太網(wǎng)是現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展的必然趨勢(shì)?！救蝿?wù)練習(xí)】說明一體式I/O模塊和插片式I/O模塊的優(yōu)缺點(diǎn)，并進(jìn)行比較？答：一體式I/O模塊是指將I/O模塊和總線接口集成在一個(gè)外殼內(nèi)，可以直接連接到現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)上，無(wú)需額外的適配器或耦合器。插片式I/O模塊是指將I/O模塊和總線接口分開設(shè)計(jì)，需要通過適配器或耦合器將I/O模塊插入到電路板上，形成一個(gè)可擴(kuò)展的I/O系統(tǒng)。一體式I/O模塊和插片式I/O模塊各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體如下：一體式I/O模塊的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，占用空間小，適合于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中的分布式安裝。一體式I/O模塊的缺點(diǎn)是可擴(kuò)展性差，功能單一，不能滿足復(fù)雜的信號(hào)處理需求。插片式I/O模塊的優(yōu)點(diǎn)是可擴(kuò)展性強(qiáng)，功能豐富，可以根據(jù)不同的信號(hào)類型和數(shù)量選擇合適的I/O模塊，并通過電路板實(shí)現(xiàn)靈活的信號(hào)分配。插片式I/O模塊的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝麻煩，占用空間大，不適合于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中的分布式安裝。采用遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是什么？答：遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）遠(yuǎn)程I/O模塊一般采用通信網(wǎng)絡(luò)與主控單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，由于采用通信方式傳輸信號(hào)，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)的布線面積，不僅節(jié)約了成本，而且增加了系統(tǒng)的可靠性，使原來(lái)復(fù)雜冗余的I/O連線變成單一可靠的通信線；同時(shí)減少了干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和檢測(cè)精度。（2）可在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近實(shí)現(xiàn)模數(shù)、數(shù)模的轉(zhuǎn)換，使信號(hào)在各自的I/O站得到處理，真正實(shí)現(xiàn)