集散型控制系統(tǒng)介紹

本答案僅供參考。第1章 緒論1.1 什么是過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)？它由哪幾部分組成？通過(guò)具體示例說(shuō)明。答：它是指由被控對(duì)象、測(cè)量變送裝置、計(jì)算機(jī)和執(zhí)行裝置構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程閉環(huán)控制的系統(tǒng)，它綜合了計(jì)算機(jī)過(guò)程控制和生產(chǎn)工藝過(guò)程。例如溫度控制系統(tǒng)。1.2 計(jì)算機(jī)控制工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程有哪些種類型？答：計(jì)算機(jī)控制工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程一般有五種類型：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)；直接數(shù)字控制系統(tǒng)；監(jiān)督控制系統(tǒng)；集散控制系統(tǒng)；現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件一般有哪幾大主要組成部分？各部分是怎樣互相聯(lián)系的？其中過(guò)程通道有幾種基本類型？它們?cè)谙到y(tǒng)中起什么作用？答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件一般包括：主機(jī)、外部設(shè)備、過(guò)程輸入輸出設(shè)備。兩個(gè)過(guò)程通道，一個(gè)是輸入通道，另一個(gè)為輸出過(guò)程通道。輸入過(guò)程通道包括：A/D通道-把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后再輸入； DI通道-直接輸入開關(guān)量信號(hào)或數(shù)字量信號(hào)。輸出過(guò)程通道包括：D/A通道-把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后再輸出； DO通道-直接輸出開關(guān)量信號(hào)或數(shù)字量信號(hào)。1.4 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件由哪幾部分組成？答：直接數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件主要有計(jì)算機(jī)（主機(jī)）、過(guò)程輸入輸出通道、操作臺(tái)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)備組成。如下圖所示。1.5 數(shù)字控制算法有幾種形式？各有什么特點(diǎn)？答：數(shù)字控制算法有位置式、增量式、速度式三種形式。位置式根據(jù)偏差計(jì)算閥門的位置，增量式根據(jù)偏差計(jì)算閥門的變化；速度式根據(jù)偏差變化程度計(jì)算閥門的變化。1.6 試推導(dǎo)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制算法的位置式、增量式和速度式。答：模擬控制算法為其中，-比例增益 -積分時(shí)間常數(shù)在采樣周期相當(dāng)短暫時(shí)，用矩形法近似代替積分項(xiàng)，其中為采樣周期，為采樣序號(hào)。位置式算法為：增量式算法為：速度式算法為：其中， -偏差（它是初始閥門位置） -第次輸出的偏差校正值 -第次采樣值的偏差校正值1.7 試推導(dǎo)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制算法的位置式、增量式和速度式。答：模擬控制算法為其中，-比例增益 -微分時(shí)間常數(shù)在采樣周期相當(dāng)短暫時(shí)，用后向差分法近似代替微分項(xiàng)，其中為采樣周期，為采樣序號(hào)。位置式算法為：增量式算法為：速度式算法為：其中， -偏差（它是初始閥門位置） -第次輸出的偏差校正值 -第次采樣值的偏差校正值1.8 集散型控制系統(tǒng)產(chǎn)生的原因是什么？為什么集散型控制系統(tǒng)能得到廣泛應(yīng)用？答：隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜程度的提高，使像DDC這樣集中控制系統(tǒng)無(wú)法滿足諸如控制回路增多、實(shí)現(xiàn)集中顯示和操作、實(shí)現(xiàn)多變量相關(guān)聯(lián)對(duì)象的控制要求，導(dǎo)致集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生。DCS吸取了操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和直接數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)功能分散化，危險(xiǎn)分散化，而管理和顯示集中，靈活的應(yīng)用使DCS得到廣泛應(yīng)喲功能和發(fā)展。1.9 與直接數(shù)字控制系統(tǒng)相比較，集散型控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是什么？答：與直接數(shù)字控制系統(tǒng)相比，集散控制系統(tǒng)具有控制功能分散、危險(xiǎn)分散，而參數(shù)顯示和操作高度集中的優(yōu)點(diǎn)。1.10 集散型控制系統(tǒng)的發(fā)展方向是什么？答：集散控制系統(tǒng)的發(fā)展方向表現(xiàn)在兩個(gè)方向上：一個(gè)方向是向上發(fā)展，即向CIMS計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、CIPS計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)方向發(fā)展；另一個(gè)方向是向下發(fā)展，即向FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)方向發(fā)展。1.11 寫出下列縮略詞的中、英文名稱。SCC DDC DCS CIMS FCS答：SCC：Supervisory Computer Control 計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制 DDC：Direct Digital Control 直接數(shù)字控制 DCS：Distributed Control System 集散控制系統(tǒng) CIMS：Computer Integrated Manufactured System 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) FCS：Fieldbus Control System 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) CIPS：Computer Integrated Process System 計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)第2章 集散型控制系統(tǒng)（DCS）的導(dǎo)論2.1 什么是集散型控制系統(tǒng)？它的主要特點(diǎn)是什么？答：集散控制系統(tǒng)又稱為分布式控制系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)(computer)、通信技術(shù)(communication)、圖形顯示技術(shù)(CRT)、控制技術(shù)(control)（簡(jiǎn)稱4C技術(shù)）的發(fā)展產(chǎn)物，它是一個(gè)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作員站、工程師站聯(lián)系起來(lái)，共同完成分級(jí)控制、集中管理的綜合控制系統(tǒng)。 它的主要特點(diǎn)是：可靠性高 靈活的擴(kuò)展性 完善的自主控制性 完善的通信網(wǎng)絡(luò)。2.2 集散型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是什么？答：集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是：危險(xiǎn)分散、控制功能分散，而操作和管理集中。2.3 集散型控制系統(tǒng)一般由哪幾部分組成？各自主要功能是什么？答：集散控制系統(tǒng)一般由過(guò)程控制單元、數(shù)據(jù)采集器、CRT顯示操作站、管理計(jì)算機(jī)以及高速數(shù)據(jù)通路五部分組成。過(guò)程控制單元：實(shí)現(xiàn)對(duì)DCS的一個(gè)或多個(gè)回路的較復(fù)雜閉環(huán)控制。數(shù)據(jù)采集器：針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中非控制變量而言，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步加工，供CRT操作站顯示和打印，實(shí)現(xiàn)開環(huán)監(jiān)視。CRT顯示操作站：它是DCS與外界聯(lián)系的人機(jī)接口，具有顯示控制過(guò)程中各種信息、監(jiān)視操作、輸出報(bào)表，還對(duì)DCS的PCU和PIU進(jìn)行組態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的操作和管理。高速數(shù)據(jù)通路：它將過(guò)程控制單元、操作站、管理計(jì)算機(jī)等設(shè)備連接成一個(gè)完整的DCS，以一定速率在各單元之間完成數(shù)據(jù)、指令及其它信息的傳輸，一般設(shè)置成冗余結(jié)構(gòu)。管理計(jì)算機(jī)：綜合監(jiān)視DCS的單元，管理DCS的所有信息，具有進(jìn)行大型復(fù)雜運(yùn)算的能力以及多輸入、多輸出控制功能，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制和全廠的優(yōu)化管理。2.4 什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)？集散型控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)常采用什么類型的網(wǎng)絡(luò)形式？答：凡是將地理位置不同而且具有獨(dú)立功能的各個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)通信設(shè)備和線路將它們連接起來(lái)，由功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、信息交換方式、控制程序和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源（硬件、軟件、信息）共享。集散控制系統(tǒng)常用總線網(wǎng)和環(huán)形總線網(wǎng)絡(luò)。2.5 什么是通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議？常用的通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有哪幾種？答：由網(wǎng)絡(luò)全體“成員”共同遵守的一套“約定”，以實(shí)現(xiàn)彼此通信和共享資源，這就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有： 開放系統(tǒng)互連參考模型OSI；IEEE802標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；MAP制造業(yè)自動(dòng)化通信協(xié)議；PROWAY過(guò)程數(shù)據(jù)高速公路。2.6 試分別畫出數(shù)字量：（1）65H和（2）BAH的不歸零、歸零及差分曼徹斯特編碼的信號(hào)波形圖。答：65H轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制是：B BAH轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制是：B2.7 已知數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)送端的碼元序列為B，試求接收端碼元序列分別為B和B時(shí)的差錯(cuò)碼元序列。答：當(dāng)接收端的碼元序列為B時(shí)的差錯(cuò)碼元序列為當(dāng)接收端的碼元序列為B時(shí)的差錯(cuò)碼元序列為2.8 已知信息碼=1011，要生成循環(huán)碼（8，4），設(shè)采用的循環(huán)碼生成多項(xiàng)式為：，求生成的循環(huán)碼。答：由題意，信息碼為=1011，對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式為 為了獲得循環(huán)冗余碼，將兩邊乘以，得 利用余式定理，再除以生成多項(xiàng)式，得余式為 于是，循環(huán)冗余碼所對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式為 對(duì)應(yīng)二進(jìn)制循環(huán)冗余碼為 2.9 已知數(shù)據(jù)傳送的信噪比為10，頻帶寬度為3kHz，試求（1）無(wú)噪聲信道上理論極限傳輸能力；（2）噪聲信道上理論極限傳輸能力；（3）雙絞線噪聲信道實(shí)際傳輸能力。答：由題意，信噪比為，頻帶寬度為。 無(wú)噪聲信道上理論極限傳輸能力為 bit/s 噪聲信道上理論極限傳輸能力為 bit/s 雙絞線噪聲信道實(shí)際傳輸能力為 9600 bit/s2.10 OSI參考模型分為幾層？各層的主要作用是什么？答：OSI參考模型分為七層，各層的主要作用如下表所示。層次定義1物理層它是通信網(wǎng)上各設(shè)備之間的物理接口，直接把數(shù)據(jù)位信息從一臺(tái)設(shè)備傳送到另一臺(tái)設(shè)備。2數(shù)據(jù)鏈路層它負(fù)責(zé)將傳送的數(shù)據(jù)按幀結(jié)構(gòu)格式化，組織成幀，實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制和介質(zhì)訪問(wèn)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理層的管理。3網(wǎng)絡(luò)層它的主要功能是信息包的路徑選擇和鏈路的協(xié)調(diào)管理，防止鏈路的死鎖和堵塞。4傳輸層它為會(huì)話層提供可靠而透明的端對(duì)端傳送服務(wù)，使信息傳送無(wú)差錯(cuò)。5會(huì)話層提供用戶進(jìn)程之間的一次會(huì)話，其目的在于通過(guò)進(jìn)程之間連接的建立和調(diào)節(jié)，使得連接雙方的交互活動(dòng)變得簡(jiǎn)易。6表示層它的功能是實(shí)現(xiàn)用戶與服務(wù)之間的翻譯與轉(zhuǎn)換。7應(yīng)用層它為用戶進(jìn)程通信執(zhí)行面向應(yīng)用的任務(wù)，包括必要的監(jiān)督和管理。2.11 IEEE802標(biāo)準(zhǔn)包括哪些內(nèi)容？答：IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容包括： IEEE802.1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)互連；IEEE802.2：邏輯鏈路控制；IEEE802.3：CSMA/CD總線訪問(wèn)方法和物理層技術(shù)規(guī)范；IEEE802.4：Token Passing Bus訪問(wèn)方法和物理層技術(shù)規(guī)范；IEEE802.5：Token Passing Ring訪問(wèn)方法和物理層技術(shù)規(guī)范；IEEE802.6：城市網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)方法和物理層技術(shù)規(guī)范；IEEE802.7：寬帶網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.8：光纖網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.9：集成聲音數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。2.12 說(shuō)明IEEE802.3，IEEE802.4 ，IEEE802.5通信協(xié)議主要解決網(wǎng)絡(luò)通信哪一層的問(wèn)題？各有什么特點(diǎn)？答：IEEE802.3、IEEE802.4、IEEE802.5通信協(xié)議主要解決網(wǎng)絡(luò)通信中的數(shù)據(jù)鏈路層的問(wèn)題。它們的特點(diǎn)為IEEE802.3：用于CSMA/CD總線訪問(wèn)方法和物理層技術(shù)規(guī)范；IEEE802.4：用于Token Passing Bus訪問(wèn)方法和物理層技術(shù)規(guī)范；IEEE802.5：用于Token Passing Ring訪問(wèn)方法和物理層技術(shù)規(guī)范；2.13 在DCS中，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的存取控制技術(shù)主要有哪幾種？答：在DCS中，常用的存取訪問(wèn)控制技術(shù)有：輪詢(Poll)、令牌傳送(Token Passing)、帶有碰撞檢測(cè)的載波監(jiān)聽多重訪問(wèn)(CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)。2.14 提高集散型控制系統(tǒng)的可靠性的途徑有哪些？在軟件、硬件方面各有什么措施？答：DCS充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、顯示技術(shù)、人機(jī)交換技術(shù)、硬件制造技術(shù)和其它電子技術(shù)上的一系列最新技術(shù)成果，為了提高DCS的可靠性，在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、CRT操作站的設(shè)置、通信系統(tǒng)的配置、系統(tǒng)的自診斷與在線維護(hù)功能、電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及其它許多環(huán)節(jié)上均采取一系列措施。DCS在軟件、硬件方面采取如下措施以提高可靠性：1DCS的硬件采用宇航工藝，可靠性和性能價(jià)格比得到提高；2所有I/O卡具有良好的浪涌電壓吸收器及采取濾波、屏蔽等措施，能承受雷雨天氣的強(qiáng)烈電磁干擾；3對(duì)DCS的管理計(jì)算機(jī)采取一系列安全保密措施，如設(shè)置各種權(quán)限，提高對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)和文件等資源的保護(hù)；4對(duì)操作員鍵盤和工程師鍵盤加以區(qū)別，采用鍵鎖手段，防止人為造成的系統(tǒng)故障。2.15 集散型控制系統(tǒng)中，通常對(duì)關(guān)鍵性部件、系統(tǒng)要采用哪些冗余結(jié)構(gòu)？答：通常對(duì)DCS的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)均采用冗余化結(jié)構(gòu)。即多重化構(gòu)成的自動(dòng)備用方式，具體形式為同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式；待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式； 后退運(yùn)轉(zhuǎn)方式。2.16 串級(jí)控制技術(shù)的基本思想是什么？它有哪些優(yōu)點(diǎn)？答：串級(jí)控制是在單回路單參數(shù)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種控制技術(shù)。由于一般的單回路PID控制很難滿足被控對(duì)象在各種干擾因素同時(shí)作用下，實(shí)現(xiàn)高精度的控制要求。為此，引進(jìn)了新的控制技術(shù)，即在原控制系統(tǒng)的控制回路中，增加一個(gè)或多個(gè)控制內(nèi)回路，而且是相互串接，一個(gè)控制回路的輸出是另一個(gè)控制回路的設(shè)定值，以達(dá)到控制可能引起被控對(duì)象發(fā)生變化的各種干擾因素，提高控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)，這就是串級(jí)控制技術(shù)的基本思想。串級(jí)控制系統(tǒng)中，副回路給系統(tǒng)帶來(lái)許多優(yōu)點(diǎn)：由于副回路的作用，串級(jí)控制比單回路控制更具有抑制各種干擾的能力，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把主要的干擾包含在副回路中；采用串級(jí)控制可以克服被控對(duì)象的純滯后影響，改善系統(tǒng)的控制性能；若系統(tǒng)中含有非線性被控對(duì)象，把非線性被控對(duì)象包含在副回路中，能夠適應(yīng)操作條件和負(fù)荷的變化，自動(dòng)改變副回路控制器的給定值，因而控制系統(tǒng)仍具有良好的自適應(yīng)能力。2.17 前饋控制的基本思想是什么？前饋和反饋相結(jié)合有什么好處？答：前饋控制實(shí)質(zhì)上是一種按擾動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的開環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)擾動(dòng)產(chǎn)生后，被控變量還未顯示出變化前，根據(jù)擾動(dòng)作用大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償擾動(dòng)作用對(duì)被控變量的影響。這種前饋?zhàn)饔眠\(yùn)用恰當(dāng)，可以使被控變量不會(huì)因擾動(dòng)作用而產(chǎn)生偏差，比反饋控制要及時(shí)，并且不受系統(tǒng)滯后的影響。對(duì)于精確的控制對(duì)象和擾動(dòng)數(shù)學(xué)模型，如果補(bǔ)償?shù)卯?dāng)，對(duì)于某一特定擾動(dòng)，前饋控制系統(tǒng)的品質(zhì)十分理想，明顯優(yōu)于反饋控制系統(tǒng)。但是，要實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償并非易事，因?yàn)楣I(yè)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型是時(shí)變的、非線性的；同時(shí)，擾動(dòng)也是不可完全預(yù)見(jiàn)的，前饋控制只能在一定程度上補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控制變量的影響。因此，為了保證有更大的適應(yīng)性，在工業(yè)過(guò)程中經(jīng)常把前饋控制與反饋控制結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成前饋-反饋控制系統(tǒng)。前饋控制克服主要擾動(dòng)的影響，反饋控制克服其余擾動(dòng)及前饋補(bǔ)償不完全部分。這樣，系統(tǒng)即使在大而頻繁的擾動(dòng)下，依然可以獲得良好的控制品質(zhì)。 2.18 試述Smith預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及其實(shí)現(xiàn)。答：Smith預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想：在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量，應(yīng)盡量減少處于閉合回路中的時(shí)滯，克服大時(shí)間滯后對(duì)控制系統(tǒng)的影響。它的實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：未加入Smith預(yù)估器時(shí)，系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的分母中含有時(shí)滯，它降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果足夠大，則系統(tǒng)將不穩(wěn)定，這就是時(shí)滯過(guò)程難以控制的原因。 為了改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)，引入Smith預(yù)估器，使原閉環(huán)特征方程中不含時(shí)滯， 則要求Smith預(yù)估器的傳遞函數(shù)為 經(jīng)過(guò)Smith預(yù)估器的補(bǔ)償作用后，系統(tǒng)的特征方程中不含項(xiàng)，消除了時(shí)滯項(xiàng)對(duì)控制系統(tǒng)的影響，僅將控制作用在時(shí)間坐標(biāo)上推移了一個(gè)時(shí)間，此時(shí)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及控制品質(zhì)與無(wú)時(shí)滯的完全一致。 2.19 常用的順序控制系統(tǒng)編程方法有哪幾種？其功能是什么？答：常用的順序控制系統(tǒng)編程方法很多。如梯形邏輯圖、功能模塊、助記符及編程語(yǔ)言等。梯形邏輯圖法是采用梯形邏輯圖來(lái)描述順序控制系統(tǒng)的邏輯順序關(guān)系；功能模塊法把邏輯運(yùn)算作為功能模塊處理，按功能塊組態(tài)的方法連接起來(lái)完成編程；助記符方法在可編程邏輯控制器編程時(shí)經(jīng)常采用，它通常由操作碼、標(biāo)識(shí)符和元素參數(shù)表示；編程語(yǔ)言采用集散型控制系統(tǒng)提供的語(yǔ)言或通用的高級(jí)語(yǔ)言來(lái)編程。第3章 國(guó)產(chǎn)集散型控制系統(tǒng)HS20003.1 HS2000系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是什么？答：可靠性高、方便、直觀的操作，維護(hù)方便，系統(tǒng)開放。3.2 HS2000系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成有何特點(diǎn)？答：HS2000系統(tǒng)由三層網(wǎng)絡(luò)組成，即管理協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)不同的系統(tǒng)規(guī)模、靈活配置成HS2000系統(tǒng)的大型、中型和小型系統(tǒng)。3.3 何謂DCS的“三站一線”結(jié)構(gòu)？答：DCS的三站指：工程師站、操作員站、現(xiàn)場(chǎng)控制站；一線指：網(wǎng)絡(luò)。DCS就是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將工程師站、操作員站、現(xiàn)場(chǎng)控制站聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)控制功能分散、危險(xiǎn)分散，參數(shù)顯示和管理集中等復(fù)雜控制。3.4 HS2000系統(tǒng)的I/O組件分為幾種？它們有何區(qū)別？答：HS2000系統(tǒng)的I/O組件分為兩種，一種為主控組件；另一種為輔助組件，二者唯一區(qū)別：主控組件內(nèi)包括主控制器CPU模板，而輔助組件內(nèi)只包括I/O功能模板，不包括主控制器CPU模板。3.5 已知某HS2000系統(tǒng)的I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站的AI信號(hào)如下； （1）控制回路：420mA，12路，供電型 （2）檢測(cè)回路：420mA，28路，供電型 （3）熱電阻回路：16路，隔離型試選擇所需I/O功能模板的數(shù)量和型號(hào)，并配套選擇I/O調(diào)理模板及其端子模板。答：由教材第3章表3-1可知。類型數(shù)據(jù)點(diǎn)參數(shù)功能模板類型及數(shù)量調(diào)理模板類型及數(shù)量端子模板類型及數(shù)量冗余AI1控制回路，供電型420mA， 12路2F4012T4212T301否AI2檢測(cè)回路，供電型420mA， 28路2F4022T4222T302否AI3熱電阻回路，隔離型， 16路2F4012T4122T301否3.6 已知某HS2000系統(tǒng)的I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站的AO信號(hào)為：420mA，18路。試選擇所需I/O功能模板、調(diào)理模板及其端子模板。答：類型數(shù)據(jù)點(diǎn)參數(shù)功能模板類型調(diào)理模板類型端子模板類型冗余AO420mA， 12路2F412T462T30否3.7 已知前題I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站的開關(guān)量信號(hào)如下： （1）DI：干結(jié)點(diǎn)輸入，38點(diǎn) （2）DO：電平輸出，32點(diǎn)試分別選擇所需I/O功能模板、調(diào)理模板及其端子模板。答：類型數(shù)據(jù)點(diǎn)參數(shù)功能模板類型及數(shù)量調(diào)理模板類型及數(shù)量端子模板類型及數(shù)量冗余DI干結(jié)點(diǎn)，12路2F6022T6022T303否DO電平輸出， 28路2F6012T6112T302否3.8 某一中型HS2000系統(tǒng)的DCS硬件配置如下圖所示。 已知各I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站的信號(hào)如下表所示站號(hào)信號(hào)11#12#13#14#AI控制420mA 12路*420mA 18路*-420mA 16路*AI檢測(cè)420mA 28路-420mA 56路15V 32路AI熱電阻16路64路16-AO熱電偶-20路8-AO控制420mA 12路*420mA 18路*420mA 8路420mA 16路*AO檢測(cè)-420mA 16路-15V 32路DI干結(jié)點(diǎn)48點(diǎn)-干結(jié)點(diǎn)32點(diǎn)干結(jié)點(diǎn)16點(diǎn)DO晶體管輸出32點(diǎn)-注：表中含有“*”標(biāo)志的各項(xiàng)均為冗余結(jié)構(gòu)。試選擇_站所需I/O功能模板、調(diào)理模板及其端子模板。答：依據(jù)題意，選擇14#現(xiàn)場(chǎng)控制站進(jìn)行配置。1、選擇I/O功能模板型號(hào)及數(shù)量類型數(shù)據(jù)點(diǎn)參數(shù)功能模板型號(hào)及數(shù)量調(diào)理模板型號(hào)及數(shù)量端子模板型號(hào)及數(shù)量冗余AI1控制回路420mA 16路*2F40122T42122T301是AI2檢測(cè)回路15V 32路2F4022T4222T302否AO1控制回路420mA 16路*2F41122T46122T301是AO2檢測(cè)回路15V 32路2F4122T4622T302否DI干結(jié)點(diǎn)16點(diǎn)2F6012T6012T301否2、現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)柜設(shè)備配置HS2000系統(tǒng)規(guī)定：站名： 工程師站、操作員站、現(xiàn)場(chǎng)控制站。站號(hào)： 01#09#為工程師站1個(gè)、操作員站18個(gè)。 10#31#為現(xiàn)場(chǎng)控制站。*為冗余標(biāo)志。站名：現(xiàn)場(chǎng)控制站 站名：11# 冗余標(biāo)志：*機(jī)架槽號(hào)功能模板型號(hào)調(diào)理模板型號(hào)端子模板型號(hào)備注現(xiàn)場(chǎng)電源02F71*現(xiàn)場(chǎng)電源冗余12F71*230#機(jī)架02F70*系統(tǒng)電源冗余12F80*主控制器CPU模板冗余22F80*32F40*2T42*2T30控制回路420mA 16路*42F40*2T42*52F402T422T30檢測(cè)回路 15V 32路62F402T422T3071#機(jī)架02F70*系統(tǒng)電源冗余12F41*2T46*2T30控制回路420mA 16路*22F41*2T46*32F412T462T30檢測(cè)回路 15V 32路42F412T462T3052F602T602T30干結(jié)點(diǎn)16點(diǎn)67 3、I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站模板表型號(hào)規(guī)格說(shuō)明數(shù)量單位2F70系統(tǒng)電源 5V DC2塊2F71現(xiàn)場(chǎng)電源 24V DC 12A2臺(tái)2F80主控制器CPU模板2塊2F40多點(diǎn)模擬量輸入模板4塊2F41多點(diǎn)模擬量輸出模板4塊2F60多點(diǎn)開關(guān)量輸入/輸出模板1塊2T42多點(diǎn)模擬量輸入調(diào)理模板4塊2T46多點(diǎn)模擬量輸出調(diào)理模板4塊2T60觸點(diǎn)型開關(guān)量輸入轉(zhuǎn)換模板1塊2T30通用外接量端子模板7塊第4章 大型集散型控制系統(tǒng)TDC30004.1 TDC3000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)怎樣？特點(diǎn)是什么？答：TDC3000系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上看主要由三種通信網(wǎng)絡(luò)組成，它們是局域控制網(wǎng)絡(luò)LCN、通用控制網(wǎng)絡(luò)UCN、高速數(shù)據(jù)公路HW，其特點(diǎn)是每種網(wǎng)絡(luò)上都掛有不同功能的模件，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的分散控制、集中管理。4.2 TDC3000系統(tǒng)有哪些冗余措施？答：TDC3000系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用多級(jí)冗余措施，TDC3000的大多數(shù)關(guān)鍵性單元都采用帶有自動(dòng)切換的全冗余，局域控制網(wǎng)絡(luò)LCN、通用控制網(wǎng)絡(luò)UCN、高速數(shù)據(jù)公路HW始終冗余；TDC3000在結(jié)構(gòu)上還提供了歷史模件中的冗余盤和應(yīng)用模件冗余來(lái)提高可靠性；操作員控制臺(tái)至少由三個(gè)通用工作站組成，對(duì)一操作員控制臺(tái)，其冗余度由其它任何通用控制站來(lái)保證；對(duì)于過(guò)程控制級(jí)，其冗余是由過(guò)程管理機(jī)中的過(guò)程管理模件來(lái)實(shí)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)做法是采用三重冗余。4.3 CL程序與標(biāo)準(zhǔn)算法的關(guān)系怎樣？圖4.4中有幾處用CL程序，解決什么問(wèn)題？答：TDC3000系統(tǒng)所提供的標(biāo)準(zhǔn)算法，幾乎涉及所有控制情況，但對(duì)一些用戶提出的控制方案，則由TDC3000系統(tǒng)提供的一套高級(jí)控制語(yǔ)言（CL）來(lái)完成，它是適合于過(guò)程的語(yǔ)言，用來(lái)實(shí)現(xiàn)特殊的控制策略。圖4。4中的幾處CL程序，解決兩股燃料熱量的波動(dòng)和穩(wěn)定煙道氣的氧含量。4.4 舉例說(shuō)明TDC3000標(biāo)準(zhǔn)算法。答：TDC3000提供了許多標(biāo)準(zhǔn)算法，諸如算術(shù)運(yùn)算、PID、比率、超前/滯后、選擇器等。這里以算術(shù)運(yùn)算為例，介紹標(biāo)準(zhǔn)算法和相應(yīng)的圖標(biāo)。TDC3000的圖標(biāo)類型分為：檢測(cè)類、控制類、算術(shù)類、程序類等。 檢測(cè)類的圖標(biāo)為： 控制類的圖標(biāo)為： 算術(shù)類的圖標(biāo)為： 程序類的圖標(biāo)為： 算術(shù)算法分為：加法、乘法、除法，它們的表達(dá)式和圖標(biāo)分別為加法： 其中為刻度系數(shù)，工程單位。乘法： 其中為刻度系數(shù)，工程單位。除法：其中為刻度系數(shù)，工程單位。4.5 TDC3000的LCN系統(tǒng)由哪幾部分構(gòu)成？簡(jiǎn)述各部分的作用。答：TDC3000的LCN系統(tǒng)包括：局域控制網(wǎng)絡(luò)UCN、高速通道接口HG、通用操作站US、應(yīng)用模塊AM、歷史模塊HM、計(jì)算機(jī)接口CG、LCN擴(kuò)展器接口NIM、通用工作站UWS、工廠信息網(wǎng)絡(luò)接口PINM、可編程控制器接口PLCG。LCN網(wǎng)是TDC3000的主干網(wǎng)，是短程高速通信鏈，采用冗余結(jié)構(gòu)，令牌存取通信控制方式，符合IEEE802。4，傳輸速率為5Mbit/s，總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，傳輸距離不大于300m。其功能就是聯(lián)接一系列內(nèi)部模件。通用操作站是TDC3000的主要人機(jī)接口。由操作員、工程師或維護(hù)人員用來(lái)完成不同的任務(wù)，例如生成全系統(tǒng)的管理調(diào)度圖表畫面，生成歷史畫面和趨勢(shì)畫面等等。通用工作站是TDC3000的又一個(gè)人機(jī)接口，具有US的全部功能。它主要是為工廠辦公室管理設(shè)計(jì)的，用做模塊標(biāo)準(zhǔn)控制臺(tái)或?qū)ｉT用戶控制臺(tái)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作和管理，具有“觸摸屏幕”和“開窗口”功能。應(yīng)用模塊是用控制語(yǔ)言（CL：Control Language）來(lái)完成UCN和HW網(wǎng)絡(luò)上所連接的模件不能完成的高級(jí)控制功能、復(fù)雜及多變量運(yùn)算功能，提高過(guò)程控制及管理水平。歷史模塊是TDC3000的存儲(chǔ)單元，可以用來(lái)存儲(chǔ)過(guò)程報(bào)警、操作員狀態(tài)改變、操作員信息、系統(tǒng)狀態(tài)改變、系統(tǒng)維護(hù)及提示信息、連續(xù)過(guò)程歷史數(shù)據(jù)等。NIM網(wǎng)絡(luò)接口模塊提供了UCN與LCN網(wǎng)絡(luò)的通訊指標(biāo)及協(xié)議間相互轉(zhuǎn)換，它使LCN網(wǎng)上模塊能訪問(wèn)UCN設(shè)備的數(shù)據(jù)，并將LCN上的程序與數(shù)據(jù)庫(kù)裝載到APM等UCN設(shè)備上；也可將NIM設(shè)備的報(bào)警及信息傳遞到LCN網(wǎng)絡(luò)。HG高速通道接口是HW網(wǎng)與LCN網(wǎng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和格式變換的雙向接口，主要作用是信息交換、匹配、診斷、報(bào)警和時(shí)間同步。CG計(jì)算機(jī)接口提供了諸如DEC、IBM、HP等上位機(jī)與LCN網(wǎng)絡(luò)相連接的接口。PLCG可編程控制器接口是LCN網(wǎng)絡(luò)與PLC可編程控制器進(jìn)行通信的接口模件。PINM工廠信息網(wǎng)絡(luò)接口：是LCN與PIN（全廠信息網(wǎng)絡(luò)：Plant Information Network Module）網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的接口模件。4.6 TDC3000的UCN系統(tǒng)由哪幾部分構(gòu)成？簡(jiǎn)述各部分的作用。答：TDC3000的UCN系統(tǒng)包括：通用控制網(wǎng)絡(luò)UCN、邏輯控制站LM、過(guò)程管理機(jī)PM、先進(jìn)過(guò)程管理機(jī)APM。通用控制網(wǎng)絡(luò)是以MAP為基礎(chǔ)的雙冗余實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)，采用令牌總線通訊方式，傳輸速率為5Mbit/s，支持32個(gè)冗余設(shè)備，應(yīng)用層采用RS511標(biāo)準(zhǔn)。UCN網(wǎng)是作為直接與過(guò)程相連接的數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備的通信通道。邏輯控制站LM是用于邏輯控制的現(xiàn)場(chǎng)控制站。它具有PLC控制的特點(diǎn)，同時(shí)LM在UCN網(wǎng)絡(luò)上可方便地與系統(tǒng)中各模件進(jìn)行通信，使DCS與PLC更有機(jī)地結(jié)合，并能使其數(shù)據(jù)集中顯示、操作和管理。過(guò)程管理站PM集多功能控制器和過(guò)程接口單元兩者功能于一體，并在速度、容量和功能方面有更大改進(jìn)和提高。先進(jìn)過(guò)程管理站APM是過(guò)程管理站（PM）的發(fā)展，它為用戶提供一個(gè)可靠的輸入/輸出及控制技術(shù)，除了具有PM的相同功能外，APM還可以提供更密集的連續(xù)控制和離散控制以及某一裝置的子系統(tǒng)信息。4.7 一冷卻系統(tǒng)如圖P4-7所示，已知液位傳感器LI01在高限時(shí)觸點(diǎn)“ON”，LI02在低限時(shí)“ON”，溫度傳感器TI在降到規(guī)定溫度時(shí)觸點(diǎn)“ON”，寫出下列順序控制的CL語(yǔ)言程序。步驟： 1進(jìn)液操作：進(jìn)液達(dá)到液面上限為止； 2冷卻：冷卻到TI下限溫度為止； 3出液操作；出液到工作液面液面下降到下限液位為止。 圖P4-7 某冷卻系統(tǒng)答：冷卻系統(tǒng)的順序控制CL語(yǔ)言程序?yàn)椋?OPEN V001 WAIT LI01=“ON” CLOSE V001 OPEN V002 WAIT LI02=“ON” CLOSE V002 OPEN V003 WAIT TI02=“0N” CLOSE V003 END4.8 已知夾套容器的串級(jí)控制策略如圖P4-8所示。容器的加熱是通過(guò)下列順序控制實(shí)現(xiàn)的。請(qǐng)寫出對(duì)應(yīng)的CL語(yǔ)言程序。步驟： 1設(shè)定TIC101方式=MAN； 2設(shè)定TIC101的輸出=100%； 3等待溫度測(cè)量值TIC100=200； 4設(shè)定TIC101方式=AUTO； 5設(shè)定TIC101的給定值=300； 6等待30分鐘； 7設(shè)定TIC101方式=CASC； 圖P4-8 夾套容器的串級(jí)控制答：夾套容器順序控制的CL語(yǔ)言程序?yàn)椋?SET TIC101。MODE=MAN SET TIC101。OP=100% WAIT TIC100。PV=200 SET TIC101。MODE=AUTO SET TIC101。SP=300 WAIT 30min SET TIC101。MODE=CASC END第5章 集散型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用5.1 集散型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有哪些方法？答：目前，DCS設(shè)計(jì)一般采用三種方法：第一種：以制造廠為主導(dǎo)，根據(jù)設(shè)計(jì)單位的詳細(xì)設(shè)計(jì)，由制造廠完成應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)、組態(tài)、生成和調(diào)試；第二種：制造廠、用戶及設(shè)計(jì)單位三方合作完成DCS的設(shè)計(jì)、組態(tài)、生成和調(diào)試；第三種：制造廠僅僅提供硬件和技術(shù)指導(dǎo)，軟件組態(tài)、生成和調(diào)試由設(shè)計(jì)單位完成。5.2 集散型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括哪些階段？答：集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)階段：總體設(shè)計(jì)：是DCS設(shè)計(jì)的初期階段。初步設(shè)計(jì)：介于總體設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)之間的設(shè)計(jì)，其基本任務(wù)是在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，為DCS的每一個(gè)子系統(tǒng)提出控制方案。詳細(xì)設(shè)計(jì)：是初步設(shè)計(jì)在DCS上的具體實(shí)現(xiàn)。5.3 評(píng)價(jià)集散型控制系統(tǒng)的準(zhǔn)則是什么？答：DCS運(yùn)行不受故障影響；DCS不易發(fā)生故障；能夠迅速排除故障；DCS的性能價(jià)格比較高。5.4 在集散型控制系統(tǒng)選型時(shí)，主要需要考慮哪些性能指標(biāo)？答：DCS選型時(shí)，需要考慮的性能指標(biāo)有：可靠性：即系統(tǒng)能否長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；實(shí)用性：控制系統(tǒng)的各方面技術(shù)指標(biāo)能否全面滿足生產(chǎn)控制的要求；系統(tǒng)軟件：包括組態(tài)軟件及監(jiān)控軟件是否齊全、完善、可靠和方便，用戶是否自己完成組態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及運(yùn)行后是否便于維護(hù)；價(jià)格：系統(tǒng)價(jià)格是否合理、用戶是否可以接受；可操作性：控制系統(tǒng)的人機(jī)界面是否便于操作人員的操作，畫面是否直觀，系統(tǒng)是否是中文報(bào)表等；維修性：故障診斷功能是否完善，故障指示是否明確，硬件維修是否方便，用戶是否自行完成維修，模板是否可帶電拔插而不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行；備品備件供應(yīng)是否充足、價(jià)格是否合理；是否能及時(shí)得到廠家技術(shù)人員的幫助；培訓(xùn)的力度如何、方便程度如何、費(fèi)用高低、能否實(shí)際上機(jī)操作等。5.5 集散型控制系統(tǒng)的調(diào)試一般包括哪些內(nèi)容？答：DCS的調(diào)試分一般分成三個(gè)部分內(nèi)容：工廠調(diào)試、用戶現(xiàn)場(chǎng)離線調(diào)試和在線調(diào)試。第6章 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與應(yīng)用6.1 什么是現(xiàn)場(chǎng)總線？答：根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)IEC（International Electrotechnical Commision）標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)基金會(huì)FF(Fieldbus Foundation)的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線的概念一般為：一種用于智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的開放式、數(shù)字化、雙向串行、多節(jié)點(diǎn)的底層通信總線。6.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)含義表現(xiàn)在哪些方面？答： 1現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)； 2現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)； 3互操作性； 4分散功能塊； 5通信線供電； 6開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。6.3 現(xiàn)場(chǎng)總線有哪些優(yōu)點(diǎn)？答：1全數(shù)字化； 2全分布； 3雙向傳輸； 4自診斷； 5節(jié)省布線及控制室空間； 6多功能儀表； 7開放性； 8互操作性； 9智能化與自治性6.4 現(xiàn)場(chǎng)總線有哪幾種典型類型？它們各有什么特點(diǎn)？答：常用的現(xiàn)場(chǎng)總線有5種類型，它們的特點(diǎn)如下表所示。特性現(xiàn)場(chǎng)總線類型FFProfibusHARTCANLonWorks開發(fā)公司Fisher-RosemountSiemensRosemountBocshEchelon應(yīng)用范圍儀表PLC智能變送器汽車樓宇自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化OSI網(wǎng)絡(luò)層次1、2、71、2、71、2、71、2、71-7通訊介質(zhì)雙絞線、光纜、同軸電纜雙絞線、光纜電源信號(hào)線雙絞線雙絞線、光纜、同軸電纜、無(wú)線和電力線介質(zhì)訪問(wèn)方式令牌、主從令牌、主從令牌、查詢位仲裁的CSMA可預(yù)測(cè)P堅(jiān)持CSMA（PP CSMA CRC）CSMA/CA糾錯(cuò)方式CRCCRCCRCCRCCRC最大傳輸速率2.5Mbps12 Mbps12 Mbps1 Mbps1.25 Mbps最大節(jié)點(diǎn)數(shù)32（H1）124（H2）1281511032000優(yōu)先級(jí)有有有有有安全性是是是是是開發(fā)工具有有有有6.5 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)（FCS）與傳統(tǒng)的集散型控制系統(tǒng)（DCS）相比較，有哪些特點(diǎn)？答：1 數(shù)字式通信方式取代設(shè)備級(jí)的模擬量（如420mA，05V等信號(hào)）和開關(guān)量信號(hào)。2 在車間級(jí)與設(shè)備級(jí)通信的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)。3 現(xiàn)場(chǎng)總線是工廠自動(dòng)化過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信的一次數(shù)字化革命。4 現(xiàn)場(chǎng)總線使自控系統(tǒng)與設(shè)備加入工廠信息網(wǎng)絡(luò)，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)底層，使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。5 在CIMS系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)總線是工廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備的延伸，是支撐現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)信息集成的技術(shù)基礎(chǔ)。6.6 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有哪些部分組成？它們的各自作用是什么？答：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表是指變送器、執(zhí)行器、服務(wù)器和網(wǎng)橋、輔助設(shè)備以及監(jiān)控設(shè)備等。這些設(shè)備可通過(guò)雙絞線、同軸電纜、光纜和電源線等傳輸線進(jìn)行互聯(lián)。（1）變送器 常用的變送器有溫度、壓力、流量、物位和分析五大類，它既有檢測(cè)、