分布式期末復(fù)習(xí)資料

1、分布式期末復(fù)習(xí)資料 分布式期末復(fù)習(xí)資料 考試時間： 2013 年 1 月 9 日（周三）下午 14:30 16:30 考試地點： F102（一班） F106（二班） 二班同學(xué)最好還需查看教學(xué)管理系統(tǒng) 備注：考試當(dāng)天需交實驗報告（交通燈） 【注：只能手寫稿】 一班還需要交計算機(jī)編程報告兩份【注：可以打印稿】 分布式筆記本先帶著 （沒的同學(xué)， 先準(zhǔn)備好） ，老師要是忘了， 我們就不收了。 第一部分 中英文翻譯 DCS ： Distributed Control System 分布式控制系統(tǒng) /集散控制系統(tǒng) CIMS ： Computer Manufacturing Systems 計算機(jī)集成制造系

2、統(tǒng) VCR ： Virtual communication relationship 虛擬通信關(guān)系 FMS ： Field-bus message specification 現(xiàn)場總線信息規(guī)范 FFT ： fast Fourier transform 快速傅里葉變換 SMK ： System management kernel 系統(tǒng)管理內(nèi)核 OD ： Object dictionary 對象字典 NMA ： Network management agent 網(wǎng)絡(luò)管理代理 SCADA ：Supervisory Control And Data Acquisition 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng) FC

3、S ： Field-bus Control System 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) TCP/IP ： Transmission Control Protocol/Internet Protocol 網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議 AGC ： Automatic Generation Control 自動發(fā)電量控制 C/S： Client/Server 客戶機(jī) /服務(wù)器 AI ： Analog input 模擬量輸入 DI ： Digital input 開關(guān)量輸入 OSI ： Open system interconnection 開放系統(tǒng)互連 MES ： Manufacturing execution system

4、制造執(zhí)行系統(tǒng) FF ： Foundation field-bus 基金會現(xiàn)場總線 - 1 - 分布式期末復(fù)習(xí)資料 DDC ： Direct Digital Control 直接數(shù)字控制系統(tǒng) CRC ： cyclic redundancy code 循環(huán)冗余碼 FFC ： forward error correction 前向糾錯 LP ： Linear Planning 線性規(guī)劃 第二部分 基礎(chǔ)概念 1、分布式控制系統(tǒng)組成： 現(xiàn)場控制站：完成系統(tǒng)的運(yùn)算處理控制 操作員站：完成人機(jī)界面操作，監(jiān)視 工程師站：對 DCS 進(jìn)行應(yīng)用組態(tài)和編輯 通信系統(tǒng)：通信系統(tǒng) =系統(tǒng)網(wǎng)路 + 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò) 高層管理

5、網(wǎng)絡(luò)：更高層次或全廠范圍的控制 2、分布式控制系統(tǒng)特點：集中監(jiān)視管理+分散控制調(diào)節(jié) 生產(chǎn)過程的全部操作和顯示都集中在一個操作站進(jìn)行，方便協(xié)調(diào)控制； 多個微處理器分散承擔(dān)生產(chǎn)過程的控制，提高系統(tǒng)的可靠性，增加了冗余度； 模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)軟件； 人機(jī)操作界面模擬了電動儀表的控制流程； 操作站和過程控制裝置之間有高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，強(qiáng)大的信息流。 3、分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； 遞階控制結(jié)構(gòu)； 分散控制結(jié)構(gòu)。 4、開放系統(tǒng)基本特征： 可移植性 互操作性 可適宜性 可得到性 5、OSI 參考模型從邏輯上分為了 7 層： 物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層 會話層表示層應(yīng)用層 分布式控制采

6、用：應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。 基金會現(xiàn)場總線 FF：物理層、 數(shù)據(jù)鏈路層、 應(yīng)用層，并在應(yīng)用層上增加了用戶層。 分布式期末復(fù)習(xí)資料 6、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) （FCS） 的主要特點： 數(shù)字化的信息傳輸：系統(tǒng)采用數(shù)字信號，通信質(zhì)量好； 分散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場智能儀表，獨立完成測量、校正、調(diào)節(jié)、診斷等功能，如 AGC ； 方便的互操作性：符合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商的產(chǎn)品可異構(gòu)； 開放的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)：各節(jié)點的資源可共享； 多種傳輸媒介和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 7、I/O 地址分配： I/O 采用映像寄存器機(jī)制， 將內(nèi)部映像寄存器和外部實際物理 I/O 接點相對應(yīng)， 以便 CPU 訪問其他模塊并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 8、I/O

7、地址分配原則： 不能產(chǎn)生地址沖突； 分配后的地址要一一對應(yīng)； 操作簡單可靠、靈活方便。 9、指令： 1）位邏輯指令： 名稱 符號 名稱 符號 輸入指令 輸出指令 輸入取反指令 立即 I/O 指令 取反指令 置位 /復(fù)位指令 正、負(fù)跳變指令 立即置位 /復(fù)位 指令 （2）比較指令： 比較指令有兩個輸入： IN1 ，IN2 ，有一個操作數(shù) 分布式期末復(fù)習(xí)資料 3）傳輸指令： 名稱 符號 字節(jié)傳輸： MOV-B 字傳輸 :： MOV-W 雙字傳輸： MOV-D 實數(shù)傳輸： MOV-R 字節(jié)立即讀： MOV-BIR 字節(jié)立即寫： MOV-BIW 4）塊傳輸 名稱 符號 字節(jié)塊傳輸： BLKMOV-B

8、字塊傳輸： BLKMOV-W 雙字塊傳輸： BLKMOV-D 10、梯形圖 梯形圖與繼電器控制電路圖相似， 梯形圖的線圈和觸點是邏輯的， 繼電器控制電路的線 圈和觸點是真實存在的。 能流：和繼電器控制電路一樣，圖中兩條豎線表示電源線， 左正右負(fù)，所以在一條水平線 上，就有了從左到右的概念線能流。 能流是否能流過觸點， 取決于該觸點是否閉合還是斷開。 能流是不存在的， 是一種想象 和描述， 引入能流概念是為了和繼電器控制系統(tǒng)相比較， 告訴人們?nèi)绾蝸砝斫馓菪螆D中各輸 出點的動作，實際上并布存在這種能流。 掃描：從左到右，從上到下。右邊線圈的通斷決定其外部輸出端子的閉合與斷開。 是網(wǎng)絡(luò)中連接收發(fā)設(shè)備

9、的物理 11、數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)： 是指連接發(fā)送設(shè)備和接受設(shè)備之間用來傳遞信號的媒介， 分布式期末復(fù)習(xí)資料 通路，是通信網(wǎng)絡(luò)種實際傳輸信息的載體。 工業(yè)數(shù)據(jù)通信的傳輸形態(tài)有無線傳輸和有線傳輸 兩類。有線傳輸?shù)慕橘|(zhì)有 雙絞線 同軸電纜 光纖 12、數(shù)據(jù)傳輸方式 （一）數(shù)據(jù)在通信線路上的傳送方式可以分為： 單工通信，是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞健?半雙工通信： 接收與發(fā)送共用一個載波信道， 但同一時刻只能發(fā)送或只能接收數(shù)據(jù)的傳輸 方式。如 RS485 。 全雙工通信，是指在同一時刻信息可以進(jìn)行雙向傳輸，一般只做點-點連接，其典型的應(yīng) 用 RS232、 RS422。 （二）根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞椒譃椋?/p>

10、 異步傳輸（ Asynchronous Transmission ）：將比特分成小組進(jìn)行傳送，小組可以是 8 位的 1 個字符或更長。 發(fā)送方可以在任何時刻發(fā)送這些比特組， 而接收方從不知道它們會在什么時 候到達(dá)。 同步傳輸（ Synchronous Transmission）：以同步的時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號的，因此在一 個串行的數(shù)據(jù)流中， 各信號碼元之間的相對位置都是固定的 （即同步的） 。 （三）根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇a順序分為： 并行傳輸： 是將數(shù)據(jù)以成組的方式在兩條以上的并行通道上同時傳輸。 特點：傳送距離近、 但傳送效率高。 串行傳輸： 是數(shù)據(jù)流以串行方式逐位地在一條信道上傳輸。 特點：傳

11、送距離遠(yuǎn)、 可靠性高、 但傳送效率低。 13、現(xiàn)場總線的特點及優(yōu)點： 全數(shù)字化通信 開放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 互可操作性與互用性 現(xiàn)場設(shè)備的智能化 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 14、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有星型、環(huán)形，樹型和總線結(jié)構(gòu) 15、基金會現(xiàn)場總線 FF（Field-bus Foundation） 分布式期末復(fù)習(xí)資料 基金會現(xiàn)場總線是一種全數(shù)字的、 雙向傳輸、 多點通訊由總線供電、 用于連接智能設(shè)備 和自動化系統(tǒng)的通訊鏈路。 Foundation field-bus 基金會現(xiàn)場總線可視作為一種基于現(xiàn)場的局域網(wǎng)( LAN )，用于連 接各種儀表、閥門定位器等智能設(shè)備，其自身可向整個網(wǎng)絡(luò)提

12、供控制應(yīng)用程序。 16、FF 的技術(shù)特點： 具有適合工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的通信規(guī)范和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)； 采用單一串行線上連接多個設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接方法，1 條總線最多可連接 32臺設(shè)備； 通信介質(zhì)可以是金屬雙絞線、同軸電纜、動力線、光纖或無線發(fā)射； 通信信號可以采用 10mA 電流方式，也可采用電壓方式； 通信線路可用設(shè)備的供電線路； 具有比較完備的工業(yè)設(shè)備描述語言； 采用虛擬設(shè)備的概念實現(xiàn)設(shè)備的模塊化處理； 實現(xiàn)了開放式系統(tǒng)，在 FF 系統(tǒng)內(nèi)，不同廠家的產(chǎn)品具有互操作性； 提供了比較完善的系統(tǒng)測試手段和方法。 17、PROFIBUS 的定義： 是一種國際化、 開放式、 不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。 P

13、ROFIBUS 是一種用于 工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)。 可實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到 車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)， 從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能 化提供了可行的解決方案。 18、PROFIBUS 現(xiàn)場總線的組成： PROFIBUS DP (Decentralized Periphery)，分布式外圍設(shè)備；是一種高速低成本通信， 用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式 IO 的通信，加工自動化； PROFIBUS PA( Process Automation)，過程控制自動化；專為過程自動化設(shè)計，可使傳 感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范； PR

14、OFIBUS FMS ( Field-bus Message Specification )，由現(xiàn)場總線報文；用于車間級監(jiān)控 網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)、實時多主網(wǎng)絡(luò)。 分布式期末復(fù)習(xí)資料 19、PROFIBUS 現(xiàn)場總線應(yīng)用場合： PROFIBUS 用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)， 實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)， 為實現(xiàn)工廠綜合自動化和 現(xiàn)場設(shè)備智能化提供可行的解決方案。 20、PROFIBUS 提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型： 用于 DP 和 FMS 的 RS485 傳輸； 用于 PA 的 IEC1158-2 傳輸； 光纖傳輸。 21、PRO

15、FIBUS-DP 系統(tǒng)配置和設(shè)備類型： 系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)、站地址、輸入/輸出地址、輸入 /輸出數(shù)據(jù)格式、診斷信息 格式及所使用的總線參數(shù)。 每個 PROFIBUS-DP 系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設(shè)備： 一級 DP主站( DPM1 ) 二級 DP 主站( DPM2 ) DP 從站 單主站系統(tǒng) 多主站系統(tǒng)。 22、系統(tǒng)行為： 主要取決于 DPM1 的操作狀態(tài)，這些狀態(tài)由本地或總線的配置設(shè)備所控制。主要有以 下三種狀態(tài)： 1 停止：在這種狀態(tài)下， DPM1 和 DP 從站之間沒有數(shù)據(jù)傳輸； 2 清除：在這 種狀態(tài)下， DPM1 讀取 DP 從站的輸入信息并使輸出信息保持在故障安全狀態(tài)； 3

16、 運(yùn)行：在 這種狀態(tài)下， DPM1 處于數(shù)據(jù)傳輸階段，循環(huán)數(shù)據(jù)通信時， DPM1 從 DP 從站讀取輸入信息 并向從站寫入輸出信息。 23、工業(yè)以太網(wǎng)： 工業(yè)以太網(wǎng)是基于 IEEE 802.3(Ethernet )的強(qiáng)大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)； 利用工業(yè)以太網(wǎng)， SIMATIC NET 提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑； 企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)( Intranet )，外部互聯(lián)網(wǎng)( Extranet )，以及國際互聯(lián)網(wǎng)( Internet )提供的 廣泛應(yīng)用不但已經(jīng)進(jìn)入今天的辦公室領(lǐng)域，而且還可以應(yīng)用于生產(chǎn)和過程自動化； 繼 10M 波特率以太網(wǎng)成功運(yùn)行之后，具有交換功能，全雙工和自適應(yīng)的 100M

17、 波特率快 速以太網(wǎng)( Fast Ethernet ，符合 IEEE 802.3u 的標(biāo)準(zhǔn))也已成功運(yùn)行多年； 分布式期末復(fù)習(xí)資料 采用何種性能的以太網(wǎng)取決于用戶的需要。通用的兼容性允許用戶無縫升級到新技術(shù)。 24、工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備： 集線器： 用于連接各種基于以太網(wǎng)的設(shè)備， 如個人計算機(jī)， 可編程控制器等。交換機(jī)分為 非管理型交換機(jī)和管理型交換機(jī)； 非管理型交換機(jī)： 能實現(xiàn)消息從一個端口到另一個端口的路由功能， 相對集線器更加智能 化，能自動探測每臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)速度，且能識別和記憶網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。 管理型交換機(jī)： 通過基于網(wǎng)絡(luò)的接口實現(xiàn)完全配置。 它可以自動與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備交互， 用戶也 可以手

18、動配置每個端口的網(wǎng)速和流量控制。 25、模擬 PID 調(diào)節(jié)器 在工業(yè)過程控制中，按偏差的比例( P, Proportion )、積分( I, Integration )和微分( D, Differentiation )進(jìn)行控制是應(yīng)用最廣泛的一種控制技術(shù)。 26、微分：響應(yīng)速度快，容易引起震蕩；積分：響應(yīng)速度慢，比較穩(wěn)定。 第三部分 數(shù)值計算 分別用矩形法 (Rectangular method) ，梯形法 (trapezoidal method) 和辛普森法 (Simpson method)求以下的數(shù)值積分，將積分區(qū)間20 等分，并計算其誤差。 2. 梯形法 bh STf(x)dx sin(x

19、) dx f (a) 2 sin(a ih) f (b) a 0 2 i 1 分布式期末復(fù)習(xí)資料 S sin( x)dx 解： 已知上述積分的精確解： Ssin( x)dx 2 且計算步長： h ba ，誤差： e S Sx 100% N 20 S 1. 矩形法 b N b SRf(x)dxsin( x)dx h sin(a ih) a 0 i 1 i ih Sin(a+ ih) 0 0 0 1 9 0.156434465 2 18 0.309016994 3 27 0.4539905 4 36 0.587785252 5 45 0.707106781 6 54 0.809016994 7 6

20、3 0.891006524 8 72 0.951056516 9 81 0.987688341 10 90 1 11 99 0.987688341 12 108 0.951056516 13 117 0.891006524 14 126 0.809016994 15 135 0.707106781 16 144 0.587785252 17 153 0.4539905 18 162 0.309016994 19 171 0.156434465 20 180 0 12.70620474 S 1.995885973 e 0.205701365 其計算結(jié)果如下： N1 分布式期末復(fù)習(xí)資料 其計算結(jié)果

21、如下： i ih Sin(a+ ih) 0 0 0 1 9 0.156434465 2 18 0.309016994 3 27 0.4539905 4 36 0.587785252 5 45 0.707106781 6 54 0.809016994 7 63 0.891006524 8 72 0.951056516 9 81 0.987688341 10 90 1 11 99 0.987688341 12 108 0.951056516 13 117 0.891006524 14 126 0.809016994 15 135 0.707106781 16 144 0.587785252 17

22、153 0.4539905 18 162 0.309016994 19 171 0.156434465 20 180 0 12.70620474 S 1.995885973 e 0.205701365 3. Simpson法，取 N=2M ，必須是偶數(shù)等分。 b h M M 1 SSf(x)dx sin( x) dx f (a) 4 sin(a (2i 1)h) 2 sin(a 2ih) f (b) a 0 3 i 1 i1 - 10 - 分布式期末復(fù)習(xí)資料 其計算結(jié)果如下： i ih S1 S2 S=S1+S2 0 0 1 9 0.156434465 0 2 18 0 0.309016994

23、 3 27 0.4539905 0 4 36 0 0.587785252 5 45 0.707106781 0 6 54 0 0.809016994 7 63 0.891006524 0 8 72 0 0.951056516 9 81 0.987688341 0 10 90 0 1 11 99 0.987688341 0 12 108 0 0.951056516 13 117 0.891006524 0 14 126 0 0.809016994 15 135 0.707106781 0 16 144 0 0.587785252 17 153 0.4539905 0 18 162 0 0.309

24、016994 19 171 0.156434465 0 20 180 0 0 6.392453221 6.313751515 25.56981289 12.62750303 38.19731592 S 2.000006784 e -0.000339222 第四部分 線性規(guī)劃 用平面坐標(biāo)求解線性規(guī)劃的最優(yōu)解： - 11 - 分布式期末復(fù)習(xí)資料 min - 2 s.t. -3 x1 - x2 x1 -4 x2 -12 x1 + 2 x2 -2 x1,x2, 0 答案：頂點 16,3 就是線性規(guī)劃的最優(yōu)解， 55 f( X * )7 是線性規(guī)劃的最優(yōu)值。 第五部分 單純形法 - 12 - 分布式期末

25、復(fù)習(xí)資料 概念：具有如下特征時，則為最優(yōu)解。 中心部位具有單位子塊； 右列元素非負(fù)； 底行相應(yīng)于單位子塊位置的元素為 0； 底行其他元素非負(fù)。 中心部位 右列 底行右下端 練習(xí) 1：用單純型法求解 min z 9 10 x1 27x3 s.t. x4 6 2x1 4x3 x2 5 x1 3x3 xj 0, j 1,2,3,4 練習(xí) 2：用單純形法求解 - 13 - 分布式期末復(fù)習(xí)資料 min z 2x1 3x2 s.t.x1 x2 2 x1 2x2 10 3x1 x2 15 xj 0, j 1,2 第六部分 西北角法、最小元素法及位勢法 - 14 - 分布式期末復(fù)習(xí)資料 練習(xí) 3：使用西北角法

26、和最小元素法確定一組基本可行解，并分別用位勢法求出最優(yōu)解。 方法一：西北角法 & 位勢法 Ai Bj B1 B2 B3 B4 ai A1 4 7 3 10 20 A2 2 5 2 6 10 A3 9 3 8 4 25 bj 12 16 14 13 Ai Bj B1 B2 B3 B4 ai A1 4 7 3 10 20 A2 2 5 2 6 10 A3 9 3 8 4 25 bj 12 16 14 13 Bj Aij B1 B2 B3 B4 ai A1 4 7 3 10 20 A2 2 5 2 6 10 A3 9 3 8 4 25 bj 12 16 14 13 - 15 - 分布式期末復(fù)習(xí)資料

27、Ai Bj B1 B2 B3 B4 ai A1 4 7 3 10 20 A2 2 5 2 6 10 A3 9 3 8 4 25 bj 12 16 14 13 Ai Bj B1 B2 B3 B4 ai A1 4 7 3 10 20 A2 2 5 2 6 10 A3 9 3 8 4 25 bj 12 16 14 13 Ai Bj B1 B2 B3 B4 ai A1 4 7 3 10 20 A2 2 5 2 6 10 A3 9 3 8 4 25 bj 12 16 14 13 - 16 - 分布式期末復(fù)習(xí)資料 方法二：最小元素法 & 位勢法 Ai Bj B1 B2 B3 B4 ai A1 4 7 3

28、10 20 A2 2 5 2 6 10 A3 9 3 8 4 25 bj 12 16 14 13 Ai Bj B1 B2 B3 B4 ai A1 4 7 3 10 20 A2 2 5 2 6 10 A3 9 3 8 4 25 bj 12 16 14 13 Ai Bj B1 B2 B3 B4 ai A1 4 7 3 10 20 A2 2 5 2 6 10 A3 9 3 8 4 25 bj 12 16 14 13 - 17 - 分布式期末復(fù)習(xí)資料 Bj Aij B1 B2 B3 B4 ai A1 4 7 3 10 20 A2 2 5 2 6 10 A3 9 3 8 4 25 bj 12 16 14 13 Ai Bj B1 B2 B3 B4 ai A1 4 7 3