集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線試題習(xí)題及答案

1、本答案僅供參考。第 1 章 緒論1.1 什么是過程計算機(jī)控制系統(tǒng)？它由哪幾部分組成？通過具體示例說明。答：它是指由被控對象、測量變送裝臵、計算機(jī)和執(zhí)行裝臵構(gòu)成，以實現(xiàn)生 產(chǎn)過程閉環(huán)控制的系統(tǒng)，它綜合了計算機(jī)過程控制和生產(chǎn)工藝過程。例 如溫度控制系統(tǒng)。1.2 計算機(jī)控制工業(yè)生產(chǎn)過程有哪些種類型？答：計算機(jī)控制工業(yè)生產(chǎn)過程一般有五種類型： 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)場總線控制系統(tǒng)。1.3計算機(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？其中過程通道有幾種基本類型？它們在系統(tǒng)中起什么作用？ 答：計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件一般包括：主機(jī)、外部設(shè)備

2、、過程輸入輸出設(shè)備。兩個過程通道，一個是輸入通道，另一個為輸出過程通道。輸入過程通道包括：A/D通道-把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后再輸入;DI通道直接輸入開關(guān)量信號或數(shù)字量信號。輸出過程通道包括：D/A通道-把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號后再輸出;1.4DO通道直接輸出開關(guān)量信號或數(shù)字量信號。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)的硬件主要有計算機(jī)（主機(jī)）、過程輸入輸出通道、操作臺和計算機(jī)輔助設(shè)備組成。如下圖所示。CRT道1.5 數(shù)字PID控制算法有幾種形式？各有什么特點？答：數(shù)字PID控制算法有位臵式、增量式、速度式三種形式。PID位臵式根據(jù)偏差計算閥門的位臵，PID增量式根據(jù)偏

3、差計算閥門的變化；PID速度式根據(jù)偏差變化程度計算閥門的變化。1.6 試推導(dǎo)計算機(jī)控制系統(tǒng) PI控制算法的位置式、增量式和速度式。答：模擬PI控制算法為u (t) * e(t)1 tTi oe(t)dt其中，kp-比例增益Ti -積分時間常數(shù)在采樣周期相當(dāng)短暫時，用矩形法近似代替積分項tkoe(t)dt 八 Te( i)，i =0其中T為采樣周期，k為采樣序號。PI位臵式算法為：ku(k) = kpe(k) ke(i) Uxi=0PI增量式算法為：u(k) = kp e(k) kI e(k)PI速度式算法為：加(k) kpAe(k)十 «e(k)VTTT其中，Ux -偏差(它是初始閥

4、門位置)u (k)-第k次輸出的偏差校正值：e(k)-第k次采樣值的偏差校正值1.7 試推導(dǎo)計算機(jī)控制系統(tǒng) PD控制算法的位置式、增量式和速度式。答：模擬PD控制算法為u(t八kpe(t) Td 警dt其中，kp-比例增益Td -微分時間常數(shù)在采樣周期相當(dāng)短暫時，用后向差分法近似代替微分項de( t)e(k) -e( k -1)，其中T為采樣周期，k為采樣序號。dtTPD位臵式算法為：u(k) = kpe(k) kD (&k) - e(k -1) UxPD增量式算法為： =u(k)二kp：e(k) kD ()e(k) -e(k T)PD速度式算法為：“、Au( k)kpAe(k) *

5、( e( k) Ae( k-1)v( k廠TTT其中，Ux -偏差(它是初始閥門位置)u(k)-第k次輸出的偏差校正值.:e(k)-第k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？DDC這樣集中答：隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，生產(chǎn)過程的復(fù)雜程度的提高，使像 控制系統(tǒng)無法滿足諸如控制回路增多、實現(xiàn)集中顯示和操作、實現(xiàn)多變量相關(guān)聯(lián)對象的控制要求，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，實現(xiàn)功能分散化，危險分散 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

6、散型控制系統(tǒng)的優(yōu)點是什么？ 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、危險分散，而參數(shù)顯示和操作高度集中的優(yōu)點。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)在兩個方向上：一個方向是向上發(fā)展，即向CIMS計算機(jī)集成制造系統(tǒng)、CIPS計算機(jī)集成過程系統(tǒng)方向發(fā)展；另一個方向是向下發(fā)展，即向FCS現(xiàn)場總線控制系統(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 計算機(jī)監(jiān)督控制DDC ： Direct Digital Control直接數(shù)字控制DC

7、S ： Distributed Control System集散控制系統(tǒng)CIMS ： Computer Integrated Manufactured System計算機(jī)集成制造系統(tǒng)FCS ： Fieldbus Control System 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)CIPS ： Computer Integrated Process System計算機(jī)集成過程系統(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)？它的主要特點是什么？答：集散控制系統(tǒng)又稱為分布式控制系統(tǒng)，是計算機(jī)技術(shù) (computer) 、通信技術(shù)(communication)、圖形顯示技術(shù)(CRT)、控制技術(shù)(cont

8、rol)(簡稱 4C 技術(shù)）的發(fā)展產(chǎn)物，它是一個通過通信網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場控制站、操作員站、工程師站聯(lián)系起來，共同完成分級控制、集中管理的綜合控制系統(tǒng)。它的主要特點是： 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)計思想是什么？答：集散控制系統(tǒng)的設(shè)計思想是：危險分散、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)一般由過程控制單元、數(shù)據(jù)采集器、CRT 顯示操作站、管理計算機(jī)以及高速數(shù)據(jù)通路五部分組成。過程控制單元：實現(xiàn)對 DCS的一個或多個回路的較復(fù)雜閉環(huán)控制。數(shù)據(jù)采集器：針對生產(chǎn)過程中非控制變量

9、而言，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理以及實時數(shù)據(jù)的進(jìn)一步加工，供CRT操作站顯示和打印，實現(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，具有顯示控制過程中各種信息、監(jiān)視操作、輸出報表，還對DCS的PCU和PIU進(jìn)行組態(tài)，實現(xiàn)系統(tǒng)的操作和管理。高速數(shù)據(jù)通路：它將過程控制單元、操作站、管理計算機(jī)等設(shè)備連接成一個完整的 DCS以一定速率在各單兀之間完成數(shù)據(jù)、指令及 其它信息的傳輸，一般設(shè)臵成冗余結(jié)構(gòu)。管理計算機(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)雜運算的能力以及多輸入、多輸出控制功能，以實現(xiàn)系統(tǒng) 的最優(yōu)控制和全廠的優(yōu)化管理。2.4 什么是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)？集散型控制系

10、統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)常采用什么類型的網(wǎng)絡(luò)形式？答：凡是將地理位臵不同而且具有獨立功能的各個計算機(jī)系統(tǒng)通過通信設(shè)備和線路將它們連接起來，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”，以實現(xiàn)彼此通信和共享資源，這就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有：開放系統(tǒng)互連參考模型 OS； IEEE802標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；MAP制造業(yè)自動化通信協(xié)議；PROWA過程數(shù)據(jù)高速公路。2.6 試分別畫出數(shù)字量：（1）65H和（2）BAH

11、的不歸零、歸零及差分曼徹斯特編碼 的信號波形圖。答：65H轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制是： 01100101BI9i1n1!11I11一i:11*1=EEiiGE!IEIIt1彳I1:rl1i1!-rRT-I不歸尊制舊聃|徑恂斯特iS碼養(yǎng)分曼舸斷特編碼BAH轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制是：10111010B10 11不歸孝制歸零【曼徹斯特輪碼差分曼徹斯特編碼2.7已知數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)送端的碼元序列為O11O11O1B,試求接收端碼元序列分別為O11O11OOB和O11OOO11B時的差錯碼元序列。答：當(dāng)接收端的碼元序列為O11O11OOB時的差錯碼元序列為E =C 二 R =01101101 二 01101100 =000000

12、01 B當(dāng)接收端的碼元序列為01100011B時的差錯碼元序列為E =C 二 R =01101101 二 01100011 =00001110 B2.8已知信息碼 m=1011，要生成循環(huán)碼(8，4)，設(shè)采用的循環(huán)碼生成多項式為: g(x) =x4 x3 x21，求生成的循環(huán)碼。答：由題意，信息碼為m=1011，對應(yīng)的多項式為為了獲得循環(huán)冗余碼，將m(x)兩邊乘以x4，得x4m (x) = x4(x3 x 1) = x7 x5 x4利用余式定理，再除以生成多項式g(x)，得余式r(x)為r (x)二 x3 x 1于是，循環(huán)冗余碼所對應(yīng)的多項式為v( x) = x7 x5 x4 x3 x 1對應(yīng)

13、二進(jìn)制循環(huán)冗余碼為101110112.9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) 雙絞線噪聲信道實際傳輸能力。答：由題意，信噪比為 S =10，頻帶寬度為H =3kHz 。 N無噪聲信道上理論極限傳輸能力為R = 2H log 2 v=2 3 103 log2 2=6k bit/s噪聲信道上理論極限傳輸能力為SR = H log 2 (1)N=3 103 log2(110)=10.38k bit/s雙絞線噪聲信道實際傳輸能力為9600 bit/s2.10 OSI參考模型分為幾層？各層的主要作用是什么？答

14、：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)位信息從一臺設(shè) 備傳送到另一臺設(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，實現(xiàn)差錯控制和 介質(zhì)訪問控制，實現(xiàn)對物理層的管理。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3.網(wǎng)絡(luò)層死鎖和堵塞。4.傳輸層它為會話層提供可靠而透明的端對端傳送服務(wù)，使信息傳送無差錯。5.會話層提供用戶進(jìn)程之間的一次會話，其目的在于通過進(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變得簡易。6.表示層它的功能是實現(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)

15、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總線訪問方法和物理層技術(shù)規(guī)范；IEEE802.4 : Token Passing Bus 訪問方法和物理層技術(shù)規(guī)范；IEEE802.5 : Token Passing Ring 訪問方法和物理層技術(shù)規(guī)范；IEEE802.6 :城市網(wǎng)絡(luò)訪問方法和物理層技術(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)

16、絡(luò)。2.12 說明IEEE802.3，IEEE802.4 ，IEEE802.5通信協(xié)議主要解決網(wǎng)絡(luò)通信哪一層的問題？各有什么特點？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)鏈路層的問題。它們的特點為IEEE802.3 :用于CSMA/CD、線訪問方法和物理層技術(shù)規(guī)范；IEEE802.4 :用于Token Passing Bus 訪問方法和物理層技術(shù)規(guī)范；IEEE802.5 :用于Token Passing Ring 訪問方法和物理層技術(shù)規(guī)范；2.13 在 DCS 中，對通信網(wǎng)絡(luò)訪問的存取控制技術(shù)主要有哪幾種？答：在 DCS 中，常用的存取訪問

17、控制技術(shù)有：輪詢 (Poll) 、令牌傳送 (Token Passing) 、帶有碰撞檢測的載波監(jiān)聽多重訪問(CSMA/CD: Carrier SenseMultiple 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)臵、通信系統(tǒng)的配臵、系統(tǒng)的自 診斷與在線維護(hù)功能、電源系統(tǒng)設(shè)計以及其它許多環(huán)節(jié)上均采取一系列 措施。DCS在軟

18、件、硬件方面采取如下措施以提高可靠性：1. DCS的硬件采用宇航工藝，可靠性和性能價格比得到提高；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DCS的管理計算機(jī)采取一系列安全保密措施，如設(shè)臵各種權(quán)限，提 高對數(shù)據(jù)庫和文件等資源的保護(hù)；4 對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，通常對關(guān)鍵性部件、系統(tǒng)要采用哪些冗余結(jié)構(gòu)？答：通常對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)成的自動備用 方式，具體形式為同步運轉(zhuǎn)方式；待機(jī)運轉(zhuǎn)方式；后退運轉(zhuǎn)方式。2.16 串級控制技術(shù)的基本思想

19、是什么？它有哪些優(yōu)點？ 答：串級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象在各種干擾因素同時作用 下，實現(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，增加一個或多個控制內(nèi)回路，而且是相互串接，一 個控制回路的輸出是另一個控制回路的設(shè)定值，以達(dá)到控制可能引起被 控對象發(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 級控制技術(shù)的基本思想。串級控制系統(tǒng)中， 副回路給系統(tǒng)帶來許多優(yōu)點： 由于副回路的作用， 串級控制比單回路控制更具有抑制各種干擾的能力，因此設(shè)計時應(yīng)把主 要的干擾包含在副回路中；采用串

20、級控制可以克服被控對象的純滯后影 響，改善系統(tǒng)的控制性能；若系統(tǒng)中含有非線性被控對象，把非線性被 控對象包含在副回路中，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： 前饋控制實質(zhì)上是一種按擾動進(jìn)行調(diào)節(jié)的開環(huán)控制系統(tǒng)。 當(dāng)擾動產(chǎn)生后， 被控變量還未顯示出變化前，根據(jù)擾動作用大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償擾動 作用對被控變量的影響。這種前饋作用運用恰當(dāng)，可以使被控變量不會 因擾動作用而產(chǎn)生偏差， 比反饋控制要及時， 并且不受系統(tǒng)滯后的影響。 對于精確的控制對象和擾動數(shù)學(xué)模型，如果補(bǔ)償?shù)卯?dāng)

21、，對于某一特定擾 動，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 實現(xiàn)完全補(bǔ)償并非易事， 因為工業(yè)過程的數(shù)學(xué)模型是時變的、 非線性的； 同時，擾動也是不可完全預(yù)見的，前饋控制只能在一定程度上補(bǔ)償擾動 對被控制變量的影響。因此，為了保證有更大的適應(yīng)性，在工業(yè)過程中 經(jīng)常把前饋控制與反饋控制結(jié)合起來， 構(gòu)成前饋 - 反饋控制系統(tǒng)。 前饋控 制克服主要擾動的影響， 反饋控制克服其余擾動及前饋補(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)計思想及其實現(xiàn)。答： Smith 預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)的設(shè)計思想：在控制

22、系統(tǒng)設(shè)計時，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滯，克服大時間滯后對控制系統(tǒng)的影響。它的實現(xiàn)過程為：未加入Smith預(yù)估器時，系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的Gb(s)分母中含有時滯e-s，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，這就是時滯過程難以控制的原因。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)特征方程中不含時滯es，則要求Smith預(yù)估器的傳遞函數(shù)為GO 二G°(s)(1e)經(jīng)過Smith預(yù)估器的補(bǔ)償作用后，系統(tǒng)的特征方程中不含e_s項，消除了時滯項對控制系統(tǒng)的影響，e s僅將控制作用在時間坐標(biāo)上推移了一個時間.，此時系統(tǒng)的過渡過程及控制品質(zhì)與無

23、時滯的完全一致。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、助記符及編程語言等。梯形邏輯圖法是采用梯形邏輯圖來描述順序控制系統(tǒng)的邏輯順序關(guān)系；功能模塊法把邏輯運算作為功能模塊處理，按功能塊組態(tài)的方法連接起來完成編程；助記符方法在可編程邏輯控制器編程時經(jīng)常采用，它通常由操作碼、標(biāo)識符和元素參數(shù)表示；編程語言采用集散型控制系統(tǒng)提供的語言或通用的高級語言來編程。第3章國產(chǎn)集散型控制系統(tǒng)一HS20003.1 HS2000系統(tǒng)的基本特點是什么?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

24、何特點？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、靈活配臵成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)場控制站；一線指：網(wǎng)絡(luò)。DCS就是通過網(wǎng)絡(luò)將工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站聯(lián)系起來，實現(xiàn)控制功能 分散、危險分散，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

25、包括主控制器 CPU模板。3.5已知某HS2000系統(tǒng)的I/O現(xiàn)場控制站的 AI信號如下；（1）控制回路：420mA 12路，供電型（2）檢測回路：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，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A11控制回路，供電型420mA 12 路2F40X 12T42 X 12T30 X 1否AI2檢測回路，供電型420mA 28 路2F40X 22T42 X 22T30 X 2否AI3熱電阻回路，隔離型，16路2F

26、40X 12T41 X 22T30 X 1否3.6 已知某HS2000系統(tǒng)的I/O現(xiàn)場控制站的 A0信號為：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)場控制站的開關(guān)量信號如下：（1）DI :干結(jié)點輸入，38點（2）DO電平輸出，32點試分別選擇所需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，12路2F60X 22T60 X 22T30 X 3否DO電平輸岀,2

27、8路2F60X 12T61 X 12T30 X 2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)場控制站的信號如下表所示>站*11#12#13#14#AI控制420mA 12 路*420mA 18 路*420mA 16 路 *AI檢測420mA 28 路420mA 56 路15V 32 路AI熱電阻16路64路16AO熱電偶20路8AO控制420mA 12 路*420mA 18 路*420mA 8 路420mA 16 路 *AO檢測420mA 16 路15V 32 路DI干結(jié)點48點干結(jié)點32點干結(jié)點16點DO晶體管輸岀32點注：表中含有"*”標(biāo)志的

28、各項均為冗余結(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)場控制站進(jìn)行配臵。1、選擇I/O功能模板型號及數(shù)量類型數(shù)據(jù)點參數(shù)功能模板型號及數(shù)量調(diào)理模板型號及數(shù)量端子模板型號及數(shù)量冗余AI1控制回路420mA16 路*2F40X 1X 22T42X 1 X 22T30X 1是ai2檢測回路15V 32 路2F40X 22T42X 22T30X 2否AO控制回路420mA16 路*2F41X 1X 22T46X 1 X 22T30X 1是AQ檢測回路15V 32 路2F41X 22T46X 22T30X 2否DI干結(jié)點16點2F60X 12T60X 12T30X

29、 1否2、現(xiàn)場控制站機(jī)柜設(shè)備配臵HS2000系統(tǒng)規(guī)定：站名： 工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站。站號：01#09#為工程師站1個、操作員站18個。10#31#為現(xiàn)場控制站。*為冗余標(biāo)志。站名：現(xiàn)場控制站站名：11#冗余標(biāo)志：*機(jī)架槽號功能模板型號調(diào)理模板型號端子模板型號備注現(xiàn)場電源02F71*現(xiàn)場電源冗余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檢測回路15V 32路62F402T422T3071#機(jī)架02F70*系統(tǒng)電源冗余12F41*2

30、T46*2T30控制回路420mA 16路*22F41*2T46*32F412T462T30檢測回路15V 32路42F412T462T3052F602T602T30干結(jié)點16點673、I/O現(xiàn)場控制站模板表型號規(guī)格說明數(shù)量單位2F70系統(tǒng)電源 5V DC2塊2F71現(xiàn)場電源 24V DC 12A2臺2F80主控制器CPU模板2塊2F40多點模擬量輸入模板4塊2F41多點模擬量輸出模板4塊2F60多點開關(guān)量輸入/輸出模板1塊：2T42多點模擬量輸入調(diào)理模板4塊2T46多點模擬量輸出調(diào)理模板4塊2T60觸點型開關(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) TD

31、C30004.1 TDC3000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)怎樣？特點是什么？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其特點是每種網(wǎng)絡(luò)上都掛有不 同功能的模件，實現(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)上采用多級冗余措施，TDC3000的大多數(shù)關(guān)鍵性單元都采用帶有自動切換的全冗余，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臺終冗余；TDC3000 在結(jié)構(gòu)上還提供了歷史模件中的冗余盤和應(yīng)用模件冗余來提 高可靠性；操作員控制臺至少由三個通用工作站組成，對一操作員控制臺

32、，其冗 余度由其它任何通用控制站來保證；對于過程控制級，其冗余是由過程管理機(jī)中的過程管理模件來實現(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，但對一些用戶提出的控制方案，則由 TDC3000系統(tǒng)提供的一套高級控制語言（ CL）來完 成，它是適合于過程的語言，用來實現(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和穩(wěn)定煙道氣的氧含量。舉例說明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)運算、PID、比率、超前/滯后、選擇器

33、等。這里以算術(shù)運算為例，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：檢測類、控制類、算術(shù)類、程序類等。檢測類的圖標(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： c = k| x1 - k2 x 2其中k 1, k2為刻度系數(shù)，工程單位。乘法：c = kx1 x 2其中k二ki k2為刻度系數(shù)，工程單位。除法：c = kxr / x2其中k=ki/ k2為刻度系數(shù)，工程單位。4.4 TDC3000的LCN系統(tǒng)由哪幾部分構(gòu)成？簡述各部分的作用。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

34、用操作站US應(yīng)用模塊AM歷史模塊HM計算機(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 PLCGLCN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)?結(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 畫面和趨勢畫面等等。通用工作站是TDC3000的又一個人機(jī)接口， 具有US的全部功能。它主要是 為工廠辦公室

35、管理設(shè)計的，用做模塊標(biāo)準(zhǔn)控制臺或?qū)ｉT用戶控制臺， 對生產(chǎn)過程進(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)用模塊是用控制語言( CL： Control Language)來完成 UCN和HW網(wǎng)絡(luò)上 所連接的模件不能完成的高級控制功能、復(fù)雜及多變量運算功能，提 高過程控制及管理水平。歷史模塊是TDC3000的存儲單元，可以用來存儲過程報警、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UCN設(shè)備的數(shù)據(jù)，并將 LCN上的程序與數(shù)據(jù) 庫裝載到APM等

36、 UCN設(shè)備上；也可將NIM設(shè)備的報警及信息傳遞到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、報警和時間同步。CG計算機(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)：Pla nt In formationNetwork Module ）網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的接口模件。4.5 TDC3000的UCN系統(tǒng)由哪幾部分構(gòu)成？簡述各部分的作用。答：TDC3000的UCN系統(tǒng)包括

37、：通用控制網(wǎng)絡(luò)UCN邏輯控制站 LM過程管理機(jī)PM先進(jìn)過程管理機(jī) APM通用控制網(wǎng)絡(luò)是以 MAF為基礎(chǔ)的雙冗余實時控制網(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)場控制站。它具有 PLC控制的特點，同時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。過程管理站PM集多功能控制器和過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)過程管理站

38、APM是過程管理站（PM的發(fā)展，它為用戶提供一個可靠的輸 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臵的子系統(tǒng)信息。4.6 一冷卻系統(tǒng)如圖 P4-7 所示，已知液位傳感器 LI01 在高限時觸點“ ON”， LI02在低限時“ or”，溫度傳感器TI在降到規(guī)定溫度時觸點“ 0N,寫出下列順序 控制的CL語言程序。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語言程序為：OPEN V001WAIT LIO仁“O

39、NCLOSE V001OPEN V002WAIT LI02=“ONCLOSE V002OPEN V003WAIT TI02=“ ON'CLOSE V003END4.7 已知夾套容器的串級控制策略如圖P4-8所示。容器的加熱是通過下列順序控制實現(xiàn)的。請寫出對應(yīng)的CL語言程序。步驟：1 .設(shè)定TIC101方式=MAN2 .設(shè)定TIC101的輸出=100%.等待溫度測量值 TIC100=200 T;4 .設(shè)定TIC101方式=AUTO5 .設(shè)定TIC101的給定值=300 T;6 .等待30分鐘；7 .設(shè)定TIC101方式=CASC圖P4-8夾套容器的串級控制答：夾套容器順序控制的CL語言程

40、序為：SET TIC101SET TIC101WAIT TIC100SET TIC101SET TIC101WAIT 30minSET TIC101END。MODE=MAN。OP=1OO%。PV=200T。MODE=AUTO。SP=300T。MODE=CASC第5章集散型控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用5.1集散型控制系統(tǒng)的設(shè)計有哪些方法?答：目前，DCS設(shè)計一般采用三種方法：第一種：以制造廠為主導(dǎo)，根據(jù)設(shè)計單位的詳細(xì)設(shè)計，由制造廠完成應(yīng)用軟件的設(shè)計、組態(tài)、生成和調(diào)試；第調(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)計單位完成。5.2 集散型控制系統(tǒng)的設(shè)計包括哪些階段？答：集散控制系

41、統(tǒng)的設(shè)計包括以下幾個階段：總體設(shè)計：是 DCS設(shè)計的初期階段。初步設(shè)計：介于總體設(shè)計與詳細(xì)設(shè)計之間的設(shè)計，其基本任務(wù)是在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，為DCS的每一個子系統(tǒng)提出控制方案。詳細(xì)設(shè)計：是初步設(shè)計在 DCS上的具體實現(xiàn)。5.3 評價集散型控制系統(tǒng)的準(zhǔn)則是什么？答：DCS運行不受故障影響； DCS不易發(fā)生故障；能夠迅速排除故障；DCS的性能價格比較高。5.4 在集散型控制系統(tǒng)選型時，主要需要考慮哪些性能指標(biāo)？答：DCS選型時，需要考慮的性能指標(biāo)有：可靠性：即系統(tǒng)能否長期穩(wěn)定運行；實用性：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，

42、用戶是否自己完成組態(tài)、現(xiàn)場調(diào)試及運行后是否便于維護(hù)；價格：系統(tǒng)價格是否合理、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)正常運行；備品備件供應(yīng)是否充足、 價格是否合理； 是否能及時得到廠家技術(shù)人員的幫助；培訓(xùn)的力度如何、方便程度如何、費用高低、能否實際上機(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)試分一般分成三個部分內(nèi)容：工廠調(diào)試、用戶現(xiàn)場離線調(diào)試和在線調(diào)試。第6章現(xiàn)場總線技術(shù)與應(yīng)用6.1什么

43、是現(xiàn)場總線？答：根據(jù)國際電工委員會IEC( International Electrotechnical Commision)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場基金會FF(Fieldbus Fou ndatio n)的定義，現(xiàn)場總線的概念一般為：一種用于智能化現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的開放式、數(shù)字化、雙向串 行、多節(jié)點的底層通信總線。6.2現(xiàn)場總線的本質(zhì)含義表現(xiàn)在哪些方面？答：1 現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)；2 現(xiàn)場設(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)場總線有哪些優(yōu)點？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

44、放性；8 .互操作性；9 .智能化 與自治性6.4現(xiàn)場總線有哪幾種典型類型？它們各有什么特點？答：常用的現(xiàn)場總線有 5種類型，它們的特點如下表所示。特性現(xiàn)場總線類型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化、工業(yè)自動化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、光纜電源信號線雙絞線雙絞線、光纜、同軸電纜、無線和電力線介質(zhì)訪問方式令牌、主從令牌、主從令牌、查詢位仲裁的CSMA可預(yù)測P堅持CSMA(P

45、P CSMA CR)CSMA/CA糾錯方式CRCCRCCRCCRCCRC最大傳輸速率2.5 Mbps12 Mbps12 Mbps1 Mbps1.25 Mbps最大節(jié)點數(shù)32 (H1)124 ( H2)1281511032000優(yōu)先級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？ 答：1.數(shù)字式通信方式取代設(shè)備級的模擬量（如 420mA 05V等信號）和開 天量信號。2. 在車間級與設(shè)備級通信的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)。3. 現(xiàn)場總線是工廠自動化過程中現(xiàn)場級通信的一次數(shù)字化革命。4. 現(xiàn)場總線使自控系統(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