集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線試題習題及答案

1、答：直接數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件主要有計算機(主機)、過程輸入輸出通道、操 本答案僅供參考。 第 1 章 緒論 1.1 什么是過程計算機控制系統(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、測量變送裝置、計算機和執(zhí)行裝置構成，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 計算機控制工業(yè)生產(chǎn)過程有哪些種類型？ 答：計算機控制工業(yè)生產(chǎn)過程一般有五種類型： 操作指導控制系統(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

2、種基本類型？它們在系統(tǒng)中起什么作用？ 答：計算機控制系統(tǒng)的硬件一般包括：主機、外部設備、過程輸入輸出設備。 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 把模擬信號轉換成數(shù)字信號后再輸入； DI 通道 直接輸入開關量信號或數(shù)字量信號。 輸出過程通道包括： D/A 通道 把數(shù)字信號轉換成模擬信號后再輸出； DO 通道 直接輸出開關量信號或數(shù)字量信號。 1.4 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件由哪幾部分組成？ 作臺和計算機輔助設備組成。如下圖所示。 生嚴過rT 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控制算法有位置式、增量式、速度式三種形

3、式。PID位置式根 據(jù)偏差計算閥門的位置，PID增量式根據(jù)偏差計算閥門的變化；PID速 度式根據(jù)偏差變化程度計算閥門的變化。 1.6 試推導計算機控制系統(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 1 t u(t) kpe(t) t 0e(t)dt 其中，kp -比例增益 Ti -積分時間常數(shù) tk 在采樣周期相當短暫時，用矩形法近似代替積分項0e(t)dtTe(i)， i 0 其中T為采樣周期，k為采樣序號。 PI位置式算法為: k u(k) kpe(k) ki e(i) Ux i 0 PI增量式算法為： u(k) kp e(k) kie(k) PI速度式算法為: v(k

4、) u(k) kp e(k)kp(k) T 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 1.7 試推導計算機控制系統(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 de(t) u(t) kpe(t) Td dt 其中，kp -比例增益 Td -微分時間常數(shù) 在采樣周期相當短暫時，用后向差分法近似代替微分項 de(t) dt e(k) e(k 1) 其中T為采樣周期, k為采樣序號。 PD位置式算法為: u(k) kpe(k) kD(e(k) e(k 1) Ux PD增量式算法為: u(k) kp e(k) kD(

5、 e(k) e(k 1) PD速度式算法為: v(k) _u(k) kp e(k) kD( e(k) e(k 1) t TT 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 用？ 答：隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，生產(chǎn)過程的復雜程度的提高，使像DDC這樣集 中控制系統(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 變量相關聯(lián)對象的控制要求，導致集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生。DCS吸取了操 作指導控制系統(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

6、，靈活的應用使DCS得到廣泛應喲功能和發(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計算機集成制造系統(tǒng)、CIPS計算機集成過程系統(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 計算機監(jiān)督控制 答： SCC： Supervisory Com

7、puter Control 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 計算機集成制造系統(tǒng) FCS： Fieldbus Control System現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) CIPS： Computer Integrated Process System計算機集成過程系統(tǒng) 第2章集散型控制系統(tǒng)(DCS的導論 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)，是計算機技

8、術 (computer) 、通信技 術(communication) 、圖形顯示技術(CRT)、控制技術(control)(簡稱4C 技術)的發(fā)展產(chǎn)物，它是一個通過通信網(wǎng)絡將現(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 靈活的擴展性 完善的自主控制性 完 善的通信網(wǎng)絡。 2.2 集散型控制系統(tǒng)的設計思想是什么？ 答：集散控制系統(tǒng)的設計思想是：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

9、算機以及高速數(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)過程中非控制變量而言，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、預處理以 及實時數(shù)據(jù)的進一步加工，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、管理計算機等設備連接成一 個完整的 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，一般設置成冗余結構。 管理計算機：綜合

10、監(jiān)視 DCS 的單元，管理 DCS 的所有信息，具有進行大 型復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 什么是計算機網(wǎng)絡？集散型控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡常采用什么類型的網(wǎng)絡形 式？ 答：凡是將地理位置不同而且具有獨立功能的各個計算機系統(tǒng)通過通信設備和 線路將它們連接起來，由功能完善的網(wǎng)絡軟件（網(wǎng)絡協(xié)議、信息交換方式、 控制程序和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)）實現(xiàn)網(wǎng)絡資源（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。 2.5什么是通信網(wǎng)絡協(xié)議？常用的通信網(wǎng)絡協(xié)議有哪幾種？ 答：由網(wǎng)絡全體“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

11、就是網(wǎng)絡協(xié)議。常見的網(wǎng)絡協(xié)議有： 開放系統(tǒng)互連參考模型 OSI; IEEE802標準局域網(wǎng)標準；MAP制造業(yè)自動 化通信協(xié)議；PROWAY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的不歸零、歸零及差分曼徹斯特編碼 的信號波形圖。 答：65H轉換為二進制是：01100101B 1 c 0 I 不歸壽常 歸宰制：曼呦審特嫻碼 BAH 轉換為二進制是：10111010B 11J 下歸蕃削 0專制曼帕特塢砂 豊占曼時埠須兀 2.7已知數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)送端的碼元序列為01101101B,試求接收端碼元序列分別為 01101100B和01100011B時的差錯碼元序列。 答：當接

12、收端的碼元序列為01101100B 時的差錯碼元序列為 E C R 0110110101101100 00000001B 當接收端的碼元序列為01100011B 時的差錯碼元序列為 E C R 011011010110001100001110B 2.8已知信息碼 m=1011，要生成循環(huán)碼(8，4)，設采用的循環(huán)碼生成多項式為: 432 g(x) x xx 1,求生成的循環(huán)碼。 答：由題意，信息碼為 m=1011，對應的多項式為 m(x) x3 x 1 為了獲得循環(huán)冗余碼，將m(x)兩邊乘以x4，得 x4 m(x) x4 (x3 x 1) x7 x5 x4 利用余式定理，再除以生成多項式g(x

13、)，得余式r(x)為 r (x) x3 x 1 于是，循環(huán)冗余碼所對應的多項式為 v(x) x7 x5x4 x3 x 1 對應二進制循環(huán)冗余碼為10111011 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。 S 答：由題意，信噪比為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 3 2 3 103 log2 2 6k bit/s 噪聲信道上理論極限傳輸能力為 m ,S R H log 2 (1) N 3 103 log2

14、(1 10) 10.38k bit/s 雙絞線噪聲信道實際傳輸能力為 9600 bit/s 2.10 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)上各設備之間的物理接口，直接把數(shù)據(jù)位信息從一臺設 備傳送到另一臺設備。 2 數(shù)據(jù)鏈路層 它負責將傳送的數(shù)據(jù)按幀結構格式化，組織成幀，實現(xiàn)差錯控制和 介質訪問控制，實現(xiàn)對物理層的管理。 3 .網(wǎng)絡層 它的主要功能是信息包的路徑選擇和鏈路的協(xié)調管理，防止鏈路的 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，使信息傳送無差錯。 5 .會話層

15、 提供用戶進程之間的一次會話，其目的在于通過進程之間連接的建 立和調節(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)用戶與服務之間的翻譯與轉換。 7 應用層 它為用戶進程通信執(zhí)行面向應用的任務，包括必要的監(jiān)督和管理。 2.11 IEEE802標準包括哪些內容? 答：IEEE802標準的內容包括： IEEE802.1 :系統(tǒng)結構和網(wǎng)絡互連； IEEE802.2 :邏輯鏈路控制； IEEE802.3 : CSMA/CD總線訪問方法和物理層技術規(guī)范； IEEE802.4 : Token Passing Bus 訪問方法和物理層技術規(guī)范； IEEE802.5 : Token Pass

16、ing Ring訪問方法和物理層技術規(guī)范; IEEE802.6 :城市網(wǎng)絡訪問方法和物理層技術規(guī)范； IEEE802.7 :寬帶網(wǎng)絡標準； IEEE802.8 :光纖網(wǎng)絡標準； IEEE802.9 :集成聲音數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。 2.12 說明 IEEE802.3 ，IEEE802.4 ， IEEE802.5 通信協(xié)議主要解決網(wǎng)絡通信哪一層 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 總線訪問方法和物理層技術規(guī)范； IEEE802.4 ：用于 To

17、ken Passing Bus 訪問方法和物理層技術規(guī)范； IEEE802.5 ：用于 Token Passing Ring 訪問方法和物理層技術規(guī)范； 2.13 在 DCS 中，對通信網(wǎng)絡訪問的存取控制技術主要有哪幾種？ 答：在 DCS 中，常用的存取訪問控制技術有：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 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

18、利用計算機技術、通信技術、顯示技術、人機交換技術、硬件 制造技術和其它電子技術上的一系列最新技術成果， 為了提高 DCS 的可 靠性，在系統(tǒng)的結構、 CRT 操作站的設置、通信系統(tǒng)的配置、系統(tǒng)的自 診斷與在線維護功能、電源系統(tǒng)設計以及其它許多環(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，可靠性和性能價格比得到提高； 承受雷雨天氣的強烈電磁干擾； 3 對 DCS 的管理計算機采取一系列安全保密措施，如設置各種權限， 提高對數(shù)據(jù)庫和文件等資源的保護； 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。

19、2.15 集散型控制系統(tǒng)中，通常對關鍵性部件、系統(tǒng)要采用哪些冗余結構？ 答：通常對 DCS 的關鍵性環(huán)節(jié)均采用冗余化結構。 即多重化構成的自動備用 方式，具體形式為同步運轉方式；待機運轉方式； 后退運轉方式。 2.16 串級控制技術的基本思想是什么？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)的基礎上發(fā)展起來的一種控制技術。 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，引進了新的控制技術，即在原控制 系統(tǒng)的控制回路中，增加一個或多個控制內回路，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定值，以達到控制可能引起被 控

20、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，這就是串 級控制技術的基本思想。 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，因此設計時應把主 要的干擾包含在副回路中；采用串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，能夠適應操作條件和負荷的變化，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能力。 2.17 前饋控制的基本思想是什么？前饋和反饋相結合有什么好處？ 答： 前饋控制實質上是一種按擾動進行調節(jié)的開環(huán)控制系統(tǒng)。 當擾動產(chǎn)生

21、后， 被控變量還未顯示出變化前，根據(jù)擾動作用大小進行調節(jié)，以補償擾動 作用對被控變量的影響。這種前饋作用運用恰當，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)學模型，如果補償?shù)卯?，對于某一特定擾 動，前饋控制系統(tǒng)的品質十分理想，明顯優(yōu)于反饋控制系統(tǒng)。但是，要 實現(xiàn)完全補償并非易事， 因為工業(yè)過程的數(shù)學模型是時變的、 非線性的； 同時，擾動也是不可完全預見的，前饋控制只能在一定程度上補償擾動 對被控制變量的影響。因此，為了保證有更大的適應性，在工業(yè)過程中 經(jīng)常把前饋控制與反饋控制結合起來， 構成前饋 - 反饋控制系統(tǒng)。 前饋

22、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。 2.18 試述 Smith 預估補償控制系統(tǒng)的設計思想及其實現(xiàn)。 答： Smith 預估補償控制系統(tǒng)的設計思想：在控制系統(tǒng)設計時，為了提高系 統(tǒng)的控制質量，應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，引入 Smith 預估器，使原閉

23、環(huán)特征方程 中不含時滯 e s ， 則要求 Smith 預估器的傳遞函數(shù)為 Gc(s) G0(s)(1 e s) 經(jīng)過Smith預估器的補償作用后，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上推移了一 個時間 ，此時系統(tǒng)的過渡過程及控制品質與無時滯的完全一致。 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

24、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) HS2000 3.1 HS2000系統(tǒng)的基本特點是什么？ 答：可靠性高、方便、直觀的操作，維護方便，系統(tǒng)開放。 3.2 HS2000系統(tǒng)的結構組成有何特點？ 答： HS2000 系統(tǒng)由三層網(wǎng)絡組成，即管理協(xié)調網(wǎng)絡、系統(tǒng)網(wǎng)絡、控制網(wǎng)絡， 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”結構？ 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。

25、 DCS 就是通過網(wǎng)絡將工程師站、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： 主控組件內包括主控制器 CPU 模板，而輔助組件內只包括 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

26、所需I/O功能模板的數(shù)量和型號，并配套選擇I/O調理模板及其端子模 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 2F40 X1 2T42 X1 2T30 X1 否 AI2 檢測回路，供電型 420mA 28 路 2F40 X2 2T42 X2 2T30 X2 否 AI3 熱電阻回路，隔離 型，16路 2F40 X1 2T41 X2 2T30 X1 否 3.6 已知某HS2000系統(tǒng)的I/O現(xiàn)場控制站的 AO信號為：420mA 18路。試選擇所 需I/O功能模板、調

27、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 調理模板類型 端子模板類型 冗余 AO 420mA 12 路 2F41 2T46 2T30 否 3.7已知前題I/O現(xiàn)場控制站的開關量信號如下： （1）DI :干結點輸入，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 調理模板類型 端子模板類型 冗余 及數(shù)量 及數(shù)量 及數(shù)量 DI 干結點，12路 2F60 X2 2T60 X2 2T30 X3 否 DO 電平輸岀，28路 2F60 X1 2T61 X1 2T30 X2 否 3.8某一中型HS2000系統(tǒng)的

28、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 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 420mA 16 路 15V 32 路 DI 干結點48點 干結點32點 干結點16點 DO 晶體管輸岀32點 注：表中含有* ”標志的各項均為冗余結構。 試選

29、擇站所需I/O功能模板、調理模板及其端子模板。 答：依據(jù)題意，選擇 14#現(xiàn)場控制站進行配置。 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 調理模板型號及數(shù)量 端子模板型號及數(shù) 量 冗 余 A11 控制回路 420mA16 路 * 2F40 X1 X2 2T42 X1 X2 2T30 X1 是 AI2 檢測回路 15V 32路 2F40 X2 2T42 X2 2T30 X2 否 AO 1 控制回路 420mA16 路 * 2F41 X1 X2 2T46 X1 X2 2T30 X1 是 AO 2 檢測回路 15V 32路 2F41 X2 2T46 X2 2T30

30、X2 否 DI 干結點16點 2F60 X1 2T60 X1 2T30 X1 否 2、現(xiàn)場控制站機柜設備配置 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。*為冗余標志。 站名：現(xiàn)場控制站站名：11#冗余標志：* 機架 槽號 功能模板型號 調理模板型號 端子模板型號 備注 現(xiàn)場 電源 0 * 2F71 現(xiàn)場電源冗余 1 * 2F71 2 3 0 * 2F70 系統(tǒng)電源冗余 1 2F80* 主控制器CPU模板冗余 2 2F80* 0# 機架 3 2F40* 2T42 * 2T30 控制回路420m

31、A 16路* 4 2F40* 2T42 * 5 2F40 2T42 2T30 檢測回路15V 32路 6 2F40 2T42 2T30 7 1# 機架 0 * 2F70 系統(tǒng)電源冗余 1 2F41 * * 2T46 2T30 控制回路420mA 16路* 2 2F41 * * 2T46 3 2F41 2T46 2T30 檢測回路15V 32路 4 2F41 2T46 2T30 5 2F60 2T60 2T30 干結點16點 6 7 3、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 DC 2 塊 2F71 現(xiàn)場電源 24V DC 12A 2 臺 2F80 主控制器

32、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 多點開關量輸入/輸出模板 1 塊 2T42 多點模擬量輸入調理模板 4 塊 2T46 多點模擬量輸出調理模板 4 塊 2T60 觸點型開關量輸入轉換模板 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) TDC3000 4.1 TDC3000系統(tǒng)結構怎樣？特點是什么？ 答： TDC3000 系統(tǒng)從結構上看主要由三種通信網(wǎng)絡組成， 它們是局域控制網(wǎng)絡 LCN 、通用控制網(wǎng)絡 UCN 、高速數(shù)據(jù)公路 HW ，其特點是每種網(wǎng)絡上都掛 有不同功能的模件，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的分

33、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)在結構上采用多級冗余措施， TDC3000 的大多數(shù)關鍵性單 元都采用帶有自動切換的全冗余，局域控制網(wǎng)絡LCN、通用控制網(wǎng)絡UCN、 高速數(shù)據(jù)公路 HW 始終冗余； TDC3000 在結構上還提供了歷史模件中的冗余盤和應用模件冗余來 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，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中的過程管理模件來實現(xiàn)，標準做法是采用三重冗余。 4.3 CL程序與標準算法的關系怎樣？圖 4.4中有幾處用CL程序，解決什么問

34、題？ 答：TDC3000系統(tǒng)所提供的標準算法，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。 4.4 舉例說明TDC3000標準算法。 答：TDC3000提供了許多標準算法，諸如算術運算、PID、比率、超前/滯后、 選擇器等。這里以算術運算為例，介紹標準算法和相應的圖標。TDC3000 的圖標類型分為：檢測類、控制類、算術類、程序類等。 檢測類的圖標為： 控制類的圖標為： 算術類的圖標為： 程序類的圖標

35、為： 算術算法分為：加法、乘法、除法，它們的表達式和圖標分別為 加法： c ki xi k2X2 其中ki,k2為刻度系數(shù)，工程單位。 乘法：c kx1x2 其中k k1k2為刻度系數(shù)，工程單位。 除法：c kx1 / x2 其中k k1 /k2為刻度系數(shù)，工程單位。 4.5 TDC3000的LCN系統(tǒng)由哪幾部分構成？簡述各部分的作用。 答：TDC3000的LCN系統(tǒng)包括：局域控制網(wǎng)絡 UCN、高速通道接口 HG、通 用操作站US、應用模塊AM、歷史模塊HM、計算機接口 CG、LCN擴展 器接口 NIM、通用工作站 UWS、工廠信息網(wǎng)絡接口 PINM、可編程控制 器接口 PLCG。 LCN網(wǎng)是

36、TDC3000的主干網(wǎng)，是短程高速通信鏈，采用冗余結構，令牌 存取通信控制方式，符合 IEEE802。4，傳輸速率為5Mbit/s ，總線拓 撲結構，傳輸距離不大于 300m。其功能就是聯(lián)接一系列內部模件。 通用操作站是 TDC3000的主要人機接口。由操作員、工程師或維護人員 用來完成不同的任務，例如生成全系統(tǒng)的管理調度圖表畫面，生成歷 史畫面和趨勢畫面等等。 通用工作站是TDC3000的又一個人機接口， 具有US的全部功能。它主要 是為工廠辦公室管理設計的，用做模塊標準控制臺或專門用戶控制臺， 對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作和管理，具有“觸摸屏幕”和“開窗 口”功能。 應用模塊是用控制語言

37、(CL：Control Language )來完成 UCN 和 HW 網(wǎng) 絡上所連接的模件不能完成的高級控制功能、 復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)維護及提示信息、連續(xù)過程 歷史數(shù)據(jù)等。 NIM 網(wǎng)絡接口模塊提供了 UCN 與 LCN 網(wǎng)絡的通訊指標及協(xié)議間相互轉 換，它使 LCN 網(wǎng)上模塊能訪問 UCN 設備的數(shù)據(jù)， 并將 LCN 上的程序 與數(shù)據(jù)庫裝載到 APM 等 UCN 設備上；也可將 NIM 設備的報警及信 息傳遞到 LCN 網(wǎng)絡。 HG 高速通道接口是 H

38、W 網(wǎng)與 LCN 網(wǎng)之間進行數(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 計算機接口提供了諸如 DEC、IBM 、 HP 等上位機與 LCN 網(wǎng)絡相連接 的接口。 PLCG 可編程控制器接口是 LCN 網(wǎng)絡與 PLC 可編程控制器進行通信的接口 模件。 PINM 工廠信息網(wǎng)絡接口：是 LCN 與 PIN (全廠信息網(wǎng)絡： Plant Information Network Module )網(wǎng)絡進行通信的接口模件。 4.6 TDC3000的UCN系統(tǒng)由哪幾部分構成？簡述各部分的作用。 答： TDC3000 的 UCN 系統(tǒng)包括：通用控制網(wǎng)絡 UCN 、邏

39、輯控制站 LM 、過程 管理機 PM 、先進過程管理機 APM 。 通用控制網(wǎng)絡是以 MAP 為基礎的雙冗余實時控制網(wǎng)絡，采用令牌總線通訊方 式，傳輸速率為 5Mbit/s ，支持 32 個冗余設備， 應用層采用 RS511 標準。 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)絡上可方便地與系統(tǒng)中各模件進行通信，使DCS 與 PLC 更 有機地結合，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

40、更大改進和提高。 先進過程管理站 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，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“ or”，寫出下列順序 控制的 CL 語言程序。 步驟： 1進液操作：進液達到液面上限為止； 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。 A詡菲工寧 圖P4-7 某冷

41、卻系統(tǒng) 答：冷卻系統(tǒng)的順序控制CL語言程序為： OPEN V001 WAIT LIO仁 “ON ” CLOSE V001 OPEN V002 WAIT LI02= “ON ” CLOSE V002 OPEN V003 WAIT TI02= “ON ” CLOSE V003 END 4.8 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。請寫出對應的CL語言程序。 步驟: 1 .設定TIC101方式=MAN 2 .設定TIC101的輸出=100% 3 .等待溫度測量值 TIC100=200 T; 4 .設定TIC101 方式=AUTO 5 .設定TIC101的給

42、定值=300 T; 6 .等待30分鐘； 7 .設定TIC101 方式=CASC TICK10 K；01 圖P4-8夾套容器的串級控制 答：夾套容器順序控制的 CL語言程序為: SET TIC101。 MODE=MAN SET TIC101。 OP=100% WAIT TIC100 。PV=200 T SET TIC101。 MODE=AUTO SET TIC101。 SP=300 T WAIT 30mi n SET TIC101。 MODE=CASC END 第 5 章 集散型控制系統(tǒng)的設計與應用 5.1 集散型控制系統(tǒng)的設計有哪些方法？ 答：目前， DCS 設計一般采用三種方法：第一種：以

43、制造廠為主導，根據(jù)設計 單位的詳細設計，由制造廠完成應用軟件的設計、組態(tài)、生成和調試；第 二種：制造廠、用戶及設計單位三方合作完成 DCS 的設計、組態(tài)、生成和 調試；第三種：制造廠僅僅提供硬件和技術指導，軟件組態(tài)、生成和調試 由設計單位完成。 5.2 集散型控制系統(tǒng)的設計包括哪些階段？ 答：集散控制系統(tǒng)的設計包括以下幾個階段： 總體設計：是 DCS 設計的初期階段。 初步設計：介于總體設計與詳細設計之間的設計，其基本任務是在總體設計的 基礎上，為 DCS 的每一個子系統(tǒng)提出控制方案。 詳細設計：是初步設計在 DCS 上的具體實現(xiàn)。 5.3 評價集散型控制系統(tǒng)的準則是什么？ 答： DCS 運行

44、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？ 答： DCS 選型時，需要考慮的性能指標有： 可靠性：即系統(tǒng)能否長期穩(wěn)定運行； 實用性：控制系統(tǒng)的各方面技術指標能否全面滿足生產(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)場調試及運行后是否便于維護； 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

45、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； 備品備件供應是否充足、 價格是否合理； 是否能及時得到廠家技術人員的幫助； 培訓的力度如何、方便程度如何、費用高低、能否實際上機操作等。 5.5 集散型控制系統(tǒng)的調試一般包括哪些內容？ 答： DCS 的調試分一般分成三個部分內容：工廠調試、用戶現(xiàn)場離線調試和在 線調試。 第6章現(xiàn)場總線技術與應用 6.1什么是現(xiàn)場總線？ 答：根據(jù)國際電工委員會IEC (International Electrotechnical Commision) 標準和現(xiàn)場基金會 FF(Fieldbus Fou ndatio n) 的定義，現(xiàn)場總線的概

46、念一 般為：一種用于智能化現(xiàn)場設備和自動化系統(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)場總線的本質含義表現(xiàn)在哪些方面？ 答：1 現(xiàn)場通信網(wǎng)絡；2 現(xiàn)場設備互聯(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。 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 .開放性；&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 FF Profibus HART

47、 CAN LonWorks 開發(fā)公司 Fisher-Rosemount Siemens Rosemount Bocsh Echelon 應用范圍 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 層次 1、2、7 1、2、7 1、2、7 1、2、7 1-7 通訊介質 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 介質訪問 方式 令牌、主從 令牌、主從 令牌、查詢 位仲裁的 CSMA 可預測P堅持CSMA (PP CSMA CR) CSMA/CA 糾錯方式 CRC CRC CRC CRC CRC 最大傳輸 速率 2.5 Mbps 12 Mbps 12 Mbps 1 Mbps 1.25 Mbps 最大節(jié)點 數(shù) 32 (H1) 124 ( H2) 128 15 110 32000 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備級的模擬量（如 420mA , 05V等信號） 和開關量信號。 2 .在車間級與設備級通信的數(shù)字化網(wǎng)絡。 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)與設備加入工廠信息網(wǎng)絡，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡