分布式控制系統(tǒng)考試

1、第一章1. 第一次作業(yè)2. 分布式控制的組成，每部分的功能DCS（分布式控制系統(tǒng)）主要包括：控制站（完成過系統(tǒng)的運(yùn)算處理控制，是DCS的核心部分，系統(tǒng)主要的控制由他完成）、操作站（完成人機(jī)界面功能、供操作員操作監(jiān)視）、工程師站（對(duì)DCS進(jìn)行應(yīng)用組態(tài)和編程用于離線組態(tài)、在線修改和操作系統(tǒng)開發(fā)）、通訊系統(tǒng)（包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線）、高層管理網(wǎng)絡(luò)。3. 分布式控制的主要特點(diǎn)：集中管理、分散控制。4. 分布式控制的體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)層、裝置控制層、工廠監(jiān)控與管理層、企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理層5. 為什么采用遞階控制結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)之間需要相互交換信息，因此需要一個(gè)協(xié)調(diào)者負(fù)責(zé)此工作。他對(duì)子系統(tǒng)的控制按照一定的優(yōu)先

2、從屬關(guān)系來實(shí)現(xiàn)，形成金字塔式的結(jié)構(gòu)，同一級(jí)的個(gè)決策子系統(tǒng)課同時(shí)對(duì)下級(jí)施加作用，同時(shí)又受上級(jí)干預(yù)。子系統(tǒng)可通過上級(jí)相互交換信息。6. OSI模型共7層，自上而下：應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。原則：每一層都必須有一個(gè)完整的功能，每層的通信協(xié)議都應(yīng)該以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的眼光來看，所選的層邊界應(yīng)盡量將通過接口的信息流減至最低，層次的數(shù)目不要多的使結(jié)構(gòu)大而不當(dāng)、也不要少的讓不同功能合并在同一階層中。7、開放系統(tǒng)的基本特征可移植性、可操作性、可適宜性、可得到性。第二章1. 數(shù)字/模擬PID結(jié)構(gòu)圖模擬數(shù)字2. 比例調(diào)節(jié)的功能/缺陷優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)快、缺點(diǎn)：不能完全消除靜差。3. 積分器/

3、微分器的作用積分器：積分器的輸出值大小取決于對(duì)誤差的累積結(jié)果，雖然誤差不變，但積分器的輸出還在增加，直至使誤差e=0。積分器的加入相當(dāng)于能自動(dòng)調(diào)節(jié)控制常量u0，消除靜差，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。微分器：減小超調(diào)，克服振蕩，提高穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。4. 數(shù)字PID調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)/原理圖優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)靈活，不僅可以用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)，還可以根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用各種PID的變種，如PI、PD控制、不完全微分控制、積分分離式PID控制、帶死區(qū)的PID控制、變速積分PID控制、比例PID控制等；易被人們熟悉和掌握；不需要求出數(shù)學(xué)模型；控制效果好。原理：根據(jù)輸入的偏差信號(hào)，按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)

4、行計(jì)算，其運(yùn)算結(jié)果用于輸出控制。 5. 位置式/增量式的PID控制算法位置式算法：增量式算法：增量式控制算法提供執(zhí)行機(jī)構(gòu)的增量uk，只需要保持現(xiàn)時(shí)以前3個(gè)時(shí)刻的偏差值即可。 6. 為什么采用位置式、增量式的PID控制算法位置算法只能直接用到數(shù)字式控制閥，對(duì)其它控制閥（須用D/A轉(zhuǎn)為模擬量保持電路，把輸出信號(hào)保持到下一個(gè)采樣周期的輸出信號(hào)）。增量算法只能通過步進(jìn)電機(jī)等累積機(jī)構(gòu)化為模擬量。與位置型PID算法相對(duì)應(yīng)的是增量式PID算法，增量式算法適用于自身帶有積分記憶元件的執(zhí)行器，此類執(zhí)行器的特點(diǎn)是：執(zhí)行器的動(dòng)作終點(diǎn)位置與之前每次輸入信號(hào)的累加值相關(guān)，每次執(zhí)行器所輸入的控制信號(hào)所決定的是本次執(zhí)行器動(dòng)

5、作終點(diǎn)位置相對(duì)于上一次動(dòng)作終點(diǎn)位置的改變量，此類執(zhí)行器比較典型的有步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥門。7. 積分飽和是如何產(chǎn)生的如果由于負(fù)載突變等原因，引起誤差的階躍，若根據(jù)PID算法公式計(jì)算出的控制量u超出了控制范圍，例如，u>umax，那么實(shí)際上控制變量u就只能取上界值umax，而不是計(jì)算值，此時(shí)系統(tǒng)變量Y輸出值雖在不斷上升，但由于控制量受到限制，其增長(zhǎng)要比沒有受限制時(shí)慢，誤差e將比正常情況下持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間保持在正值，而使公式中的積分項(xiàng)有較大的累積值，當(dāng)過程變量輸出值Y超出給定值后，開始出現(xiàn)負(fù)差，但由于積分項(xiàng)的累積值很大，還要經(jīng)過一段時(shí)間t后，控制變量u才脫離飽和區(qū)，這樣就使系統(tǒng)出現(xiàn)明顯的超

6、調(diào)，這種飽和作用是由積分項(xiàng)引起的，故稱為積分飽和。8. 積分分離的方法一種辦法是只在UI與UP同方向時(shí)，才把積分引入；而在UI與UP反方向相反時(shí)，把UI切除，這在計(jì)算機(jī)上是很容易辦到的。是只在小于某一界限（例如|e|<為某一常數(shù)）時(shí)，即被控變量相當(dāng)接近設(shè)定值時(shí)，才把UI引入，而在其余情況下（|e|>），把UI切除10. 選擇性控制系統(tǒng)，鍋爐蒸汽系統(tǒng)圖（PPT85頁書上有詳細(xì)）11. 前饋控制及特點(diǎn)：所謂前饋控制，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)。特點(diǎn)：當(dāng)擾動(dòng)產(chǎn)生后，被控變量還未 顯示出變化以前，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。12. 解耦控制：一

7、個(gè)生產(chǎn)裝置往往要設(shè)置多個(gè)回路來穩(wěn)定各個(gè)被控變量，回路之間可能相互關(guān)聯(lián)、相互耦合，相互影響，構(gòu)成多輸入多輸出的相關(guān)系統(tǒng)。13. 串聯(lián)解耦控制的原理（PPT128）14. 時(shí)滯補(bǔ)償控制在三個(gè)通道上對(duì)控制品質(zhì)的影響（課上講的重點(diǎn)）15. 史密斯補(bǔ)償控制的補(bǔ)償方案16. 推斷控制結(jié)構(gòu)圖（重點(diǎn)）系統(tǒng)程序用途：推斷控制是利用數(shù)學(xué)模型，由可測(cè)信息將不可測(cè)的輸出變量或不可測(cè)擾動(dòng)推算出來實(shí)現(xiàn)反饋控制。特點(diǎn)：第三章1. PLC的用途和特點(diǎn)用途：順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、閉環(huán)過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信和網(wǎng)絡(luò)。特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活；編程方便、易于使用；功能完善、擴(kuò)展能力強(qiáng)；PLC

8、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便；維修方便、維修工作量?。惑w積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。2. PLC的結(jié)構(gòu)形式整體式結(jié)構(gòu)、組合式結(jié)構(gòu)3. PLC的工作原理PLC工作工程實(shí)際上周而復(fù)始地執(zhí)行讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請(qǐng)求、執(zhí)行CPU自診斷和寫輸出地掃描過程。讀輸入掃描過程執(zhí)行程序與網(wǎng)絡(luò)通訊的掃描過程自診斷掃描過程寫輸出掃描4. PLC的組成5. PLC的硬件/軟件結(jié)構(gòu)（PPT15頁圖）硬件：中央處理器（CPU），存儲(chǔ)器（包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器），輸入、輸出接口，電源，擴(kuò)展接口，通訊接口，智能I/O接口，智能單元，其他部件。軟件：系統(tǒng)軟件（系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序、標(biāo)準(zhǔn)程序模塊及系統(tǒng)調(diào)

9、用程序）、用戶程序（它是PLC的使用者針對(duì)具體控制對(duì)象編制的應(yīng)用程序。）。廣義上的PLC程序構(gòu)成：用戶程序、數(shù)據(jù)塊、參數(shù)塊。6. 系統(tǒng)程序（PPT117頁）7. PLC的編程語言三種語言：梯形圖、指令表、順序功能流程圖。8. I/O設(shè)備單元I/O設(shè)備單元保證CPU與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相互聯(lián)系的通道，可實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/并轉(zhuǎn)換、A/D與D/A轉(zhuǎn)換。9. 開關(guān)量輸出單元10. 梯形圖的設(shè)計(jì)和編程規(guī)則Ladder編程規(guī)則自上而下、從左到右，每個(gè)繼電器線圈為一個(gè)邏輯行，即一 層階梯。每一個(gè)邏輯行起于左母線，然后是觸點(diǎn)的連接，最后終止于繼電器線圈或右母線。一般情況下，在梯形圖中某個(gè)編號(hào)繼電器線圈只能出現(xiàn)

10、一次，而繼電器觸點(diǎn)（常開/常閉）可重復(fù)出現(xiàn)。在一個(gè)邏輯行上，串聯(lián)觸點(diǎn)多的支路應(yīng)放在上方，如果將串聯(lián)觸點(diǎn)多的支路放在下方，則語句增多，程序變長(zhǎng)在每一個(gè)邏輯行上，并聯(lián)觸點(diǎn)多的支路應(yīng)放在左邊。如果將并聯(lián)觸點(diǎn)多的電路放在右邊，則語句增多，程序變長(zhǎng)。不允許一個(gè)觸點(diǎn)上有雙向“電流”通過多個(gè)邏輯行都具有相同條件時(shí)，為了節(jié)省語句數(shù)量，常將這些邏輯行合并。設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，輸入繼電器的觸點(diǎn)狀態(tài)全部按相應(yīng)的輸入設(shè)備為常開狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)更為合適，不易出錯(cuò)。因此，也建議盡可能用輸入設(shè)備的常開觸點(diǎn)與PLC輸入端連接。11. 典型的梯形圖啟跑停起動(dòng)保持和停止電路電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路延時(shí)接通/斷開電路定時(shí)范圍的擴(kuò)展閃爍電路報(bào)警電

11、路12. 延時(shí)接通/斷開T37、T38為通電型延時(shí)繼電器，分辨率為100ms，PT為設(shè)定值，其延時(shí)時(shí)間為：分辨率*設(shè)定值。所以T37延時(shí)時(shí)間=90*100=9s T38延時(shí)時(shí)間=60*100=6s。 當(dāng)輸入端為1時(shí)，開始計(jì)數(shù)，到延時(shí)時(shí)間，輸出為高電平。13. 典型電路第四章1. CPU程序的塊結(jié)構(gòu)2. 程序循環(huán)執(zhí)行3. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)有哪幾種類型數(shù)據(jù)以用戶程序變量的形式存儲(chǔ)，且具有唯一性。數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在輸入過程映像存儲(chǔ)器（PII）、輸出過程映像存儲(chǔ)器（PIQ）、位存儲(chǔ)器（M）、局部數(shù)據(jù)堆棧（L堆棧）及數(shù)據(jù)塊（DB）中。可以采用基本數(shù)據(jù)類型、復(fù)雜數(shù)據(jù)類型或參數(shù)類型。根據(jù)訪問方式的不同，這些數(shù)據(jù)可以在全

12、局符號(hào)表或共享數(shù)據(jù)塊中聲明，稱為全局變量；也可以在OB、FC和FB的變量聲明表中聲明，稱為局部變量。當(dāng)塊被執(zhí)行時(shí)，變量將固定地存儲(chǔ)在過程映像區(qū)（PII或PIQ）、位存儲(chǔ)器區(qū)（M）、數(shù)據(jù)塊（DB）或局部堆棧（L）中。4. 數(shù)據(jù)塊分類（1）共享數(shù)據(jù)塊又稱全局?jǐn)?shù)據(jù)塊。用于存儲(chǔ)全局?jǐn)?shù)據(jù)，所有邏輯塊（OB、FC、FB）都可以訪問共享數(shù)據(jù)塊存儲(chǔ)的信。（2）背景數(shù)據(jù)塊用作“私有存儲(chǔ)器區(qū)”，即用作功能塊（FB）的“存儲(chǔ)器”。FB的參數(shù)和靜態(tài)變量安排在它的背景數(shù)據(jù)塊中。背景數(shù)據(jù)塊不是由用戶編輯的，而是由編輯器生成的。（3）用戶定義數(shù)據(jù)塊（DB of Type）是以UDT為模板所生成的數(shù)據(jù)塊。創(chuàng)建用戶定義數(shù)據(jù)塊（

13、DB of Type）之前，必須先創(chuàng)建一個(gè)用戶定義數(shù)據(jù)類型，如UDT1，并在LAD/STL/FBD S7程序編輯器內(nèi)定義。5. 寄存器CPU有兩個(gè)數(shù)據(jù)塊寄存器：DB和DI寄存器。這樣，可以同時(shí)打開兩個(gè)數(shù)據(jù)塊。6. 結(jié)構(gòu)化/如何定義所謂結(jié)構(gòu)化程序，就是處理復(fù)雜自動(dòng)化控制任務(wù)的過程中，為了使任務(wù)更易于控制，常把過程要求類似或相關(guān)的功能進(jìn)行分類，分割為可用于幾個(gè)任務(wù)的通用解決方案的小任務(wù)，這些小任務(wù)以相應(yīng)的程序段表示，稱為塊（FC或FB）。OB1通過調(diào)用這些程序塊來完成整個(gè)自動(dòng)化控制任務(wù)。結(jié)構(gòu)化程序的特點(diǎn)是每個(gè)塊（FC或FB）在OB1中可能會(huì)被多次調(diào)用，以完成具有相同過程工藝要求的不同控制對(duì)象。這種

14、結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)過程、減小代碼長(zhǎng)度、提高編程效率，比較適合于較復(fù)雜自動(dòng)化控制任務(wù)的設(shè)計(jì)。7. 編程第五章1. 最小拍控制2. 定義(最小拍控制)要求閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于某種特定的輸入下在最少個(gè)采樣周期內(nèi)達(dá)到無靜差的穩(wěn)態(tài)，且其閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)式其中，N是可能情況下的最小正整數(shù)，即閉環(huán)脈沖響應(yīng)(z)在N個(gè)周期后變?yōu)?。3. 零階保持器的作用零階保持器的作用是保持離散信號(hào)各采樣時(shí)刻的值不變直到下一個(gè)采樣時(shí)刻止，從而形成由高度為各采樣時(shí)刻值的矩形波組成的脈動(dòng)序列，如上圖再將各矩形波頂邊的中點(diǎn)用一條光滑的曲線連接成上圖中綠色虛線此綠色虛線就能較準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)由紅色虛線表示的原連續(xù)信號(hào)，且采樣周期越小，復(fù)現(xiàn)精度越高

15、。4. Z變換的作用(計(jì)算題)5. 脈沖傳遞函數(shù)的概念6. (z)、D(z)公式 PPT56 7. 典型信號(hào)輸入的響應(yīng)（1）單位階躍輸入信號(hào)（2）單位斜坡輸入信號(hào)（3）單位拋物線輸入信號(hào)8. PPT59-60圖同上題9. PPT63頁：響應(yīng)的特點(diǎn)/差別在哪兒10. 最小拍控制器的適應(yīng)性特點(diǎn)(結(jié)論) PPT66 最少拍控制器的適應(yīng)性特點(diǎn)： 對(duì)應(yīng)同階輸入可以實(shí)現(xiàn)最小拍跟蹤。 對(duì)于低階輸入，穩(wěn)態(tài)誤差為0，但動(dòng)態(tài)特性較差，有100超調(diào)，且不能最小拍跟蹤。 對(duì)于高階輸入動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、且有穩(wěn)態(tài)誤差。 結(jié)論： 一種典型的最少拍(z)只適用于該類型的輸入。11. D(z)如何求，PPT6712. 零階保持器的處

16、理方法 PPT70采樣周期足夠小時(shí)，可忽略保持器雙線性變換法13. PPT72頁，求響應(yīng)D(z)14. 紋波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)最少拍快速有紋波系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：（1）D(z)是在物理上可實(shí)現(xiàn)的有理多項(xiàng)式（2）e(z)應(yīng)把G(z)的不穩(wěn)定極點(diǎn)作為自己的零點(diǎn)。（3）(z)應(yīng)把G(z)的單位園上和單位園外的零點(diǎn)作為(z)的零點(diǎn)。（4）(z)應(yīng)包含G(z)中z-1的因子，其方次相同。15. 最小拍控制系統(tǒng)的局限性（1）系統(tǒng)的適應(yīng)性差（2）對(duì)參數(shù)變化過于靈敏（3）控制作用易超過限定范圍（4）在采樣點(diǎn)之間存在紋波16. 為什么存在紋波17. 紋波產(chǎn)生的原因 PPT93第八章1. DCS操作方式儀表盤

17、的操作方式，指過程控制站的操作在儀表盤上進(jìn)行，它通常包括盤裝的單回路、多回路控制器、可編程邏輯控制器、模擬儀表和簡(jiǎn)易型操作終端的操作。主要用于采用單回路控制器、可編輯邏輯控制器等模擬儀表盤的場(chǎng)合。CRT操作方式，它通過生產(chǎn)過程的集中監(jiān)視和操作實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的介入，通過操作站的CRT、觸摸屏幕、鼠標(biāo)或球標(biāo)、鍵盤等設(shè)備或者語音等輸入設(shè)備對(duì)生產(chǎn)過程的操作以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和維護(hù)等操縱。2. 組態(tài)的內(nèi)容分布式控制系統(tǒng)的組態(tài)包括系統(tǒng)組態(tài)、畫面組態(tài)和控制組態(tài)。系統(tǒng)組態(tài)完成組成系統(tǒng)的各設(shè)備間的連接。畫面組態(tài)完成操作站的各種畫面、畫面間連接?？刂平M態(tài)完成各控制器、過程控制裝置的控制結(jié)構(gòu)連接、參數(shù)設(shè)置等。趨勢(shì)顯

18、示、歷史數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)報(bào)表打印及畫面拷貝等組態(tài)常作為畫面組態(tài)或控制組態(tài)的一部分來完成。3. CRT的操作方式CRT操作方式指通過操作站的CRT、觸摸屏幕、鼠標(biāo)或球標(biāo)、鍵盤等設(shè)備或者語音等輸入設(shè)備對(duì)生產(chǎn)過程的操作以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和維護(hù)等操縱。4. 人機(jī)接口的要求在CRT操作方式中的人機(jī)接口裝置主要是操作站及其外部設(shè)備。對(duì)它們的要求主要有環(huán)境要求、輸入特性和圖形特性的要求。（1）環(huán)境要求?？販貪崈?；供電穩(wěn)定；與互聯(lián)設(shè)備近距離通信。（2）輸入特性。輸入設(shè)備逐漸由鍵盤向鼠標(biāo)、機(jī)械式向光電式和屏蔽式的轉(zhuǎn)變。（3）圖形特性。要求不斷提高色彩、分辨率、內(nèi)存級(jí)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。5. 組態(tài)操作分布式控制系統(tǒng)的組態(tài)操作包括分散過程控制裝置和操作站的組態(tài)，可延伸到現(xiàn)場(chǎng)