上海工程技術(shù)大學(xué)分布式控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題要點(diǎn)

1、簡答題1、 典型的分布式控制系統(tǒng)主要包括哪幾個部分？一個典型的DCS系統(tǒng)包括四大部分組成：至少一個現(xiàn)場控制站（ 完成系統(tǒng)的運(yùn)算處理控制 ） ， 至少一個操作員站（ 完成人機(jī)界面功能、供操作員操作監(jiān)視） ，一臺工程師站（用于離線組態(tài)、在線修改和操作系統(tǒng)開發(fā)。 也可以利用一臺操作員站兼做工程師站） 和一條通信系統(tǒng)2、 分布式都有哪幾種冗余結(jié)構(gòu)？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？為什么要采用冗余結(jié)構(gòu)？1） 分布式控制有兩種冗余結(jié)構(gòu)， 一種是整體式冗余結(jié)構(gòu)， 另一種 是分離式冗余結(jié)構(gòu)。2）整體式系統(tǒng)是由早期單回路調(diào)節(jié)器和PLC組成，因本身有操作器， 常采用儀表盤備用方式； 分離式冗余結(jié)構(gòu)常采用多重化冗余結(jié)構(gòu)：配備冷備用

2、數(shù)據(jù)庫，操作器熱備用，CR砥程遙控備用等。 整體式冗余結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)完全與系統(tǒng)分離備用， 系統(tǒng)受干擾較小，但是系統(tǒng)成本較高，自動化水平較低；分離式冗余結(jié)構(gòu)可以選擇重要部件備用，投資較小。3） 分布式控制系統(tǒng)是實(shí)時在線控制系統(tǒng)， 搞可靠性是評價分布式控制系統(tǒng)的主要指標(biāo)，通常要求 MTB肱到99.9999%上，就必須對系統(tǒng)采用冷備用， 熱備用等方式。 通常通信系統(tǒng)全部冗余，控制站中主控部件熱備用，電源 N+1:N熱備用，子模件和 端子板N+1:N冷備用。3、簡述最小拍控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。1) 若參數(shù)不變，可以實(shí)現(xiàn)時間最優(yōu)控制；2) 本質(zhì)是開環(huán)控制；3) 加反饋可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)最優(yōu)控制。4、為什么說分布式控制是

3、遞階控制系統(tǒng)？1) 分布式控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：2) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將各個子系統(tǒng)通過總線連接起來；3) 分層結(jié)構(gòu)，有工程師站，操作站和控制站等構(gòu)成；4) 主從結(jié)構(gòu)，集中操作、分散控制，控制站內(nèi)部又分主從部件。5) 基于以上三點(diǎn)，分布式控制系統(tǒng)是遞階控制系統(tǒng)。5、人機(jī)界面的要求主要包括哪些內(nèi)容？人機(jī)接口主要是CRT的操作站。對他們主要要求是環(huán)境要求，輸入特性和圖形特性的要求；1) 化境要求首先指人機(jī)接口設(shè)備對環(huán)境的要求： 有耐沖擊和振動的特性； 環(huán)境要求的第二部分是對供電的要求， 它包括供電電壓等級、類型和容量及允許的極限值等，也涉及到供電方式，冗余配置等內(nèi)容； 環(huán)境要求的第三部分是對互聯(lián)設(shè)備的通信

4、距離限制；2) 輸入特性的改善使操作員的操作內(nèi)容和方式發(fā)生根本變化；3) 圖形特性是人機(jī)接口的重要特性：采用圖形用戶界面(GUI) 、圖形處理器(GP和圖形緩沖(GB使人機(jī)接口的圖形特性得到極大的提高。人機(jī)接口的性能取決于所采用的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)。采用多任務(wù)操作系統(tǒng)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、 高速數(shù)據(jù)查詢語言及X 窗口技術(shù)，使得操作人員可以很方便的監(jiān)視和錯做生產(chǎn)過程， 使得控制工程師可以方便的組態(tài)和編程，使維護(hù)工程師能及時發(fā)現(xiàn)故障并正確處理。6、報警的定義？答：7 . 分布式控制系統(tǒng)為什么采用現(xiàn)場總線控制力式 ?采用現(xiàn)場總線控制方式具有如下優(yōu)點(diǎn)：消除420mA模擬儀表通訊的瓶頸現(xiàn)象：將傳統(tǒng)的通訊是單向的

5、模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向的數(shù)字通訊：降低現(xiàn)場安裝費(fèi)用和減少相應(yīng)的設(shè)備； 電纜和輸入輸山卡可以大幅度減少；增強(qiáng)了系統(tǒng)的自治性； 采用現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)智能儀表后， 操作人員可以方便地在控制室刑現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控；系統(tǒng)組態(tài)簡單、安裝、運(yùn)行和維修方便。8 簡述分布式控制系統(tǒng)的可擴(kuò)展件、可移植性。隨著產(chǎn)品的完善和控制規(guī)模的擴(kuò)人， 分布式控制系統(tǒng)的硬件和應(yīng)用軟件可以增加。硬件包括通訊系統(tǒng)、控制器和操作站等，應(yīng)刖軟件包括操作界面、控制功能和數(shù)模開發(fā)等。 一旦系統(tǒng)運(yùn)行成功以后，可以被移植到任何相似的工藝過程中。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

6、站的各種畫面、畫面間連接。 控制組態(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。趨勢顯示、歷史數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)報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。10、對人機(jī)接口的要求主要包括哪些內(nèi)容？人機(jī)接口主要是CR硒操作站。對它們主要要求是環(huán)境要求、輸入特 性和圖形特性要求：d環(huán)境要求首先指人機(jī)接口設(shè)備對環(huán)境條件的要求；有耐沖擊和震動的特性； 環(huán)境要求的第二部分是對供電的要求； 它包括供電電壓等級、類型和容量及允許的極限值等，也涉及到供電方式，冗余配置等內(nèi)容；環(huán)境要求的第三部分是對互聯(lián)設(shè)備的通信距離的限制；輸入特性的改善使操作員的操作內(nèi)容和方式發(fā)生根本變化； 圖形特性

7、是人機(jī)接口的重要特性；采用圖形用戶界面（ GUD、圖 形處理器（GP和圖形緩沖（GB使人機(jī)接口的圖形特性得到極大的 提高。人機(jī)接口的性能取決于所選用的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)。 采用多任務(wù)操作系統(tǒng)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、高速數(shù)據(jù)查詢語言及 X 窗口技術(shù)，使得操作人員可以很方便的監(jiān)視和操作生產(chǎn)過程， 使得控制工程師可以方便的組態(tài)和編程，使維護(hù)工程師能及時發(fā)現(xiàn)故障并正確處理。11. 什么叫動態(tài)顯示？答：分布式控制系統(tǒng)對圖形顯示采用動態(tài)處理，得到動態(tài)的實(shí)感。具體有如下方法：a.升降式動態(tài)處理方法b.推進(jìn)式動態(tài)顯示流體流動的方法c.色彩動態(tài)顯示溫度的方法d.填色動態(tài)顯示設(shè)備狀態(tài)的方法e. POPU勖態(tài)操作的方法12.

8、畫出數(shù)字PID閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并闡述各部分特點(diǎn)。答：在生產(chǎn)過程計算機(jī)控制系統(tǒng)中，采用圖 2.5所示的PID控制，其 算式為1 deu = Kc(e edt Td )Tidt或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式U(s)E1二 Kc(1 TTdS)*被控對象圖2 5 PID控制系統(tǒng)框圖其中，Kc為比例增益，Kc與比例帶6成倒數(shù)關(guān)系，即=1 傳，I為 積分時間，Td為微分時間，u為控制量，e為被控量y與給定值r的 偏差。13、簡述選擇性控制的基本原理 ：1)適應(yīng)不同的工況，即設(shè)備在不同狀態(tài)下，采用不同的控制方式。通常的自動控制系統(tǒng)在遇到不正常工況或特大擾動時，很可能無法適應(yīng)，只好從自動改為手動。2）基于安全考慮。

9、在手動操作的一段時間里， 操作人員為確保生產(chǎn)安全， 適應(yīng)特殊情況，有另一套操作規(guī)律， 若將這一任務(wù)交給另一控制器來實(shí)現(xiàn)， 那就可擴(kuò)大自動化應(yīng)用范圍，使生產(chǎn)更加安全。3）基于熱備用考慮，一臺控制器在線，另一臺控制器熱備用論述題1. 國內(nèi)常用的分布式控制系統(tǒng)構(gòu)成：中國CONTE公司的CONTEC-900原統(tǒng)由管理級，監(jiān)控級，控制級，和現(xiàn)場級組成。管理級：中央管理機(jī)支持1024 個站；監(jiān)控級：操作站和工程師站；控制級： 16 個控制站， 320 個回路， 6400個控制點(diǎn)；現(xiàn)場級：RS 485現(xiàn)場總線， 32個 RTU;（附圖 看下課本P2）2、試描述在分布式控制系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)前饋控制與反饋控制相結(jié)

10、合的控制模式?解： 前饋控制實(shí)質(zhì)是一種按擾動進(jìn)行調(diào)節(jié)的開環(huán)控制系統(tǒng)， 其作用是使被控制變量不受主要擾動作用而產(chǎn)生偏差。其特點(diǎn)是當(dāng)擾動產(chǎn)生后，被控制變量還未顯示出變化以前，根據(jù)擾動大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償擾動對被控對象的影響。 而反饋控制是誤差控制， 其作用是克服其余擾動以及前饋補(bǔ)償不完全的部分。 要實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償并非易事， 因?yàn)橐玫焦I(yè)過程的精確數(shù)學(xué)模型是十分困難的； 同時擾動也不是特定的一種。為保證系統(tǒng)有更大的適應(yīng)性，工業(yè)過程的許多場合把前饋控制與反饋控制結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)前饋控制與反饋控制相結(jié)合的控制模3在數(shù)字PID控制中，為什么常采用增量算法？因?yàn)閿?shù)字系統(tǒng)是在各個采樣點(diǎn)上讀入過程值，而積分環(huán)節(jié)是

11、將系統(tǒng)過去時刻符采樣值(n個)累加起來，即需要在系統(tǒng)中開辟n個存儲空問，并在各個采樣周期內(nèi) 完成累加工作。隨著時間的推移，n值逐步增人，其存儲空間運(yùn)算量 越來越大，直至系統(tǒng)癱瘓。為此，采樣增量算法，使系統(tǒng)存儲空間和 運(yùn)算量變成固定的兩步運(yùn)算k即：U(k)=Kpe(k) Ke(i) KDe(k)-e(k-1) i =0變化為： Uk) =Kpe(k)-e(k-1) K©k) KDLe(k-1)-e(k-2)4繪制PLC的工作原理圖并簡述其工作過程工作過程：PLC作過程實(shí)際上周而復(fù)始地執(zhí)行讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信 請求、執(zhí)行CPU自診斷和寫輸出地掃描過程。5 .設(shè)被控對象傳遞函數(shù)為 G

12、p(s),其前后均有較強(qiáng)干擾，采用復(fù)式控制(前饋和反饋)，請畫出系統(tǒng)框圖并給出調(diào)節(jié)器。解：因?yàn)楸豢貙ο笄昂缶休^強(qiáng)干擾，所以在被控對象前后干擾通道的傳遞環(huán)節(jié)G和干擾補(bǔ)償環(huán)節(jié)G。:被控對象的傳遞函數(shù)Gp(s)已給出，二Gc可使用PID調(diào)節(jié)器；若Gp(s)含純滯后環(huán)節(jié)，可用smith預(yù)估器6 .判斷該梯形圖畫法正確與否？不合理售理7、如何在分布式控制系統(tǒng)中實(shí)施解耦控制方式？這類耦合可以轉(zhuǎn)化為串級耦合，對這類串級解耦，可以用對角線、單位矩陣法，消除耦合元素。如對角線矩陣法：Y(S) =G(S)U(S)U(S)=D(S)P(S).Y(S) =G(S)D(S)P(S)欲使系統(tǒng)間無關(guān)聯(lián)，只需 G(S)D(

13、S)相乘后成為對角陣。即 G(S)D(S)=Gi(S), 00 1G22(S)原理題1、某閃煤控制梯形圖如圖所示，試簡述其控制過程并畫出的檔號時序.T37T IT37JN OUT+J0- PTT38 IN-OUT +20-| PTQ0.1告i當(dāng)輸入值號10,接通后U0.1T,定時揚(yáng)T37開始計時,通后使輸出信號Q0.1激腦,同時定時 器T3K開始計時】入后.門7復(fù)位.Q0J失勵，定時瞿門片也良位】一個掃描周期后,T第又并 始計時，重復(fù)上述過程.使輸出稅取Q0每隔1a持續(xù)接通符的時向.1,試和山閃爍電第的海舊圖”s 2ss 2s 110.2QO. Qj,HJ定口病雷的r展C4#員數(shù)犒 OJ為輸入

14、，九Q 口動加1.直至到達(dá)FV時.輸出垢高電平.H；為且曲朝LTil- OKli.( w40.dT )|IOl 1JKk 110.010. 1QO. 0Q0.1圖I脈沖下降和指號2、限物所的收沖卜.臂措指令的梯形圖網(wǎng)輸A狀犯時序圖.軻出其鋪曲狀吉時H圖設(shè)計題1.圓弧插補(bǔ)法1 ） M點(diǎn)偏差Fm=Rm -R2 =xmYR2若Fm=0,則M點(diǎn)在圓弧上；若Fm>0,則M點(diǎn)在圓弧外；若Fm<0,則M點(diǎn)在圓弧內(nèi)。對逆向第二象限圓弧插補(bǔ)（假設(shè)步長為 1）:當(dāng)FmW0時，沿-X方向移動一步,即 Xml =Xm -1,%1 =Ym2-2-_Fm1 =R：R2 =Fm.2Xm 1當(dāng)Fm0時，沿-Y方向

15、移動一步,即 Xmi =Xm，Ymi =匕 一 1Fm 1 = Fm 一2丫由 12）算步數(shù)（以JX=1）X 方向：Nx =Xe Xo/Ux =5Y方向：Ny =工-丫0捫丫=53）路徑推斷表步數(shù)Fm原(x,y)新(x,y )10(0,5)(-1,5)21(-1,5)(-1,4)3-8(-1,4)(-2,4)4-5(-2,4)(-3,4)50(-3,4)(-4,4)67(-4,4)(-4,3)70(-4,3)(-5,3)89(-5,3)(-5,2)94(-5,2)(-5,1)101(-5,1)(-5,0)FC12、簡述選擇性控制的基本原理，并用流程圖形式畫出鍋爐蒸汽系統(tǒng)中蒸汽流量變小時系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程3、設(shè)計行車（正反轉(zhuǎn)）控制邏輯圖圖1行:控制電路符號說明:QE空氣開關(guān)；KH4熱繼電器；KM1 KM2正反轉(zhuǎn)接觸器；SB2, SB3KH實(shí)現(xiàn)】增加攝事耐,空氣先行. 般少燃料明T燃料先行.C3 |正反轉(zhuǎn)按鈕；SB1:停止按鈕梯形圖；SB1接I0.0 ; SB2接I0.1 ; SB3接 I0.2 ; KH接 Q0.1; KM1 接 Q0.0; KM漏 Q0.1。Q0.1I0.3Q0.0I0.3Q0.1綜合題1、信號燈循環(huán)點(diǎn)亮1）硬件選擇本系統(tǒng)對PLC的I/O總要求為：2個開關(guān)量輸入點(diǎn)，3個