煤矿及选煤厂自动化

1第一章煤矿及选煤厂自动化基础知识第一节自动控制的概念、基本原理和方法1-1（A）什么是计算机？答：计算机即电子计算机，指能用电子学方法存储输入信息，并由电子电路按照程序对信息进行处理和输出的设备。计算机通常由输入设备、输出设备、存储器、运算和逻辑部件以及控制器等五部分组成的。1-2（A）什么是计算机的硬件？答：计算机的硬件是指计算机系统中的物理装置的总称，与“软件”相对。它可以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件或装置。1-3（A）什么是计算机的软件？答：计算机的软件是指计算机运行所需要的各种程序及其有关资料。如：汇编程序、编译程序、诊断程序、控制程序、专用软件包、程序库程序、数据管理系统、各种维护使用的工具手册、程序说明和框图等。相对于“硬件”而言。软件是计算机在日常工作时不可缺少的。1-4（A）什么是比特、字节、字、字长、文件？答：比特：是度量信息的单位。二进制中一个数位所包含的信息量称为一个比特。字节：作为一个单位来处理的一串二进制数位。如：4位、6位、8位。一个字节通常指8位二进制位。字：指在计算机和信息系统中，在存储、传送或操作时，作为一个单元的一组二进制位。通常指16位或32位。字长：指计算机一次可处理的二进制位。文件：指由若干逻辑记录的信息集合。这些记录可以是同种类型，也可是不同种类型。一般存储磁盘或光盘等媒体中。1-5（A）什么是计算机网络？答：指以共享资源为目的，通过数据通信线路将多台计算机互联而成的系统。资源包括网络重的计算机硬件、软件和数据。多台计算机通常在地理上是广泛分布的，其连接方式有集中式、分布式和环式三种。1-6（A）计算机网络的功能是什么？答：计算机网络的功能主要有以下几点：1、数据通信：该功能实现计算机与终端、计算机与计算机间的数据传输，这是计算机网络的基本功能。2、资源共享：网络上的计算机彼此之间可以实现资源共享，包括硬件、软件和数据。3、远程传输：分布在很远位置的用户可以互相传输数据信息，互相交流，协同工作。4、集中管理：可以实现日常工作的集中管理，提高工作效率，增加经济效益。21-7（A）什么是计算机网络系统的组成内容？答：计算机网络系统是通信子网和资源子网组成的。而网络软件系统和网络硬件系统是网络系统赖以存在的基础。在网络系统中，硬件对网络的选择起着决定性作用，而网络软件则是挖掘网络潜力的工具。1-8（ABC）自动控制理论概念。答：自动控制是指在没有人的直接参与下，利用控制装置，操纵受控对象，使被控量按给定规律运行。它是一门介于许多学科之间的综合应用学科，物理学、数学、力学、电子学、生物学等是该学科的重要基础。1-9（ABC）自动控制是如何实现的？答：自动控制是应用自动化仪表或装置代替人工自动地对设备或过程进行控制，使之达到预期的状态或性能。工业上常规单回路反馈控制系统由两部分组成，其实现过程如图1-1所示：1．制对象：即被控制的设备或过程。控制对象的本质在于被控制的参数（变量或状态）及被控参数的数学模型。一个设备或过程可就不同的控制参数构成不同的控制系统。2．控制器：即起控制作用的自动化仪表或装置，包括自动检测仪表、调节器或计算装置、执行器等。1-10（A）自动控制学科经历了哪些发展过程？答：自动控制是一门较年轻的学科，起步晚，发展快，理论性强，已有50多年历史，经历了三代发展过程。第一代，经典控制理论：它是二十世纪50~60年代以前的一段漫长时间发展起来的，到50年代末，以反馈控制原理为基础的自动控制理论已形成比较完整的体系。其特点相对言，生产技术水平较低，控制对象结构较简单，被控参数较单一，要求达到的预期效果（性能指标）也不高。第二代，现代控制理论：它是二十世纪60年代以后迅速发展起来的控制理论，50年代末60年代始，半导体技术飞速发展，计算机技术走向工业实用化，自动化技术在计算机3技术的支持下，得到了迅速发展。这个阶段的特点是由于宇航技术的发展，促使生产技术水平大大提高，对自动化技术要求越来越高，控制对象结构复杂，所控制参数越来越多，对其性能指标要求越来越高，它主要研究对象为多输入多输出的多变量系统。第三代，大系统理论和智能控制理论：大系统理论仍未突破现代控制理论的框架，二十世纪70年代后，控制理论向广度、深度发展，控制系统规模庞大，结构复杂，变量众多的信息控制系统，而计算机的飞速发展，计算机通讯为此提供了技术手段，在工业中起牵引作用的制造工业逐渐提出了计算机集成制造系统（CIMS）。1-11（A）目前主要的控制技术有那些？答：智能控制技术：由于电子计算机技术的飞速发展，国际学术界对智能控制研究十分活跃，使人工智能逐渐形成一门学科，并在实践中显示很强的生命力。模糊控制：它是在模糊数学的基础上产生的一种新型的数理控制技术，能使机器像人一样根据小量模糊信息，依据一定推理准则进行“思维”，就可得到相当准确的或足够近似的结论，常用于解决一些不确定性问题，它已广泛用于工业生产过程控制各个领域。神经元网络控制：对人脑神经中枢系统智能活动的研究和模拟是智能控制研究的另一重要途径，神经元网络通过神经元以及相互连接的权值初步实现了生物神经系统的部分功能。可以说神经元控制的出现给智能控制注入了新的血液，随着计算机硬件水平的提高，特别是神经元芯片的出现，将加速神经元控制的实用化。集散型控制系统（DCS）：它是70年代中期迅速发展起来的一种过程计算机控制系统，是4C技术的结合，即计算机技术，控制技术，通讯技术和CRT图象显示技术，利用其实现对生产过程的监视控制和管理。计算机集成制造系统（CIMS）：它是由CAD（计算机辅助设计）APP（计算机辅助工艺设计），CAM（计算机辅助制造），MIS（计算机辅助管理），FMS（柔性制造系统）等构成，其支撑技术为数据库技术，网络技术，仿真技术，智能技术等。1-12（A）自动控制系统是怎样分类的?答：通常有以下几种具体形式或分类方法：1．开环控制系统与闭环控制系统；2．线性控制系统与非线性控制系统；3．定值、随动与程序控制系统；4．连续控制系统与离散（即数据采样）控制系统；5．单输入单输出与多输入多输出控制系统；6．集中参数与分布参数控制系统。1-13（A）什么是现场总线？答：应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行数字通信的系统，是开放式、数字化、多点通信技术，可被广泛应用于制造业、流程工业、楼宇、交通等处的自动化系统中。1-14（A）现场总线的特点？答：现场总线是综合运用微处理器技术、网络技术、通信技术和自动控制技术的产物。它把微处理器置入现场自控设备、使设备具有数字计算和数字通信能力，这一方面提高了信号的测量、控制和传输精度，同时为丰富控制信息的内容，实现其远程传送创造了条件。4在现场总线的环境下，借助现场总线网段以及与之有通信连接的其它网段，实现异地远程自动控制。由于现场总线强调遵循公开统一的技术标准，因而有条件实现设备的互操作性和互换性。现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化的发展方向，带动整个工业控制、楼宇自动化、仪表制造、工业控制、计算机软硬件等行业的技术、产品的更新换代。1-15（A）什么可以作为现场总线的传输介质？答：普通电缆、双绞线、光导纤维、红外线、甚至电力传输线。1-16（A）现场总线的优点是什么？答：现场总线的特点有以下9个方面：1.全数字化：在现场总线控制系统出现以后，才能实现企业管理与生产自动化有机结合。数字化信号固有的高精度、抗干扰特性也能提高控制系统的可靠性。2.全分布：在现场总线控制系统中各现场设备有足够的自主性，它们彼此之间相互通信，完全可以把各种控制功能分散到各种设备中，而不再需要一个中央控制计算机，实现真正的分布式控制。3.双向传输：现场总线设备则在一条线上即可以向上传递传感器信号，也可以向下传递控制信息。4.自诊断：现场总线仪表本身具有自诊断功能，而且这种诊断信息可以送到中央控制室，以便于维护。5.节省布线及控制室空间：多台现场设备可串行连接在一条总线上，这样只需极少的线进入中央控制室，大量节省了布线费用，同时也降低了中央控制室的造价。6.多功能仪表：数字、双向传输方式使得现场总线仪表可以摆脱传统仪表功能单一的制约，可以在一个仪表中集成多种功能，做成多变量变送器，甚至集检测、运算、控制与一体的变送控制器。7.开放性：1999年底现场总线协议已被IEC批准正式成为国际标准，从而使现场总线成为一种开放的技术。8.互操作性：现场总线标准保证不同厂家的产品可以互操作，这样就可以在一个企业中由用户根据产品的性能、价格选用不同厂商的产品，集成在一起，避免了传统控制系统中必须选用同一厂家的产品限制，促进了有效的竞争，降低了控制系统的成本。9.智能化与自治性：现场总线设备能处理各种参数、运行状态信息及故障信息，具有很高的智能，能在部件、甚至网络故障的情况下独立工作，大大提高了整个控制系统的可靠性和容错能力。1-17（A）现场总线的结构是什么？答：现场总线控制系统通常由以下部分组成：现场总线仪表、控制器现场总线线路监控、组态计算机1-18（A）什么是集散控制系统？答：又叫分布式计算机控制系统,是利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、5通讯网络技术、CRT技术、图形显示技术及人机接口技术相互渗透发展而产生的。1-19（A）集散控制系统的结构是什么？答：包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，式系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统。1-20（A）集散控制系统的功能是什么？答：集散控制系统的主要功能是生产过程的监控；历史数据的存储及管理；统计质量控制；设备预防性维护；设备故障诊断；生产优化等。1-21（A）什么是监视控制和数据采集（SCADA）系统？答：SCADA是SupervisoryControlAndDataAcquisition的缩写，系统作为生产过程和事物管理自动化最为有效的计算机软硬件系统之一。应用于可对安装在远距离场地的设备进行中央控制和监视的系统。包含两个层次的含义：分布式的数据采集系统和数据处理和显示系统。1-22（A）监视控制和数据采集系统的功能是什么？答：监视控制和数据采集系统有以下四点功能：1.设备参数状态数据的采集和控制信息的发送2.各种参数状态的正确表达和报警的及时处理3.历史数据的记录和查询和趋势分析4.与信息管理系统的完美结合1-23（A）什么是冗余？答：指系统中一些关键模块或网络在设计上有一个或多个备份，当现在工作的部分出现问题时，系统可以通过特殊的软件或硬件自动切换到备份上，从而保证了系统不间断工作。通常设计的冗余方式包括：CPU冗余、网络冗余、电源冗余。1-24（A）什么是组态？答：通过专用的软件定义系统的过程就是组态。例如:定义系统网络连接方式和各站地址的过程叫网络组态。1-25（A）组态软件的结构是什么？答：按照系统环境划分，从总体上讲，组态软件是由两大部分构成的：系统开发环境：是自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在组态软件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境。通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统,供系统运行环境运行时使用。系统开发环境由若干个组态程序组成，如图形界面组态程序、实时数据库组态程序等。系统运行环境：在系统运行环境下，目标应用程序被装入计算机内存并投入实时运行。系统运行环境由若干个运行程序组成，如图形界面运行程序、实时数据库运行程序等。组态软件支持在线组态技术，即在不退出系统运行环境的情况下可以直接进入组态环境并修改组态，使修改后的组态直接生效。1-26（A）什么是协议：答：协议就是对计算机之间连接的信息格式、能被收/发双方接受的传送信息内容的一组定义。例如常用的TCP/IP协议。6第二节PLC工作原理及性能1-27（A）PLC是什么？答：可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的