集散控制系统期末考试

1.常用电器元件与符号答：常用的电器元件有：稳压器（TS），熔断器（FU），断路器（QF），刀开关（QK），变频器（U），电容器（C），电感器（L），电阻器（R），避雷器（F），继电器（K），接触器（KM）11继电器（KJ）2电流继电器KALJ3负序电流继电器KANFLJ4零序电流继电器（KAZLLJ）5电压继电器（KVYJ）6正序电压继电器（KVPZYJ）7负序电压继电器（KVNFYJ）8零序电压继电器（KVZLYJ）9时间继电器（KTSJ）2.在集散控制系统中，阐述工程师站包含的内容与作用答：包含的内容：系统硬件配置定义，实时数据库的定义，历史数据库的定义，历史数据和实时数据的趋势显示、列表及打印输出等定义，控制算法的定义，人机界面的定义，报警定义，系统运行日志的定义，报表定义，事件顺序记录和事故追忆等特殊报告的定义。作用：主要给DCS进行应用组态。DCS是一个通用的系统，只有设置算法、参数、输入量、输出量、报警、报表等功能才能进行应用。3.在集散控制系统中所使用的滤波方法答：变化率限幅滤波，递推平均滤波（算术平均滤波），加权递推平均滤波，中位值法滤波，一阶惯性滤波（维纳滤波）。4.设计总线协议的基本原则答：现场总线的定义：用于现场仪表与控制主机系统之间的一种开放的、全数字化的、双向、多站的通信系统；标准协议，实时性，可扩展性，全数字通信（信号的检错，纠错机制得以实现），系统具有开放性（通信协议完全公开，任何人、任何单位均可采用），互可操作性与互用性（遵照同一总线标准的不同厂商生产的同类型设备可以互相替换）。5.说出直线位置反馈的装置及信号性质工作原理简单地说是铁芯可动变压器。它由一个初级线圈，两个次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部件组成。LVDT工作过程中，铁心的运动不能超出线圈的线性范围，否则将产生非线性值，因此所有的LVDT均有一个线性范围。位置信号输入，电压信号输出6.说出角度传感器的反馈装置及信号性质把机械部件的的旋转传递到角位移传感器的轴上，带动与之相连的扰流片/铁心，改变线圈中的感应电压/电感量，输出与旋转角度成比例的电压/电流信号7.接地的分类及内容答：1）保护接地：防雷接地是受到雷电袭击（直击、感应或线路引入）时，为防止造成损害的接地系统。常有信号（弱电）防雷地和电源（强电）防雷地之分，区分的原因不仅仅是因为要求接地电阻不同，而且在工程实践中信号防雷地常附在信号独立地上，和电源防雷地分开建设2）工作接地：工作接地是为了是系统以及与之相连的仪表能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地，在石化和其他防爆系统中还有本安接地。屏蔽接地（模人信号的屏蔽层的接地）。本安接地，是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外，还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。本安接地会因为采用的设备的本实措施不同而不同。8.影响总线通讯的因素是什么答：在通信电缆中的信号反射。在通信过程中，有两种信号因素导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。第二个影响信号传输的因素是信号在电缆的传输过程中衰减。第三个因素是纯阻性负载（也叫直流负载）的大小。9.在实时控制中，一般要掌握控制周期，如何计算plc的控制周期CPU运算时间每条指令占用的时间指令条数T=读入一点时间*输入点数+运算速度*程序步数+输出一点时间*输出点数+通信时间+自诊断时间10.plc有哪些主要特点答：1）可靠性高，抗干扰能力强：大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成；在硬件设计上采用屏蔽、滤波、隔离等措施；软件包括了故障诊断和检测程序；一般设有WDT监视定时器。2）功能完善，通用灵活：现代PLC不仅具有逻辑运算、条件控制、计时、计数、步进等控制功能，而且还能完成A/D转换、D/A转换、数字运算和数据处理以及网络通信等功能。3）编程简单、使用方便：目前大多数PLC可采用梯形图语言的编程方式，既继承了继电器控制线路的清晰直观感。此外还具有接线简单、系统设计周期短、体积小、重量轻、易于实现机电一体化等特点。11.plc的循环扫描周期分哪几个阶段？影响plc的扫描周期长短的因素有哪几个答：当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。可以看出。影响周期长短的主要因素就是用户程序的长短PLC的整个扫描过程可以概括地归纳为上电初始化、一般处理扫描、数据I/O操作、用户程序的扫描、外设端口服务等五个阶段。完成上述五个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述五个阶段。可以看出。PLC的扫描周期与PLC的硬件特性和用户程序的长短有关12.plc控制系统设计的基本内容和步骤答：内容为：PLC软件功能的分析与设计；I/O信号及数据结构分析与设计；程序结构分析与设计；软件设计规格说明书编制；用编程语言、PLC指令进行程序设计；软件测试；程序使用说明书编制。步骤为：制定设备运行方案；画控制流程图或系统转台转换图；制定系统的抗干扰措施；编写控制程序；软件调试；编制程序使用说明书。13.阐述噪声的种类和产生的原因答：按产生的原因分：可分为放电噪声音、高频振荡噪声、浪涌噪声。按传导方式分：可分为共模噪声和串模噪声。按波形分：可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列。PLC控制系统中电磁场干扰来自空间的辐射干扰；来自系统外引线的干扰，主要通过电源和信号线引入和接地系统混乱时的干扰，通常称为传导干扰；来自PLC系统内部的干扰。1）电源干扰噪声音响设备的外部干扰，除电磁车辐射方法外，电源部分引入干扰噪声将是另一个产生噪声的主要原因。城市电网由于各种照明设备、动力设备、把持设备共同接入，形成了一个十分严重的干扰源。如接在同一电网中的灯光调控设备、空调、马达等等设备会在电源线路上产生尖峰脉冲、浪涌电流，不同频率的纹波电压，通过电源线路窜入音响设备的供电电源，总会有一部分干扰噪声无法通过音响设备的电源电路有效的滤除，将必然会在设备内部形成噪声。尤其是同一电网中的电磁兼容性不达要求的大功率设备，是干扰音响设备的主要原因2）电磁辐射干扰噪声环境的杂散电磁波辐射干扰，比如手机，对讲机等通讯设备的高频电磁波辐射干扰、周围环境的电梯、空调、汽车点火、电焊等电脉冲辐射、演播厅灯光把持采用可控硅整流把持设备所产生的辐射，都会通过音频传输线直接混入传输信号中形成噪声、或穿过屏蔽不良的机器设备的外壳干扰机内电路产生干扰噪声。实践表明，在一些特殊的场合，如大量使用可控硅调光设备的演播厅等，如果没有采取可靠的屏蔽和接地措施，噪声将会很严重。3）、接地回路噪声在音响系统中，必须要求整个系统有良好的接地，接地电阻要求小于4欧姆。否则，音响系统中设备由于各种辐射和电磁感应产生的感应电荷将不能够流入大地，从而形成噪声电压叠加在音频信号中。如果在不同设备的地线之间由于接地电阻的不同而存在地电位差，或者在系统的内部接地存在回路时，则会引起接地噪声。两个不同的音响系统互连时，也有可能产生噪声，噪声是由两个系统的地线直接相连造成的。4）、设备内部的电路噪声音响设备都有一项指标——信噪比。由于内部电子元件产生的电噪声，在一台设备单独工作时，可以达到要求的指标，但是当多台设备级连时，噪声就会积聚增加。实践应用中，有些低档次的民用音响设备会因为内部电源滤波不好，使得设备本身的交流噪声很大，在音响系统中有时会形成很严重的噪声14.在工业现场设备中，可靠性是一个重要的指标之一，一般在电路板这一层次采用什么方法提高设备运行的可靠性，试阐述答：首先，建立详细的设计规范和严密的设计管理流程。其次，建立包括应力/应变、模态分析、温度/传热等的仿真分析和优化方法，充分利用实体样机修正仿真模型参数、验证仿真结果和完善设计规则。最后，构建充分、严密和系统的批量实体样机测试和优化体系。提高PCB设备可靠性的技术措施：方案选择、电路设计、电路板设计、结构设计、元器件选用、制作工艺等多方面着手，具体措施如下：1）简化方案设计：方案设计时，在确保设备满足技术、性能指标的前提下，应尽量简化设计，简化电路和结构设计，使每个部件都成为最简设计。模块化设计方法是提高设备可靠性的有效措施。块功能相对单一，系统由模块组成，可以减少设计的复杂性，将设计标准化、规范化。2）采用模块和标准部件：模块和标准部件是经过大量试验和广泛使用后证明为高可靠性的产品，因而能充分消除设备的缺陷和隐患，也为出现问题之后的更换和修理带来了方便。3）提高集成度：选用各种功能强、集成度高的大规模、超大规模集成电路，尽量减少元器件的数量。元器件越少，产生隐患的点也越少。4）降额设计：降额设计是指元器件在低于其额定应力的条件下工作，是降低元器件失效率的有效方法，因此，设汁时在确保技术性能指标的前提下，对元器件的工作电压范围、温度特性、电特性参数等都采取降额使用的方法，从而降低元器件在各种应力条件下的失效率。5）选择优质器件：元器件是设备的基本组成单元，其质量的好坏将直接影响到设备的可靠性。6）充分利用软件资源：由于软件编程的灵活性，在设计中应充分利用软件资源。目前软件的调试手段和工具相对较多，对故障和设计问题容易定位，解决周期相对较短。7）设计中，应尽量减少接插件、金属化孔的数量，电路器件和芯片尽量采用直接在印制板上焊接的方法，选用表面贴装器件，采用表面贴装技术，以避免接触不良，确保设备的可靠性。8）热设计：过高的温度是引起设备性能和可靠性降低的重要因素之一，为此应采取热防护措施控制和降低设备工作时的温升，保证设定良好的散热，提高设备的热可靠性。过低的温度，也会引起设备性能和可靠性降低，有的元器件在环境温度太低时不能正常工作。所以在低温环境中使用的设备，也要进行低温测试。在设计时必须考虑设备工作的温度条件和环境。9）电磁兼容性设计：设备工作时会受到许多电磁场的干扰，为此应采取有效的屏蔽、滤波等防干扰措施以防止噪声、干扰电磁场对设备的干扰，确保设备工作可靠。10）抗振冲设计：设备在使用、运输过程中会受到各种各样振动、冲击的影响，从而影响其可靠性，为此应提高设备的机械强度和刚度，并采取减振缓冲措施，以加强设备抗振动、冲击的能力，提高设备的可靠性。11）采用故障指示装置：设计故障检测电路及故障报警装置，以便及时发现故障，从而缩短设备的故障检修时间。15.冗余方式及如何实现？举例设计实例答：在一些对系统可靠性要求很高的应用中，DCS的设计需要考虑热备份也就是系统冗余，这是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。在极端情况下，一些系统会考虑全系统冗余，即还包括I/O冗余。以火电厂的DCS系统的冗余设计为例：如何选择DCS控制系统呢？第一：在选择DCS控制系统时要了解DCS在其他电厂使用时是否经常出现硬件损坏问题，如控制站经常脱离网络、开关量卡件经常损坏等缺陷极容易导致机组出现跳闸的可能，所以即使软件或系统功能再好，也不应该列为首选。第二：系统抗是否具有较强的抗干扰能力。如果一个系统没有较强的抗干扰能力，就会在运行维护中出现信号因外界干扰导致系统误发信号，最终导致停机停炉事故发生。第三、控制系统是否能够在线维修。现在控制系统一般都要采用冗余方式，采用这种方式的好处在于既保证机组安全稳定运行同时也便于在线检修。冗余一般都是指控制器的单元处理器以及网络通讯冗余，而且冗余的设备之间可以保证实现无扰切换，把机组出现的故障率降到最低。第四、控制系统软件功能是否强大。控制系统的软件组态的功能块的种类是否能够适用于DCS各种功能的需要。同时也不会因为软件原因出现系统死机问题。如果我们选择的DCS系统满足了上述四个基本要求，那样DCS系统基本可以列入考虑使用范围之内。硬件冗余,冷备用冗余温备用冗余热备用冗余软件冗余：双模表决冗余三模表决冗余同