集散控制系统(DCS)复习题答案

1集散控制系统（DCS）复习题及答案一填空1，集散型控制系统采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中的基本设计思想，形成“分散控制、集中管理”的结构形式，适应现代化的生产和管理要求。2，集散型控制系统是计算机(Computer)、通信(Communication)、CRT显示和控制(Control)技术(简称四C技术)发展的产物。3，集散型控制系统的回路控制功能由现场控制站完成。4，集散型控制系统中所有的现场控制站、操作员站均通过数字通信网络实现连接。5，集散型控制系统中PCU指过程控制单元，PIU指过程接口单元，DH指高速数据通路，OS指操作员站，MC指管理计算机。6，试列举三个典型的DCS系统和利时公司MACSII系统，西门子PCS7系统，霍尼韦尔TDC3000系统。7，集散型控制系统发展历程的第二代指1980年到1985年。8，集散型控制系统按功能分层的层次结构从下至上依次分为直接控制层、操作监控层、生产管理层和决策管理层。其中，数据采集是直接控制层的任务，市场和用户分析是决策管理层的任务。9，一个最基本的DCS应包括四个大的组成部分：至少一台现场控制站，至少一台操作员站，一台工程师站(也可利用一台操作员站兼做工程师站)，一条系统网络。10，DCS的软件构成包括控制层软件，监控软件，组态软件。11，DCS有一系列特点和优点，主要表现在以下六个方面：分散性和集中性、自治性和协调性、灵活性和扩展性、先进性和继承性、可靠性和适应性、友好性和新颖性。12，在DCS中，控制算法的编程是在工程师站上完成的，工作人员对现场设备的监视是在操作员站上完成的。13，DCS的数据库在服务器中。14，通常，控制系统设计人员是通过控制算法组态工具，将存储在控制器中的各种基本控制算法，按照生产工艺要求的控制方案顺序连接起来，并填进相应的参数后下装给控制器，这种连接起来的控制方案称之为用户控制程序，在IEC61131-3标准中统称为POUS是指程序组织单元(ProgramOrganizationUnits)。15，把连续取N个采样值看成一个队列。队列的长度固定为N。每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据(先进先出原则)。把队列中的N个数据进行算术平均运算，这种滤波方法被称作：递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)。16，列举5种数字滤波方法：算数平均滤波法，递推平均滤波法，中位值滤波法，限幅滤波法，一阶滞后滤波法。17，现场的开关量信号存在抖动成分，抖动时间一般为4ms～15ms。19，DCS系统，PLC生产商所应遵循的国际标准是IEC61131，其中，硬件是在第二部分定义，软件是在第三部分定义。20，IEC61131-3引入了程序组织单元POU的概念，POU有三类：函数(functions)、功能块(function-blocks)和程序(program)。21，DCS数据库管理和处理的数据分为配置数据和动态数据两类。22，基带传输中可用各种不同的方法来表示二进制数0和1，这被称作数字编码。23，如图所示数据表示方法，其中平衡、不归零、单极性编码的是C；非平衡、归零、单极性编码的是F。24，常用的通信传输介质有双绞线，同轴电缆，光缆。25，列举三种常见的工业现场总线Profibus总线，Modbus总线，CAN总线。26，系统的可靠性指标通常用概率来定义，常用的有可靠度R(t)、失效率λ(t)、平均故障间隔时间(MTBF)、平均故障修复时间(MTTR)、利用率等。27，可靠度是一个定量的指标，它是通过抽样统计确定的。228，串联系统的可靠度用公式表示为：s1231nniiRRRRRR，并联系统的可靠度用公式表示为：12311(1)(1)(1)(1)1(1)pnniiRRRRRR。29，失效率(t)与时间t的关系图就是著名的浴盆曲线。该曲线可分为3个部分：初期失效区、偶然失效区、耗损失效区。30，集散控制系统提高利用率的措施归纳起来有三个方面：提高元器件和设备的可靠性；采用抗干扰措施，提高系统对环境的适应能力；采用可靠性技术。31，集散控制系统的安全性包含三方面的内容：功能安全、人身安全和信息安全。32，接地按其作用可分为保护性接地和功能性接地两大类。33，一个集散控制系统工程设计可分为方案论证、方案设计、工程设计3个阶段。34，模拟量信号包括模入和模出信号。此类信号应使用屏蔽双绞线电缆连接，信号电缆芯的截面应大于等于1mm2。二简答题1，说明下图中各英文简称所代表的意思。解答：2，DCS的层次结构一般分为几层？并概述每层的功能。解答：3，画出典型DCS的体系结构图并说明各组成部分的作用。解答：1)操作员站：操作员站主要完成人机界面的功能，一般采用桌面型通用计算机系统，如图形工作站或个人计算机等。2)现场控制站：现场控制站是DCS的核心，系统主要的控制功能由它来完成。3)工程师站：工程师站是DCS中的一个特殊功能站，其主要作用是对DCS进行应用组态。4)服务器及其他功能站：在现代的DCS结构中，除了现场控制站和操作员站以外，还可以有许多执行特定功能的计算机，如专门记录历史数据的历史站；进行高级控制运算功能的高级计算站；进行生图2.73产管理的管理站等。这些站也都通过网络实现与其他各站的连接，形成一个功能完备的复杂的控制系统。4，DCS的现场控制站软件的功能有哪些？解答：(1)现场I/O驱动，主要是完成I/O模块(模板)的驱动，完成过程量的输入/输出。采集现场数据，输出控制计算后的数据。(2)对输入的数据进行预处理，如滤波处理、除去不良数据、工程量的转换、统一计量单位等，总之，是要尽量真实地用数字值还原现场值并为下一步的计算做好准备。(3)实时采集现场数据并存储在现场控制站内的本地数据库中，这些数据可作为原始数据参与控制计算，也可通过计算或处理成为中间变量，并在以后参与控制计算。所有本地数据库的数据(包括原始数据和中间变量)均可成为人机界面、报警、报表、历史、趋势及综合分析等监控功能的输入数据。(4)按照组态好的控制程序进行控制计算，根据控制算法和检测数据、相关参数进行计算，得到实施控制的量。5，工程师站软件要作的组态定义包括哪些方面？解答：(1)硬件配置，这是使用组态软件首先应该做的，根据控制要求配置各类站的数量、每个站的网络参数、各个现场I/O站的I/O配置(如各种I/O模块的数量、是否冗余、与主控单元的连接方式等)及各个站的功能定义等。(2)定义数据库，包括历史数据和实时数据，实时数据库指现场物理I/O点数据和控制计算时中间变量点的数据。历史数据库是按一定的存储周期存储的实时数据，通常将数据存储在硬盘上或刻录在光盘上，以备查用。(3)历史数据和实时数据的趋势显示、列表及打印输出等定义。(4)控制层软件组态，包括确定控制目标、控制方法、控制算法、控制周期以及与控制相关的控制变量、控制参数等。(5)监控软件的组态，包括各种图形界面(包括背景画面和实时刷新的动态数据)、操作功能定义(操作员可以进行哪些操作、如何进行操作)等。(6)报警定义，包括报警产生的条件定义、报警方式的定义、报警处理的定义(如对报警信息的保存、报警的确认、报警的清除等操作)及报警列表的种类与尺寸定义等。(7)系统运行日志的定义，包括各种现场事件的认定、记录方式及各种操作的记录等。(8)报表定义，包括报表的种类、数量、报表格式、报表的数据来源及在报表中各个数据项的运算处理等。(9)事件顺序记录和事故追忆等特殊报告的定义。6，图示为AI模块，画出现场仪表4～20MA的两线制接法和四线制接法。解答：47，隔离柵有什么作用？画出AO，隔离柵，现场仪表的连接线路。解答：8，什么是模拟量近零死区处理？解答：当一个输入信号x(t)的值应该是0，而由于A/D转换的误差或仪表的误差或现场干扰，导致该值不是0而是接近0点附近的某个值(如流量信号没有流量通过时应该为4mA，但信号实际为4.03mA)。为防止这种扰动进入计算机系统，预先设置一个近0死区(或称小信号切除限值)，当扰动处于近0死区之内(－，)时，将进入计算机系统变量值y(t)强置为0。小信号切除限值ε可根据实际现场信号情况设置，如图所示。小信号切除示意图9，为什么要做模拟信号→工程单位变换？解答：模拟信号经A/D转换后，为2进制（或16进制）代码。而工程需要显示数据为温度，压力，流量等实际物理量，这就需要将2进制（或16进制）代码转换为工程数值，即就是模拟信号→工程单位变换。转换方法一般有：①线性变换。线性变换按照工程上下限和电量程上下限由系统自动实现。模拟量线性变换如图所示。5线性变换示意图开方变换示意图211121()yyyyxxxx式中，x1为信号下限(电压值)；x2为信号上限(电压值)；y1为测量下限；y2为测量上限；x为采样值；y为转换后的工程值。②开方变换。模拟量开方变换如图所示。其表达式为121121()xxyyyyxx③非线性变换。非线性变换由组态工具中的计算公式来完成，变量的非线性变换公式，一般由用户通过组态来定义。10，为什么对开关量输入信号要作消抖处理？解答：开关量信号是表示设备状态的信号，通常用1位的“0”和“1”表示。在计算机控制当中，有时也用多位来表示，通过多个数据位排列组合，表示设备不同的工作状态。现场的开关量信号存在抖动成分，如图所示，在采集时需要通过系统自身的软件进行“消抖”。抖动时间一般为4ms～15ms，软件通过延时来消除。11，在IEC软件模型上的括号内填空。解答：612，解释下面功能块图的控制作用。解答：该实例描述了用功能块控制空气风门的情况。风门开关控制为信号ReqOpen和ReqClose，该信号被保存在RS双稳态功能块“Position”中，来自RS功能块输出及转换输出用于用于产生DemandOpen和DemandClose信号，这些信号驱动风门转动到合适的位置。风门上的限位开关OpenLS和CloseLS返回的是风门的实际位置信号。限位开关信号与要求的风门位置进行与比较，如果任何一个校对失败，比如风门已打开到要求的位置，而限位开关OpenLS处于false，延时计时器将起动。如果风门未按要求移动到要求的位置并且在限定的有限时间MoveTimeOut内不能确定限位开关的情况，定时器Timer1将产生Discrepancy信号。13，将下面的梯形图语言程序用指令表语言和功能块图表示出来。解答：指令表语言程序：LDI0.0ORQ0.0ANDNOTI0.1ANDNOTQ0.1OUTQ0.0LDI0.1ORQ0.1ANDNOTI0.0ANDNOTQ0.0OUTQ0.1END功能块图:14，说明下图火灾报警系统的工作原理7(a)火灾报警系统示意图(b)火灾报警梯形图程序解答：FD1、FD2和FD3是三个火灾探测器。MAN1是一个手动实验按钮，可以用来触发火灾报警。当三个探测器中的任何两个或三个全部探测到有火灾情况发生时，于是Alarm_SR功能块驱动报警线圈报警。ClearAlarm按钮清除报警。当有一个探测器处于ON,相应的火灾警告指示灯(FireWarningLED)亮。如果该指示灯在报警清除后继续保持亮，就表明该探测器或者有错，或者在该探测器的附近有火灾。15，什么是报警死区？解答：报警死区定义模拟量报警恢复的不灵敏范围，避免模拟量的值在报警限值附近摆动时，频繁地出现报警和报警恢复状态的切换，报警恢复只有在恢复到报警死区外时才认定为报警确实已恢复。如报警死区为ε，对上限报警恢复，必须恢复到上限(上上限)-ε以下；对下限报警恢复，必须恢复到下限(下下限)+ε以上。报警死区示意图如图所示。报警死区示意图（有错）16，DCS的日志记录（也称事件记录）有什么作用？解答：事件记录是DCS系统中的流水账，它按时间顺序记录系统发生的所有事件，包括所有开关量状态变化、变量报警、人机界面操作(如参数设定、控制操作等)、设备故障记录及软件异常处理等各种情况。事件记录的完整性是系统事故后分析的基础。因此，在考查DCS软件的性能时，事