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

1、簡(jiǎn)答題1、典型的分布式控制系統(tǒng)主要包括哪幾個(gè)部分？一個(gè)典型的DCS系統(tǒng)包括四大部分組成：至少一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站( 完成系統(tǒng)的運(yùn)算處理控制 ) ，至少一個(gè)操作員站 ( 完成人機(jī)界面功能、供操作員操作監(jiān)視 ) ，一臺(tái)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(tái)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)：配備冷備用數(shù)

2、據(jù)庫(kù)，操作器熱備用， CRT遠(yuǎn)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(dòng)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(shí)在線控制系統(tǒng)， 搞可靠性是評(píng)價(jià)分布式控制系統(tǒng)的主要指標(biāo)，通常要求 MTBF達(dá)到 99.9999%以上，就必須對(duì)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(jiǎn)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(shí)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(shuō)分布

3、式控制是遞階控制系統(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(gè)子系統(tǒng)通過(guò)總線連接起來(lái)；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(duì)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(duì)環(huán)境的要求： 有耐沖擊和振動(dòng)的特性；環(huán)境要求的第二部分是對(duì)供電的要求， 它包括供電電壓等級(jí)、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(duì)互聯(lián)設(shè)備

4、的通信距離限制；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(kù)、 高速數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)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(cuò)做生產(chǎn)過(guò)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(shí)發(fā)現(xiàn)故障并正確處理。6、報(bào)警的定義？答：7.分布式控制系統(tǒng)為什么采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制力式?采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式具有如下優(yōu)點(diǎn)：消除 4 20mA 模擬儀表通訊的瓶頸現(xiàn)象： 將傳統(tǒng)

5、的通訊是單向的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向的數(shù)字通訊：降低現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控；系統(tǒng)組態(tài)簡(jiǎn)單、安裝、運(yùn)行和維修方便。8 簡(jiǎn)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(guò)程中。9、簡(jiǎn)述分布式控制系統(tǒng)的組態(tài)工作內(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)

6、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。 控制組態(tài)完成各控制器、過(guò)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(lái)完成。10、對(duì)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CRT的操作站。對(duì)它們主要要求是環(huán)境要求、輸入特性和圖形特性要求：1 環(huán)境要求首先指人機(jī)接口設(shè)備對(duì)環(huán)境條件的要求；有耐沖擊和震動(dòng)的特性；環(huán)境要求的第二部分是對(duì)供電的要求；它包括供電電壓等級(jí)、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(duì)互聯(lián)設(shè)備的通信距離的限制；2 輸入特性的

7、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(kù)、高速數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)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(guò)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(shí)發(fā)現(xiàn)故障并正確處理。11. 什么叫動(dòng)態(tài)顯示？答：分布式控制系統(tǒng)對(duì)圖形顯示采用動(dòng)態(tài)處理，得到動(dòng)態(tài)的實(shí)感。具體有如下方法：a. 升降式動(dòng)態(tài)處理方法b. 推進(jìn)式動(dòng)態(tài)顯示流體流動(dòng)的方法c. 色彩動(dòng)態(tài)顯示溫度的方法d.

8、填色動(dòng)態(tài)顯示設(shè)備狀態(tài)的方法e. POPUP動(dòng)態(tài)操作的方法12. 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(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，采用圖2.5 所示的 PID 控制，其算式為uK c (e1TiedtTdde)dt或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式U (s)E(s)K c (11Ti sTd s)其中， K c 為比例增益， K c 與比例帶成倒數(shù)關(guān)系，即 K c 1， Ti 為積分時(shí)間， d為微分時(shí)間，u為控制量，e為被控量 y 與給定值 r 的T偏差。13、簡(jiǎn)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(dòng)控制系統(tǒng)在遇到不正常工況或特大擾

9、動(dòng)時(shí)，很可能無(wú)法適應(yīng)，只好從自動(dòng)改為手動(dòng)。2）基于安全考慮。在手動(dòng)操作的一段時(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)，那就可擴(kuò)大自動(dòng)化應(yīng)用范圍，使生產(chǎn)更加安全。3）基于熱備用考慮，一臺(tái)控制器在線，另一臺(tái)控制器熱備用論述題1. 國(guó)內(nèi)常用的分布式控制系統(tǒng)構(gòu)成：中國(guó) CONTEC公司的 CONTEC-9000系統(tǒng)由管理級(jí)，監(jiān)控級(jí)，控制級(jí)，和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)組成。管理級(jí)：中央管理機(jī)支持1024 個(gè)站；監(jiān)控級(jí)：操作站和工程師站；控制級(jí)： 16 個(gè)控制站， 320 個(gè)回路， 6400 個(gè)控制點(diǎn)；現(xiàn)場(chǎng)級(jí)： RS485 現(xiàn)場(chǎng)總線， 32 個(gè) RTU;（附圖看

10、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)合的控制模式 ?解：前饋控制實(shí)質(zhì)是一種按擾動(dòng)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(dòng)作用而產(chǎn)生偏差。其特點(diǎn)是當(dāng)擾動(dòng)產(chǎn)生后，被控制變量還未顯示出變化以前，根據(jù)擾動(dòng)大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控對(duì)象的影響。 而反饋控制是誤差控制， 其作用是克服其余擾動(dòng)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(guò)程的精確數(shù)學(xué)模型是十分困難的；同時(shí)擾動(dòng)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(guò)程的許多場(chǎng)合把前饋控制與反饋控制結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)前饋控制與反饋控制相結(jié)合的控制模式。3 在數(shù)字 PID 控制中，

11、為什么常采用增量算法?因?yàn)閿?shù)字系統(tǒng)是在各個(gè)采樣點(diǎn)上讀入過(guò)程值，而積分環(huán)節(jié)是將系統(tǒng)過(guò)去時(shí)刻符采樣值 (n 個(gè))累加起來(lái)，即需要在系統(tǒng)中開辟n 個(gè)存儲(chǔ)空問(wèn)， 并在各個(gè)采樣周期內(nèi)完成累加工作。隨著時(shí)間的推移，n 值逐步增人，其存儲(chǔ)空間運(yùn)算量越來(lái)越大，直至系統(tǒng)癱瘓。為此，采樣增量算法，使系統(tǒng)存儲(chǔ)空間和運(yùn)算量變成固定的兩步運(yùn)算即： U ( k) K pe(k)kK Ie(i )K D e(k) e(k1)i 0變化為： U ( k)K p e(k)e(k1) K I e(k)K D e( k 1) e(k 2)4 繪制 PLC的工作原理圖并簡(jiǎn)述其工作過(guò)程工作原理目：工作過(guò)程：PLC 作過(guò)程實(shí)際上周而復(fù)始

12、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(guò)程。5. 設(shè)被控對(duì)象傳遞函數(shù)為 Gp(s), 其前后均有較強(qiáng)干擾，采用復(fù)式控制（前饋和反饋），請(qǐng)畫出系統(tǒng)框圖并給出調(diào)節(jié)器。解：因?yàn)楸豢貙?duì)象前后均有較強(qiáng)干擾，所以在被控對(duì)象前后干擾通道的傳遞環(huán)節(jié) Gf 和干擾補(bǔ)償環(huán)節(jié)Gd。被控對(duì)象的傳遞函數(shù)Gp (s)已給出，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？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(jí)耦合，對(duì)這類串級(jí)解耦，可以用對(duì)角線、單位矩陣法，消除耦合元素。如對(duì)角線矩陣法：Y (S)G

13、( S)U (S)U ( S)D (S)P( S)Y( S)G( S)D ( S) P(S)欲使系統(tǒng)間無(wú)關(guān)聯(lián)，只需G(S)D(S) 相乘后成為對(duì)角陣。G11 (S)0即 G(S)D(S)=G22 (S)0原理題設(shè)計(jì)題1. 圓弧插補(bǔ)法1）M點(diǎn)偏差 FmRm2R2X m2Ym2R2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(duì)逆向第二象限圓弧插補(bǔ)（假設(shè)步長(zhǎng)為1）：當(dāng) Fm0 時(shí)，沿 -X 方向移動(dòng)一步，即 X m 1X m1,Ym 1YmFm 1R2R2Fm 2 X m 1m 1當(dāng) Fm0 時(shí)，沿 -Y 方向移動(dòng)一步，即 X m

14、 1X m ,Ym 1 Ym 1Fm 1Fm2Ym 12）算步數(shù)（以X =1）X方向：Y方向：N XX eX 0X =5NYYeY0Y =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)2、簡(jiǎn)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(shí)系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程3、設(shè)計(jì)行車（正反轉(zhuǎn)）控制邏輯圖。符號(hào)說(shuō)明：QF：空氣開關(guān)； KH：熱繼電器； KM1，KM2：正反轉(zhuǎn)接觸器； SB2，SB3：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；KM2接 Q0.1。I0.2I0.1Q0.1I0.0I0.3Q0.0Q0.0I0.1I0.2Q0.0I0.0I0.3Q0.1Q0.1綜合題1、信號(hào)燈循環(huán)點(diǎn)亮1）硬件選擇本系統(tǒng)對(duì) PLC的 I/O 總要求為： 2 個(gè)開關(guān)量輸入點(diǎn)， 3 個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)。綜合考慮各方面因素及進(jìn)一步發(fā)展的要求，設(shè)計(jì)