上海综合项目工程关键技术大学分布式控制新版系统复习题.doc

简答题
1、 经典分布式控制系统关键包含哪多个部分？
一个经典DCS系统包含四大部分组成：最少一个现场控制站(完成系统运算处理控制)，最少一个操作员站(完成人机界面功效、供操作员操作监视)，一台工程师站（用于离线组态、在线修改和操作系统开发。也能够利用一台操作员站兼做工程师站）和一条通信系统
2、 分布式全部有哪多个冗余结构？各有什么优缺点？为何要采取冗余结构？
1) 分布式控制有两种冗余结构，一个是整体式冗余结构，另一个是分离式冗余结构。
2) 整体式系统是由早期单回路调整器和PLC组成，因本身有操作器，常采取仪表盘备用方法；分离式冗余结构常采取多重化冗余结构：配置冷备用数据库，操作器热备用，CRT远程遥控备用等。整体式冗余结构能够实现完全和系统分离备用，系统受干扰较小，不过系统成本较高，自动化水平较低；分离式冗余结构能够选择关键部件备用，投资较小。
3) 分布式控制系统是实时在线控制系统，搞可靠性是评价分布式控制系统关键指标，通常要求MTBF达成99.9999%以上，就必需对系统采取冷备用，热备用等方法。通常通信系统全部冗余，控制站中主控部件热备用，电源N+1:N热备用，子模件和端子板N+1:N冷备用。
3、简述最小拍控制系统特点。
1) 若参数不变，能够实现时间最优控制；
2) 本质是开环控制；
3) 加反馈可实现闭环最优控制。
4、为何说分布式控制是递阶控制系统？
1) 分布式控制系统含有以下特点：
2) 网络结构，将各个子系统经过总线连接起来；
3) 分层结构，有工程师站，操作站和控制站等组成；
4) 主从结构，集中操作、分散控制，控制站内部又分主从部件。
5) 基于以上三点，分布式控制系统是递阶控制系统。
5、人机界面要求关键包含哪些内容？
人机接口关键是CRT操作站。对她们关键要求是环境要求，输入特征和图形特征要求；
1) 化境要求首先指人机接口设备对环境要求：有耐冲击和振动特征；环境要求第二部分是对供电要求，它包含供电电压等级、类型和容量及许可极限值等，也包含到供电方法，冗余配置等内容；环境要求第三部分是对互联设备通信距离限制；
2) 输入特征改善使操作员操作内容和方法发生根本改变；
3) 图形特征是人机接口关键特征：采取图形用户界面（GUI）、图形处理器（GP）和图形缓冲（GB）使人机接口图形特征得到极大提升。
人机接口性能取决于所采取硬件设备和软件系统。采取多任务操作系统、关系数据库、高速数据查询语言及X窗口技术，使得操作人员能够很方便监视和错做生产过程，使得控制工程师能够方便组态和编程，使维护工程师能立即发觉故障并正确处理。
6、报警定义？
答：
7. 分布式控制系统为何采取现场总线控制力式?
采取现场总线控制方法含有以下优点：
①消除模拟仪表通讯瓶颈现象：将传统通讯是单向模拟信号转变为双向数字通讯：
②降低现场安装费用和降低对应设备；电缆和输入输山卡能够大幅度降低；
③增强了系统自治性；采取现场总线标准智能仪表后，操作人员能够方便地在控制室刑现场设备进行监控；
④系统组态简单、安装、运行和维修方便。
8简述分布式控制系统可扩展件、可移植性。
伴随产品完善和控制规模扩人，分布式控制系统硬件和应用软件能够增加。硬件包含通讯系统、控制器和操作站等，应刖软件包含操作界面、控制功效和数模开发等。 一旦系统运行成功以后，能够被移植到任何相同工艺过程中。

9、简述分布式控制系统组态工作内容。
分布式控制系统组态包含系统组态、画面组态和控制组态。系统组态完成组成系统各设备间连接。画面组态完成操作站多种画面、画面间连接。控制组态完成各控制器、过程控制装置控制结构连接、参数设置等。趋势显示、历史数据压缩、数据报表打印及画面拷贝等组态常作为画面组态或控制组态一部分来完成。
10、对人机接口要求关键包含哪些内容？
人机接口关键是CRT操作站。对它们关键要求是环境要求、输入特征和图形特征要求：
环境要求首先指人机接口设备对环境条件要求；有耐冲击和震动特征；环境要求第二部分是对供电要求；它包含供电电压等级、类型和容量及许可极限值等，也包含到供电方法，冗余配置等内容；环境要求第三部分是对互联设备通信距离限制；
输入特征改善使操作员操作内容和方法发生根本改变；
图形特征是人机接口关键特征；采取图形用户界面（GUI）、图形处理器（GP）和图形缓冲（GB）使人机接口图形特征得到极大提升。
人机接口性能取决于所选择硬件设备和软件系统。采取多任务操作系统、关系数据库、高速数据查询语言及X窗口技术，使得操作人员能够很方便监视和操作生产过程，使得控制工程师能够方便组态和编程，使维护工程师能立即发觉故障并正确处理。
11.什么叫动态显示？
答：分布式控制系统对图形显示采取动态处理，得到动态实感。具体有以下方法：
a. 升降式动态处理方法
b. 推进式动态显示流体流动方法
c. 色彩动态显示温度方法
d. 填色动态显示设备状态方法
e. POPUP动态操作方法
12.画出数字PID闭环控制系统结构图，并叙述各部分特点。
答：在生产过程计算机控制系统中，采取图2.5所表示PID控制，其算式为

或写成传输函数形式

其中，为百分比增益，和百分比带成倒数关系，即，为积分时间，为微分时间，为控制量，为被控量和给定值偏差。
13、简述选择性控制基础原理 ：
1） 适应不一样工况，即设备在不一样状态下，采取不一样控制方法。通常自动控制系统在碰到不正常工况或特大扰动时，很可能无法适应，只好从自动改为手动。
2） 基于安全考虑。
在手动操作一段时间里，操作人员为确保生产安全，适应特殊情况，有另一套操作规律，若将这一任务交给另一控制器来实现，那就可扩大自动化应用范围，使生产愈加安全。
3） 基于热备用考虑，一台控制器在线，另一台控制器热备用
叙述题
1.中国常见分布式控制系统组成：
中国CONTEC企业CONTEC-9000系统由管理级，监控级，控制级，和现场级组成。
管理级：中央管理机支持1024个站；
监控级：操作站和工程师站；
控制级：16个控制站，320个回路，6400个控制点；
现场级：RS—485现场总线，32个RTU;
（附图 看下书本P2）
2、试描述在分布式控制系统中怎样实现前馈控制和反馈控制相结合控制模式?
解：前馈控制实质是一个按扰动进行调整开环控制系统，其作用是使被控制变量不受关键扰动作用而产生偏差。其特点是当扰动产生后，被控制变量还未显示出改变以前，依据扰动大小进行调整，以赔偿扰动对被控对象影响。而反馈控制是误差控制，其作用是克服其它扰动和前馈赔偿不完全部分。要实现完全赔偿并非易事，因为要得到工业过程正确数学模型是十分困难；同时扰动也不是特定一个。为确保系统有更大适应性，工业过程很多场所把前馈控制和反馈控制结合起来，实现前馈控制和反馈控制相结合控制模式。
3在数字PID控制中，为何常采取增量算法?
因为数字系统是在各个采样点上读入过程值，而积分步骤是将系统过去时刻符采样值(n个)
累加起来，即需要在系统中开辟n个存放空问，并在各个采样周期内完成累加工作。伴随时间推移，n值逐步增人，其存放空间运算量越来越大，直至系统瘫痪。为此，采样增量算法，使系统存放空间和运算量变成固定两步运算
即：
改变为：
4绘制PLC工作原理图并简述其工作过程
工作原理目：

工作过程：
PLC作过程实际上周而复始地实施读输入、实施程序、处理通信请求、实施CPU自诊疗和写输出地扫描过程。
5.设被控对象传输函数为Gp(s),其前后全部有较强干扰，采取复式控制（前馈和反馈），请画出系统框图并给出调整器。
解：因为被控对象前后全部有较强干扰，所以在被控对象前后干扰通道传输步骤Gf和干扰赔偿步骤Gd。

6.判定该梯形图画法正确是否？

7、怎样在分布式控制系统中实施解耦控制方法？
这类耦合能够转化为串级耦合，对这类串级解耦，能够用对角线、单位矩阵法，消除耦合元素。
如对角线矩阵法：

欲使系统间无关联，只需G(S)D(S)相乘后成为对角阵。
即
原理题

设计题
1.圆弧插补法
1）M点偏差
若=0，则M点在圆弧上；若>0，则M点在圆弧外；若<0，则M点在圆弧内。
对逆向第二象限圆弧插补（假设步长为1）：
当初，沿-X方向移动一步，
即

当初，沿-Y方向移动一步，
即

2）算步数（以=1）
X方向：=5
Y方向：=5
3）路径推断表
步数

原（x,y）
新（ x,y）
1
0
(0,5)
(-1,5)
2
1
(-1,5)
(-1,4)
3
-8
(-1,4)
(-2,4)
4
-5
(-2,4)
(-3,4)
5
0
(-3,4)
(-4,4)
6
7
(-4,4)
(-4,3)
7
0
(-4,3)
(-5,3)
8
9
(-5,3)
(-5,2)
9
4
(-5,2)
(-5,1)
10
1
(-5,1)
(-5,0)

2、简述选择性控制基础原理，并用步骤图形式画出锅炉蒸汽系统中蒸汽流量变小时系统调整过程

3、设计行车（正反转）控制逻辑图。

符号说明：
QF：空气开关；KH：热继电器；KM1，KM2：正反转接触器；SB2，SB3：正反转按钮；SB1：停止按钮梯形图；SB1接I0.0；SB2接I0.1；SB3接I0.2；KH接Q0.1；KM1接Q0.0；KM2接Q0.1。
Q0.0
I0.2
I0.1
Q0.1
I0.0
I0.3
Q0.0
I0.2
I0.1
Q0.0
I0.0
I0.3
Q0.1
Q0.1

综合题
1、信号灯循环点亮
1）硬件选择
本系统对PLCI/O总要求为：2个开关量输入点，3个开关量输出点。综合考虑各方面原因及深入发展要求，设计选择西门子S7—300系列PLC为控制关键，CPU模块可选择CPU314C—2DP 。电源选择PS 307 5A。
2）I/O分配
其中M0.0为开启按钮，M0.1为停止按钮，Q0.0、Q0.1、Q0.2分别控制三只灯。此程序能够实现当M0.0接通一个脉冲时，Q0.0接通1s后断开，然后接着Q0.1接通1s后断开，再接着Q0.2接通1s后断开，如此循环。当M0.1接通一个脉冲时，Q0.0、Q0.1、Q0.2全部断开。
3）梯形图