2010期末考试4616.doc

（勤奋、求是、创新、奉献）
2010学年第一学期期末考试试卷
主考教师： 程武山
学院 班级 _ _ 姓名 __________ 学号 ___________
《 分布式控制系统 》课程试卷A
（本卷考试时间 分钟）
题号
一
二
三
四
五
总得分
题分
30
14
16
20
20
100
得分

一、概念题（本题共6小题，每小题5分，共30分）
1、简述分布式控制系统（集散控制系统）的结构组成及其各自功能
答：它由过程控制单元、数据采集器、CTR操作站、监控计算机以及高速数据通路等五部分组成：
1） 过程控制单元，又称现场控制站或基本控制器。它是DCS的核心部分，对生产过程可进行较复杂的闭环控制，可以完成一个或多个回路的控制，可实现顺序控制、逻辑控制和批量控制；
2） 数据采集器，又称过程接口单元。它是为生产过程中存在的非控制变量设置的采集装置，它不但可以完成数据的采集及预处理，还可以对实时数据进行进一步技工处理，供CRT操作站显示和打印，以实现开环监视；
3） CRT操作站式DCS与外界联系的人机接口装置。
4） 监控计算机，又称管理计算机，也称上位机是DCS的主机。
5） 高速数据通路，使一种具有高速通信能力的信息总线。它将过程控制单元、操作站、监控计算机等设备连接成一个完整的DCS
6）
2、简述分布式控制系统的可扩展性、可移植性。

随着产品的完善和控制规模的扩大，分布式控制系统的硬件和应用软件可以增加。硬件包括通讯系统、控制器和操作站等，应用软件包括操作界面、控制功能和数模开发等。一旦系统运行成功以后，可以被移植到任何相同的工艺过程中。

3、 分布式控制系统中有哪些冗余结构？各有什么优缺点？

分布式控制系统有两种冗余结构，一种是整体式冗余结构，另一种是分离式冗余结构。整体式系统由早期的单回路调节器和PLC组成，因本身有操作器，常采用仪表盘备用方式；分离式冗余结构常采用多重化冗余结构：配备冷备用数据库，控制器热备用，CRT远程遥控备用等。整体式冗余结构可以实现完全与系统分离备用，系统受干扰较小，但成本较高，自动化水平较低；分离式冗余结构可以选择重要部件备用，投资较少。

4、 数字PID闭环系统结构图，各部分特点。

数字PID闭环系统结构图如图1：控制器包括P、I及D环节几部 分，其中：
P调节：加大K，可减小静差，但易造成动态特性变差，甚 至不稳定。
I调节：积分器的输出值大小取决于对误差的累积结果，虽然误差不变，但积分器的输出还在增加，直至使误差e=0。积分器的加入相当于能自动调节控制常量u0，消除静差，使系统趋于稳定。
D调节：积分环节调节可消除静差，但代价是降低了响应速度，为了加快响应速度，有必要在偏差出现的瞬间，不但对偏差量做出即时反应（即比例调节作用），而且对偏差量的变化做出反应，或者说按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态。这就是微分作用的结果

5、 简述分布式控制系统的组态工作内容。

分布式控制系统的组态包括系统组态、画面组态和控制组态。系统组态完成组成系统的各设备间的连接。画面组态完成操作站的各种画面、画面间连接。控制组态完成各控制器、过程控制装置的 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的一部分来完成。

6、 常用的顺序控制系统编程方法有哪几种？其功能是什么？

答：集散控制系统中顺序控制系统的编程方法很多，如梯形图、功能模块、助记符及编程语言等。通常，集散型控制系统提供一种或几种编程方法。梯形图法是采用梯形图来描述顺序控制系统的逻辑顺序关系；功能模块法是把逻辑运算作为功能模块处理，按功能块组态的方法，将其连接起来完成编程；助记符方法在可编程逻辑控制器编程时经常采用，它通常由操作码、标识符和元素参数表示；编程语言采用集散型控制系统提供的语言或同用的高级语言来编程。

二、论述题（本题共2小题，每小题7分，共14分）
1、 简述直流输入单元的基本原理。

2、分布式控制系统为什么采用现场总线控制方式？
答：
采用现场总线控制方式具有如下优点：
①消除4－20mA模拟仪表通讯的瓶颈现象，将传统的通讯是单向的模拟信号转变为双向的数字通讯；
②降低现场安装费用和减少相应的设备；电缆和输入输出卡可以大幅度减少；
③增强了系统的自治性；采用现场总线标准智能仪表后，操作人员可以方便地在控制室对现场设备进行监控；
④系统组态简单、安装、运行和维修方便。

三、根据要求给出控制原理图和控制电路图（本题共2小题，每小题8分，共16分）
1、 试画出定时扩展的波形图。

图1 定时扩展图
C4 为计数器，CU为输入，当CU自动加1，直至到达PV时，输出为高电平，R为复位端。

2、设被控对象的传递函数为Gp(s)，其前后均有较强干扰，经采用复式控制（前馈和反馈），请画出系统框图并给出调节点。。
解：因为被控对象前后均有较强干扰，所以在被控对象前后干扰通道的传递环节Gf和干扰补偿环节Gd

∵被控对象的传递函数Gp（s）已给出，
∴Gc可使用PID调节器；
若Gp（s）含纯滞后环节，可用smith预估器。
四、设计题（本题共2小题，每小题10分，共20分）
1. 运料小车运行示意图如图所示。系统启动后首先在原位进行装料。15s后装料停止，小车右行。右行至行程开关SQ2 处右行停止，进行卸料。10s后，卸料停止，小车左行。左行至行程开关SQ1处，左行停止，进行装料。如此循环一直进行下去，直至停止工作。试设计运料小车的控制逻辑图。

图 运料小车运行示意图
解：输入、输出分配表如表1所示，
表1 输入、输出信号分配表
输入信号
输出信号
起动按钮SB1
I0.0
装料YV1
Q0.0
停止按钮SB2
I0.1
左行KM2
Q0.1
SQ1
I0.2
卸料YV2
Q0.2
SQ2
I0.3
右行KM1
Q0.3

2、利用状态方程的方法，说明最小拍控制是时间最优控制

五、综合题（20分）
现有四台电动机M1、M2、M3、M4，要求四台电动机顺序起动和顺序停车。起、停的顺序均为M1→M2→M3→M4。要求顺序起动时的时间间隔为1min，顺序停车时的时间间隔为30s。试给出输入、输出分配表，并画出I/O接线图和四台电动机顺序起、停控制的顺序功能图。
解：
输入输出分配表
输入信号
停止按钮SB1
I0.0
起动按钮SB2
I0.1
输出信号
接触器KM1
Q0.0
接触器KM2
Q0.1
接触器KM3
Q0.2
接触器KM4
Q0.3

I/O接线图

四台电动机顺序起、停控制的顺序功能图