集散型控制系统介绍.docx

本答案仅供参考。
第1章 绪论

1.1 什么是过程计算机控制系统？它由哪几部分组成？通过具体示例说明。
答：它是指由被控对象、测量变送装置、计算机和执行装置构成，以实现生产过程闭环控制的系统，它综合了计算机过程控制和生产工艺过程。例如温度控制系统。
1.2 计算机控制工业生产过程有哪些种类型？
答：计算机控制工业生产过程一般有五种类型：
操作指导控制系统；直接数字控制系统；监督控制系统；集散控制系统；现场总线控制系统。
1.3 计算机控制系统的硬件一般有哪几大主要组成部分？各部分是怎样互相联系的？其中过程通道有几种基本类型？它们在系统中起什么作用？
答：计算机控制系统的硬件一般包括：主机、外部设备、过程输入输出设备。两个过程通道，一个是输入通道，另一个为输出过程通道。
输入过程通道包括：A/D通道----把模拟信号转换成数字信号后再输入；
DI通道-----直接输入开关量信号或数字量信号。
输出过程通道包括：D/A通道----把数字信号转换成模拟信号后再输出；
DO通道-----直接输出开关量信号或数字量信号。
1.4 直接数字控制系统的硬件由哪几部分组成？
答：直接数字控制系统的硬件主要有计算机（主机）、过程输入输出通道、操作台和计算机辅助设备组成。如下图所示。

1.5 数字控制算法有几种形式？各有什么特点？
答：数字控制算法有位置式、增量式、速度式三种形式。位置式根据偏差计算阀门的位置，增量式根据偏差计算阀门的变化；速度式根据偏差变化程度计算阀门的变化。
1.6 试推导计算机控制系统控制算法的位置式、增量式和速度式。
答：模拟控制算法为

其中，----比例增益
----积分时间常数
在采样周期相当短暂时，用矩形法近似代替积分项，其中为采样周期，为采样序号。
位置式算法为：

增量式算法为：

速度式算法为：

其中， -----偏差（它是初始阀门位置）
---第次输出的偏差校正值
---第次采样值的偏差校正值
1.7 试推导计算机控制系统控制算法的位置式、增量式和速度式。
答：模拟控制算法为

其中，----比例增益
----微分时间常数
在采样周期相当短暂时，用后向差分法近似代替微分项，其中为采样周期，为采样序号。
位置式算法为：

增量式算法为：

速度式算法为：

其中， -----偏差（它是初始阀门位置）
---第次输出的偏差校正值
---第次采样值的偏差校正值
1.8 集散型控制系统产生的原因是什么？为什么集散型控制系统能得到广泛应用？
答：随着生产规模的扩大，生产过程的复杂程度的提高，使像DDC这样集中控制系统无法满足诸如控制回路增多、实现集中显示和操作、实现多变量相关联对象的控制要求，导致集散控制系统的产生。DCS吸取了操作指导控制系统和直接数字控制系统的优点，实现功能分散化，危险分散化，而管理和显示集中，灵活的应用使DCS得到广泛应哟功能和发展。
1.9 与直接数字控制系统相比较，集散型控制系统的优点是什么？
答：与直接数字控制系统相比，集散控制系统具有控制功能分散、危险分散，而参数显示和操作高度集中的优点。
1.10 集散型控制系统的发展方向是什么？
答：集散控制系统的发展方向表现在两个方向上：一个方向是向上发展，即向CIMS计算机集成制造系统、CIPS计算机集成过程系统方向发展；另一个方向是向下发展，即向FCS现场总线控制系统方向发展。
1.11 写出下列缩略词的中、英文名称。
SCC DDC DCS CIMS FCS
答：SCC：Supervisory Computer Control 计算机监督控制
DDC：Direct Digital Control 直接数字控制
DCS：Distributed Control System 集散控制系统
CIMS：Computer Integrated Manufactured System
计算机集成制造系统
FCS：Fieldbus Control System 现场总线控制系统
CIPS：Computer Integrated Process System 计算机集成过程系统

第2章 集散型控制系统（DCS）的导论

2.1 什么是集散型控制系统？它的主要特点是什么？
答：集散控制系统又称为分布式控制系统，是计算机技术(computer)、通信技术(communication)、图形显示技术(CRT)、控制技术(control)（简称4C技术）的发展产物，它是一个通过通信网络将现场控制站、操作员站、工程师站联系起来，共同完成分级控制、集中管理的综合控制系统。
它的主要特点是：①可靠性高 ②灵活的扩展性 ③完善的自主控制性 ④完善的通信网络。
2.2 集散型控制系统的设计思想是什么？
答：集散控制系统的设计思想是：危险分散、控制功能分散，而操作和管理集中。
2.3 集散型控制系统一般由哪几部分组成？各自主要功能是什么？
答：集散控制系统一般由过程控制单元、数据采集器、CRT显示操作站、管理计算机以及高速数据通路五部分组成。
过程控制单元：实现对DCS的一个或多个回路的较复杂闭环控制。
数据采集器：针对生产过程中非控制变量而言，实现数据采集、预处理以及实时数据的进一步加工，供CRT操作站显示和打印，实现开环监视。
CRT显示操作站：它是DCS与外界联系的人机接口，具有显示控制过程中各种信息、监视操作、输出报表，还对DCS的PCU和PIU进行组态，实现系统的操作和管理。
高速数据通路：它将过程控制单元、操作站、管理计算机等设备连接成一个完整的DCS，以一定速率在各单元之间完成数据、指令及其它信息的传输，一般设置成冗余结构。
管理计算机：综合监视DCS的单元，管理DCS的所有信息，具有进行大型复杂运算的能力以及多输入、多输出控制功能，以实现系统的最优控制和全厂的优化管理。
2.4 什么是计算机网络？集散型控制系统的通信网络常采用什么类型的网络形式？
答：凡是将地理位置不同而且具有独立功能的各个计算机系统通过通信设备和线路将它们连接起来，由功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式、控制程序和网络操作系统）实现网络资源（硬件、软件、信息）共享。集散控制系统常用总线网和环形总线网络。
2.5 什么是通信网络协议？常用的通信网络协议有哪几种？
答：由网络全体“成员”共同遵守的一套“约定”，以实现彼此通信和共享资源，这就是网络协议。常见的网络协议有：
开放系统互连参考模型OSI；IEEE802标准局域网标准；MAP制造业自动化通信协议；PROWAY过程数据高速公路。
2.6 试分别画出数字量：（1）65H和（2）BAH的不归零、归零及差分曼彻斯特编码的信号波形图。
答：65H转换为二进制是：01100101B

BAH转换为二进制是：10111010B

2.7 已知数据传输中发送端的码元序列为01101101B，试求接收端码元序列分别为01101100B和01100011B时的差错码元序列。
答：当接收端的码元序列为01101100B时的差错码元序列为

当接收端的码元序列为01100011B时的差错码元序列为

2.8 已知信息码=1011，要生成循环码（8，4），设采用的循环码生成多项式为：，求生成的循环码。
答：由题意，信息码为=1011，对应的多项式为

为了获得循环冗余码，将两边乘以，得

利用余式定理，再除以生成多项式，得余式为

于是，循环冗余码所对应的多项式为

对应二进制循环冗余码为 10111011
2.9 已知数据传送的信噪比为10，频带宽度为3kHz，试求
（1）无噪声信道上理论极限传输能力；
（2）噪声信道上理论极限传输能力；
（3）双绞线噪声信道实际传输能力。
答：由题意，信噪比为，频带宽度为。
无噪声信道上理论极限传输能力为

bit/s
噪声信道上理论极限传输能力为

bit/s
双绞线噪声信道实际传输能力为
9600 bit/s
2.10 OSI参考模型分为几层？各层的主要作用是什么？
答：OSI参考模型分为七层，各层的主要作用如下表所示。
层次
定义
1．物理层
它是通信网上各设备之间的物理接口，直接把数据位信息从一台设备传送到另一台设备。
2．数据链路层
它负责将传送的数据按帧结构格式化，组织成帧，实现差错控制和介质访问控制，实现对物理层的管理。
3．网络层
它的主要功能是信息包的路径选择和链路的协调管理，防止链路的死锁和堵塞。
4．传输层
它为会话层提供可靠而透明的端对端传送服务，使信息传送无差错。
5．会话层
提供用户进程之间的一次会话，其目的在于通过进程之间连接的建立和调节，使得连接双方的交互活动变得简易。
6．表示层
它的功能是实现用户与服务之间的翻译与转换。
7．应用层
它为用户进程通信执行面向应用的任务，包括必要的监督和管理。
2.11 IEEE802标准包括哪些内容？
答：IEEE802标准的内容包括：
IEEE802.1：系统结构和网络互连；
IEEE802.2：逻辑链路控制；
IEEE802.3：CSMA/CD总线访问方法和物理层技术规范；
IEEE802.4：Token Passing Bus访问方法和物理层技术规范；
IEEE802.5：Token Passing Ring访问方法和物理层技术规范；
IEEE802.6：城市网络访问方法和物理层技术规范；
IEEE802.7：宽带网络标准；
IEEE802.8：光纤网络标准；
IEEE802.9：集成声音数据网络。
2.12 说明IEEE802.3，IEEE802.4 ，IEEE802.5通信协议主要解决网络通信哪一层的问题？各有什么特点？
答：IEEE802.3、IEEE802.4、IEEE802.5通信协议主要解决网络通信中的数据链路层的问题。它们的特点为
IEEE802.3：用于CSMA/CD总线访问方法和物理层技术规范；
IEEE802.4：用于Token Passing Bus访问方法和物理层技术规范；
IEEE802.5：用于Token Passing Ring访问方法和物理层技术规范；
2.13 在DCS中，对通信网络访问的存取控制技术主要有哪几种？
答：在DCS中，常用的存取访问控制技术有：轮询(Poll)、令牌传送(Token Passing)、带有碰撞检测的载波监听多重访问(CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)。
2.14 提高集散型控制系统的可靠性的途径有哪些？在软件、硬件方面各有什么措施？
答：DCS充分利用计算机技术、通信技术、显示技术、人机交换技术、硬件制造技术和其它电子技术上的一系列最新技术成果，为了提高DCS的可靠性，在系统的结构、CRT操作站的设置、通信系统的配置、系统的自诊断与在线维护功能、电源系统设计以及其它许多环节上均采取一系列措施。DCS在软件、硬件方面采取如下措施以提高可靠性：
1．DCS的硬件采用宇航工艺，可靠性和性能价格比得到提高；
2．所有I/O卡具有良好的浪涌电压吸收器及采取滤波、屏蔽等措施，能承受雷雨天气的强烈电磁干扰；
3．对DCS的管理计算机采取一系列安全保密措施，如设置各种权限，提高对数据库和文件等资源的保护；
4．对操作员键盘和工程师键盘加以区别，采用键锁手段，防止人为造成的系统故障。
2.15 集散型控制系统中，通常对关键性部件、系统要采用哪些冗余结构？
答：通常对DCS的关键性环节均采用冗余化结构。即多重化构成的自动备用方式，具体形式为同步运转方式；待机运转方式； 后退运转方式。
2.16 串级控制技术的基本思想是什么？它有哪些优点？
答：串级控制是在单回路单参数控制系统的基础上发展起来的一种控制技术。由于一般的单回路PID控制很难满足被控对象在各种干扰因素同时作用下，实现高精度的控制要求。为此，引进了新的控制技术，即在原控制系统的控制回路中，增加一个或多个控制内回路，而且是相互串接，一个控制回路的输出是另一个控制回路的设定值，以达到控制可能引起被控对象发生变化的各种干扰因素，提高控制系统的性能指标，这就是串级控制技术的基本思想。
串级控制系统中，副回路给系统带来许多优点：由于副回路的作用，串级控制比单回路控制更具有抑制各种干扰的能力，因此设计时应把主要的干扰包含在副回路中；采用串级控制可以克服被控对象的纯滞后影响，改善系统的控制性能；若系统中含有非线性被控对象，把非线性被控对象包含在副回路中，能够适应操作条件和负荷的变化，自动改变副回路控制器的给定值，因而控制系统仍具有良好的自适应能力。
2.17 前馈控制的基本思想是什么？前馈和反馈相结合有什么好处？
答：前馈控制实质上是一种按扰动进行调节的开环控制系统。当扰动产生后，被控变量还未显示出变化前，根据扰动作用大小进行调节，以补偿扰动作用对被控变量的影响。这种前馈作用运用恰当，可以使被控变量不会因扰动作用而产生偏差，比反馈控制要及时，并且不受系统滞后的影响。
对于精确的控制对象和扰动数学模型，如果补偿得当，对于某一特定扰动，前馈控制系统的品质十分理想，明显优于反馈控制系统。但是，要实现完全补偿并非易事，因为工业过程的数学模型是时变的、非线性的；同时，扰动也是不可完全预见的，前馈控制只能在一定程度上补偿扰动对被控制变量的影响。因此，为了保证有更大的适应性，在工业过程中经常把前馈控制与反馈控制结合起来，构成前馈-反馈控制系统。前馈控制克服主要扰动的影响，反馈控制克服其余扰动及前馈补偿不完全部分。这样，系统即使在大而频繁的扰动下，依然可以获得良好的控制品质。
2.18 试述Smith预估补偿控制系统的设计思想及其实现。
答：Smith预估补偿控制系统的设计思想：在控制系统设计时，为了提高系统的控制质量，应尽量减少处于闭合回路中的时滞，克服大时间滞后对控制系统的影响。
它的实现过程为：未加入Smith预估器时，系统闭环传递函数的分母中含有时滞，它降低了系统的稳定性。如果足够大，则系统将不稳定，这就是时滞过程难以控制的原因。
为了改善系统的控制品质，引入Smith预估器，使原闭环特征方程中不含时滞， 则要求Smith预估器的传递函数为

经过Smith预估器的补偿作用后，系统的特征方程中不含项，消除了时滞项对控制系统的影响，仅将控制作用在时间坐标上推移了一个时间，此时系统的过渡过程及控制品质与无时滞的完全一致。
2.19 常用的顺序控制系统编程方法有哪几种？其功能是什么？
答：常用的顺序控制系统编程方法很多。如梯形逻辑图、功能模块、助记符及编程语言等。梯形逻辑图法是采用梯形逻辑图来描述顺序控制系统的逻辑顺序关系；功能模块法把逻辑运算作为功能模块处理，按功能块组态的方法连接起来完成编程；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通用的高级语言来编程。

第3章 国产集散型控制系统—HS2000

3.1 HS2000系统的基本特点是什么？
答：可靠性高、方便、直观的操作，维护方便，系统开放。
3.2 HS2000系统的结构组成有何特点？
答：HS2000系统由三层网络组成，即管理协调网络、系统网络、控制网络，可根据不同的系统规模、灵活配置成HS2000系统的大型、中型和小型系统。
3.3 何谓DCS的“三站一线”结构？
答：DCS的三站指：工程师站、操作员站、现场控制站；一线指：网络。DCS就是通过网络将工程师站、操作员站、现场控制站联系起来，实现控制功能分散、危险分散，参数显示和管理集中等复杂控制。
3.4 HS2000系统的I/O组件分为几种？它们有何区别？
答：HS2000系统的I/O组件分为两种，一种为主控组件；另一种为辅助组件，二者唯一区别：主控组件内包括主控制器CPU模板，而辅助组件内只包括I/O功能模板，不包括主控制器CPU模板。
3.5 已知某HS2000系统的I/O现场控制站的AI信号如下；
（1）控制回路：4~20mA，12路，供电型
（2）检测回路：4~20mA，28路，供电型
（3）热电阻回路：16路，隔离型
试选择所需I/O功能模板的数量和型号，并配套选择I/O调理模板及其端子模板。
答：由教材第3章表3-1可知。
类型
数据点参数
功能模板类型及数量
调理模板类型及数量
端子模板类型及数量
冗余
AI1
控制回路，供电型4~20mA， 12路
2F40×1
2T42×1
2T30×1
否
AI2
检测回路，供电型4~20mA， 28路
2F40×2
2T42×2
2T30×2
否
AI3
热电阻回路，隔离型， 16路
2F40×1
2T41×2
2T30×1
否

3.6 已知某HS2000系统的I/O现场控制站的AO信号为：4~20mA，18路。试选择所需I/O功能模板、调理模板及其端子模板。
答：
类型
数据点参数
功能模板类型
调理模板类型
端子模板类型
冗余
AO
4~20mA， 12路
2F41
2T46
2T30
否

3.7 已知前题I/O现场控制站的开关量信号如下：
（1）DI：干结点输入，38点
（2）DO：电平输出，32点
试分别选择所需I/O功能模板、调理模板及其端子模板。
答：
类型
数据点参数
功能模板类型及数量
调理模板类型及数量
端子模板类型及数量
冗余
DI
干结点，12路
2F60×2
2T60×2
2T30×3
否
DO
电平输出， 28路
2F60×1
2T61×1
2T30×2
否
3.8 某一中型HS2000系统的DCS硬件配置如下图所示。

已知各I/O现场控制站的信号如下表所示
站
号
信
号

11#
12#
13#
14#
AI
控制
4~20mA 12路*
4~20mA 18路*
-----
4~20mA 16路*
AI
检测
4~20mA 28路
-----
4~20mA 56路
1~5V 32路
AI
热电阻
16路
64路
16
-----
AO
热电偶
-----
20路
8
-----
AO
控制
4~20mA 12路*
4~20mA 18路*
4~20mA 8路
4~20mA 16路*
AO
检测
-----
4~20mA 16路
-----
1~5V 32路
DI
干结点48点
-----
干结点32点
干结点16点
DO
晶体管输出32点
-----
-----
-----
注：表中含有“*”标志的各项均为冗余结构。
试选择__________站所需I/O功能模板、调理模板及其端子模板。
答：依据题意，选择14#现场控制站进行配置。
1、选择I/O功能模板型号及数量
类型
数据点参数
功能模板型号及数量
调理模板型号及数量
端子模板型号及数量
冗余
AI1
控制回路
4~20mA 16路*
2F40×1×2
2T42×1×2
2T30×1
是
AI2
检测回路
1~5V 32路
2F40×2
2T42×2
2T30×2
否
AO1
控制回路
4~20mA 16路*
2F41×1×2
2T46×1×2
2T30×1
是
AO2
检测回路
1~5V 32路
2F41×2
2T46×2
2T30×2
否
DI
干结点16点
2F60×1
2T60×1
2T30×1
否

2、现场控制站机柜设备配置
HS2000系统规定：
站名： 工程师站、操作员站、现场控制站。
站号： 01#~09#为工程师站1个、操作员站1~8个。
10#~31#为现场控制站。*为冗余标志。

站名：现场控制站 站名：11# 冗余标志：*
机架
槽号
功能模板型号
调理模板型号
端子模板型号
备注
现场电源
0
2F71*

现场电源冗余
1
2F71*

2

3

0#
机架
0
2F70*

系统电源冗余
1
2F80*

主控制器CPU模板冗余
2
2F80*

3
2F40*
2T42*
2T30
控制回路4~20mA 16路*
4
2F40*
2T42*

5
2F40
2T42
2T30
检测回路 1~5V 32路
6
2F40
2T42
2T30

7

1#
机架
0
2F70*

系统电源冗余
1
2F41*
2T46*
2T30
控制回路4~20mA 16路*
2
2F41*
2T46*

3
2F41
2T46
2T30
检测回路 1~5V 32路
4
2F41
2T46
2T30

5
2F60
2T60
2T30
干结点16点
6

7

3、I/O现场控制站模板表
型号
规格说明
数量
单位
2F70
系统电源 5V DC
2
块
2F71
现场电源 24V DC 12A
2
台
2F80
主控制器CPU模板
2
块
2F40
多点模拟量输入模板
4
块
2F41
多点模拟量输出模板
4
块
2F60
多点开关量输入/输出模板
1
块
2T42
多点模拟量输入调理模板
4
块
2T46
多点模拟量输出调理模板
4
块
2T60
触点型开关量输入转换模板
1
块
2T30
通用外接量端子模板
7
块

第4章 大型集散型控制系统—TDC3000

4.1 TDC3000系统结构怎样？特点是什么？
答：TDC3000系统从结构上看主要由三种通信网络组成，它们是局域控制网络LCN、通用控制网络UCN、高速数据公路HW，其特点是每种网络上都挂有不同功能的模件，实现控制系统的分散控制、集中管理。
4.2 TDC3000系统有哪些冗余措施？
答：TDC3000系统在结构上采用多级冗余措施，TDC3000的大多数关键性单元都采用带有自动切换的全冗余，局域控制网络LCN、通用控制网络UCN、高速数据公路HW始终冗余；
TDC3000在结构上还提供了历史模件中的冗余盘和应用模件冗余来提高可靠性；
操作员控制台至少由三个通用工作站组成，对一操作员控制台，其冗余度由其它任何通用控制站来保证；
对于过程控制级，其冗余是由过程管理机中的过程管理模件来实现，标准做法是采用三重冗余。
4.3 CL程序与标准算法的关系怎样？图4.4中有几处用CL程序，解决什么问题？
答：TDC3000系统所提供的标准算法，几乎涉及所有控制情况，但对一些用户提出的控制方案，则由TDC3000系统提供的一套高级控制语言（CL）来完成，它是适合于过程的语言，用来实现特殊的控制策略。图4。4中的几处CL程序，解决两股燃料热量的波动和稳定烟道气的氧含量。
4.4 举例说明TDC3000标准算法。
答：TDC3000提供了许多标准算法，诸如算术运算、PID、比率、超前/滞后、选择器等。这里以算术运算为例，介绍标准算法和相应的图标。TDC3000的图标类型分为：检测类、控制类、算术类、程序类等。
检测类的图标为：
控制类的图标为：
算术类的图标为：
程序类的图标为：
算术算法分为：加法、乘法、除法，它们的表达式和图标分别为
加法：
其中为刻度系数，工程单位。
乘法：
其中为刻度系数，工程单位。
除法：
其中为刻度系数，工程单位。
4.5 TDC3000的LCN系统由哪几部分构成？简述各部分的作用。
答：TDC3000的LCN系统包括：局域控制网络UCN、高速通道接口HG、通用操作站US、应用模块AM、历史模块HM、计算机接口CG、LCN扩展器接口NIM、通用工作站UWS、工厂信息网络接口PINM、可编程控制器接口PLCG。
LCN网是TDC3000的主干网，是短程高速通信链，采用冗余结构，令牌存取通信控制方式，符合IEEE802。4，传输速率为5Mbit/s，总线拓扑结构，传输距离不大于300m。其功能就是联接一系列内部模件。
通用操作站是TDC3000的主要人机接口。由操作员、工程师或维护人员用来完成不同的任务，例如生成全系统的管理调度图表画面，生成历史画面和趋势画面等等。
通用工作站是TDC3000的又一个人机接口，具有US的全部功能。它主要是为工厂办公室管理设计的，用做模块标准控制台或专门用户控制台，对生产过程进行集中监视、操作和管理，具有“触摸屏幕”和“开窗口”功能。
应用模块是用控制语言（CL：Control Language）来完成UCN和HW网络上所连接的模件不能完成的高级控制功能、复杂及多变量运算功能，提高过程控制及管理水平。
历史模块是TDC3000的存储单元，可以用来存储过程报警、操作员状态改变、操作员信息、系统状态改变、系统维护及提示信息、连续过程历史数据等。
NIM网络接口模块提供了UCN与LCN网络的通讯指标及协议间相互转换，它使LCN网上模块能访问UCN设备的数据，并将LCN上的程序与数据库装载到APM等UCN设备上；也可将NIM设备的报警及信息传递到LCN网络。
HG高速通道接口是HW网与LCN网之间进行数据传输和格式变换的双向接口，主要作用是信息交换、匹配、诊断、报警和时间同步。
CG计算机接口提供了诸如DEC、IBM、HP等上位机与LCN网络相连接的接口。
PLCG可编程控制器接口是LCN网络与PLC可编程控制器进行通信的接口模件。
PINM工厂信息网络接口：是LCN与PIN（全厂信息网络：Plant Information Network Module）网络进行通信的接口模件。
4.6 TDC3000的UCN系统由哪几部分构成？简述各部分的作用。
答：TDC3000的UCN系统包括：通用控制网络UCN、逻辑控制站LM、过程管理机PM、先进过程管理机APM。
通用控制网络是以MAP为基础的双冗余实时控制网络，采用令牌总线通讯方式，传输速率为5Mbit/s，支持32个冗余设备，应用层采用RS511标准。UCN网是作为直接与过程相连接的数据采集和控制设备的通信通道。
逻辑控制站LM是用于逻辑控制的现场控制站。它具有PLC控制的特点，同时LM在UCN网络上可方便地与系统中各模件进行通信，使DCS与PLC更有机地结合，并能使其数据集中显示、操作和管理。
过程管理站PM集多功能控制器和过程接口单元两者功能于一体，并在速度、容量和功能方面有更大改进和提高。
先进过程管理站APM是过程管理站（PM）的发展，它为用户提供一个可靠的输入/输出及控制技术，除了具有PM的相同功能外，APM还可以提供更密集的连续控制和离散控制以及某一装置的子系统信息。
4.7 一冷却系统如图P4-7所示，已知液位传感器LI01在高限时触点“ON”，LI02在低限时“ON”，温度传感器TI在降到规定温度时触点“ON”，，写出下列顺序控制的CL语言程序。
步骤：
1．进液操作：进液达到液面上限为止；
2．冷却：冷却到TI下限温度为止；
3．出液操作；出液到工作液面液面下降到下限液位为止。

图P4-7 某冷却系统
答：冷却系统的顺序控制CL语言程序为：
OPEN V001
WAIT LI01=“ON”
CLOSE V001
OPEN V002
WAIT LI02=“ON”
CLOSE V002
OPEN V003
WAIT TI02=“0N”
CLOSE V003
END
4.8 已知夹套容器的串级控制策略如图P4-8所示。容器的加热是通过下列顺序控制实现的。请写出对应的CL语言程序。
步骤：
1．设定TIC101方式=MAN；
2．设定TIC101的输出=100%；
3．等待温度测量值TIC100=200℉；
4．设定TIC101方式=AUTO；
5．设定TIC101的给定值=300℉；
6．等待30分钟；
7．设定TIC101方式=CASC；

图P4-8 夹套容器的串级控制
答：夹套容器顺序控制的CL语言程序为：
SET TIC101。MODE=MAN
SET TIC101。OP=100%
WAIT TIC100。PV=200℉
SET TIC101。MODE=AUTO
SET TIC101。SP=300℉
WAIT 30min
SET TIC101。MODE=CASC
END

第5章 集散型控制系统的设计与应用

5.1 集散型控制系统的设计有哪些方法？
答：目前，DCS设计一般采用三种方法：第一种：以制造厂为主导，根据设计单位的详细设计，由制造厂完成应用软件的设计、组态、生成和调试；第二种：制造厂、用户及设计单位三方合作完成DCS的设计、组态、生成和调试；第三种：制造厂仅仅提供硬件和技术指导，软件组态、生成和调试由设计单位完成。
5.2 集散型控制系统的设计包括哪些阶段？
答：集散控制系统的设计包括以下几个阶段：
总体设计：是DCS设计的初期阶段。
初步设计：介于总体设计与详细设计之间的设计，其基本任务是在总体设计的基础上，为DCS的每一个子系统提出控制方案。
详细设计：是初步设计在DCS上的具体实现。
5.3 评价集散型控制系统的准则是什么？
答：DCS运行不受故障影响；DCS不易发生故障；能够迅速排除故障；DCS的性能价格比较高。
5.4 在集散型控制系统选型时，主要需要考虑哪些性能指标？
答：DCS选型时，需要考虑的性能指标有：
可靠性：即系统能否长期稳定运行；
实用性：控制系统的各方面技术指标能否全面满足生产控制的要求；
系统软件：包括组态软件及监控软件是否齐全、完善、可靠和方便，用户是否自己完成组态、现场调试及运行后是否便于维护；
价格：系统价格是否合理、用户是否可以接受；
可操作性：控制系统的人机界面是否便于操作人员的操作，画面是否直观，系统是否是中文报表等；
维修性：故障诊断功能是否完善，故障指示是否明确，硬件维修是否方便，用户是否自行完成维修，模板是否可带电拔插而不影响系统正常运行；
备品备件供应是否充足、价格是否合理；是否能及时得到厂家技术人员的帮助；培训的力度如何、方便程度如何、费用高低、能否实际上机操作等。
5.5 集散型控制系统的调试一般包括哪些内容？
答：DCS的调试分一般分成三个部分内容：工厂调试、用户现场离线调试和在线调试。

第6章 现场总线技术与应用

6.1 什么是现场总线？
答：根据国际电工委员会IEC（International Electrotechnical Commision）标准和现场基金会FF(Fieldbus Foundation)的定义，现场总线的概念一般为：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串行、多节点的底层通信总线。
6.2 现场总线的本质含义表现在哪些方面？
答： 1．现场通信网络； 2．现场设备互联； 3．互操作性； 4．分散功能块； 5．通信线供电； 6．开放式互联网络。
6.3 现场总线有哪些优点？
答：1．全数字化； 2．全分布； 3．双向传输； 4．自诊断； 5．节省布线及控制室空间； 6．多功能仪表； 7．开放性； 8．互操作性； 9．智能化与自治性
6.4 现场总线有哪几种典型类型？它们各有什么特点？
答：常用的现场总线有5种类型，它们的特点如下表所示。
特性
现场总线类型
FF
Profibus
HART
CAN
LonWorks
开发公司
Fisher-Rosemount
Siemens
Rosemount
Bocsh
Echelon
应用范围
仪表
PLC
智能变送器
汽车
楼宇自动化、工业自动化
OSI网络层次
1、2、7
1、2、7
1、2、7
1、2、7
1-7
通讯介质
双绞线、光缆、同轴电缆
双绞线、光缆
电源信号线
双绞线
双绞线、光缆、同轴电缆、无线和电力线
介质访问方式
令牌、主从
令牌、主从
令牌、查询
位仲裁的CSMA
可预测P坚持CSMA（PP CSMA CRC）
CSMA/CA
纠错方式
CRC
CRC
CRC
CRC
CRC
最大传输速率
2.5Mbps
12 Mbps
12 Mbps
1 Mbps
1.25 Mbps
最大节点数
32（H1）
124（H2）
128
15
110
32000
优先级
有
有
有
有
有
安全性
是
是
是
是
是
开发工具
有
有

有
有

6.5 现场总线系统（FCS）与传统的集散型控制系统（DCS）相比较，有哪些特点？
答：1． 数字式通信方式取代设备级的模拟量（如4~20mA，0~5V等信号）和开关量信号。
2． 在车间级与设备级通信的数字化网络。
3． 现场总线是工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命。
4． 现场总线使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。
5． 在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的