集散控制系统复习题--哈尔滨理工大学.docx

集散控制系统是以集散处理器为基础的集中分散型控制系统，集散控制系统的主要特点是：集中管理和分散控制。
TPS和PKS是Honeywell公司的产品，DeltaV是Emerson公司的产品，I/AS是Invensys公司的产品。国产集散控制系统的产品：浙大中控supcon,新华xdpf,国电智深的edpf。
集散控制系统的基本组成结构：分散过程控制装置，操作管理装置和通信系统。
分级阶梯控制系统结构分为：多层结构，多级结构，多重结构。
开放系统的标志：可移植性，可操作性，可适宜性和可用性。
集散控制系统的分散控制结构表现为：组织人事的分散，地域的分散，功能的分散，负荷的分散。
数字数据用模拟信号传输时，常用的调制方式是调幅键控，调频键控，调相键控。
集散控制系统常用的控制算法中针对具有多个相互关联，相互影响的多输入多输出控制回路的控制系统，应采用解耦控制算法。如果控制模型可由脉冲和阶跃响应获得，可采用预测控制算法。针对扰动可测可控的场合应选用时滞补偿控制算法。针对扰动不可测场合应采用推断控制算法。
常用的冗余方式有：同步运转方式，待机运转方式，后退运转方式和多级操作方式。
现场总线是在过程自动化和制造自动化中，实现智能化现场设备与高层设备之间互连的，全数字、串行、双向传输的、多分支结构的通信系统。
现场总线可分为：执行器传感器现场总线，设备现场总线，全服务现场总线。
现场总线的特点：开放性，智能化，互操作性，环境适应性，分散控制。
现场总线的特点：可靠性高，稳定性好，抗干扰能力强，通讯速率快，系统安全，造价低廉，维护成本低。优点：用户对产品的选择权增至最大；消除4~20mA模拟仪表通信的瓶颈现象；降低现场安装费用和减少相应的设备；为用户提供更多的功能；增强了系统的自治性；提高了系统的检测精度和鲁棒性；系统组态简单。
采用现场总线控制系统的主要因素：节省硬件数量和投资；节省安装费用和维护费用；多变量检测和传输；缩短安装时间和投运时间；消除模拟仪表通信的瓶颈现象；增大用户对产品的选择性；提高仪表检测精度和鲁棒性，提高产品质量；管理信息增强；增强数据传输能力；提高安全性。
现场总线控制和传统集散控制系统的比较：相同的是分散控制和集中管理，综合自动化的组成部分；主要差异是数字传输技术，通信传输的差别。
DCS特点：分散性和集中性；网络性和开放性；自治性和协调性；灵活性和扩展性；先进性和集成性；可靠性和适应性；友好性和新颖性。
集散控制系统的性能评估指标有：可靠性，易操作性，可组态性，可扩展性，实时性，环境适应性，开放性和经济性。
集散控制系统的可靠性指标有：可靠度， MTBF，MTTF，故障率。
可维修性的三要素：机器、零件或系统是否被设计得很容易维修；进行维修的技术人员的维修和判断技能；维修所需的备品备件供应情况。衡量可维修性的指标有：维修度，平均修复时间。
集散系统可靠性设计三准则是：系统运行不易发生故障的设计，系统运行不受故障影响的设计，能迅速排除故障的设计。
易操作性包括：操作透明度，易操作性，容错技术，安全性。; 操作环境，操作功能，容错技术，安全性。
集散系统的操作功能包括：显示功能，过程监视功能，操作功能。
集散控制系统组态包括：系统组态，控制组态，画面组态。
集散控制系统的画面组态主要是：完成操作站的各种画面，画面间连接。
集散控制系统的显示画面大致可分为区域显示，单元显示，组显示和细目显示四层。
集散控制系统的数字控制算法有位置算法，增量算法和速度算法，增量算法应用最广泛。
与模拟控制算法比较，数字控制算法进行了改进，对积分算法的改进有积分分离、削弱积分、微分先行、不完全微分、输入滤波。其他改进有非线性PID，二维PID。
顺序逻辑控制系统分为：时间顺序，逻辑顺序，条件顺序控制系统。
IEC61131-3编程语言标准定义了：指令表，结构文本，梯形图，功能模块，顺序功能图编程语言。
电源的冗余设计包括对系统供电电源的冗余，电源模块的冗余，分散控制过程装置供电的冗余和对输入输出模块供电的冗余等。
DCS采用冗余技术的唯一目的是提高系统可靠性。
常用的集散控制系统评估方法有偏离表法，矩阵表法。适用条件是筛除价格高，偏离技术要求大的厂商和符合要求的产品中，取性价比高的。
集散控制系统的组态包括系统组态，控制组态，画面组态和操作组态等。
集散控制系统组态包括硬件组态和软件组态。
集散控制系统的控制组态使用集散控制系统制造商提供的内部仪表，通过软连接的方法连接起来，实现所需的控制方案或控制策略。
集散控制系统的画面组态主要是操作站，工程师站，管理站和简易型操作终端等设备的画面组态。
动画画面组态是设置动态数据点确定动态数据点的显示位置，显示的位数和小数点的位数，显示数据的工程单位，动态点的描述和刷新方式等，画面合成是将静态画面和动态画面合成。
常用的概貌显示画面方式有工程号一览表显示方式，棒图显示方式，趋势显示画面分为实时和历史显示趋势。
局域网的主要特点：通信媒体质量较高，可以支持几百台互相独立的设备，网络拓扑结构比较规则，通信协议比较简单和价格比较合理等。
按数据传输速率分类，局部网络可分为高速局部网络、局域网络和计算机交换分机。
数据通讯系统由信号，数据终端设备，数据电路终端设备，传输介质，或媒体和通信协议等。
有数字-数字，模拟-数字，数字-模拟，模拟-模拟四种编码方式。
通信链路传输二进制数据分并行传输和串行传输，串行传输又分为异步和同步两类。
常用通信传输媒体：有线：双绞线，同轴电缆和光缆等；无线：微波，红外和激光。
常用通信交换技术有电路交换，报文交换，分组交换和快速分组交换等。
数据链路层通信协议采用的四种差错控制方法是超时重发，拒绝接受，选择拒绝和探询。
集散控制通信网络特点①实时性好，动态响应快②可靠性高③适应恶劣的工业现场环境④开放系统互连和互操作性。
国际标准化组织规定的七层通信模型分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
现场总线标准常用的有FF H1， FF HSE, Profibus, ProfiNet, Hart ,controlNet, DeviceNet等。
集散控制系统的操作包括生产过程操作，组态和编程操作，维护修理操作。
集散控制系统常用的控制算法中对扰动可测，不可控且变换频繁的场合应选取前馈控制算法，真对扰动可测可控的场合应选用 算法，针对扰动不可测的场合采用推断控制算法。
集散控制系统将向两个方向发展：向上发展成为CIMS计算机集成制造系统，CIPS计算机集成过程系统，向下发展成为PCS现场总线控制系统。
局域网标准IEEE802.3通信协议是带有冲突检测的载波帧监听多路存取控制协议。IEEE802.4通信协议是令牌总线媒体存取控制协议。IEEE802.5通信协议是令牌环形网络媒体存取控制协议。
集散控制系统是1975年首先由美国霍尼威尔推出的，由美国FOXBQRO在1978年推出的I/A S 系统标志着DCS进入了第三代。
影响现场总线实时性的主要因素：现场总线数据传输速率，主站应用程序的大小和复杂程度。主要解决措施包括：减少网络通信的吞吐量，保证一旦有通信要求就能立即实现通信；提高有效通信量；减少通信冲突的发生，保证通信的实时性；采用全双工通信模式和交换式以太网；采用塌缩的通信模型和通信协议；选用合适的现场总线仪表，减少通信量；采用发布方/预约接收方的通信结构；设置优先级；采用虚拟局域网和引入质量服务。
数据通信的三种制式包括单工通信，半双工通信和全双工通信。
提高集散系统可靠性的措施有：采用全数字通信技术；标准化功能模块与标准化的功能模块应用进程；系统测试技术的标准化；故障自诊断，状态传递，故障时输出设置；冗余和容错技术；智能诊断和管理技术；故障隔离技术。
保证互操作性的措施有：标准化，OPC技术，设备描述技术。
容错技术通过：多重确认，硬件保护，不予响应，分工管理，数据保护等措施实现。
集散系统用户识别包括：硬件的硬件密钥方法，软件的用户口令和通行字输入。
集散控制系统作为可编程的电子系统，在功能安全方面采取了：提高诊断覆盖率，控制由硬件和软件设计引起失效的技术措施，控制由环境原因或影响引起的失效，控制操作过程失效的技术措施，在安全要求规范中避免失误的技术措施；设计和开发过程中避免引入故障的技术措施；集成过程中避免故障的技术措施；操作和维护规程中避免故障的技术措施；安全确认过程中避免失效的技术措施；安全接地技术。
集散控制系统中的功能模块通常有：结构参数，设置参数，可调整参数。现场总线控制系统中的功能模块通常有：输入参数，输出参数，内含参数。
功能模块的灵活性是指：是否满足生产过程控制要求，是否可组成专用功能模块实现专用功能；功能模块组态的方便性；维护和调试的易操作性。
功能模块按功能分类：输出输入，控制算法类，运算类，信号发生器类，转换类，信号选择和状态类功能模块。
画面分页应为：生产过程的流程画面比较大，不能单一的画面显示，操作员需要分工对有关设备进行操作，监视和控制，不可能集中在一个画面进行操作和控制，显示屏幕的显示信息过多不利于数据识别，容易造成误读率的升高。
趋势画面包括：实时趋势和历史趋势。
集散控制性的可扩展性表现为：机柜或机架内有足够的空间增加输入输出卡件，应能方便的增加设备或删除设备，通信网络也可随生产的发展或联网的要求而扩展延伸，允许符合开放系统互联网络协议的其他厂商集散控制系统与其他通信。
媒体存取控制节点在向通信媒体存信息或从通信媒体取信息时的控制规则。
香农定理规定采用频率应不小于原系统最高频率的两倍。
常用的软件滤波有一阶低通滤波，一阶高通滤波，递推平均滤波，程序判别滤波。
控制系统非线性来自：检测变送环节，被控对象，执行器的非线性和采用非线性控制规律等，非线性补偿方法是串接非线性环节。
用计算机控制装置实现比值控制时，不计算仪表比值系数，不进行仪表系数的转换，也没有k大于1等问题。
Digitool是Free lance 2000 组态调试和文档管理的工具组态基于IEC61131-3标准。
编程语言标准定义的软件模型包括：配置，资源，任务，全局变量，存取路径变量和程序组织单元。
功能模型描述可编程控制器系统所具的功能：信号处理功能，传感器和执行器几口功能，通信功能，人机接口功能，编程、调试和测试功能及电源功能。
标准编程语言规定标准函数有：类型转换类，数值类，算数类，位串类，选择和比较类，字符串类。标准功能模块有：双稳元素，边沿检测，计数器和定时器功能模块。
IEC61-3可采用图形元素有：电源轨线，连接元素，触点，线圈，函数和功能模块等，基本图形元素有：函数和功能块。
顺序功能表图是用文字叙述和图形符号相结合的方法描述顺序控制控制矽统中过程，功能和特性的一种编程方法。它由步，转换和有向连线组成。
批量过程的过程模型分为：过程段，过程操作和过程动作等，物理模型分别是：企业，现场，区域，过程组元，单元，装置模块和控制模块。程序控制模型分为：程序，单元程序，操作和阶段等。
处方可分为：通用处方，现场处方，主处方和控制处方。
现场总线的模块分为三类：资源模块，转换器模块，功能模块。
现场总线设备的模块工作模式有：离线，初始化手动，本地超驰，手动，自动，串级，远程串级和远程输出。功能模块退出成为离线工作模式。
现场总线控制系统中串级结构是指主动功能模块提供一个输出作为从功能模块的串级输入，从功能模块在接收到主模块的输出后也提供一个输出告知主功能模块，从功能模块的输出成为反算输出。
所有可连接的功能模块参数有状态属性，分为好（串级），好（非串级），不确定和坏。状态包括：质量属性，子状态质量属性和限制条件等。
功能模块属性指功能模块运算时具有的功能。按信息类型，属性分为输入属性，输出属性，内含属性和方式属性。
功能模块参数的计算包括设定值计算，输入计算和反馈回路中的输出计算等。
功能图描述符号△、X、＞、≮ 和 I/P分别表示差，乘，大于，下限限幅和电信号转换为气信号。
过程检测和控制流程用文字符号中，TRC-210、FO-103、LIC-101、PT-104分别表示温度记录控制功能，流量计算器，液位指示控制器，压力变送器。
过程显示画面包括：概貌显示画面，过程显示画面，仪表面板显示画面，操作点显示画面，趋势显示画面，报警显示画面，区域报警一览表，单元报警一览表，信息显示一览表，工位号一览表等。
过程操作画面中颜色的配置宜采用冷色调，常采用的颜色匹配是黑色与黄色，白色与红色，白色与蓝色，白色与绿色等，红色表示最高级报警，绿色表示正常工作。
过程操作画面中的显示位置数据位置应尽量靠近被检测的部位，也可标有相应仪表位号的方框内或方框旁边。
动态数据显示方式有数据显示，文字显示和图形显示三种，图形显示方式可以是颜色的填充，颜色的改变，高亮度显示，闪烁或反相显示等。
进行过程画面组态时的注意事项包括标准化，协调性，操作灵活性，直观性等。
信号报警系统的设计原则有发生事故前能及时提供信号报警信息。避免事故的发生，发生事故时尽量减小事故对生产过程的影响，事故发生适应能提供第一事故原因的信息，以便及时消除事故发生的根源，事故发生后能提供事故的记录信息，便于事故的分析和采取相应改进措施。
联锁点设置的基本要求是工艺合理性和合适设置联锁点数量。
紧急停车系统设计原则包括：独立设置原则，结构冗余原则，故障安全原则，最少环节原则。
联锁系统中，输入检出原件和执行机构的设计原则是独立设置原则。
等电位连接的目的是减小信息设备之间和信息设备与金属部件之间的电位差。
雷电侵害控制网络的主要途径有：直击雷经过建筑物接闪器入地泄放雷电流，导致数万伏的地网地电位，通过设备接地线入侵控制网络设备形成地电位反击；雷电流沿建筑物避雷引下线入地时，在引下线周围产生强磁场，从而在引下线周围的金属管线上经感应产生过电压，通过系统的电力或信号线入侵网络系统；进出建筑物的电源线或信号线在大楼外受直接雷或感应雷而加载的雷电压及过电流沿线路窜入，侵害系统设备。
信号系统防雷的主要措施是：在电缆接入系统设备前首先接入信号避雷器，例如：传导、现场总线仪表都留有连接浪涌保护器的接口，用于连接浪涌保护器。
电磁干扰的来源主要有传导、静电、电磁、信号线耦合、接地不当和连接电势等。
抗电磁烦扰措施主要有屏蔽、滤波、接地、合理布线和选择电线等。
招标文件编制遵循的原则是技术先进行、竞争的公正性、语言的精炼性和确定性。
常用的人机交互方式有：问答式对话；菜单；命令语言；填表技术；咨询语言；自然语言；图形方式和直接操纵等。
人机交互系统由交互的实体、交互活动和交互的环境等组成。
人机交互系统的主要特点有：友好性、合理性、复杂性、信息量、透明性、可靠性、易操作性、一致性、灵活性等。
人机界面设计原则有：标准化原则，最佳媒体应用原则，菜单设计准则、防止错误发生和错误处理原则、数据库管理原则、网络应用原则、合理性原则、交互性原则、共同性原则。
图形用户界面的主要特点有：桌面隐喻，所见即所得，直接操纵。
图形用户界面的实施手段有：窗口、菜单、图标、光标定位装置。
可将菜单分为全屏幕菜单、工具栏、下拉式菜单、弹出式菜单、滚动式菜单、状态栏菜单。
集散控制系统对人机交互系统的要求是实时性、易操作性、灵活性、可靠性和安全性。
人机交互系统的实时性体现在显示速率和响应时间等方面。
集散控制系统的操作方式有仪表盘操作方式和显示屏操作方式两种。
显示屏操作方式具有信息量大，多样化，方便，功能强，透明度高备用方式简单等特点。
组态操作是指应用软件中提供的工具，方法完成工程中某一具体任务的操作过程。组态软件由系统开发环境和系统运行环境两大部分组成。
报警处理器的操作包括确认操作和消声操作。
输入模块主要有模拟量输入，开关量输入，脉冲量输入三大类。输出模块主要有模拟量输出，开关量输出等。
输入功能模块包括：信号的数字滤波，线性化开放处理，工程单位转换，报警限值比较，超限报警，故障报警及信号故障报警等。
输出功能模块包括：手自动切换，手动信号输出，控制方式选择，输出信号限值比较，超限报警及手动切换时的跟踪处理。
集散控制系统的维护画面提供所有硬件和软件自诊断结果显示，可能的故障原因预测和重新进行系统安装等。
集散控制系统的系统连接画面常用的方法连接图连接方式，树状图连接方式两种。
常用的动画处理方法：升降式动画，推进式动画，改变色彩的动画，充色的动画，移动窗口的动画。
数据库管理系统是对数据库内数据进行储存和管理的软件系统，它的主要功能是数据描述，数据操纵，数据库的保护和数据库建立和维护等。
实时数据库的特点实时性强，可在线存储足够的运行数据，实现对数据的压缩，数据进行任何格式的计算和归档处理，开放性和高可靠性等。
从逻辑功能看，计算机网络分为资源子网和通信子网。
多台设备合用单一通信媒体的技术称为通信媒体共享技术，包括多路复用技术，集线技术和多点线路技术。
差错检测中，只能检测错误不能校正错误的抗干扰编码称为检错码，具有自动校正错误功能的抗干扰编码称为校错码。常用的校验码分为奇偶校正码，纵向循环冗余等集散控制系统提出采用循环冗余校验码。
HART信号采用基于Bell202标准的FSK方式加载在4~20mA模拟信号。1200Hz表示1,2200Hz表示0.
Opc服务器规定客户接口和自动化接口。
EIA-485标准特点是用平衡驱动差分电路，接收器输入电压是输入导线上电压之差。最多可挂接32个站点。
EIA RS-232C是最常用的标准接口，规定了机械特性，电气特性，功能特性和规程特性。
以太网的网络结构分为物理层，数据链路层和高层用户层三层。
以太物理层采用50Ω，数据传输速率10Mbps。
CSMA/CD存取控制规则：如果发送信息期间发生冲突，则立即停止发送该帧，并发送一个简短的阻塞信号，通知网上其他站；发送阻塞信号后，等待一个随机时间，然后按CSMA方式重新发送该帧。
CSMA/CD操作过程分为载波侦听，无声则讲，等有空就讲，冲突检测，一次只能一人讲，多路存取，序列返回等七步。
令牌总线操作删除站点，添加站点，逻辑环初始化，令牌丢失处理和错误的排除，提供优先级服务的控制等。
逻辑链路向高层LLC用户提供无确认无连接服务，面向连接服务和有确认无连接服务。
网络互联包括局域网和远程网的互联及局域网之间的互联。基本要求：在网络之间提供数据传输的链路，至少应有物理通路，媒体存取控制，逻辑链路控制等功能；在不同网络丝的用户进程之间提供数据的差错控制，流量控制，路由选择等服务；尽量减小对各个网络软件、硬件，通信协议和性能的影响；尽量降低成本；提供会计功能，记录状态信息。
TCP连接三个状态：连接建立，数据传送和连接终止。
低速现场总线上发送信号是31.25kbps速率的电流信号，阻抗为100Ω的终端器连接在现场总线的两端。
链路活动调度器具有调度执行，调度通信，非调度通信，时间同步，链路调度活动表的维护等功能和任务。
总线的虚拟通信关系有三种：客户/服务器虚拟通信关系，发布方/预约接收方虚拟通信关系，源方/宿方虚拟通信关系。
FMS层描述：通信服务，报文格式和用户应用建立报文所需的协议行为。
逻辑现场设备：管理虚拟现场设备和用于功能模块应用进程的虚拟现场设备。
现场总线报文规范子层7个：虚拟现场设备VFD支持，对象字典管理，联络关系管理，域管理，程序调用管理，变量访问和事件管理。
模块实现工程应用，每个模块由：资源模块，转换器模块，功能模块实现所需控制和计算功能。
Freelance 200 系统主要使用DigiNet P 和 DigiNet S 两种标准工业。
试写出三种DCS工程应用过程必备的主要原始设计文件名称和其作用说明：SCO操作信息文件 IDX编译索引文件 SCC控制信息文件
ABB Feelance200 系统控制及典型装置有过程控制级，操作管理级。
Freelance200系统项目树最顶层的是CONF,所有的系统资源和项目对象都在其组织中。
IEC6‖31-3标准编程语言包括：梯形图，功能模块，指令表，顺序功能图，结构化。
现场总线标准的结构分层采用OSI模型的第一、二和七层。
动态画面的组态时确定动态显示点的位置，显示格式，尺寸大小，颜色变化等。
OIGIT001是Freelance200系统组态调试和文档管理的工具，其组态基于IEC6‖3标准。