集散控制系统（dcs）试卷库资料(2).docx

一、填空（40分）：1. 集散控制系统通常由、过程控制单元、过程接口单元、CRT显示操作站、管理计算机、高速数据通道 五个主要部分组成。 2. 控制部分是集散系统的核心，其功能包括连续控制、逻辑控制、顺序控制、批量控制 控制。 3. 常用的通信介质主要有双绞线、同轴电缆、光缆 。 4. 国产SUPCON JX-300X的三层通信网络是指信息管理网、过程控制网络、SBUS总线 5. 集散控制系统又成为分散控制系统，英文简称DCS、现场总线控制系统简称为FCS 6. JX-300X集散控制系统控制站卡件有主控制卡、数据转发卡、系统I/O卡件 7. 集散控制系统的设计一般分为方案论证、方案设计、工程设计、系统文件设计四个部分。 8. TDC3000系统早期技术比较成熟的现场控制站是多功能控制站MC 9.冗余的两种方式是指工作冗余、后备冗余 10.写出五种常用的数字滤波算法程序判断法、中位值法、算术平均滤波法、递推平均滤波法、加权平均滤波法、一阶惯性滤波法、复合滤波法等（选5种） 11.从生产角度，集散控制系统大致分为过程控制级、控制管理级、生产管理级、经营管理级。 12.TDC-3000万能控制网UCN属于过程控制层，实时控制网络包括过程管理站、先进过程管理站、逻辑管理站 13.集散控制系统的验收分工厂验收和现场验收两个阶段。二、名词解释（20分）：1、集散控制系统：是一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层结构形式、局部网络通信的计算机综合控制系统。 2、组态：利用软件工具将计算机的软硬件及各种资源进行配置，使其按预定的功能实现特定的目的。3、数字滤波：4、现场总线：连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。 5、实时：计算机在规定的时间内完成数据的采集、计算和输出三、简答（40分）：1. 与常规模拟仪表相比，集散控制系统具有哪些优点？1、集散控制系统（DCS）是以微处理器为基础的分散性综合控制系统，是计算机、通信、CRT显示和控制技术发展起来的产物。（3分）常规模拟调节仪表组成的过程控制系统存在有许多局限性，例如：难以实现复杂的高级控制规律和参数的集中显示操作、难以实现多变量相关对象的控制。随着生产规模的扩大和工艺过程的复杂，相应的仪表屏增大，给操作人员的监视记录带来极大的不便。（5分）而直接数字控制系统DDC虽然用一台计算机可以控制几十个甚至几百个回路，但会导致危险集中，降低了系统的安全运行性。（3分）集 散控制系统吸收了模拟仪表和计算机集中控制的优点，采用危险分散、控制分散、而操作和管理集中的基本设计思想以及分层、分级和合作自治的结构形式，因此， 集散控制系统不仅具有极高的可靠性、多功能性。而且人机联系便利，能够完成各类数据的采集与处理，实现各种复杂的高级控制。（4分）2. 过程接口单元分为几类？各适用于什么场合？过程接口单元PIU根据接收信息的电平高低和本质安全要求的不同，分3类：（1）高电平接口单元（HL-PIU）：主要用于采集现场的4-20mA或1-5V的高电平信号。也具有数字输入/输出能力。扫描速率400点/秒，因而适合于要求扫描速率高的场合和需要DDC控制的系统。对于要求本质安全防爆的系统应在现场仪表和PIU之间增加安保器、安全栅，防止高能量窜入危险现场。（5分）（2）低电平接口单元（LL-PIU）：主要用于采集热电偶、热电阻等mv级信号。只接收模拟和数字输入。mv级低电平经程控放大、A/D转换、零偏校正、增益最佳化和报警限测试对热电偶信号进行冷端补偿和断偶检查。扫描速率160点/秒。（5分）（3）低能量过程接口单元（LE-PIU）：只要用于本质安全防爆系统，为远程多路传输的高电平或低电平模拟输入提供终端和数据处理。仅具有模拟和数字输入功能。现场传感器安装在远离PIU的金属多路切换箱中，并设置有齐纳安保器，狗成本安系统。扫描速率16点/秒。5分）3. 增强型操作站（EOS）是有哪几部分构成的？其功能是什么？增强型操作站：由硬件和硬件两部分组成。硬件包括CRT监视器、键盘、软盘驱动器和电子组件箱四部分组成。软件主要由系统程序和数据磁盘组成。为了操作的安全可靠，一般由2-3台EOS组成一个操作中心。（5分）增强型操作站是TDC-3000BASIC系统中最重要、最常用的人机接口，通过它对整个生产过程实现监视和管理。它的主要功能是对测点数据进行显示、报警和打印；对高速数据通道（HW）设备进行组态和加载；对SOPL程序的生成和加载以及对系统的诊断和报告。增强型操作站可以支持63台设备，由1500点细目显示、99页用户流程画面、100点趋势记录、20个报表、150个程序运算功能和32个批量过程管理。（10分）4、集散控制系统选择的一般原则应考虑哪些方面？（1）系统功能与生产过程要求（2）先进性与成熟性兼顾（3）系统生命周期与技术更新的权衡（4）一次投资及多次投资的综合考虑5）系统的性能与技术管理水平的匹配（5条原则答出10分，每条适当论述加1分）1、现场控制站可靠性和可维护性、元器件选用：采用低额定值的原则，即将功率额定值与使用温度的额定值分别控制在其标准额定值的50%和75%以内。另为尽量选用CMOS电路与专用集成电路，能显著的降低功耗与减少外引线，大大提高可靠性。、元器件筛选：除了进行一般静态与动态技术指标的测试外，需进行高温老化与高低温冲击试验以剔除早期失效的器件。、接插件和各种形状采用双触点结构，并对其表面进行镍打底镀金处理。、安装工艺：采用多层印制电路板高密度表面安装技术，以减少外引线数目和长度，减少印制电路板面积和提高干扰性能。、改善模板运行环境，机柜设计成防震、防电磁干扰、防光、防潮的形式，特别是对机柜内部设备进行整体上的热设计，采用散热、恒温、加热等不同手段使柜内各种电子设备运行在适宜的温度之中、冗余技术在系统中各关键环节采用了并联的冗余单元，有采用在线并联工作方式的也有采用离线热备份工作方式 的，当模板故障时，备份件可立即接替全部工作，使系统工作并不中断，即热切换。2、一般的现场控制站：可编程控制器单片机组成的小型控制采集装置STD或工业PC等小型工控机智能仪表控制交流变频调速器3、现场控制采取冗余措施的有：电源：采取1：1冗余方式，以在线并联方式工作，保证切换干扰最小。主机：在要求特别高可靠性的系统中，一般采用1：1冗余离线热备份工作方式，由一个主从控制电路协调双机的运行，实现状态互检和数据同步，当一方出故障，该电路自动隔离故障一方，两站内I/O总线及该站与通信网络的控制权交给原备份一方。网络接口：采取1：1冗余结构有的系统在主机内还采用两块为冗余的网卡。I/O通道的冗余N：1后备方式：有一块坏，有N：1切换装置将坏板隔离，并将备份板插入取代之（1：1、3：1、7：1、11：1）“三取二”表达方式：如SI中，将输入的现场信号接到三对输入端上，由CPU取两个以上相同的值为真值。“两两对比”表达方式：输入点设置为双输入通道，例对每一路模拟量输入信号可通过两路A/O转换 通道取得两个输入值，由CPU比较这两个值，若其差值小于预定的误差限，则认为输入值正确，否则认为有故障切换到备份机工作。4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。5 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。6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7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。8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。集散控制系统常用总线网和环形总线网络。9OSI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。10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：1DCS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。11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420mA 12路*420mA 18路*-420mA 16路*AI检测420mA 28路-420mA 56路15V 32路AI热电阻16路64路16-AO热电偶-20路8-AO控制420mA 12路*420mA 18路*420mA 8路420mA 16路*AO检测-420mA 16路-15V 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420mA 16路*2F40122T42122T301是AI2检测回路15V 32路2F4022T4222T302否AO1控制回路420mA 16路*2F41122T46122T301是AO2检测回路15V 32路2F4122T4622T302否DI干结点16点2F6012T6012T301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18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02F71*现场电源冗余12F71*230#机架02F70*系统电源冗余12F80*主控制器CPU模板冗余22F80*32F40*2T42*2T30控制回路420mA 16路*42F40*2T42*52F402T422T30检测回路 15V 32路62F402T422T3071#机架02F70*系统电源冗余12F41*2T46*2T30控制回路420mA 16路*22F41*2T46*32F412T462T30检测回路 15V 32路42F412T462T3052F602T602T30干结点16点67 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 DC2块2F71现场电源 24V DC 12A2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12、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。13、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。14、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。15、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。16、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。17、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。18、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420mA，05V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