DCS集散控制系统 复习资料.doc

1、集散控制系统：以微处理器为基础的、实行集中管理、分散控制的计算机控制系统。以分散控制 为主。2、4C技术：现代计算机技术、现代控制技术、现代通信技术、现代图形显示技术。3、集散控制系统第一阶段（1975年1980年）代表产品主要有美国Honeywell公司的TDC2000特点：设计重点是过程控制单元，但人机界面功能相对较弱，只有CRT进行现场工况的监视，有一定的局限。各个厂家的产品还没有形成一个统一的标准，并且当时没有局域网，因此价格昂贵。第二阶段（1980年1985年）主要代表产品有Honeywell公司的TDC3000特点：引入了局域网LAN，逐步脱离仪表控制系统的影响，而靠近计算机系统。 加强了系统管理功能，随着CRT显示技术的发展，用户图形界面逐步丰富。价格稍有下降，但仍没有统一标准。第三阶段（1985年1990年）典型产品有Honeywell公司的TDCS3000特点：增加了生产管理层，形成了三层功能结构，普遍采用了某些标准。第四阶段（1990年以后）典型产品有Honeywell公司的TPS控制系统特点：数字化、信息化、集成化并加入了现场总线。4、DCS系统的基本组成 操作站：是操作人员对生产过程进行显示、监视、操作控制和管理的主要设备。操作站提供良好的人机交互界面，用以实现集中监视、操作和信息管理等功能。 工程师站：工程师能够借助于组态软件对系统进行离线组态，并在DCS在线运行时，可以实时地监视通信网络上各工作站的运行情况。 监控计算机：监控计算机通过网络收集系统中各单元的数据信息，根据数学模型和优化控制指标进行后台计算、优化控制等，它还用于全系统信息的综合管理。 现场控制站：现场控制站通过现场仪表直接与生产过程相连接，采集过程控制变量，并进行换和运算等处理，产生控制信号以驱动现场的执行机构，实现对生产过程的控制。 数据采集站：数据采集站通过现场仪表直接与生产过程相连接，对过程非控制变量进行数据采集和预处理，并对实时数据进一步加工。为操作站提供数据，实现对过程的监视和信息存储；为控制回路的运算提供辅助数据和信息。 通信系统：通信系统连接DCS的操作员站、工程师站、监控计算机、现场控制站、数据采集等部分，传递各工作站之间的数据、指令及其他信息，使整个系统协调一致地工作从而实现数据和信息资源的共享。5、集散控制系统的特点: 分散性和集中性、自治性和协调性、灵活性和扩展性、先进性和继承性、可靠性和适应性、友好性和新颖性。分散性：DCS的硬件积木化和软件模块化集中性：DCS的通信网络和分布式数据库自治性：是指系统中的各台计算机均可独立地工作。协调性：是指系统中的各台计算机用通信网络互联在一起，相互传送信息，相互协调工作，以实现系统的总体功能。灵活性和扩展性：DCS硬件采用积木式结构，软件采用模块化结构。用户可根据工程对象要求，灵活方便地扩大或缩小系统的规模。 先进性：DCS综合了“4C”技术。继承性：老 DCS 可以作为新 DCS 的一个子系统继续工作，新、老 DCS 之间还可互相传递信息。可靠性：所有硬件都采用双重化冗余。采用程序分段与模块化设计、积木式结构。适应性：DCS采用高性能元件、先进工艺和抗干扰技术，可使 DCS能够适应恶劣的工作环境。友好型和新颖性：人机会话系统，CRT彩色高分辨率交互图形显示，复合窗口技术，画面丰富6、计算机控制系统的工作原理(1)实时数据采集：对测量变送装置输出的信号经A/D转换后进行处理。(2)实时控制决策：对被控变量的测量值进行分析、运算和处理，并按预定的控制规律进行运算。(3)实时控制输出：实时地输出运算后的控制信号，经D/A转换后驱动执行机构，完成控制任务。7、计算机硬件：计算机、过程输入接口、过程输出接口、人机接口、存储器8、计算机控制系统数据采集系统：计算机承担数据的采集和处理工作，而不直接参与控制。数据采集系统对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录以及变量的超限报警。直接数字控制系统：用一台计算机完成对多个被控参数的数据采集，按一定的控制规律进行实时决策，并通过过程输出通道发出控制信号，实现对生产过程的闭环控制。计算机监督控制系统：设定值随实时工艺数据不断优化分级控制系统：控制功能分散，集中管理。集散控制系统现场总线控制系统：（1）全数字化 （2）彻底分散化9、数字滤波中位值法滤波 ：能克服因偶然因素引起的波动干扰。对温度、液位的变化、缓慢的被测参数有良好的滤波效果。 缺点：但对流量、速度等快速变化的参数不宜采用。程序判断递推滤波 ：既能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰，又能对周期性干扰有良好的抑制作用，可以消除由于脉冲干扰所引起的采样偏差值。缺点：浪费存储器RAM递推平均滤波 ：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，适用于高频振荡的系统。缺点：灵敏度低。加权递推平均滤波 ：试用于较大纯滞后的时间常数的对象和采样周期较短的系统。一阶滞后滤波 ：对周期性干扰具有良好的抑制性作用，适用于波动频率的变量滤波。10、常用的数字控制信号有开关量和脉冲量信号。(脉冲量没有输出)开关量的形式： （1）触电输出 （2）无触电输出 （3）逻辑电平输出常见的开关有： 继电器、可控硅、TTL电平11、通信方式按照信息的传输方向分为 (1)单工 (传真机) (2)半双工 ( 对讲机 ) (3)全双工 12、串行输出与并行输出的区别：串行传输是把构成数据的各个二进制位依次在信道上进行传输的方式。串行通信是利用串行端口在两台设备间进行通信，一次可以传输1位数据，即使用1条数据线按照次序一位一位传送，每传送完8位为一个字节。并行传输是把构成数据的各个二进制位同时在信道上进行传输的方式。并行通信是利用并行端口在两台设备间进行通信，一次使用8条数据线分别传送8位数据，一次传送一个节 。13、数据通信的工作方式线路交换方式: 在需要通信的两节点间事先建立一条实际的物理连接。报文交换方式：不需要建立实际的物理连接，经中间节点存储转发。报文分组交换方式：不需要建立实际的物理连接。虚电路法先建立逻辑信道；数据报法直接选择路径发送。14：计算机网络的拓扑结构(1)星形结构：结构简单、建网容易、便于管理，扩展网络容易。中心节点一旦故障，全网瘫痪。 局域网最常用的拓扑结构之一 (2)环型结构：结构简单、建网容易、无路径选择。不易扩展，且可靠性差，维护管理复杂。 (3)树形结构：路径选择方便，但对根的依赖性大。适用于分级管理和控制系统。 (4)总线型结构：结构简单，布线容易，投资少，易于扩充。 局域网最常用的拓扑结构之一(5)网状结构：建网费用高，布线困难，但可靠性很高。一个节点发生故障，数据可通过其它节点和线路到达目的地。 容错能力最强的拓扑结构(6)菊花链型结构：在一个网段中现场总线电缆从一台现场仪表走到另一台现场仪表，在每个现场仪表的端子上互连。15、传输介质：（1）双绞线 （2）同轴电缆（3）光缆 16、常用的LAN技术：以太网 （Ethernet） 令牌环 (Token-Ring) 令牌总线(Token-Bus) 现场总线(Fieldbus)17、按照功能，集散控制系统设备分为四级： 现场控制级过程控制级过程管理级经营管理级 对应的四层网络： 现场网络 控制网络 监控网络 管理网络18、现场控制级(1)典型的现场控制级设备 各类传感器 各类变送器 各类执行器(2)现场控制级设备的主要任务 完成过程数据采集与处理。直接输出操作命令、实现分散控制。完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享。过程控制级(1)过程控制级主要设备过程控制站：产生控制作用 可以实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制等功能数据采集站： 接收大量的非控制过程信息； 不直接完成控制功能。现场总线服务器：一台安装了现场总线接口卡与DCS监控网络接口卡的计算机。过程管理级(1)过程管理级的主要设备 操作站、工程师站、监控计算机。操作站 操作人员与DCS相互交换信息的人机接口设备；DCS的核心显示、监视、操作和管理装置。工程师站 对DCS进行配置、组态、调试、维护。监控计算机 实现对生产过程的监督控制；机组运行优化和性能计算，先进控制策略的实现等。(2)过程管理级设备的主要功能对生产过程进行监测和控制； 对DCS进行配置、组态、调试、维护 ；对各种设计文件进行归类和管理； 实现对生产过程的监督控制，故障检测和数据存档。 19、电源系统的可靠性措施：每一个现场控制站均采用双电源供电，互为冗余。 采用超级隔离变压器，将其初级、次级线圈间的屏蔽层可靠接地，以克服共模干扰的影响。采用交流电子调压器，快速稳定供电电压。配有不间断供电电源 UPS，以保证供电的连续性。20、输入/输出通道模拟量输入/输出(AI/AO)：模拟量输入通道(AI) 将来自在线检测仪表和变送器的连续性模拟 电信号转换成数字信号，送给CPU进行处理。 模拟量输出通道(AO) 一般将计算机输出的数字信号转换为 420mADC(或15VDC) 的连续直流信号，用于控制各种执行机构。 开关量输入/输出(SI/SO)：开关量输入通道(SI) 主要用来采集各种限位开关、继电器或 电磁阀连动触点的开、关状态，并输入至计算机。 开关量输出通道(SO) 主要用于控制电磁阀、继电器、指示灯、 声光报警器等只具有开、关两种状态的设备。数字量输入/输出(DI/DO)脉冲量输入通道 (PI) ：将现场仪表（如涡轮流量计等）输出的脉冲信号处理后送入计算机。21、 操作员站画面：仪表面板显示画面、 趋势曲线显示画面、 报警显示画面、 故障诊断画面 、 调整画面22、确定画面的像数，要符合显示器的规格和组态软件的要求。 请工艺专业标明测控点位置的工艺流程草图，最好是彩色的或标明画面中设备、管道的颜色。 确定画面的背景色。一般我们使用深灰色或浅灰色，避免操作工视觉疲劳。 确定画面中各类文字数据的字体、尺寸、颜色和样式，力求相同类型的文字要统一。 确定画面中各类线条、管道的粗细、颜色和样式，力求相同类型的要统一。 尽量少用红色和黄色等警示色，以免影响报警、联锁提示效果，也不要过多使用鲜艳色彩。23、冗余技术 （1）多重化自动备用 ：同步运转、待机运转、后退运转 （2）简易的手动备用24、现场控制站反馈控制的输入信号处理模拟量近零死区处理 当一个输入信号x(t)的值应该是0，而由于A/D转换的误差或仪表的误差或现场干扰，导致该值不是0而是接近0点附近的某个值。为防止这种扰动进入计算机系统，预先设置一个近0死区，当扰动处于近0死区之内(，)时，将进入计算机系统变量值y(t)强置为0。模拟量超量程检查1.通过检查输入数据是否超过了允许的电量程，可以判断信号输入部件是否出现故障，一旦出现采集故障，程序将自动禁止扫描，以防止硬件电路故障的进一步扩大，同时产生硬件故障报警信号，通知操作人员进行维护。2.对每个模拟量输入信号均设置量程上、下限，用于进行有效性检查。采集完后，将输信号与量程作比较，数据将处于以下三种质量特性之一。（1）有效数据(好数据)：在量程范围内。（2）可疑数据：超过量程但在允许范围内(超量程死区)。（3）无效数据：量程超过允许范围。此时有硬件故障，要报警提示。工程单位变换模拟量变化率超差检查 此功能用于硬件自检测开关量数据预处理25、(1)P、I、D分别的作用？PID是比例，积分，微分的缩写.比例调节作用：反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。积分调节作用：消除系统稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差。 微分调节作用：反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。 (2)什么时候用微分先行、积分分离？微分先行：在设定值频繁改变时，需要把微分放在加和器前，成为微分先行积分分离：在系统启动阶段，超调量较大，此时需要把积分作用分离出来。26、现场控制站的基本功能的辅助功能的控制方式选择：手动( MAN )、 自动( AUT ) 、串级( CAS ) 、计算机( COMP ) 27、TDC-3000系统由哪些部分构成?TDC-3000系统由LCN网络及其模件、UCN网络及其管理站和DHW通信通道及其设备等组成 。28、局域控制网 (LCN) (1)万能操作站（US）： 由彩色CRT、键盘、打印机、软盘驱动器构成，是TDC-3000系统的主要人/机接口。(2)万能工作站（UWS）：具有US的全部功能，它主要为工厂办公室管理而设计。(3)历史模件（HM） ：是系统软件、应用软件和历史数据等的存储地。(4)应用模件（AM）： 用控制语言（CL）编程，实现用户算法和特定的控制系统的连接。(5)计算机接口（CG）：是LCN和用户选择的非霍尼韦尔计算机的通道门。(6)网络接口模件（NIM）：是LCN网络和UCN网络之间的接口，它提供了LCN网络与UCN网络的通信技术及协议间的相互转换。29、TPS系统由哪些部分构成?工厂信息网 (PIN) 、TPS过程控制网络 (TPN) 、万能控制网 (UCN) 30、PKS系统构成PKS 系统完全与现有的 Honeywell 系统（包括 TPS、TDC-3000、TDC-2000等）兼容，提供与 FF、Profibus、 DeviceNet、ControlNet、HART的接口，通过 OPC 互连选项和丰富的第三方接口，使PKS 具备了现有的最高性能、跨工厂范围的体系结构。 31、故障安全控制管理器FSC：是一种具有高级自诊断的生产过程保护系统，其容错安全停车系统用于保护生产装置和操作人员的安全。32、故障安全控制管理器功能：联锁控制、停车控制和装置的整体安全控制。33、I/A S 系统硬件结构操作站处理器、应用处理器、应用工作站处理器、通信处理器、控制处理器、