集散控制-复习

1、什么是集散控制系统，集散控制系统的优点和特性主要表现在哪几个方面DCS的特点和优点它采用危险分散、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，适应现代的工业生产和管理要求。1分散性和集中性分散性除控制分散外，还包括地域分散、设备分散、功能分散和危险分散。目的是危险分散，进而提高系统的可靠性和安全性。DCS硬件积木化和软件模块化是分散的具体体现。集中是指集中监视、集中操作和集中管理。DCS通信网络和分布式数据库是集中性的具体体现。2自治性和协调性自治性是指系统中的各台计算机均可独立地工作。协调性是指系统中地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，以实现系统地总统功能。3灵活性和扩展性DCS硬件采用积木式结构，可灵活地配置成小、中、大各类系统。同时可根据企业的情况，逐步扩展系统，改变系统的配置。DCS软件采用模块式结构，可灵活地组态构成简单、复杂各类控制系统，同时可根据生产工艺和流程需要，随时修改控制硬件方案。4先进性和继承性DCS综合了“4C”技术，随着“4C”技术地发展而发展。DCS问世以来，更新换代比较快。当出现新型DCS时，老DCS作为新DCS地一个子系统继续工作。5可靠性和适应性DCS的分散带来系统的危险分散，提高了系统的可靠性。DCS的一系列冗余技术及自动检测故障功能等，进一步保证了系统的可靠性。高性能的电子元器件、先进的生产工艺和各项抗干扰技术，可使DCS能够适应恶劣的工作环境。6友好性和新颖性DCS为操作人员提供了友好的人机界面，如彩色CRT和交互式图形画面。新颖性主要表现在人机界面，采用动态画面、工业电视、合成语音等多媒体技术，图文并茂，形象直观。2、PLC、DCS、FCS代表什么意思，是什么的缩写3、集散控制系统由哪些部分组成各部分的主要功能是什么硬件工程师站为工程师使用，承担从系统开发到系统保养等工程技术工作，由计算机（或服务器）及工程师组态软件构成。工程师在工程师站上可以进行系统配置、I/O数据设定、报警和打印报表设计、操作画面设计和控制算法设计等。工程师站可以通过网络连入系统，下装运行系统到操作员站和现场控制站、在线使用；也可以不连入系统，离线运行。操作员站主要给运行操作工使用；在操作员站上，操作员可以监视工厂的运行状况并进行少量必要的人工操作控制；操作员站还可以进行一定的数据处理功能及系统诊断功能，并具有操作记录打印、报警打印、报表打印等工作；操作员站还可以用于系统生成、调试和维护保养。系统服务器的用途可以有多种系统级的过程实时数据库，存储系统中需要长期保存的过程数据；向企业MIS提供单向的过程数据（REALMIS）作为DCS系统向别的系统提供通信接口服务并确保系统隔离和安全，如防火墙功能等。控制网络用于将控制器与I/O设备连接起来。系统网络用于将操作员站、工程师站及系统服务器等操作层设备和控制层的主控制器连接起来。电源转换设备为系统供电机柜用于安装主控制器、I/O设备、网络设备及电源装置。操作台用于安装操作员站设备DCS软件的基本构成是按着硬件的划分形成的。控制层软件运行在现场控制站上，主要完成各种控制功能，包括PID回路控制、逻辑控制、顺序控制、以及对现场连接的I/O处理；监控软件是运行于操作员站或工程师站的软件，主要完成运行操作人员所发出的各个命令的执行、图形与画面的显示、报警信息处理、现场检测数据的集中处理等；组态软件主要完成系统的控制层软件和监控软件的组态功能，安装在工程师站中。网络软件运行于各个站，是各个站软件沟通的桥梁。13、工程师站的主功能是什么工程师站为工程师使用，承担从系统开发到系统保养等工程技术工作，由计算机（或服务器）及工程师组态软件构成。工程师在工程师站上可以进行系统配置、I/O数据设定、报警和打印报表设计、操作画面设计和控制算法设计等。工程师站可以通过网络连入系统，下装运行系统到操作员站和现场控制站、在线使用；也可以不连入系统，离线运行。通常情况下，在系统投运后，工程师站就可以不再连入系统甚至不上电。通常情况一套系统配置一台工程师站即可。4、主控制器的周期指什么设计主控制器时需要考虑哪些问题主控制器的控制周期定义为主控制器循环调度执行一次完整的算法、通信和输入输出任务的周期时间。在一个控制周期中，主控制器依次执行下列任务I/O数据输入、操作员指令输入、控制运算、I/O数据输出、操作员站显示数据传送及空闲等待直到开始下一个控制周期。需要考虑的问题1）工艺过程划分是否恰当DCS的设计一个重要原则就是避免系统耦合，将危险尽量分散。各工艺过程之间耦合最少。所谓耦合最少，就是说工艺过程之间相互引用的物理I/O点或逻辑变量最少。避免站间引用的基本原则是（1）站间引用越少越好（2）对于PID或联锁逻辑控制的控制算法，严禁使用引用，引用不可避免时应使用硬连接引用。（3）对于纯粹的数据采集站（DAS），由于没有控制功能，可以使用软引用。2）物理容量配置是否恰当一般来说，物理I/O的容量主要不是受限于主控制器，而是受限于机柜、端子及走线槽等空间的限制及机柜I/O电源容量的限制。3）逻辑容量设计与控制周期设置是否恰当即使工艺过程间的耦合很少，I/O物理容量也没有问题，但是如果该工艺过程的控制算法过于复杂，出于控制精度和响应速度的考虑，在控制周期不可再增长的情况下将导致主控制器的负荷率过高，则该工艺划分仍然是行不通的。所以当某个工艺过程划分完毕后，如果没有类似项目的经验可以参考，应针对最复杂的一个工艺过程对主控制器的负荷率作一个提前的评估。4）控制算法设计是否安全可靠即使DCS的硬件系统和平台软件的可靠性很高，如果应用算法设计不恰当，仍会带来安全性和可靠性隐患。但是这方面没有完美的理论可以遵循，只有一些积累的经验可以参考，经验来自两个基础一方面是实施人员对DCS系统本身的理解；另一方面是实施人员对工艺过程的理解。5、主控制器的技术指标包括哪些技术指标可以分为以下几方面来描述1CPU及外围芯片指标CPU及外围芯片的指标主要包含CPU型号、固态盘容量、内存容量及SRAM容量等内容。指标与控制软件一起决定了MCU的最终性能。2容量、速度与负荷率指标容量主控制器可以挂接的I/O数量和可以装载的程序容量。速度在DCS系统中一般不直接说主控制器的速度，而是用控制周期来间接的描述。主控制器的控制周期定义为主控制器循环调度执行一次完整的算法、通信和输入输出任务的周期时间。负荷率负荷率是速度的另一种表达，它关心在设定的正常控制周期下，主控制器究竟有多少空余时间用于应付异常工况的处理。10控制周期空闲时间负荷率控制周期通常情况下，只要平稳工况条件下主控制器的负荷率小于40，系统的设计就是合理的。3控制网络指标4系统网络指标5可靠性指标6环境适应性指标6、分别从硬件、软件及控制系统工艺等几个方面论述选择主控制器时应考虑的问题。1）工艺过程划分是否恰当DCS的设计一个重要原则就是避免系统耦合，将危险尽量分散。各工艺过程之间耦合最少。所谓耦合最少，就是说工艺过程之间相互引用的物理I/O点或逻辑变量最少。避免站间引用的基本原则是（1）站间引用越少越好（2）对于PID或联锁逻辑控制的控制算法，严禁使用引用，引用不可避免时应使用硬连接引用。（3）对于纯粹的数据采集站（DAS），由于没有控制功能，可以使用软引用。2）物理容量配置是否恰当一般来说，物理I/O的容量主要不是受限于主控制器，而是受限于机柜、端子及走线槽等空间的限制及机柜I/O电源容量的限制。3）逻辑容量设计与控制周期设置是否恰当即使工艺过程间的耦合很少，I/O物理容量也没有问题，但是如果该工艺过程的控制算法过于复杂，出于控制精度和响应速度的考虑，在控制周期不可再增长的情况下将导致主控制器的负荷率过高，则该工艺划分仍然是行不通的。所以当某个工艺过程划分完毕后，如果没有类似项目的经验可以参考，应针对最复杂的一个工艺过程对主控制器的负荷率作一个提前的评估。4）控制算法设计是否安全可靠即使DCS的硬件系统和平台软件的可靠性很高，如果应用算法设计不恰当，仍会带来安全性和可靠性隐患。但是这方面没有完美的理论可以遵循，只有一些积累的经验可以参考，经验来自两个基础一方面是实施人员对DCS系统本身的理解；另一方面是实施人员对工艺过程的理解。19控制过程中控制层软件设计应注意的地方11、AI设备主要有哪三类AI设备的主要技术指标是什么AI设备精度的温度漂移指什么AI设备用于将输入的模拟量值数字化，用于工业过程控制的基本AI设备有三类热电阻（RTD）输入设备、热电偶（TC）输入设备和变送器信号输入设备，他们都统称为AI输入设备。1精度2分辨率3稳定度4温度漂移AI设备精度的温度漂移环境温度每上升1度，AI设备的引用误差可能的最大变化量。由温度漂移的定义可知，温度变化导致的引用误差最大变化量温度变化量温度漂移5输入阻抗6电气隔离7共模抑制比8差模抑制比9采样率10阶跃响应8、在集散控制系统中有哪些电气隔离就隔离的程度和范围来说，现场信号与DCS系统间的隔离可以分为以下几种路间隔离模块与模块间隔离一列模块与另一列模块的隔离站与站之间的隔离现场输入与DCS系统隔离隔离方法光电耦合器隔离电容隔离型放大器变压器隔离型放大器16、控制层软件主要完成哪些功能基本功能可以概括为O/I数据的采集、控制运算及O/I数据的输出。I/O数据的采集与输出由控制器按照工程师站的硬件配置来实现，控制器接受工程师站下装的硬件的配置信息，完成对I/O通道的信号采集与输出。I/O通道信号采集进来后还要有一个数据预处理过程，将这些信号进行质量判断并调理，转换为标准量纲的工程值后才能为控制运算程序使用。辅助功能如控制器及重要O/I模块的冗余功能、网络通信功能及自诊断功能等。7、在控制层，信号的采集与预处理主要应考虑哪些问题1对现场信号的采样周期需考虑以下几点（1）考虑扰动信号变化的频率。频率越高，采样周期越短。（2）考虑对象特性。当对象纯滞后比较大时，可选择采样周期大致与纯滞后时间相等。（3）考虑控制质量的要求，一般说来，质量要求愈高，采样周期应选得愈小一些。2模拟信号数字化A/D转换速度不能低于采样频率。A/D转换精度与A/D的位数有关，位数越高则转换的精度越高。3数字滤波数字滤波就是用数学的方法通过数学运算对输入信号进行处理的一种滤波方法，即通过一定的计算方法，减少噪声干扰在有用信号中的比重，使得送往计算机的信号尽可能是所要求的信号。由于这种方法是靠程序编制实现的，因此，数字滤波的实质是软件滤波。1）变化率限幅滤波法；2）递推平均滤波；3）加权递推平均滤波；4）中位值滤波5）一阶惯性滤波（又称维纳滤波）数据预处理1I/O信号数据的读入检验单位时间内读入计算机的数据数目是否超出允许值2模拟量超电量程检查对每个模拟量输入信号均设置电量程上、下限，用于进行有效性检查。3模拟量变化率超差检查当周期变化率（工程值/秒）大于变化率限值时，则认为变化率超差。4模拟量近零死区处理预先设置一个近0死区，当扰动处于近0死区之内时，将变量值强置为0。5模拟量信号工程单位变换包括以下几种工程单位变化类型线性变换开方变换热电偶工程单位变换热电阻工程单位变换非线性变换（分段、指数、对数、多项式等）6模拟量信号数字滤波7模拟量信号上下限检查与报警8开关量输入信号采集及预处理分快速采集信号和一般采集信号。通常需要进行软件“消抖”处理。9脉冲量信号的量化15、在实际应用中，一个来自传感器的模拟量物理信号，一般要经过哪些过程才能转换成控制器中的实际物理量变送器，转换为标准的420MA信号；在信号采集卡上经过硬件滤波电路滤波；经A/D转换器将模拟量转换为数字量（转换精度与A/D转换位数相关）；由软件对A/D转换后的数据进行滤波和预处理；经工程量程转换计算，转换为信号的工程量值。16、什么是数字滤波数字滤波就是用数学的方法通过数学运算对输入信号进行处理的一种滤波方法，即通过一定的计算方法，减少噪声干扰在有用信号中的比重，使得送往计算机的信号尽可能是所要求的信号。由于这种方法是靠程序编制实现的，因此，数字滤波的实质是软件滤波。14、在工程师站，可以采用哪五种语言对控制系统进行编程，各种语言的主要特点是什么掌握使用梯形图编写简单的控制程序。语句表IL、结构化文本语言ST、梯形图LD、功能块FBD、顺序图SFC语句表是一种用汇编语言风格的编程语言，由于IL程序的高效、执行速度最快而为软件工程师或高级专业工程师所喜欢，但是单调、沉闷的IL编程语言，可读性差，不利于非计算机专业工程师的理解和使用。ST是一种高级程序语言，风格类似PASICAL程序语言。通常由于ST语言的灵活性和易学易用，工程师喜欢用ST来编制函数和功能块，然后用任意的五种语言来调用它们。梯形图是一种源于继电器逻辑的编程语言，主要处理开关量逻辑的PLC领域应用非常普遍，图形化的表示方法使得程序易于理解、方便阅读。梯形图不适合于连续过程的模拟控制。功能块是一种图形化的控制编程语言，它通过调用函数、功能块来实现程序，调用的函数和功能块可以是定义在IEC标准库中的，也可以是定义在用户自定义库中的，这些函数和功能块可以由任意五种编程语言完成。块与块之间用连线建立逻辑连接。顺序功能图用一系列的“步”和“转换”来完成复杂的运算。复杂的运算可以用多分支来实现，每一步上可以有多个执行块，每个执行块在一步中可以设成循环运行、单步运行或中断运行方式。9、报警监视内容包括哪些报警监视的内容包括工艺报警和计算机设备故障两种类型。工艺报警是指运行工艺参数或状态的报警，而计算机设备故障是指计算机系统本身硬件、软件和通信链路发生的故障。10、监控系统主要完成哪些功能DCS的监督控制软件，指运行于系统人机界面工作站操作员站、服务器等节点中的软件，它提供人机界面监视、远程控制操作、数据采集和事件分析处理、信息存储和管理、二次计算及其他的应用功能。DCS监控软件一般包括实时数据管理、历史数据管理、日志管理、事故追忆及事件顺序记录等功能。在分布式服务器结构中，各种功能可分散在不同的机器中，也可集中在同一台机器中，组织灵活可靠、功能分散、可靠性强的系统。12、在DCS系统中，可以对哪些设备进行冗余设计17、集散控制系统的方案设计包括哪些内容一个工程设计一般分为方案论证、方案设计、工程设计三个阶段。1、方案论证也就是可行性研究设计主要任务是明确具体项目的规模、成立条件和可行性；确定项目的主要工艺、主要设备和项目的投资数额等。可行性研究设计涉及到经济发展、投资、效益、环境、技术路线等几个大方面问题，是DCS建设项目必须进行的第一步工作。2、方案设计（初步设计需要考虑的问题）方案设计是关键的一步，涉及能否达到预期的目标。自动化水平、运行组织及人机接口、控制室设计、主要自动化设备配置、自动化相关费用预算等。1）硬件设