北理工 集散控制系统复习知识点整理课件

1、集散控制系统复习知识点整理 -北京理工大学电气工程与自动化2012级 刘镇源第一章1.简述DCS的发展及各个阶段的特点答：第一代是19751980为初始期或开创期，特点是系统的直接控制功能比较成熟，而系统的人机界面功能相对较弱。 第二代是19801985位成熟期，特点是系统的控制功能逐步走向完善，加强了系统管理站的功能，操作方面从键盘操作到基于屏幕的光标操作。 第三代是198590年代为成熟期，特点是系统的功能进一步扩展，增加了上层网络，讲生产的管理功能纳入到系统中，形成了直接控制。 第四代是90年代末至今，特点是2.说明DCS系统的特点和优点答：分散性和集中性、自治性和协调性、灵活性和扩展性

2、、先进性和继承性、可靠性和适应性、友好性和新颖性。3.工业4.0是什么意思答：是德国政府高技术战略2020确定的十大未来项目之一，并已上升为国家战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。4.控制系统的基本组成：被控对象、控制器、驱动器、反馈环节等。5.工业生产的典型过程：连续过程、离散过程、批量过程、6.常用控制方法：连续过程控制、离散过程控制、批量过程或混合过程控制。7.自动控制系统可以分成调节系统和伺服系统。8.DCS是计算机、通信、CRT显示和控制技术（简称4C）发展起来的产物。10.传统的DCS的基本组成：现场控制器、操作站、工程师站和通信网络等部分组成。11.集散控制系统软

3、件的基本构成：现场控制站软件、操作员站软件和工程师站软件及运行于各个站上的网络软件。12.网络的拓扑结构：总线型、环形、星形。13.DCS集散控制系统 PLC可编程逻辑控制器 FCS现场总线控制系统第二章1.DCS各硬件组成部分技术指标：MCU(主控制器)：CPU及外围芯片指标、 容量、速度及负荷率指标 控制网络指标 系统网络指标 可靠性指标 环境适应性指标AI（模拟量输入设备）：精度、分辨率、稳定度、温度漂移、输入阻抗、电气隔离、 共模抑制比、差模抑制比、采样率、阶跃响应。AO（模拟量输出设备）：精度、分辨率、稳定度、温漂、带负载能力、电气隔离、 建立时间。DI（开关量输入设备）：触点类型、

4、查询电平、电路结构、阈值电平、查询电流、 DI去抖动和去抖时间。SOE输入设备：SOE事件分辨率、SOE事件相对时间误差、SOE容量。DO（开关量输出设备）：输出开关类型、输出电路结构、开关寿命、开关容量、 漏电流。PI（脉冲量输入）：测频精度、计数精度、输入信号要求2. 典型DCS硬件组成 工程师站、操作员、系统服务器、主控制器、输入输出设备、控制网络及设备、系统网络及其设备、机柜和操作台、电源转换设备。3. MCU应用设计 工艺过程划分是否恰当、物理容量配置是否恰当、逻辑容量设计与控制周期设置是否恰当、控制算法设计是否安全可靠。第三章1. DCS软件的基本构成 控制层软件-运行在现场控制站

5、上，完成控制功能。 监控软件-运行于操作员站或工程师站 组态软件-安装在工程师站，主要完成系统的控制层=软件和监控软件的组态功能 通信软件-运行于各个站，是各站软件沟通的桥梁2. DCS控制层软件分为系统软件和应用软件3. DCS的控制功能由控制器实现，是控制器的核心功能。4. 控制器的能力与执行效率一般包括容量和速度两个方面的指标。 在两个控制器硬件资源（容量和性能）相同的条件下，软件所决定的控制器能力和运行效率就会有差异，评价一个控制器软件效率和设计能力的指标包括：I/O容量、控制算法容量、采集数据的分辨率、控制运算周期。5. 控制器运行管理和维护能力： -控制系统数据下装功能（全下装和增

6、量下装） -在线控制调节和参数整定功能 -参数回读功能 -站间数据引用功能6. 控制器层数据的一致性除了自身外主要表现在两个方面：主从控制器同步和站间引用7. DCS的信号采集与数据预处理指I/O系统的信号输入部分，将物理量进行数字化，并对其进行数据预处理，最后将规范的、有效的、正确的数据提供给控制器进行控制计算。8. 来自传感器的物理量经过如下步骤进入控制器： -变通器，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 -由软件对A/D转换后的数据进行滤波和预处理 -经工程连城转换计算，转换为信号的工程量值9. 信号的采集和主要处理 -A

7、/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，位数越高精度越高。可以用分辨率来表示，N为A/D的位数，分辨率=1/ -输入的模拟量为y，输出的二进制数字量为y，y=y/q 为变送器物理输入量程范围与输出电量程范围之比。 q为A/D的量化单位，q=M/ M为A/D输入模拟量的电量程范围 N为A/D的位数10. 数据的预处理： -I/O信号数据的读入 -模拟量超电量程检查 -模拟量变化率超差检查 -模拟量近零死区处理 -模拟量信号工程单位变换 -模拟量信号数字滤波 -模拟量信号上下线检查与报警 -开关量输入信号采集及预处理 -脉冲量信号的量化11. DCS控制器运行在实时操作系统

8、上，至少由如下子系统组成： -控制器管理子系统 -调度子系统 -执行处理子系统 -I/O子系统 -通信服务子系统 -执行监督子系统 -校时子系统12.DCS控制层软件的基本功能和辅助功能： 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。 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。13.IEC61131-3标准的基本内容由两大部分组成：公共元素和编程语言。14.公共元素包括：数据类型、变量、配置、资源、任务、程序组织单元。15.五种控制编程语言：语句表IL、结构化文本语言ST、梯形图LD、功能块FBD、顺序图SFC。第四章1. DCS的监督控制软件

9、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。2. DCS监控层功能： 现场数据采集功能（基础） 信息存储和管理 报警监视功能（重要的人机接口之一） 日志管理服务器功能（时间记录是DCS系统中的流水账） 事故追忆功能 事件顺序记录功能 二次高级计算功能 远程控制操作功能 DCS人机界面（信息窗口和监控软件功能的集中体现）3. 报警监视功能： -内容：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 从报警的变量类型分，包括模拟量参数报警和开关量状态报警两类。 从报警来源分，包括外部变量报警和内部变量报警两类。 -常规的报警摘要包括以下信息：报警名称和状态描述、报

10、警激活时间、报警确认的时间和人员、报警恢复的时间、报警的恢复确认时间和人员、报警持续时间。 -人机界面的设计原则：一致性原则、提供完整的信息反馈、合理利用空间和保持界面的简洁、操作流程简单快捷、工作界面舒适、 -报警监视换面信息显示：报警时间、报警点标示和名称、报警状态描述、当前报警状态、报警优先级、模拟量相关的限值和量程单位、报警状态改变时间。 -报警确认：为了证明工艺报警发生后，运行人员确实已经知道了。4. 组态工具的特征：5. 常用组态软件及其特点： -InTouch：图形功能丰富，使用方便，I/O硬件驱动丰富，工作稳定 -Fix系列：功能较强，但实时性欠佳 -Winco：网络结构和数据

11、管理方面比前两个差 -组态王：用户界面友好，易学易用，国内出现较早的组态软件。 -ICONICS GENESIS64：采用64位技术，加快软件处理速度，降低成本，实现2D和3D可视化功能。6. 操作站数量设计及结构 单操作站； 多操作站，显示相同的内容； 多操作站，显示不同的内容; 主、从多操作站的结构； 控制网络与后门网络。7. 防止人机界面死机方法： -检查硬件系统是否能够满足系统的要求； -检查控制层软件是否有无效点，删除无效点，避免网络堵塞造成的死机； -检查所有接口的软件版本是否一致，否则也会影响数据的传递； -加大例外报告参数的区域，减少网络的通信量； -安装防火墙，防止黑客和病毒

12、的入侵。8.人机见面死机现象的原因：由于硬件引起的死机、显示不能再恢复；操作站的操作系统与监控软件磨合不好引起的死机，难以恢复；由于某些配置不合理引发网络堵塞，内存大小等原因造成的死机，过几分钟后自行恢复。第五章1. DCS通讯网络系统的特点： -具有快速的实时响应能力 -具有极高的可靠性 -适应于恶劣的环境下工作 -分层结构2. 通讯网络系统的组成： -信息员和信息整收者（信息的产生者和使用者）； -发送设备（将信息员和传输介质匹配起来） -传输介质（发送设备到接收设备之间信号传送所经没接） -接收设备（进行解调、译码、解密等）3. 数字通信的传输方式: -数字数据通过模拟信号传输，也称为调

13、制解调 -数字数据通过数字信号传输4. 数字通信工作方式：通常有并行通信和串行通信两种。 并行通信：多用于计算机内部各部件，或近距离设备之间的数据通信；一般以字长为单位进行传输。 串行通信：用于远距离数据通信，用于网络通信中，经济实际。一般以二进制比特为单位在一根信号线上将数据一位一位地传输。（局域网和远程通信采用）5. 数据传输方向：（串行通信中分为三类） -单工通信（单向通信）：只能一个方向的通信。 -半双工通信(双向交替通信)：通信的双方都可以在同一信道上传输，但不能同时发送 -全双工通信（双向同时通信）：通信双方可以在同一信道上同时双向传输。6. 引起传输差错的噪声分为两类：热噪声和冲

14、击噪声，热噪声引起的差错称之为随机差错，冲击噪声引起的差错成为突发差错。7. 数据交换方式：线路交换方式、报文交换方式、报文分组交换方式8. OSI参考模型分为七层： 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。9. 网络协议由一下三要素组成：语法、语义、同步。10. 计算机网络协议的分层的好处： -各层之间是独立的 -灵活性好 -结构上可以分割开 -易于实现和维护 -能促进标准化工作11. 常见协议： -TCP/IP 传输控制协议/网际协议 -HTTP 超文本传输协议 -SMTP 简单邮件传输协议 -POP 邮局协议 -WAP 无线应用协议12. TCP/IP协议并没有遵循O

15、SI协议7层结构的要求。但目前全世界承认，使用最广，占有特殊重要的地位，是最重要和最著名的两个协议。13. TCP/IP体系共四个层次，如果不考虑网络接口层，实际只有三个层次： 应用层、运输层、网际层。14. 常见的网络拓扑结构： 星型结构、环型结构、总线型结构、树状结构、网状结构、蜂窝拓扑结构。15. 现场总线定义：是应用在生产现场的、在测量控制设备之间实现双向、串行、多点通信的数字通信系统，基于现场总线的控制系统被称为现场总线控制系统。是过程控制技术、仪表技术和计算机网络技术结合的产物；FCS是一种开放的、具有操作性的、彻底分散的分布式系统。16. 现场总线的技术特点: -系统的开放性 -互操作性和互用性 -现场设备的智能化和功能自治性 -系统结构的高度分散性 -对现场环境的适应性17. 现场总线的优点: -节省硬件数量与投资 -节省安装费用 -节省维护开销 -用户具有高度的系统集成主动权 -提高了系统的准确性与可靠性 -设计简单、易于重构18. 此案长总线在使用中需要注意的几个问题：通信距离、线缆选择、隔离、屏蔽、连接器、终端匹配。19. 数字信号边摸按技术通常包括：单极性编码、极化编码、双极性编码、非归零编码、曼彻斯特编码。第六章1. 质量控制常用的统计方法：排列图法、分层法