第7章 MCGS监控应用实训习题参考答案

第7章MCGS监控应用实训习题与思考题7-1计算机监控系统能完成哪些任务？7-2计算机监控系统有哪些特点？7-3计算机监控系统中硬件的作用是什么？7-4计算机监控系统中软件的作用是什么？参考答案7-1计算机监控系统能完成哪些任务？答：计算机监控系统可以完成下列任务：1）检测生产过程的参数大小是由传感器进行检测的。传感器产生与被测物理量（如温度、压力、流量、液位等）成比例（一般为正比）的电信号。传感器信号在进入计算机系统的接口之前，首先要转换成一种标准形式，通常是把传感器的输出信号转换成4～20mA电流或1～5V电压。另一类测量值是关于被控过程的状态信息。例如，阀门是否关闭，容器是否注满，泵是否打开等。这些信息是以开关量的形式提供给计算机的，通过继电器触点的开闭或TTL电平的变化来表示。计算机也可通过串行或并行通信口直接接收数字量信息。目前，很多传感器都带有微处理器（例如智能仪表），可以直接给出数字量信息。2）控制对生产装置的控制通常是通过对阀门或伺服机构等执行机构进行调节，对泵和马达进行控制来达到的。计算机可以产生一串脉冲去驱动执行机构达到所需要的位置，可以通过继电器接点闭合或产生某个电平的跳变去启动或停止某个电动机，也可通过D/A转换产生一个正比于某设定值的电压或电流去驱动执行机构。执行机构在收到控制信号之后，通常还要反馈一个测量信号给计算机，以便检查控制命令是否被执行。在工业过程控制系统中常用的控制方案有3种类型：直接数字控制、顺序控制和监督控制。大多数生产过程的控制需要其中一种或几种控制方案的组合。3）人一机交互计算机控制系统必须为操作员提供关于被控过程和控制系统本身运行情况的全部信息，为操作员直观地进行操作提供各种手段，例如改变设定值、手动调节各种执行机构、在发生报警的情况下进行处理等。因此，它应当能显示各种信息和画面，打印各种记录，通过专用键盘对被控过程进行操作等。此外，计算机控制系统还必须为管理人员和工程师提供各种信息。例如，生产装置每天的工作记录以及历史情况的记录，各种分析报表等，以便掌握生产过程的状况和做出改进生产状况的各种决策。4）通信现今的工业过程控制系统一般都采用分级分散式结构，即由多台计算机组成计算机网络，共同完成上述的各种任务。因此，各级计算机之间必须能及时地交换信息。此外，有时生产过程控制系统还需要与其它计算机系统（例如，全厂的综合信息管理系统）进行数据通信。7-2计算机监控系统有哪些特点？答：计算机监控系统和一般常规控制系统相比，有如下突出特点：1）技术集成和系统复杂程度高。计算机控制系统是计算机、控制、通信、电子等多种高新技术的集成，是理论方法和应用技术的结合。由于信息量大、速度快和精度高，因此能实现复杂的控制规律，从而达到较高的控制质量。计算机控制系统实现了常规系统难以实现的多变量控制、智能控制、参数自整定等功能。2）实时性强。计算机控制系统是一个实时系统，可以根据采集到的数据，立即采取相应的动作。例如，检测到化学反应罐的压力超限，可以立即打开减压阀，这样就避免了爆炸的危险。实时性是区别于普通计算机系统的关键特点，也是衡量计算机控制系统性能的一个重要指标。3）可靠性高和可维护性好。这两个因素决定系统的可用程度。由于采取有效的抗干扰、冗余、可靠性技术和系统的自诊断功能，计算机控制系统的可靠性高且可维护性好。如有的工控机一旦出现故障，能迅速指出故障点和处理办法，便于立即修复。4）环境适应性强。工业环境恶劣，要求工业控制机能适应高温、高湿、腐蚀、振动、冲击、灰尘等工业环境。一般的工业控制机有较高的电磁兼容性。5）控制的多功能性。计算机控制系统具有集中操作、实时控制、控制管理、生产管理等多种功能。6）应用的灵活性。由于软件功能丰富、编程方便和硬件体积小、重量轻以及结构设计上的模块化、标准化，使系统配置上有很强的灵活性。如一些工控机有操作简易的结构化、组态化控制软件，硬件的可装配性、可扩充性也很好。另外，技术更新快，信息综合性强，内涵丰富，操作便利等也都是计算机控制系统的一些特点。7-3计算机监控系统中硬件的作用是什么？答：硬件是计算机监控系统的躯体，是完成监控任务的设备基础，硬件质量的好坏直接决定了监控系统的工作性能。计算机监控系统的硬件部分主要由计算机主机、传感器、信号调理器、输入装置、输出装置、驱动电路、执行机构、人机设备和通信接口等部分组成，如图7-7所示。图7-7计算机监控系统硬件组成框图（1）计算机主机计算机主机是整个计算机监控系统的核心，它的性能直接影响到系统的优劣。它通过输入装置发送来的工业对象的生产工况参数，按照人们预先安排的程序，自动地进行信息处理、分析和计算，并做出相应的控制决策或调节，以信息的形式通过输出装置及时发出控制命令，以实现对被控对象的自动控制，实现良好的人机联系。（2）传感器计算机监控系统借助传感器从生产过程中收集信息，对被控对象进行监视并提供控制信号。生产过程的参数大小是由传感器进行检测的。传感器输出与被测物理量（如温度、压力、流量和液位等）成一定比例（一般为正比）的电信号，一般为模拟电压或电流。还有一类测量值是关于被控过程的状态信息。例如，阀门是否关闭、容器是否注满、泵是否打开等。这些信息是以开关量的形式提供给计算机的。（3）信号调理器信号调理器的作用是对传感器输出的电信号进行加工和处理，转换成便于输送、显示和记录的电信号（电压或电流）。例如，传感器输出信号是微弱的，就需要放大电路将微弱信号加以放大，以满足过程通道的要求；为了与计算机接口方便，需要A-D转换电路将模拟信号变换成数字信号等。（4）输入/输出装置被测量的电信号在进入计算机之前需要进行一系列转换处理，变成计算机能识别和接收的数字量；要驱动执行装置（如调节阀、电动机）动作，计算机输出的数字量还必须转换成可对执行装置进行控制的电信号。因此，构成一个工业控制系统，还需要配备具有各种用途的I/O接口产品，即输入/输出装置。（5）驱动电路要想驱动执行机构，一方面必须具有较大的输出功率，即向执行机构提供大电流、高电压驱动信号，以带动其动作；另一方面，由于各种执行机构的动作原理不尽相同，有的用电动，有的用气动或液动，如何使计算机输出的信号与之匹配，也是执行机构必须解决的重要问题。因此为了实现与执行机构的功率配合，一般都要在计算机输出装置与执行机构之间配置驱动电路。（6）执行机构对生产装置的控制通常是通过对阀门或伺服机构等执行机构进行调节，对泵和电动机进行控制来实现的。执行机构的作用是接收计算机发出的控制信号，并把它转换成相应的动作，使生产过程按预先规定的要求正常运行，即控制生产过程。（7）人机设备人机设备包括操作台和各种外围设备。生产过程的操作人员通过操作台向计算机输入和修改控制参数，发出各种操作命令；程序员使用操作台检查程序；维修人员利用操作台判断故障等。外围设备主要是为了扩大计算机主机的功能而配置的。它用来显示、存储、打印和记录各种数据，如显示系统运行状态、运行参数，发出报警信号等。（8）通信接口外部设备和被控对象不能直接由计算机主机控制，必须由“接口”来传送相应的信息和命令。I/O接口是主机和通道以及外部设备进行信息交换的纽带。现今的工业过程控制系统一般都采用分级分散式结构，即由多台计算机组成计算机网络，共同完成上述的各种任务。因此，各级计算机之间必须通过网络通信接口及时地交换信息。7-4计算机监控系统中软件的作用是什么？答：计算机的操作系统和各种应用程序是执行控制任务的关键，统称为软件。计算机监控系统的软件程序不仅决定其硬件功能的发挥，而且也决定了监控系统的控制品质和操作管理水平。计算机只有在配备了所需的各种软件后，才能构成完整的控制系统。在计算机监控系统中，许多功能都是通过软件来实现的，即在基本不改变系统硬件的情况下，只需修改计算机中的应用程序便可实现不同的控制功能。计算机监控系统的软件由系统软件和应用软件组成。系统软件是计算机运行操