集散控制系统与现场总线试题习题及答案全解
本答案仅供参考。
第1章绪论
1.1 什么是过程计算机控制系统？它由哪几部分组成？通过具体示例说明。
答：它是指由被控对象、测量变送装置、计算机和执行装置构成，以实现生产过程闭环控制的系统，它综合了计算机过程控制和生产工艺过程。例
如温度控制系统。
1.2 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。
1.3 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。
1.4 直接数字控制系统的硬件由哪几部分组成？
答：直接数字控制系统的硬件主要有计算机（主机）、过程输入输出通道、操作台和计算机辅助设备组成。如下图所示。
1.5 数字PID 控制算法有几种形式？各有什么特点？
答：数字PID 控制算法有位置式、增量式、速度式三种形式。PID 位置式根
据偏差计算阀门的位置，PID 增量式根据偏差计算阀门的变化；PID 速
度式根据偏差变化程度计算阀门的变化。
1.6 试推导计算机控制系统PI 控制算法的位置式、增量式和速度式。
答：模拟PI 控制算法为
])(1)([)(0?+=t
I p dt t e T t e k t u 其中，p k ----比例增益
I T ----积分时间常数
在采样周期相当短暂时，用矩形法近似代替积分项∑?=≈k
i t i Te dt t e 00)()(，其中T 为采样周期，k 为采样序号。
PI 位置式算法为：
x k i I p u
i e k k e k k u ++=∑=0)()()(
PI 增量式算法为：
)()()(k e k k e k k u I p +=??
PI 速度式算法为：
T
k e k T k e k T k u k v I p )()()()(+==??
其中，x u -----偏差（它是初始阀门位置）
)(k u ?---第k 次输出的偏差校正值
)(k e ?---第k 次采样值的偏差校正值
1.7 试推导计算机控制系统PD 控制算法的位置式、增量式和速度式。
答：模拟PD 控制算法为
])()([)(dt
t de T t e k t u D p += 其中，p k ----比例增益
D T ----微分时间常数
在采样周期相当短暂时，用后向差分法近似代替微分项
T k e k e dt t de )
1()()
(--≈，其中T 为采样周期，k 为采样序号。
PD 位置式算法为：
x D p u k e k e k k e k k u +--+=))1()(()()(
PD 增量式算法为：
))1()(()()(--+=k e k e k k e k k u D p ???
PD 速度式算法为：
T
k e k e k T k e k T k u k v D p ))1()(()()()(--+==???? 其中，x u -----偏差（它是初始阀门位置）
)(k u ?---第k 次输出的偏差校正值
)(k e ?---第k 次采样值的偏差校正值
1.8 集散型控制系统产生的原因是什么？为什么集散型控制系统能得到广泛应用？
答：随着生产规模的扩大，生产过程的复杂程度的提高，使像DDC 这样集中
控制系统无法满足诸如控制回路增多、实现集中显示和操作、实现多变
量相关联对象的控制要求，导致集散控制系统的产生。DCS吸取了操作
指导控制系统和直接数字控制系统的优点，实现功能分散化，危险分散
化，而管理和显示集中，灵活的应用使DCS得到广泛应哟功能和发展。
1.9 与直接数字控制系统相比较，集散型控制系统的优点是什么？
答：与直接数字控制系统相比，集散控制系统具有控制功能分散、危险分散，而参数显示和操作高度集中的优点。
1.10 集散型控制系统的发展方向是什么？
答：集散控制系统的发展方向表现在两个方向上：一个方向是向上发展，即向CIMS计算机集成制造系统、CIPS计算机集成过程系统方向发展；另
一个方向是向下发展，即向FCS现场总线控制系统方向发展。
1.11 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
第2章集散型控制系统（DCS）的导论
2.1 什么是集散型控制系统？它的主要特点是什么？
答：集散控制系统又称为分布式控制系统，是计算机技术(computer)、通信技术(communication)、图形显示技术(CRT)、控制技术(control)（简称4C
技术）的发展产物，它是一个通过通信网络将现场控制站、操作员站、工
程师站联系起来，共同完成分级控制、集中管理的综合控制系统。
它的主要特点是：①可靠性高②灵活的扩展性③完善的自主控制性④完
善的通信网络。
2.2 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。
2.3 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。
2.4 什么是计算机网络？集散型控制系统的通信网络常采用什么类型的网络形
式？
答：凡是将地理位置不同而且具有独立功能的各个计算机系统通过通信设备和
线路将它们连接起来，由功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式、控制程序和网络操作系统）实现网络资源（硬件、软件、信息）共享。集散控制系统常用总线网和环形总线网络。
2.5 什么是通信网络协议？常用的通信网络协议有哪几种？
答：由网络全体“成员”共同遵守的一套“约定”，以实现彼此通信和共享资源，
这就是网络协议。常见的网络协议有：
开放系统互连参考模型OSI ；IEEE802标准局域网标准；MAP 制造业自动化
通信协议；PROWAY 过程数据高速公路。
2.9 已知数据传送的信噪比为10，频带宽度为3kHz ，试求
（1）无噪声信道上理论极限传输能力；
（2）噪声信道上理论极限传输能力；
（3）双绞线噪声信道实际传输能力。 答：由题意，信噪比为10=N
S ，频带宽度为kHz H 3=。 无噪声信道上理论极限传输能力为
v H R 2log 2=
2log 103223???=
k 6= bit/s
噪声信道上理论极限传输能力为 )1(log 2N
S H R += )101(log 10323+??=
k 38.10= bit/s
双绞线噪声信道实际传输能力为
9600 bit/s
2.10 OSI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。
2.11 IEEE802标准包括哪些内容？
答：IEEE802标准的内容包括：
IEEE802.1：系统结构和网络互连；
IEEE802.2：逻辑链路控制；
IEEE802.3：CSMA/CD总线访问方法和物理层技术规范；
IEEE802.4：Token Passing Bus访问方法和物理层技术规范；
IEEE802.5：Token Passing Ring访问方法和物理层技术规范；
IEEE802.6：城市网络访问方法和物理层技术规范；
IEEE802.7：宽带网络标准；
IEEE802.8：光纤网络标准；
IEEE802.9：集成声音数据网络。
2.12 说明IEEE802.3，IEEE802.4 ，IEEE802.5通信协议主要解决网络通信哪一层
的问题？各有什么特点？
答：IEEE802.3、IEEE802.4、IEEE802.5通信协议主要解决网络通信中的数据链路层的问题。它们的特点为
IEEE802.3：用于CSMA/CD总线访问方法和物理层技术规范；
IEEE802.4：用于Token Passing Bus访问方法和物理层技术规范；
IEEE802.5：用于Token Passing Ring访问方法和物理层技术规范；2.13 在DCS中，对通信网络访问的存取控制技术主要有哪几种？
答：在DCS中，常用的存取访问控制技术有：轮询(Poll)、令牌传送(Token Passing)、带有碰撞检测的载波监听多重访问(CSMA/CD: Carrier Sense
Multiple Access with Collision Detection)。
2.14 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：
1．DCS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。
2.15 集散型控制系统中，通常对关键性部件、系统要采用哪些冗余结构？
答：通常对DCS的关键性环节均采用冗余化结构。即多重化构成的自动备用方式，具体形式为同步运转方式；待机运转方式；后退运转方式。
2.16 串级控制技术的基本思想是什么？它有哪些优点？
答：串级控制是在单回路单参数控制系统的基础上发展起来的一种控制技术。
由于一般的单回路PID控制很难满足被控对象在各种干扰因素同时作用
下，实现高精度的控制要求。为此，引进了新的控制技术，即在原控制
系统的控制回路中，增加一个或多个控制内回路，而且是相互串接，一
个控制回路的输出是另一个控制回路的设定值，以达到控制可能引起被
控对象发生变化的各种干扰因素，提高控制系统的性能指标，这就是串
级控制技术的基本思想。
串级控制系统中，副回路给系统带来许多优点：由于副回路的作用，串级控制比单回路控制更具有抑制各种干扰的能力，因此设计时应把主
要的干扰包含在副回路中；采用串级控制可以克服被控对象的纯滞后影
响，改善系统的控制性能；若系统中含有非线性被控对象，把非线性被
控对象包含在副回路中，能够适应操作条件和负荷的变化，自动改变副
回路控制器的给定值，因而控制系统仍具有良好的自适应能力。
2.17 前馈控制的基本思想是什么？前馈和反馈相结合有什么好处？
答：前馈控制实质上是一种按扰动进行调节的开环控制系统。当扰动产生后，被控变量还未显示出变化前，根据扰动作用大小进行调节，以补偿扰动
作用对被控变量的影响。这种前馈作用运用恰当，可以使被控变量不会
因扰动作用而产生偏差，比反馈控制要及时，并且不受系统滞后的影响。
对于精确的控制对象和扰动数学模型，如果补偿得当，对于某一特定扰
动，前馈控制系统的品质十分理想，明显优于反馈控制系统。但是，要
实现完全补偿并非易事，因为工业过程的数学模型是时变的、非线性的；同时，扰动也是不可完全预见的，前馈控制只能在一定程度上补偿扰动
对被控制变量的影响。因此，为了保证有更大的适应性，在工业过程中
经常把前馈控制与反馈控制结合起来，构成前馈-反馈控制系统。前馈控
制克服主要扰动的影响，反馈控制克服其余扰动及前馈补偿不完全部分。这样，系统即使在大而频繁的扰动下，依然可以获得良好的控制品质。
2.18 试述Smith 预估补偿控制系统的设计思想及其实现。
答：Smith 预估补偿控制系统的设计思想：在控制系统设计时，为了提高系
统的控制质量，应尽量减少处于闭合回路中的时滞，克服大时间滞后对
控制系统的影响。
它的实现过程为：未加入Smith 预估器时，系统闭环传递函数的
)(s G B 分母中含有时滞s e τ-，它降低了系统的稳定性。如果τ足够大，则
系统将不稳定，这就是时滞过程难以控制的原因。
为了改善系统的控制品质，引入Smith 预估器，使原闭环特征方程中
不含时滞s e τ-， 则要求Smith 预估器的传递函数为
)1)(()(0s c e s G s G τ--=
经过Smith 预估器的补偿作用后，系统的特征方程中不含s e τ-项，消除
了时滞项对控制系统的影响，s e τ-仅将控制作用在时间坐标上推移了一
个时间τ，此时系统的过渡过程及控制品质与无时滞的完全一致。
2.19 常用的顺序控制系统编程方法有哪几种？其功能是什么？
答：常用的顺序控制系统编程方法很多。如梯形逻辑图、功能模块、助记符
及编程语言等。梯形逻辑图法是采用梯形逻辑图来描述顺序控制系统的
逻辑顺序关系；功能模块法把逻辑运算作为功能模块处理，按功能块组
态的方法连接起来完成编程；助记符方法在可编程逻辑控制器编程时经
常采用，它通常由操作码、标识符和元素参数表示；编程语言采用集散
型控制系统提供的语言或通用的高级语言来编程。
第6章现场总线技术与应用
6.1 什么是现场总线？
答：根据国际电工委员会IEC（International Electrotechnical Commision）标准和现场基金会FF(Fieldbus Foundation)的定义，现场总线的概念一
般为：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串
行、多节点的底层通信总线。
6.2 现场总线的本质含义表现在哪些方面？
答： 1．现场通信网络； 2．现场设备互联； 3．互操作性； 4．分散功能块； 5．通信线供电； 6．开放式互联网络。
6.3 现场总线有哪些优点？
答：1．全数字化； 2．全分布； 3．双向传输； 4．自诊断； 5．节省布线及控制室空间； 6．多功能仪表； 7．开放性； 8．互操作性； 9．智能化
与自治性
6.4 现场总线有哪几种典型类型？它们各有什么特点？
答：常用的现场总线有5种类型，它们的特点如下表所示。
6.5 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4~20mA，0~5V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，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是
集散控制系统试卷及答案(2012)
昆明理工大学试卷（）B5-1 考试科目：集散控制系统考试日期：命题教师： 学院：信自专业班级：自动化07、测控07 学生姓名：学号： 任课教师：课序号：考试座位号： 一、填空题(共32 分，每空1分) 1、DCS 设计思想是分散________、集中________，设计原则是分而 ________、综合________。 2、一个典型的DCS应该包括四大部分组成：至少一台___________站，至少一台___________站，一台___________站（也可以兼做）和一条通信系统。 3、在DCS操作站的画面体系中有___________、____________及______________这三种类型的显示画面。 4、DCS 控制层软件的基本功能可以概括为__________________、____________、____________、及I/O 数据的输出。 5、现场总线是自动化领域的通信、网络技术, 也被称之为工厂的____________。 6、集散控制系统是___________、___________、___________、___________技术（简称四C技术）发展的产物。
B5-2 7、发送装置和接收装置之间的信息传输通路称为___________，它包括 ___________和有关的中间设备。 8、DCS中报警优先级由高到底依次是：___________、___________、___________、___________和___________。 9、集散控制系统中，各种在组态中定义的回路控制算法、顺序控制算法、计算功能均在____________中实现。 10请列出主要DCS 生产厂家及产品①厂家:____________产品:____________ ②厂家:____________产品:____________③厂家:____________产 品:____________。 二、名词解释(12分,每题3分) 1、实时 2、在线 3、集散控制系统
现场总线控制系统的现状和发展前景
现场总线控制系统的现状和发展前景 序言 随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统（DCS）后，今后将朝着现场总线控制系统的方向发展。 现场总线(Fieldbus)是指开放式、国际标准化、数字化、相互交换操作的双向传送、连接智能仪表和控制系统的通信网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这是一项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，是信息化带动工业化和工业化推动信息化的适用技术，是能应用于各种计算机控制领域的工业总线，因现场总线潜在着巨大的商机，世界范围内的各大公司都投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究[1]。当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS 发展至今的FCS(Fieldbus Control System)系统，已被称为第五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C(Computer计算机、Control控制、Commcenication通信)技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争，仍未形成一个统一的标准，目前现场总线网络互联都是遵守OSI参考模型。由于现场总线以计算机、微电子、网络通讯技术为基础，这一技术正在从根本上改变控制系统的理念和方法，将极大地推动整个工业领域的技术进步，对工业自动化系统的影响将是积极和深远的。 现场总线技术是当代工业数字通信的前沿技术，是计算机技术、通信技术和自动化控制技术的集成，也是信息技术、测量技术在信息时代的体现。现场总线技术经过10年的研发、试验和局部应用阶段，现已开始大量地在中小系统中应用，并开始在超大规模的自动化系统工程中应用。现场总线技术是工业数字通信时代的先驱，它的出现正在引起工业控领域的一次前所未有的技术革命。现场总线不仅仅是分散于最底层的控制系统，而且是建立于整个工业体系的通信系统，它的通信协议建立在控制策略之上，标准的编程语言(DDL)和强大的通信功能，使现场总线控制系统成为贯彻操作者意志的最得力的工具，由于其巨大的技术优势，被认为是工业控制发展的必然趋势，将逐步取代传统的控制方法。 进入二十一世纪以来，随着我国国民经济的高速发展，我国现场总线控制系统行业保持了多年高速增长，并随着我国加入WTO, 近年来，现场总线控制系统行业的出口也形势喜人，2008年，全球金融危机爆发，我国现场总线控制系统行业发展也遇到了一些困难，如国内需求下降，出口减少等，现场总线控制系统行业普遍出现了经营不景气和利润下降的局面，2009年，随着我国经济刺激计划出台和全球经济走出低谷，我国现场总线控制系统行业也逐渐从金融危机的打击中恢复，重新进入良性发展轨道。
现场总线控制技术实验报告.
课程名称：现场总线实验任课教师：廉迎战 学院：自动化 专业班级： 学号： 学生姓名：
2015 年6月16日 实验一频移键控法仿真实验 一．实验目的 初步掌握通信原理基础知识中频移键控法的基本原理。 能用MATLAB仿真软件，编写并调试简单的仿真程序。 二．实验主要仪器设备和材料 1. 实验用计算机 2. MATLAB仿真软件 三．实验内容 四．实验步骤及结果测试 1．安装部署MATLAB仿真环境，同时根据频移键控法要求，设置仿真环境。 2.在MATLAB环境下，输入频移键控法原理图。 原理图如下：
方法一 方法二 Repeating sequence stair:F3数字信号sine wave ：100Hz信号 Sine wave1 ：50Hz信号 Scope1：示波器
方法一：Switch1:选通开关//方法二：用乘法器product代替 3.在MATLAB中产生F1=50Hz和F2=100Hz的交流信号，以及需要 发送的数字信号，数字信号为：F3=01101001方波波形。 4.加载输入信号，观察仿真原理图输出信号波形，同时记录并分析。 如下图： 五．思考题 1.数字信号01101001的频移键控法输出波形表示形式如下： 输出的数字信号为10110101时，其频移键控波形如下的OUT：
1~6行输出信号分别为：1.数字信号10110101的输入信号；2. 50Hz 频率sine；3.100Hz频率sine；4. Product输出；5.product1输出； 6.add输出 2.如何实现幅移键控法的信号通讯技术？ 通过信号幅值的高低映射到数字信号的1和0从而达到载波传输信号，可利用 现成的电信网，电话网等设施构成信道。
集散控制系统期末考试试题库及答案解析(1)
集散控制系统期末考试试题库及答案解析 一、填空 4. TDC3000系统中，一条LCN网最多可连40 个模块，通过扩大器可连64 个模块。 5. CS3000系统主要由操作站、现场控制站、工程师站、通信总线、通信网关等部分组成。 7.现场总线是一种数字式、双向传输、多分支结构、计算机局部网络的底层控制网络。 9.现场总线的基本设备有现场总线变送器、温度变送器、电流-现场总线转换器、现场总线-电流变换器等。 10. PROFIBUS现场总线的组态软件是STEP7。 11.计算机控制系统由:工业控制机生产过程组成。 12.计算机控制系统按参与控制的计算机不同，可分为工业控制机控制系统、PLC控制、单片机控制 20. CS3000集散控制系统的FCS有标准型、扩展型、紧凑型三种。 22.计算机控制系统按其结构不同可分为集中结构、分散结构大类。 23.集散控制系统由:工业控制机、通信网络、现场检测控制设备大部分组成。 25.集散控制系统又称为分散控制系统，英文简称DCS ，现场总线控制系统简称为FCS 。
二、名词解释 数据采集系统：计算机只承担数据的采集和处理，而不直接参与控制。 直接数字控制系统：计算机既采集数据，又对数据进行处理，并按照一定的控制规律进行运算，其结果经输出通道作用到控制对象，使被控变量符合要求。 现场总线控制系统：利用现场总线将分布在工业现场的各种智能设备和I/O单元方便的连接在一起构成的系统。 实时控制：计算机在规定的时间内完成数据的采集、、计算和输出。 传输速率：单位时间内通信系统所传输的信息量，一般以每秒种能够传输的比特数来表示，其单位是bps。 计算机控制系统：利用计算机来实现工艺过程自动控制的系统。 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。 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。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。 串行传输：把数据逐位依次在信道上进行传输的方式。 通信协议：通信双方共同遵守的规则，包括语法、语义、时序。 监督计算机控制系统：简称SCC系统，是一种两级微型计算机控制系统，其中DDC级计算机完成生产过程的直接数字控制。 分级控制系统：由多台计算机完成不同的控制功能和对多个设备的控制，其特点是控制分散、危险分散。 模拟通信：通信系统中所传输的是模拟信号，通常采用0-10m A DC或4-20m A DC电流信号传输信息。 数字通信：通信系统中所传输的是数字信号。 并行传输：把数据多位同时在信道上进行传输的方式。 开放系统互连参考模型：信息处理领域内最重要的标准之一，是一种框架模型，它将开发系统的通信功能分为七层，描述了各层的意义及各层的命名和功能。 六、问答题 1.操作站的主要功能：为过程显示和控制、系统生成与诊断、现场数据的采集和恢复显示等。工程师站的主要功能：控制系统组态的修改、控制参数的调试 监控计算机的主要功能：在车间管理级与过程优化级之间起到信息传递的作用，同时可对信息进行优化计算，为系统决策提供参考。 2.组态设计的一般步骤如下： （1）组态软件的安装按照要求正确安装组态软件，并将外围设备的驱动程序、通信协议等安装就绪。 （2）工程项目系统分析首先要了解控制系统的构成和工艺流程，弄清被控对象的特征，明确技术要求，然后再进行工程的整体规划，包括系统应实现哪些功能、需要怎样的用户界面窗口和哪些动态数据显示、数据库中如何定义及定义哪些数据变量等。
集散控制系统与现场总线复习题
*1.集散控制系统是计算机、通信、CRT显示和控制技术（简称4C技术）发展起来的产物。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，适应现代峨工业生产和管理要求。 *2. 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、管理计算机以及高速数据通道等五个主要部分组成。 *3. 集散控制系统四层结构模式（倒三角形的）：连续控制、批量控制、监测开关控制（在最下层）；过程控制级；控制管理级；生产管理级；经营管理级。 *4.DCS的基本功能：1）输入数据处理；2）输出处理；通过组态，数字输出可有三种不同形式：a、瞬时输出式；b、延时输出式；c、锁定输出式。3）控制功能；4）人-机接口功能；5）通信功能；6）自诊断功能；7）冗余技术。 *5.DCS的现状及发展形势：1）开放化2）小型化3）智能化4）基于现场总线的PLC；5）新一代智能变送器6）管控一体综合集成系统CIMS。 *6.通信介质主要有：双绞线、同轴电缆和光缆三种。 *7网络结构通常有：星形、环形、总线型、树形、组合型等五种网络结构。 *8.通信控制方式有广播式（又分为：自由竞争式、通行标志式、时间分槽式）、存储转发式等。 *9.组态步骤：（1）画出控制系统框图；（2）确定各槽路的有关特性：a要执行的标准算法；bX、Y输入所对应的存储块号及槽路之间的相互关系；c、显示特性；d、选择PV跟踪和预置功能；e、报警类型和高、低极限；f、控制作用及其他的控制要求。（3）填写组态字；（4）输出组态字。 10.集散系统从结构总体上看，都有三大部分：现场控制站、操作站和通信系统部分。现场控制站一般由各类多回路控制器、多功能控制器及数据采集站等组成，是集散控制系统与生产过程的接口界面。系统操作站是系统人机接口，是系统的操作、管理界面。通信系统是集散系统各单元的连接网络。 *11.多功能控制站MC由控制器文件夹（CCFA）、点卡文件夹（PCFA）、端子板和连接电缆等组成。 12. 点卡文件夹（PCFA）的主要功能是把来自端子板的模拟、数字或计数信号转换成适用于控制器文件夹内部总线的信号电平，也把来自控制器的信号转换成模拟或数字信号进行输出，同时还支持9-16号控制SLOT的输出。 *13.变量代码的字符部分：AI：模拟量输入；DI：数字量输入；DO：数字量输出；LB：逻辑块；CI：计数输入；FL：旗标变量；TM：计数器；LP：控制。 *14.SOPL顺控程序结构：主要包括定义和执行两大部分。（1）定义部分：用SOPL语句指出用户定义的变量名称和常数。（2）执行部分：执行SOPL语句，以产规定的控制作用。执行部分一般有三种形式的顺序：正常顺序（主顺序），子顺序和非正常顺序。为了生产需要，一般8个顺序SLOT构成一个单元，若干个单元完成一个批量生产，生产一种产品。通常主程序被排到单元的第一个顺序SLOT中去。 *15.MC无中断自动控制系统UAC的工作原理：在正常情况下，每个主控制器的监视定时器（WDT）都发出一个正常的信号给备用控制器指挥旗器，因而系统不发生切换动作。当某一主MC发生故障时，WDT停工，故障被RMCD的控制卡识别，并发送到CPU。CPU发出警告指令，通过译码卡接通汇线板上相应的报警端子。CPU发出·一选通脉冲，让故障主MC的测点数据经控制卡转移到RMC的存储器CMOS卡上，同时驱动开关上相应的继电器动作，使该
现场总线控制系统学习心得
现场总线控制系统学习心得 班级：电技131 姓名：杨秋 学号：20XX301030103 六个星期的现场总线控制系统课程已经结束，通过这段时间的学习和老师的耐心讲解，我初步了解到了这门课程的基本内容。 目前，在连续型流程生产工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。我们已经在以往的学习中了解到了PLC和DCS这两大系统的基本知识，而FCS就是我们这段时间学习的现场总线控制系统。老师分别从以下几个方面详细地向我们讲解了这门课程。 1现场总线和现场总线控制系统的概念 根据国际电工委员会IEC61158标准的定义，现场总线是指应用在制造过程区域现场装置和控制室内自动控制装置之间的包括数字式、多点、串行通信的数据总线，即工业数据总线。是开放式、数字化、多点通信的底层通信网络。以现场总线为技术核心的工业控制系统，称为现场总线控制系统FCS，它是自20世纪80年代末发展起来的新型网络集成式全分布控制系统。 其中，现场总线系统一般被称为第五代控制系统。第一代控制系统为50年代前的气动信号控制系统PCS，第二代为
4~20mA等电动模拟信号控制系统，第三代为数字计算机集中式控制系统，第四代为70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS。 2 现场总线技术现场总线技术将专用的微处理器置入了传统的测量控制仪表，使其各自都具有了多多少少的数字计算和数字通信能力，成为能独立承担某些控制、通信任务的网络节点。它们通过普通双绞线、光纤、同轴电缆等多种途径进行信息传输，这样就能够形成以多个测量控制仪表、计算机等作为节点连接成的网络系统。该网络系统按照规范和公开的通信协议，在位于生产现场的多个微机化自控设备之间，以及现场仪表与用作管理、监控的远程计算机之间，实现数据传输与信息共享，进一步构成了各种适应实际需要的自动控制系统 3 现场总线的分类 老师重点讲述了现场总线的几种类别，典型的现场总线技术包括了基金会现场总线FF，LonWork现场总线，Profibu 现场总线，CAN现场总线以及HART现场总线。其中FF总线尤为重要，按照基金会总线组织的定义，FF总线是一种全数字、串行、双向传输的通信系统，是一种能连接现场各种现场仪表的信号传输系统，其最根本的特点是专门针对工业过程自动化而开发的，在满足要求苛刻的使用环境、本质安全、总线供电等方面都有完善的措施。为此，有人称FF总线为
集散控制系统试题库
填空1.1975年，世界上第一套集散控制系统由Honeywell公司首先向市场推出，其型号是TDC2000。2. 操作站的基本功能包括显示、操作、报警、系统组态、系统维护和报告生成。 3. OSI参考模型的七层分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。 4.TDC3000系统中，一条LCN网最多可连40个模块，通过扩大器可连645个模块。 5. CS3000系统主要由操作站、现场控制站、工程师站、通信总线和通信网关等部分组成。 6.MACS现场控制站由控制机笼、主控制器、电源模块、智能I/O模块、端子模块、通信网络、控制机柜等部分组成。 7. 现场总线是一种数字式、双向传输、多分支结构和计算机局部网络的底层控制网络。 8. 典型的现场总线有Profibus、CAN、FF等。 9. 现场总线的基本设备有现场总线变送器、温度变送器、电流-现场总线转换器和现场总线-电流变换器等。10. PROFIBUS现场总线的组态软件是STEP711。11. 计算机控制系统由工业控制机和生成过程两大部分组成。12. 计算机控制系统按参与控制的计算机不同，可分为工业控制机控制系统、PLC控制和单片机控制。13. 集散控制系统是计算机技术、控制技术、显示技术和通信技术相结合的产物。14. 计算机网络的拓扑结构主要有总线型、星型、环型、树型和网状型。 15. JX-300X集散控制系统控制站卡件有主控制卡、数据转发卡和I/O卡。16. JX-300X DCS 的基本组态软件是sckey，实时监控软件是Advantrol/Advantrol-Pro17. 现场控制站的基本功能包括反馈控制、逻辑控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理和数据通信。18. TPS集散控制系统的网络类型主要有工厂信息网路PIN、TPS过程控制网络TPN和万能控制网络UCN。19. TDC3000集散控制系统的万能控制网UCN上挂接着过程管理站PM、先进过程管理站APM、万能控制网络UCN等。20. CS3000集散控制系统的FCS有标准型、扩展型和紧凑型三种。21. MACS通信网络主要分系统网络SNET、监控网络MNET和企业管理网ENET层次。22. 计算机控制系统按其结构不同可分为集中结构和分散结构两大类。23. 集散控制系统由工业控制机、通信网络和现场检测控制设备三大部分组成。24. 常用的通信介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤。25. 集散控制系统又称为分散控制系统英文简称DCS，现场总线控制系统简称为FCS。26. 集散控制系统的设计思想为集中管理、分散控制。27. JX-300X DCS的通信网络主要有SBUS总线、过程控制网SC netII和信息管理网EYHERNET三个层次。 28.TDC3000系统的三种通信网络主要是局部控制网LCN、万能控制网UCN和数据高速通道DHW。29. TPS集散控制系统中，一个HPMM最多能安装40块IOP和40块后备IOP。30. CS3000系统RIO标准型FCS中，一个FCU最多连1031个节点。31. MACS系统主要由网络、工程师站、操作员站、高级计算站、管理网网关、系统服务器、现场控制站、通信控制站等部分组成。31.集散控制系统的设计一般分为方案论证、方案设计、工程设计和系统文件设计四个
现场总线控制系统
现场总线控制系统Newly compiled on November 23, 2020
南阳理工学院自动控制仪表课程报告 学院（系）：机械与汽车工程学院 专业：测控技术与仪器（升）学生： *** 指导教师： * * 完成日期2015年 12 月
自动控制仪表课程报告 现场总线控制系统 Fieldbus control system 总计：自动控制仪表课程报告 20 页 插图： 14 幅
自动控制仪表课程报告 现场总线控制系统 Fieldbus control system 学院（系）：机械与汽车工程学院 专业：测控技术与仪器（升） 学生姓名： *** 学号：1%%%%%%% 指导教师（职称）：（高级工程师） 评阅教师： 完成日期： 2015年12月 南阳理工学院 Nan yang Institute of Technology
现场总线控制系统 测控技术与仪器（升） *** [摘要]技术自推广以来，已经在世界范围内应用于工业控制的各个领域。现场总线的技术推广有了三、四年的时间，已经或正在应用于冶金、汽车制造、烟草机械、环境保护、石油化工、电力能源、纺织机械等各个行业。应用的总线协议主要包括、、Foundation、、Interbus_S 等。在汽车行业，现场总线控制技术应用的非常普遍，近两年国内新的和旧的生产线的改造，大部分都采用了现场总线的控制技术。国外设计的现场总线控制系统已应用很广泛，从单机设备到整个生产线的输送系统，全部采用现场总线的控制方法。而国内的应用仍大多集中中生产线的输送系统、随着技术的不断发展和观念的更新必然会逐步扩展其应用领域。 [关键词] 现场总线；工业控制；应用广泛 Fieldbus control system Measurement & Control Technology and Instruments Major（l） *** Abstract：Field bus technology, since the promotion has been all over the world should be used in industrial control fields. Fieldbus technology popularization has three or four years, has been or are being used in metallurgy, automobile manufacturing, tobacco machinery, environmental protection, petrochemical, electric power, textile machinery and other industries. Application of bus protocol mainly includes the PROFIBUS, DeviceNet, Foundation, Fieldbus, Interbus_S, etc. In the automotive industry, the field bus control technology application is very common, in the past two years the domestic new and the old production line of auto production line transformation, mostly using the field bus control technology. Design of field bus control system has been applied abroad is very broad, from the single device to the transmission system of the whole production line, adopts the control method of the field bus. And domestic applications are mostly concentrated in the production line of
过程控制与集散系统课后习题答案
r t 1 y 3 y ) (∞y s t y 图1.3 过程控制系统阶跃响应曲线 1-1过程控制系统中有哪些类型的被控量 温度、压力、流量、液位、物位、物性、成分 1-2过控系统有哪些基本单元构成，与运动控制系统有无区别 被控过程或对象、用于生产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执行机构、报警保护盒连锁等其他部件 过程控制，是一种大系统控制，控制对象比较多，可以想象为过程控制是对一条生1-4衰减比和衰减率 衰减比等于两个相邻同向波峰值之比。 衡量振荡过程衰减程度的指标。 衰减率是经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数。 衡量振荡过程衰减程度的另一种指标。 一般希望过程控制系统的衰减比η=4:1～10:1,相当于衰减率Ψ=0.75到0.9。 若衰减率Ψ =0.75,大约振荡两个波系统进入稳态。 1-5最大动态偏差和超调量有何异同 最大动态偏差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最终稳态值的最大偏差量， 表现在过渡 过程开始的第一个波峰（y1）。 最大动态偏差是衡量过程控制系统动态准确性的指标。 超调量为最大动态偏差占被控量稳态值的百分比。 余差是指过渡过程结束后，被控量新的稳态值与设定值的差值。余差是过程控制系统稳态准确性的衡量指标。 调节时间ts 是从过渡过程开始到结束的时间。 理论上应该为无限长。一般认为当被控量进入其稳态值的5%范围内所需时间 就是调节时间.调节时间是过程控制系统快速性的指标。 振荡频率β是振荡周期的倒数。 在同样的振荡频率下，衰减比越大则调节时间越短；当衰减比相同时，则振荡 频率越高，调节时间越短。振荡频率在一定程度上也可作为衡量过程控 制系统快速性的指标。 过程控制的目标 安全性 稳定性 经济性 过程工业的特点 强调实时性和整体性/全局优化的重要性/安全性要求 过程控制系统的特点 / 被控过程的多样性 / 控制方案的多样性/被控过程属慢过程、多参数控制/定值控制/过程控制多种分类方法 过程控制系统的性能指标/稳定性、准确性/快速性 2-1什么是对象的动态特性，为什么要研究它 研究对象特性通常以某种形式的扰动输入对象，引起对象输出发生相应的变化，这种变化在时域或者频域上用微分方程或者传递函数进行描述，称为对象的动态特性。 动态特性：被控参数随时间变化的特性y(t) 研究被控对象动态特性的目的是据以配合合适的控制系统，以满足生产过程的需求。 2-2描述对象动态特性的方法有哪些 参数描述法 /传递函数描述/差分方程描述/状态空间描述 非参数描述法---响应曲线/阶跃响应/脉冲响应/频率响应/噪声响应:白噪声、M 序列 2-3过控中被控对象动态特性有哪些特点 1)对象的动态特性是不振荡的 2）对象动态特性有延迟 3）被控对象本身是稳定的或中性稳定的 2-4单容对象放大系数K 和时间常数T 各与哪些因素有关，K 、T 大小对动态特性的 影响 T 反映对象响应速度的快慢 K 是系统的稳态指标/K 大，系统的灵敏度高 2-5对象的纯滞后时间产生的原因是什么 纯延迟现象产生的原因是由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一定距离。 具有自平衡能力的双容对象的传递函数1 )()()()(21221+++= ??= s T T s T T K s U s H s G 有纯延迟时 s e s T T s T T K s U s H s G 01 )()()()(21221τ-+++=??= 具有自平衡能力的多容对象 若还有纯延迟 4 PID 调节原理 4-1，P 、I 、D 控制规律各有何特点，那些是有差、无差调节，为了提高控制系统的稳定性，消除控制系统的误差，应该选择那些调节规律 P 调节中，调节器的输出信号u 与偏差信号e 成比例 u = Kp e P 调节对偏差信号能做出及时反应，没有丝毫的滞后 有差调节,(放大系数越小，即比例带越大，余差就越大) 比例带δ大,调节阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无超调，但余差大，调节时间也很长 比例调节的特点： （1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系，即：u = K e （2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。 （3）比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。 若对象较稳定,则比例带可选小些，这样可以提高系统的灵敏度，使反应速度加快 积分调节（I 调节) 调节器的输出信号的变化速度du/dt 与偏差信号e 成正比，或者说调节器的输出与偏差信号的积分成正比， 只要偏差存在，调节器的输出就会不断变化 积分调节作用能自动消除余差./无差调节 稳定作用比P 调节差 滞后特性使其难以对干扰进行及时控制 增大积分速度，调节阀的速度加快，但系统的稳定性降低 微分调节（D 调节） 调节器的输出u 与被调量或其偏差e 对于时间的导数成正比 微分调节只与偏差的变化成比例，变化越剧烈，由微分调节器给出的控制作用越大 微分调节主要用于克服调节对象有较大的传递滞后和容量滞后 012345678 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8Step Response Time (sec) A m p l i t u d e K=0.2K=1K=10K=100 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。 Time (sec) A m p l i t u d e Ti=1Ti=5Ti=10Ti=inf 积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。 积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti ，Ti 越小，积分作用就越强。反之Ti 大则积分作用弱。 加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。 积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI 调节器或PID 调节器。 Time (sec) A m p l i t u d e Td=0.5Td=1Td=10Td=0 微分调节作用：微分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 % 100) (1 ?∞=y y σ)()(∞-=∞y r e 31y y =η1 3 1 y y y -=ψp π β2=
集散控制系统与现场总线概述
集散控制系统与现场总线技术总结 1．首先着重阐述一下两个重要概念，——DCS和现场总线。 DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自 控行业又称之为集散控制系统，它的另一含义是指DCS产品。DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS 通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。典型的集散型控制系统（DCS）由三层计算机网络介入控制与管理的大型控制系统组成，这种三层控制结构是，第 1 层为过程控制级，以PLC （或现场总线）通过远程输人／输出网络，构成对现场设备的基本控制，DCS 的控制对象特点具体体现在过程控制级上；第2层为控制管理级，即以监控计算机通过工控网络与PLC 相连，实现对流程设备的上位机监控；第 3 层为生产管理级，即以文件服务器、管理计算机及其局域网与监控计算机相连接，随时读取现场信息，实现生产管理。在这一级上，从安全性考虑，管理计算机不能直接干预DCS 的控制。分散控制使得系统由于某个局部的不可靠而造成对整个系统的损害降到很低的程度，加之各种软硬件技术不断走向成熟，极大地提高了整个系统的可靠性，因而迅速成为工业自动控制系统的主流。集散控制系统主要特点就是分散控制集中管理。 所谓现场总线是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。现场总线系统具有以下技术特点：①系统的开放性；②互可操作性与可用性；③现场设备的智能化与功能自治性；④系统结构的高度分散性； ⑤对现场环境的适应性。它是工业控制网络向现场级发展的产物，完整地实现了控制技术、计算机技术与通信技术的集成，其通信协议基本遵照ISO/OSI参考模型，主要实现第1、2、7层（物理层、数据链路层和应用层）功能。现场总线是应用于过程控制现场的一种数字网络，它不仅包含有过程控制信息交换，而且还包含设备管理信息的交流。通过现场总线，各种智能设备（智能变送器、调节法、分析仪和分布式I/O单元）可以方便地进行数据交换，过程控制策略可以完全在 现场设备层次上实现。控制网络直接面向生产过程，因此要求很高的实时性、可靠性、资料完整性和可用性。它综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段，从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字—模拟信号控制的局限性，构成一种全分散、全数字化、智能、双向、互连、多变量、多接点的通信与控制系统。相应的控制网络结构也发生 了较大的变化。FCS的典型结构分为3层：设备层、控制层和信息层。 2．下面简单介绍一下控制系统的科技发展史。 最早的控制系统是50 年代出现在化工行业的数据处理系统。随后是直接数字控制系统DDC，它是把控制器里加入CPU（最早的单板机），把模拟仪表替换为数字仪表。然后是监督控制系统SCC(Supervisory Computer Control)。接下来是监控数据采集系统SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)，七十年
集散控制系统复习题
1.】 2.微处理器，集中管理和分散控制 集散控制系统是以为基础的集中分散型控制系统。集散控制系统的主要特点是和。 3.分散过程控制装置、操作管理装置和通信系统 集散控制系统基本构成由、、、组成。 4.多层结构、多级结构和多重结构 分级递阶控制系统结构分为、、组成 5.可移植性、可操作性、可适宜性和可用性 开放系统的标志是、、和。 6.) 7.同步运转方式、待机运转方式、后退运转方式和多级操作方式 常用的冗余方式有、、和。 8.执行器传感器现场总线、设备现场总线和全服务现场总线 现场总线可分为、和。 9.开放性、智能化、互操作性、环境适应性、分散控制 现场总线的特点是、、和。 10.标准化、OPC技术、设备描述技术 保证互操作性的措施有、和等。 11.： 12.可靠性、易操作性、可组态性、可扩展性、实时性、环境适应性、开放性和经 济性 集散控制系统的性能评估指标有、、、、和等。 13.可靠度、平均无故障时间MTBF、到发生故障的平均时间MTTF、故障率 集散控制系统的可靠性指标有、、等。 14.系统运行不易发生故障的设计、系统运行不受故障影响的设计、能迅速排除故 障的设计 集散控制系统可靠性设计三准则是、和。 15.系统组态、控制组态、画面组态 集散控制系统的组态包括、和。 16.| 17.输入、输出类功能模块、控制算法类功能模块、运算类功能模块、信号发生器 类功能模块、转换类功能模块、信号选择和状态类功能模块 功能模块按功能分类，通常可分为、、、和等类。 18.实时趋势和历史趋势 趋势画面包括和两类。 19.媒体存取控制指节点在向通信媒体存信息或从通信媒体取信息时的控制规则媒体存取控制指在向通信媒体信息或从通信媒体信息时的控制规则。 20.采样频率应不小于原系统最高频率的两倍 香农（Shannon）定理规定采样频率应。 21.*
现场总线技术综述
现场总线技术综述
2008-3-3 15:51:00 来源：中国自动化网
现场总线控制系统技术是 20 世纪 80 年代中期在国际上发展起来的一种崭新的 工业控制技术。现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的 PLC 和 DCS 控制系 统基本结构的革命性变化。 现场总线系统技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术 含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。更重要的是从原 来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。 尤其是 20 世纪 90 年 代现场总线控制系统技术逐渐进入中国以来，结合 Internet 和 Intranet 的迅猛发展， 现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。 现场总线控 制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。
1 现场总线的发展
计算机控制系统的早期，采用一台小型机控制几十条控制回路，目的是降低每条 回路的成本。但由于计算机的故障将导致所有控制回路失效，所以后来发展成分布式 控制（DCS），即由多台微机进行数据采集和控制，微机间用局域网（LAN）连接起 来成为一个统一系统。DCS 沿用了二十多年，其优点和缺点均充分显露。最主要的 问题仍然是可靠性：一台微机坏了，该微机管辖下的所有功能都失效；一块 AD 板上 的模/数转换器坏了，该板上的所有通道（8 或 16 个）全部失效。曾有过采用双机双 I/O 等冗余设计，但这又增加了成本，增加了系统的复杂性。为了克服系统可靠性、 成本和复杂性之间的矛盾，更为了适应广大用户要求的系统开放性、互操作性要求， 实现控制系统的网络化，一种新型控制技术──现场总线控制系统（FCS）正迅速发 展起来。 1.1 什么是现场总线 从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机 系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。而现场总线标准规定某 个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。 数据的传输介质可以是电线电 缆、光缆、电话线、无线电等等。 通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并 联接线方式，从 PLC 控制各个电器元件，对应每一个元件有一个 I/O 口，两者之间需 用两根线进行连接，作为控制和/或电源。当 PLC 所控制的电器元件数量达到数十个 甚至数百个时， 整个系统的接线就显得十分复杂， 容易搞错， 施工和维护都十分不便。 为此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有 的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。因而这根 线自然而然地称为了总线，就如计算机内部的总线概念一样。由于控制对象都在工矿 现场， 不同于计算机通常用于室内， 所以这种总线被称为现场的总线， 简称现场总线。
计算机控制系统试题及答案
计算机控制系统试卷一答案 一、简答题（每小题5分，共50分） 1、画出典型计算机控制系统的基本框图。答：典型计算机控制系统的基本框图如下： 2、根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？ 答 (1) 周期采样指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。 (2) 同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。 (3) 非同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。 (4) 多速采样如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。 (5) 随机采样若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。 3、简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。 答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数K P。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数K P可以减小静差，但是K P过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。 (2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数T I大，则积分作用弱，反之强。增大T I将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。 (3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。 4、线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？ 答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根的模｜z i｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。 5、为什么会出现比例和微分饱和现象？ 答：当给定值发生很大跃变时，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分计算出的控制增
集散控制与现场总线技术-实验指导书
集散控制与现场总线技术 实验指导书
实验一 建立工程项目 一、 实验目的： 1、了解WinCC 的特点。 2、熟悉和掌握项目管理器的结构。 3、掌握项目创建的步骤。 二、 实验设备 安装了WinCC 软件的计算机 三、 实验原理 1、 项目管理器 （1） 启动 WinCC 安装成功后，WinCC 将出现在操作系统的开始菜单上。启动WinCC 可使用Windows Control 5.0命令，也可通过其他方式启动WinCC 项目管理器。 （2） WinCC 项目管理器的结构 使用WinCC 项目管理器，可完成以下工作： ● 创建和打开项目。 ● 管理项目数据和归档。 ● 打开各种编辑器。 ● 激活或取消激活项目。 WinCC 项目管理器的用户界面由以下元素组成：标题栏、菜单栏、工具栏、状态栏、 浏览窗口和数据窗口，如图1-1所示。 状态栏浏览窗口数据窗口 图1-1 WinCC 项目管理器
2、项目类型 WinCC中的工程项目分为3种类型：单用户项目、多用户项目和客户机项目。项目包括“计算机”、“变量管理器”、“编辑器”等组件。 单用户项目是一种只拥有一个操作终端的项目类型。在此计算机上可以完成组态、操作、与过程总线的连接以及项目数据的存储。项目的计算机既用作进行数据处理的服务器，又用作操作员的输入站。其他计算机不能访问该计算机上的项目（通过OPC等访问的除外）。 单用户项目可与多个控制器建立连接。在单用户项目计算机所在的自动化网络中，一般只有一台PC机。如果有多台PC机，则PC机上的数据也是相互独立的，不可通过WinCC 进行相互访问。 如果只希望在WinCC项目中使用一台计算机进行工作，可创建单用户项目，运行WinCC。 3、创建项目的步骤 第一步：准备工作。 创建项目前应对项目的结构给出一些初步的考虑。可从如下几个方面进行： （1）项目类型在开始创建项目前，应清楚创建的是单用户项目，还是多用户项目。
集散控制系统(DCS)复习题及答案
集散控制系统（DCS）复习题及答案 一填空 1，集散型控制系统采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中的基本设计思想，形成“分散控制、集中管理”的结构形式，适应现代化的生产和管理要求。 2，集散型控制系统是计算机(Computer) 、通信(Communication )、CRT 显示和控制(Control ) 技术( 简称四C 技术) 发展的产物。 3，集散型控制系统的回路控制功能由现场控制站完成。 4，集散型控制系统中所有的现场控制站、操作员站均通过数字通信网络实现连接。 5，集散型控制系统中PCU指过程控制单元，PIU指过程接口单元，DH指高速数据通路，OS指操作员站，MC指管理计算机。 6，试列举三个典型的DCS系统和利时公司MACSII系统，西门子PCS7系统，霍尼韦尔TDC3000系统。7，集散型控制系统发展历程的第二代指1980年到1985年。 8，集散型控制系统按功能分层的层次结构从下至上依次分为直接控制层、操作监控层、生产管理层和决策管理层。其中，数据采集是直接控制层的任务，市场和用户分析是决策管理层的任务。 9，一个最基本的DCS应包括四个大的组成部分：至少一台现场控制站，至少一台操作员站，一台工程师站(也可利用一台操作员站兼做工程师站)，一条系统网络。 10，DCS的软件构成包括控制层软件，监控软件，组态软件。 11，DCS有一系列特点和优点，主要表现在以下六个方面：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。 12，在DCS中，控制算法的编程是在工程师站上完成的，工作人员对现场设备的监视是在操作员站上完成的。 13，DCS的数据库在服务器中。 14，通常，控制系统设计人员是通过控制算法组态工具，将存储在控制器中的各种基本控制算法，按照生产工艺要求的控制方案顺序连接起来，并填进相应的参数后下装给控制器，这种连接起来的控制方案称之为用户控制程序，在IEC 61131-3标准中统称为POU S是指程序组织单元(Program Organization Units)。 15，把连续取N个采样值看成一个队列。队列的长度固定为N。每次采样到一 个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据(先进先出原则)。把队列中 的N个数据进行算术平均运算，这种滤波方法被称作：递推平均滤波法(又 称滑动平均滤波法)。 16，列举5种数字滤波方法：算数平均滤波法，递推平均滤波法，中位值滤波 法，限幅滤波法，一阶滞后滤波法。 17，现场的开关量信号存在抖动成分，抖动时间一般为4ms～15ms。 19，DCS系统，PLC生产商所应遵循的国际标准是IEC61131，其中，硬件是在 第二部分定义，软件是在第三部分定义。 20，IEC 61131-3引入了程序组织单元POU的概念，POU有三类：函数(functions)、 功能块(function-blocks)和程序(program)。 21，DCS 数据库管理和处理的数据分为配置数据和动态数据两类。 22，基带传输中可用各种不同的方法来表示二进制数0和1，这被称作数字编 码。 23，如图所示数据表示方法，其中平衡、不归零、单极性编码的是C ；非平衡、归零、单极性编码的是 F 。 24，常用的通信传输介质有双绞线，同轴电缆，光缆。 25，列举三种常见的工业现场总线Profibus总线，Modbus总线，CAN总线。 26，系统的可靠性指标通常用概率来定义，常用的有可靠度R(t)、失效率λ(t)、平均故障间隔时间(MTBF)、平均故障修复时间(MTTR)、利用率等。 27，可靠度是一个定量的指标，它是通过抽样统计确定的。