计算机控制部分习题及答案

《计算机控制系统》思考题与习题

一、序篇部分

1、工业计算机控制系统的硬件和软件由哪几部分组成?各部分的作用是什么?

2、总线有哪几类、各用于什么场合?

常见的系统总线（内总线）有哪些？常见的外总线（通信总线）又有哪些？应用最广的总线是哪几种？

3、计算机控制系统有哪些类型？DCS和FCS的主要特点是什么？

4、DDE、ODBC、OPC的含义是什么？其功能是什么？

答：

（1）DDE动态数据交换技术：用于在Windows 平台下两个进程之间、使用共享内存进行数据交换及命令的传递。DDE由应用程序名、主题名、项目名组成，适合在数据交互量较少的场合。

（2）ODBC（Open Data Base Connectivity）开放数据库连接技术：用于指定应用软件要访问的数据源，以进一步与具体的数据库连接，实现数据的交换。

（3）OPC（OLE for Process Control-----用于过程控制的对象链接嵌入技术）：以微软的OLE/COM（组件对象模型）、DCOM（分布式组件对象模型）技术为基础，定义了软件标准接口，采用了客户/服务器模式。OPC提供开放、一致的接口规范；为来自不同供应商软硬件提供“即插即用” 连接。

5、综合自动化系统有哪两种？综合自动化系统的三层结构的含义是什么？

答：CIMS和CIPS。PCS（过程自动化）、MES（制造执行系统）、ERP（企业资源规划）

二、硬件部分

1、构成计算机控制系统有哪两种方式？各有何特点？

2、I/O数据传送方式有哪几种? A/D接口采用的是哪几种数据传送方式?

3、过程通道有哪些类型? DI/DO、AI/AO通道是怎样构成的？

4、I/O信号为何要进行调理？常用的隔离措施有哪些？

答：电气隔离措施有变压器隔离、光电隔离、继电器隔离。

5、A/D转换器的量化间隔是如何定义的？当模拟输入电压范围为0-5V时，8位、10位、12位A/D转换器的量化间隔各为多少？

6、A/D与CPU接口时，与哪些因素有关？需要哪些信号？

*7、设计一个16路的数据采集系统

要求：①输入信号为0-5V；用查询法读取A/D的转换数。

②用Protel软件画出该数据采集板的原理线路图。

③简要说明设计思路以及所采用的芯片。

8、某8位D/A转换器芯片，其参考电压是+5V，当CPU分别送出80H、40H、10H时，其对应的模拟输出电压各为多少？

9、12位D/A板卡，000~FFFH数字量与输出电流4~20mA对应，试问输出50%时，应送什么代码？输出电流是多少？

答：800H=2048，4+（20-4）*50%=12mA

10、D/A 与CPU接口时，与哪些因素有关？需要哪些信号？

*11、设计一个A/D和D/A板（A/D和D/A芯片自定）

要求：①16AI（输入信号范围为+5V）。

②2AO（输出方式：4-20mA）。

③用Protel软件画出该板的原理线路图。

④写出接口程序流程图。

12、远程I/O模块有哪些种类？怎样与上位机连接和通信？

答：远程I/O模块有研华的ADAM4000/5000/6000序列、威达的牛顿7000序列、研发的DAC8000序列等。

与上位机的通信方式有两种：

①远程I/O模块（如ADAM4000/5000序列、牛顿7000序列、DAC8000序列）之间

的连接采用RS-485总线并通过RS-232C/RS-485转换器连接到上位机的串口，实现通信。

②远程I/O模块（如ADAM6000序列）之间的连接采用以太网总线，并通过以太网网

卡与上位机通信。

13、ADAM-5510的底座带有多少个I/O插槽和串行通信口？

答：带4个I/O插槽；有4个串行通信口：2个RS-232C、1个RS-485、1个RS-232C/RS-485

*14、已知某生产过程有32点AI、8点AO、16点DI、16点DO需进行检测与控制，

试设计一个计算机控制系统并画出其系统配置图。

答：ADAM-4017+为8AI模块，则32AI需4块ADAM-4017+；

ADAM-4024为4AO模块，则8AO需2块ADAM-4024；

ADAM-4055为8DI/8DO模块，则16DI/16DO需2块ADAM-4055；

同时，还需1块ADAM-4520作为RS-232/485转换，以便实现远程I/O模块与上位机的通信，其系统配置如图所示。

三、软件部分

1、IEC 61131-3是什么标准？它定义了哪几种编程语言？

2、为何要进行数据处理？一般有哪几种方法？

答：在信号传输和采样过程中，可能会受到各种干扰、或存在传感器故障与非线性等因素的影响，需要对采集进计算机的数据进行数据处理，得到能反映实际工况的数据，以便用于显示、报警和控制。数字滤波、线性化、工程量变换。

3、数字滤波的方法有哪些？各有何特点？

4、为何要进行工程量变换，写出表达式？

某温度系统的最大范围为－20 ~+60℃，采用近似线性的铂热电阻进行测温，经相应的变送器转换输出1－5V的模拟电压，并送A/D板实现数据采集。其中A/D板的输入范围为0－5V，输出为000H-FFFH的12位数字量。如果采样值为E8FH时，所对应的温度值是多少？

答：Y x= Y min+（Y max—Y min）*（N x—N min）/（N max—N min）

－20 ~+60℃1－5V ? 0－5V 000H－FFFH 0－4095

Y min=－20℃，Y max=+60℃，

N max =4095，or N max =5V

N min=4095/5=819 or N min=1V

N x=E8FH=3727 or N x=（5/4095）*3727=4.55V

则Y x=－20℃+（+60℃－（－20℃））*（3727-819）/（4095－819）≈51℃

或Y x=－20℃+（+60℃－（－20℃））*（4.55V－1V）/（5－1）≈51℃

5、常见的CRT画面有哪几种？各自的含义是什么？

6、组态软件有几大类？各自的主要功能是什么？

7、常见的工控组态软件有哪些？监控画面的组态一般有哪几个步骤？

*8、自选一个工业生产过程，用组态王或InTouch设计其人机监控画面并能动态运

行，以便观察数据的动态刷新或趋势变化。完成之后，提交上机报告。

*9、已知工业锅炉的汽包水位是一个非常重要的参数，为保证锅炉的安全运行，需将水位控制在150+50mm 的范围内，并将水位的变化动态地显示出来。试用高级语言编写水位的趋势画面程序并用随机数产生100点150+50mm 范围内的数值来模拟水位的变化。（选做） 10、已知某计算机控制系统的A/D 转换器采用ADC0809、D/A 采用DAC0832、采用单回路控制，并采用PI 算法，即：

试画出整个系统的计算机控制原理框图及程序流程图并确定PID 的参数。

Kp=8*14=112，Ki=Kp*T/Ti=8*14/32，Ti=Kp*T/Ki=112*25*32/112=800ms

*11、如图1所示单回路控制系统，G （s ）为被控对象，T 为采样周期，请用高级语言或Matlab ，编写基于增量型PID 或位置型PID 控制算法的单回路控制系统仿真程序。

图1

提示：先要对G(s)进行离散化处理；r(k)可视为阶跃输入。 1）试分析PID 参数的变化对系统的影响；

2）应用某种PID 参数整定方法，确定PID 参数并进行系统仿真，观察所确定的 PID 参数是否能满足；

3）提交上机实验报告（包括：仿真程序设计说明、仿真程序、仿真结果及分析）

*12、已知某工艺过程的控制方案如图2所示，试用UMC800控制器软件LCB 进行控制方案的组态，并打印出组态图。

设

5

8.05

)(2

++=s s s G T=0.0502

图2

13、设被控对象传函为：

控制器采用PI 算法，即：D （s ）=0.3(1+1/0.5s)，采样周期T=0.5s 。 ① 试设计数字式Smith 补偿器；

②画出带Smith 补偿的PI 控制系统原理框图和程序流程图。 答：

Kp=0.3，Ti=0.5，

14、画出汽包水位三冲量计算机控制系统的原理框图并上机进行组态。 其中，设前馈调节器的控制规律为：

主调节器采用PID 控制规律，副调节器采用PI 控制规律。（选做）

1

4.0)(2+=

-S e s G S

4

}5

.02

int{}int{0===T K τ2

=τ1

4.01

)()(+=

S s U s Z 离散化

Z （k ）=（4/ 9）* Z （k –1）+ u （k ）

)()()(0k k Z k Z k y --=τ