控制系统接口技术复习2015

控制系统接口技术复习2、在微机控制系统中，与传感器连接并进行数据采集是在I/O接口实现的。

（教材P85）4、若OPC客户端采用EXCEL，则应该通过自动化接口与OPC服务器通信。

（教材P132）6、微机控制系统中，过程I/O接口主要指A/D、D/A、DI/DO、AI/AO 。

7、功能安全中，安全完整性是指在规定的时间内，在规定的条件下安全相关系统成功执行规定的安全功能的能力。

8、电气/电子/安全相关系统的功能安全国际标准是IEC 61508 。

9、控制系统编程语言国际标准是IEC 61131-3 。

（教材P181）10、根据控制系统编程语言国际标准，程序组织单元（POU）包括程序、功能和功能块。

（教材P199）11、OPC数据项表示了与OPC服务器中数据的连接，包括值、质量和时间戳三个基本属性。

（教材P137）12、RS-232C、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议。

13、基于PC的控制中，PC是指工业计算机，而不是可编程控制器。

（教材P218）14、OPC技术规范描述了OPC服务器需要实现的COM 对象及其接口，共包括两套接口，它们分别是自动化接口与定制接口。

（教材P13215、在某SCADA系统中，若要用PLC的输出口。

（教材P88）二、判断、改错2%×10=20%1、现场总线控制系统中，由于控制器与现场仪表之间通过总线通信，因此总线仪表就没有了输入输出接口，而只有通信接口。

（×）2、工业控制系统中，多数操作都可以赋予一定的操作权限，只有具有相应权限的操作人员才具有操作能力。

（√）3、若某控制设备升级，要对其OPC服务器的驱动部分做修改，因此与该OPC 服务器通信的OPC客户程序也要修改其接口部分。

（×）4、基于PC的数据采集系统中，A/D转换可以不用CPU控制而自动完成。

（×）5、所有组态软件产品中的内部变量都是指不与现场控制设备：如PLC、板卡等寄存器相关联的变量。

（√）6、与传统仪器相比，虚拟仪器的核心是应用软件。

（√）7、采用“看门狗”（watch dog）技术可以有效防止系统“死锁”。

（√）8、所谓“软逻辑控制“是指控制系统中不需要独立的硬件控制器。

（√）9、在微机控制系统中，若要实现同步数据采集，主要是通过软件实现的。

（×）10、在接口调理电路中采用模拟方式滤波时，通常采用简单的RC低通滤波器构成。

滤波器同时还做浪涌电压保护，防止浪涌电压进入通道内部，破坏信息处理设备。

（√）2、通常情况下，一个OPC服务器只能与一个OPC客户连接。

（×）11、OPC服务器与上位机人机界面软件之间的接口是开放的标准接口。

（√）12、过程I/O接口通道上具有信号隔离和放大功能。

（√）13、在控制系统中，若采用驱动程序方式实现控制设备与上位机软件通信，一个时刻能允许多个上位机应用程序读写该设备。

（×）14、若要实现数据的同步采样，在硬件上应该配置相应的采样保持器。

（√）三、选择题4%×5=20%1、以下（D）监控系统开发通常不采用SCADA系统，而采用DCS系统。

A、油田采油设备B、无线通信基站C、城市自来水管网D、化工生产2、以下（C）功能通常由工业控制系统中的上位机完成。

A、模数转换B、PID控制C、报警记录与应答D、数模转换3、与客户机/服务器模式相比，浏览器/服务器模式的优点是（A）A、维护简单B、个性化程度高C、响应速度快D、功能强4、与浏览器/服务器模式相比，客户机/服务器模式的特点是（B）。

A 维护简单；B个性化程度高；C响应速度慢；D开发成本低。

5、关于组态软件，以下说法不正确的是( C ).A、是开发SCADA系统人机界面的主要应用软件B、多数组态软件产品都具有相似性C、用组态软件开发人机界面要用高级语言来编程实现；D、用组态软件开发人机界面可以更好地实现软件可重用5、以下（A）功能通常由SCADA系统中的下位机完成。

A、回路控制B、实时趋势显示C、报警记录与应答D、数据报表6、（D）功能通常不属于I/O接口应该实现的功能A、隔离功能B、中断管理C、驱动功能D、运行PID程序7、SCADA系统中，人机界面可以实现的功能不包括（C）。

A 数据记录；B执行脚本程序；C 直接从传感器采集数据；D用户管理四、简答题10%×4=40%1、试说明工控系统信息安全产生的背景及其防护技术。

答：近年来由于震网病毒等一系列工控系统安全事件使得工控系统信息安全越来越受到重视，其原因在于以下几点：①控制系统与管理系统的集成度越来越高。

②控制系统由专用走向开放，大量利用现有的IT软件、硬件和通用技术③工控系统在设计时重视功能安全而忽略信息安全。

④控制系统存在大量漏洞，客观造成了可乘之机。

⑤控制系统的特殊要求导致IT界常用的信息安全技术不能有效用于控制系统。

对于在线的控制系统很难进行安全测试和加固。

⑥网络战争的一种形式。

⑦控制系统操作和管理不重视信息安全，这方面的经验等缺乏。

工控系统信息安全防护技术无外乎人防与技防两方面：其一，采取加强管理的人防措施，如：建立完善工控系统安全标准、规范、管理制度，企业加强外来人员管理，禁止外来人员随意接触工控系统，加强工控系统系统密码管理与保护，严禁外部移动存储设备、电脑接入控制站及控制网等；其二，采取技防措施，如：在工厂管理网及控制网之间增加防火墙，在工厂管理网边缘增设“网闸”等设备将互联网与工厂管控网尽量隔绝等。

2、举例说明微机控制系统的主要接口及其功能。

答：微机控制系统主要接口：IO接口（与A/D、D/A、AI/AO、DI/DO的连接）、人机接口（与显示器、键盘的连接）、通信接口（与其他系统连接）、辅助接口。

IO接口主要功能：I/O接口不仅实现了计算机与监控过程的信号传输，而且还解决了计算机与外部设备连接时存在的各种矛盾，如：输入输出信号形式的不同、速度的不匹配、串／并连转换以及信号隔离等。

I/O接口的功能归纳起来主要有：①数据缓冲功能——计算机的工作速度快，而外部设备的工作速度比较慢，为了避免因速度不一致导致的数据丢失，接口中一般都设置有数据寄存器或锁存器。

②信号转换功能——由于外部设备所需要的控制信号和所能提供的状态信号与计算机能识别的信号往往是不一致的，特别是连接不同公司生产的设备时，进行信号之间的转换是不可避免的。

信号的转换包括时序的配合、电平的转换、信号类型的转换、数据宽度的转换（并行变串行或串行变并行）等。

③驱动功能——由于计算机总线的信号驱动能力有线，当要连接多台外部设备时，总线可能就会不堪重负，因此，可以通过扩展的接口来连接多台外部设备。

④中断管理功能——当外部设备需要及时得到计算机的服务时，就要求接口设备具有中断控制管理功能。

⑤隔离功能——接口上的光电隔离或电气隔离等各种隔离措施可以确保计算机系统的安全。

3、分析控制系统编程语言国际标准产生的背景及其特点。

（教材P180-182）答：IEC 61131-3是第一个为工业自动化控制系统的软件设计提供标准化编程语言的国际标准。

其制定的背景：PLC在标准的制定过程中正处在其发展和推广应用的鼎盛时期，而编程语言越来越成为其进一步发展和应用的瓶颈之一。

大量厂商在PLC的生产、开发上各自为战，造成PLC产品从软件到硬件的兼容性很差。

虽然一些中、高端PLC还支持其他一些编程语言，但从总体上来讲，传统的以梯形图为代表的PLC编程语言存在许多不足之处，主要表现在以下方面。

梯形图语言规范不一致；程序可复用性差；缺乏足够的程序封装能力；不支持数据结构；程序执行具有局限性；难以实现选择或并行等复杂顺控操作；传统的梯形图编程在算术运算处理、字符串或文字处理等方面均不能提供强有力的支持。

IEC 61131-3标准的特点：IEC 61131-3允许在同一个PLC中使用多种编程语言；允许程序开发人员对每一个特定的任务选择最合适的编程语言；允许在同一个控制程序中不同的软件模块用不同的编程语言编制，以充分发挥不同编程语言的应用特点。

标准中的多语言包容性很好地正视了PLC发展历史中形成的编程语言多样化的现实，为PLC软件技术的进一步发展提供了足够的技术空间和自由度。

4、IEC 61131-3在制定中吸收了现代软件工程中哪些内容？（教材P182-183）答：IEC 61131-3编程语言标准的优势在于成功的将现代软件的概念和现代软件工程的机制和成果用于PLC传统编程语言，主要表现在以下几方面。

①采用现代软件模块化原则：编程语言支持模块化，将常用程序功能分块封装，构成编程基础；模块化时只设置必要、尽可能少的输入输出参数，尽量减少交互作用和内部数据交换；模块化接口之间交互作用均采用显性定义；将信息隐藏于模块内，对使用者来说只需了解该模块的外部特性（即功能、输入和输出参数），而无需了解模块内算法的具体实现方法。

②支持自顶而下（Top Down）和自底而上（Bottom Up）的程序开发方法。

③所规范的编程系统独立于任一个具体的目标系统，可以最大限度地在不同的PLC目标系统中运行。

不仅奠定了PLC编程开放性基础，还体现标准公正性。

④将现代软件概念浓缩，并加以运用。

⑤完善的数据类型定义和运算限制。

⑥对程序执行具有完全的控制能力。

允许程序的不同部分、在不同的条件下、以不同比率并行执行。

⑦结构化编程。

对于循环执行的程序、中断执行的程序、初始化执行的程序等可以分开设计。

此外，循环执行的程序还可以根据执行的周期分开设计。

5、比较常规控制系统（如DCS离散控制系统）与SIS（安全仪表系统）的异同。

（以下五号字体内容为扩展内容，帮助记忆理解，可忽略）•系统的组成：DCS一般是由人机界面操作站、通信总线及现场控制站组成；而SIS系统是由传感器、逻辑解算器和最终元件三部分组成。

及DCS不含检测执行部分。

•实现功能：DCS用于过程连续测量、常规控制（连续、顺序、间歇等）操作控制管理使生产过程在正常情况下运行至最佳工况；而SIS是超越极限安全即将工艺、设备转至安全状态。

•工作状态：DCS是主动的、动态的，它始终对过程变量连续进行检测、运算和控制，对生产过程动态控制确保产品质量和产量。

而SIS系统是被动的、休眠的。

•安全级别：DCS安全级别低，不需要安全认证；而SIS系统级别高，需要安全认证。

•应对失效方式：DCS系统大部分失效都是显而易见的，其失效会在生产的动态过程中自行显现，很少存在隐性失效；SIS失效就没那么明显了，因此确定这种休眠系统是否还能正常工作的唯一方法，就是对该系统进行周期性的诊断或测试。

因此安全仪表系统需要人为的进行周期性的离线或在线检验测试，而有些安全系统则带有内部自诊断。