DCS试题及答案

一、DCS简答题

1、DCS基本含义是什么？试述其基本结构及各层结构的基本功能。

答：集散控制系统DCS(Distributed Control System)，又称为分布式控制系统是利用

计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。

是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通讯网络技术、CRT技术、图形

显示技术及人机接口技术相互渗透发展而产生的。DCS既不同于分散的仪表控制,

又不同于集中式计算机控制系统,而是克服了二者的缺陷而集中了二者的优势。它

具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人

机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠的特点,适用于石油、化

工、冶金、轻工、造纸等各种生产过程,能提高生产自动化水平和管理水平,提高产

品质量,降低能源消耗和原材料消耗,提高劳动生产率,保证生产的安全,促进工业

技术发展,创造最佳的经济效益和社会效益。

DCS按功能分层结构充分体现呢其分散控制和集中管理的设计思想。DCS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。

1）直接控制层是DCS的基础，其主要设备试过程控制站（PCS）,PCS主要由输入输

出单元（IOU）和过程控制单元（PCU）两部分组成。输入输出单元(IOU)直接与生

产过程的信号传感器、变送器和执行器连接，其功能一是采集反映生产状况的过程

变量（如温度、压力、流量、料位、成分）和状态变量（如开关或按钮的通或断，

设备的启或停），并进行数据处理；二是向生产现场的执行器传送模拟量操作信号

（4mA~20mA DC）和数字量操作信号（开或关、启或停）。过程控制单元下于IOU连

接，上与控制网络（CNET）连接，其功能一是直接数字控制（DDC），即连续控制、

逻辑控制、顺序控制和批量控制等；二是与控制网络通信，以便操作监控层对生产

过程进行检测和操作；三是进行安全冗余处理，一旦发PCS硬件和软件故障，就立

即切换到备用件，保证系统不间断地安全运行。

2）DCS的操作监控层是DCS的中心，其主要设备是操作员站（OS）、工程师站(ES)、监控计算机站(SCS)和计算机网关(CG1)。操作员站为32位（或64位）微处理机或

小型机，并配置彩色CRT、操作员专用键盘和打印机等外部设备，供工艺操作员对

生产过程进行监视、操作和管理，具备图文并茂、形象逼真、动态效应的人机界面

（MMI）。工程师站为32位（或64位）微处理机，或由操作员站兼用。供计算机工

程师对DCS进行系统生成和诊断维护；供控制工程师进行控制回路组态、人机界面

绘制、报表制作和特殊应用软件编制。监控计算机站为32位或64位小型机，用来

建立生产过程的数学模型，实施高等过程控制策略，实现装置级的优化控制和协调

控制；并对生产过程进行故障诊断、预报和分析，保证安全生产。计算机网关用作

控制网络（CNET）和生产管理网络（MNET）之间相互通信。

3）生产管理层的主要设备是生产管理计算机（manufactory management computer, MMC）, 一般由一台中型机和若干台微型机组成。改层处于工厂级，根据订货量、

库存量、生产能力、生产原料和能源供应情况及时指定全厂的生产计划，并分解落

实到生产车间或装置；另外还要根据生产状况及时协调全厂的生产，进行生产调度

和科学管理，使全厂的生产始终处于最佳状态，并能应付不可预测的事件。计算机

网关（CG2）用作生产管理网络（MNET）和决策管理网络（DNET）之间相互通信。

4）决策管理层的主要设备是决策管理计算机（decision management computer DMC）,一般由一台大型机、几台中型机、若干台微型机组成。改成处于公司级，管理公司

的生产、供应、销售、技术、计划、市场、财务、人事、后勤等部门。通过收集各

部门的信息，进行综合分析，实时作出决策，协助各级管理人员指挥调度，使公司

各部门处于最佳运行状态。另外还协助公司经理指定中长期生产计划和远景规划。

计算机网关（CG3）用作决策管理网络（DNET）和其他网络之间相互通信，即企业

网和公共网络之间的信息通道。

2、DCS的发展状况及代表性产品。

答：DCS分为三个发展阶段：

1）第一代DCS（1975-1980）。具有多微处理器的集中分散控制系统，实现了集中

监视、操作和管理，以及分散输入、输出、运算和控制，从而分散危险，克服了计

算机集中控制系统的一个致命弱点。产生背景：微处理技术的发展，CRT技术的发

展，冗余通信系统的发展。典型产品有：TDC2000(Honeywell) , MOD3(Taylor),

SPECTRUM( Foxboro), TELEPERMM(Siemens).

2）第二代DCS（1980-1985）。产生背景：多功能过程控制单元，优化和质量管理

能力的提高，控制系统规模系列化，通信网络功能进一步增强。典型产品有：

TDC3000(Honeywell), MOD300(Taylor), INFI-90(Bailey), CENTUM-XL(Yokogawa).

3）第三代DCS（1985-）。产生背景：开放系统网络互连，中小规模DCS的推广，

windows视窗技术，系统软件的丰富和完美。TPS（Honeywell）,

CENTUM-CS(Yokogawa), Delta V(Rosemount).

3、DCS常采用哪些通信网络？试述TCP/IP七层网络协议各子层的基本功能。

答：

1) DCS输入输出总线（IOBUS），一般选用RS-323, RS-422, RS-485等通信标准，

也可以选用现场总线，如FF, PROFIBUS, LON, 和CAN等。

2）DCS的控制网络（CNET）,控制网络选用局域网，符合国际标准化组织（ISO）提出的开放互连（OSI）7层参考模型，以及电气电子工程协会（IEEE）提出的IEEE802

局域网标准，如IEEE802.3(CSMA/CD)、IEEE802.4(令牌总线)、IEEE802.5(令牌环)。

控制网络选用国际流行的局域网协议，如Ethernet(以太网)、MAP(制造自动化协议)

和TCP/IP等，工业Ethernet或MAP尤其使用于DCS。

3）DCS的生产管理网络（MNET），一般选用局域网（LAN）, 采用国际流行的局

域网协议（如Ethernet, TCP/IP）。

4）DCS决策管理网络（DNET），一般选用局域网（LAN）或区域网（metropolitan area network），采用国际流行的局域网（如Ethernet, TCP/IP）或光缆分布数据接口

FDDI（fiber distributed data interface）

TCP/IP七层模型为：物理层，数据链路层，网络层，传达层，会晤层，表示层，应

用层。（其他略）

二、SIMATIC简答题

1、Siemens S7-PLC大致有几个系列产品？试论述各系列的适用场合。

答：SIEMENS公司的S7系列可编程控制器可分为：S7-200, S7-300, 和S7-400三

类，分别为小、中、大系列。

1）S7－200小型可编程控制器分为CPU212,CPU214,CPU215和CPU216等品种，

应用与小型系统，其操作采用欧洲制式，不利于使用。

2）S7－300中型可编程控制器分为CPU312,CPU313,CPU314和CPU315等品种，

应用最广，主要用与中大型控制中，采用美国标准。

3）S7－400大型可编程控制器，主要应用于大型或超大型系统中，其各方面投资都

很大，不适合中型以下的使用。

2、S7-300PLC有哪些基本模块？试论述各模块的基本特征和主要作用。

答：S7－300采用模块式结构，按功能分为电源模块（PS）、主机模块（CPU）、机

架结口模块(IM)、信号模块（SM）、专用功能模块（FM）等。其中，信号模块（SM）包括模拟量输入模块（AI）、模拟量输出模块（AO）、数字量输入模块（DI）、数字

量输出模块（DO）。（其他略）

3、采用Step7进行应用软件编程时，常用的编程语言有哪几种？Step7指令寻址方式有

哪几种，试举例说明。

答：S7编程LAD(梯形图)、STL(语句表)、SCL(标准控制语言)、GRAPH(顺序控制)、HiGraph(状态图)、CFC(连续功能图)、C for S7(c语言)等。

Step7有四种指令寻址方式，分别是：立即寻址、存储器直接寻址、存储器间接寻

址和寄存器间接寻址。（其他略）

三、设计题

试以S7-300PLC为核心，设计一小型DCS系统，实现对下述生产过程的自动控制。基本控制要求可描述如下：

1．对15个浆池液位，调节电动阀开度，使液位保持恒定。其中，对电动阀的控制方式是DO×2（开阀信号和关阀信号）＋DI×2（阀门全开状态反馈

信号和全关状态反馈信号）；

2．对5个上浆流量位进行控制：检测上浆流量，控制上浆泵变频器，使上浆流量保持恒定。其中，对变频器的控制方式使AO×1（变频器输出频率调

节信号）＋DO×1（变频器启动/停止信号）＋DI×1（变频器工作状态反

馈信号）；

3．对5个上浆浓度进行回路控制：检测上浆浓度，调节启动白水阀开度，使上浆浓度保持恒定。其中，对气动阀的控制方式使AO×1（阀门开度调节

信号）；

4．对40台电机的启停控制：控制方式使DO×2（电机启动和停止信号）＋DI×2（电机运行状态反馈信号和远程/就地控制切换信号）。

要求完成如下设计任务：

1．统计本系统实际所需要的I/O点数目：

2．考虑一定的I/O设计余量，分配I/O模块（其中，AI模块，8路/块；AO模块，4路/块；DI模块，32路/块；DO模块，32路/块）

3．设计S7-300PLC硬件系统，并对每路信号按SIMATIC默认方式进行变量的地址分配，建立变量地址分配表。

4．若采用2面控制柜，（1面为主控制柜，放在主控制室，进行回路控制；I面为远程I/O柜，放在马达控制中心MCC室里，进行电机控制），2台上位工控机（用做操

作站），一台稳压电源，1台UPS电源（不间断电源），1台打印机，试画出DCS

系统组成结构示意图。