北理工集散控制系统复习知识点整理.docx
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北理工集散控制系统复习知识点整理
集散控制系统复习知识点整理
--北京理工大学电气工程与自动化20XX级刘镇源
第一章
1.简述DCS的发展及各个阶段的特点
答:
第一代是1975~1980为初始期或开创期,特点是系统的直接控制功能比较成熟,而系统的人机界面功能相对较弱。
第二代是1980~1985位成熟期,特点是系统的控制功能逐步走向完善,加强了系统管理站的功能,操作方面从键盘操作到基于屏幕的光标操作。
第三代是1985~90年代为成熟期,特点是系统的功能进一步扩展,增加了上层网络,讲生产的管理功能纳入到系统中,形成了直接控制。
第四代是90年代末至今,特点是
2.说明DCS系统的特点和优点
答:
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。
3.工业4.0是什么意思
答:
是德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一,并已上升为国家战略,旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。
4.控制系统的基本组成:
被控对象、控制器、驱动器、反馈环节等。
5.工业生产的典型过程:
连续过程、离散过程、批量过程、
6.常用控制方法:
连续过程控制、离散过程控制、批量过程或混合过程控制。
7.自动控制系统可以分成调节系统和伺服系统。
8.DCS是计算机、通信、CRT显示和控制技术(简称4C)发展起来的产物。
10.传统的DCS的基本组成:
现场控制器、操作站、工程师站和通信网络等部分组成。
11.集散控制系统软件的基本构成:
现场控制站软件、操作员站软件和工程师站软件及运行于各个站上的网络软件。
12.网络的拓扑结构:
总线型、环形、星形。
13.DCS集散控制系统
PLC可编程逻辑控制器
FCS现场总线控制系统
第二章
1.DCS各硬件组成部分技术指标:
MCU(主控制器):
CPU及外围芯片指标、
容量、速度及负荷率指标
控制网络指标
系统网络指标
可靠性指标
环境适应性指标
AI(模拟量输入设备):
精度、分辨率、稳定度、温度漂移、输入阻抗、电气隔离、
共模抑制比、差模抑制比、采样率、阶跃响应。
AO(模拟量输出设备):
精度、分辨率、稳定度、温漂、带负载能力、电气隔离、
建立时间。
DI(开关量输入设备):
触点类型、查询电平、电路结构、阈值电平、查询电流、
DI去抖动和去抖时间。
SOE输入设备:
SOE事件分辨率、SOE事件相对时间误差、SOE容量。
DO(开关量输出设备):
输出开关类型、输出电路结构、开关寿命、开关容量、
漏电流。
PI(脉冲量输入):
测频精度、计数精度、输入信号要求
2.典型DCS硬件组成
工程师站、操作员、系统服务器、主控制器、输入输出设备、控制网络及设备、系统网络及其设备、机柜和操作台、电源转换设备。
3.MCU应用设计
工艺过程划分是否恰当、物理容量配置是否恰当、逻辑容量设计与控制周期设置是否恰当、控制算法设计是否安全可靠。
第三章
1.DCS软件的基本构成
控制层软件--运行在现场控制站上,完成控制功能。
监控软件--运行于操作员站或工程师站
组态软件--安装在工程师站,主要完成系统的控制层=软件和监控软件的组态功能
通信软件--运行于各个站,是各站软件沟通的桥梁
2.DCS控制层软件分为系统软件和应用软件
3.DCS的控制功能由控制器实现,是控制器的核心功能。
4.控制器的能力与执行效率一般包括容量和速度两个方面的指标。
在两个控制器硬件资源(容量和性能)相同的条件下,软件所决定的控制器能力和运行效率就会有差异,评价一个控制器软件效率和设计能力的指标包括:
I/O容量、控制算法容量、采集数据的分辨率、控制运算周期。
5.控制器运行管理和维护能力:
-控制系统数据下装功能(全下装和增量下装)
-在线控制调节和参数整定功能
-参数回读功能
-站间数据引用功能
6.控制器层数据的一致性除了自身外主要表现在两个方面:
主从控制器同步和站间引用
7.DCS的信号采集与数据预处理指I/O系统的信号输入部分,将物理量进行数字化,并对其进行数据预处理,最后将规范的、有效的、正确的数据提供给控制器进行控制计算。
8.来自传感器的物理量经过如下步骤进入控制器:
-变通器,转换为标准的4~20mA信号
-在信号采集卡上经过硬件滤波电路滤波
-经A/D转换器将模拟量转换为数字量
-由软件对A/D转换后的数据进行滤波和预处理
-经工程连城转换计算,转换为信号的工程量值
9.信号的采集和主要处理
-A/D转换速度不能低于采样频率
A/D转换精度与A/D的位数有关,位数越高精度越高。
可以用分辨率来表示,N为A/D的位数,分辨率=1/
-输入的模拟量为y,输出的二进制数字量为y’,y’=y/
q
为变送器物理输入量程范围与输出电量程范围之比。
q为A/D的量化单位,q=M/
M为A/D输入模拟量的电量程范围
N为A/D的位数
10.数据的预处理:
-I/O信号数据的读入
-模拟量超电量程检查
-模拟量变化率超差检查
-模拟量近零死区处理
-模拟量信号工程单位变换
-模拟量信号数字滤波
-模拟量信号上下线检查与报警
-开关量输入信号采集及预处理
-脉冲量信号的量化
11.DCS控制器运行在实时操作系统上,至少由如下子系统组成:
-控制器管理子系统
-调度子系统
-执行处理子系统
-I/O子系统
-通信服务子系统
-执行监督子系统
-校时子系统
12.DCS控制层软件的基本功能和辅助功能:
基本功能可以概括为O/I数据的采集、控制运算及O/I数据的输出。
辅助功能如控制器及重要O/I模块的冗余功能,网络通信功能及自诊断功能等。
13.IEC61131-3标准的基本内容由两大部分组成:
公共元素和编程语言。
14.公共元素包括:
数据类型、变量、配置、资源、任务、程序组织单元。
15.五种控制编程语言:
语句表IL、结构化文本语言ST、梯形图LD、功能块FBD、顺序图SFC。
第四章
1.DCS的监督控制软件指运行于系统人机界面工作站(操作员站)、服务器等节点中的软件。
2.DCS监控层功能:
现场数据采集功能(基础)
信息存储和管理
报警监视功能(重要的人机接口之一)
日志管理服务器功能(时间记录是DCS系统中的流水账)
事故追忆功能
事件顺序记录功能
二次高级计算功能
远程控制操作功能
DCS人机界面(信息窗口和监控软件功能的集中体现)
3.报警监视功能:
-内容:
报警监视的内容包括工艺报警和计算机设备故障两种类型。
-工艺报警从报警的变量类型分,包括模拟量参数报警和开关量状态报警两类。
从报警来源分,包括外部变量报警和内部变量报警两类。
-常规的报警摘要包括以下信息:
报警名称和状态描述、报警激活时间、报警确认的时间和人员、报警恢复的时间、报警的恢复确认时间和人员、报警持续时间。
-人机界面的设计原则:
一致性原则、提供完整的信息反馈、合理利用空间和保持界面的简洁、操作流程简单快捷、工作界面舒适、
-报警监视换面信息显示:
报警时间、报警点标示和名称、报警状态描述、当前报警状态、报警优先级、模拟量相关的限值和量程单位、报警状态改变时间。
-报警确认:
为了证明工艺报警发生后,运行人员确实已经知道了。
4.组态工具的特征:
5.常用组态软件及其特点:
-InTouch:
图形功能丰富,使用方便,I/O硬件驱动丰富,工作稳定
-Fix系列:
功能较强,但实时性欠佳
-Winco:
网络结构和数据管理方面比前两个差
-组态王:
用户界面友好,易学易用,国内出现较早的组态软件。
-ICONICSGENESIS64:
采用64位技术,加快软件处理速度,降低成本,实现2D和3D可视化功能。
6.操作站数量设计及结构
单操作站;
多操作站,显示相同的内容;
多操作站,显示不同的内容;
主、从多操作站的结构;
控制网络与后门网络。
7.防止人机界面死机方法:
-检查硬件系统是否能够满足系统的要求;
-检查控制层软件是否有无效点,删除无效点,避免网络堵塞造成的死机;
-检查所有接口的软件版本是否一致,否则也会影响数据的传递;
-加大例外报告参数的区域,减少网络的通信量;
-安装防火墙,防止黑客和病毒的入侵。
8.人机见面死机现象的原因:
由于硬件引起的死机、显示不能再恢复;操作站的操作系统与监控软件磨合不好引起的死机,难以恢复;由于某些配置不合理引发网络堵塞,内存大小等原因造成的死机,过几分钟后自行恢复。
第五章
1.DCS通讯网络系统的特点:
-具有快速的实时响应能力
-具有极高的可靠性
-适应于恶劣的环境下工作
-分层结构
2.通讯网络系统的组成:
-信息员和信息整收者(信息的产生者和使用者);
-发送设备(将信息员和传输介质匹配起来)
-传输介质(发送设备到接收设备之间信号传送所经没接)
-接收设备(进行解调、译码、解密等)
3.数字通信的传输方式:
-数字数据通过模拟信号传输,也称为调制解调
-数字数据通过数字信号传输
4.数字通信工作方式:
通常有并行通信和串行通信两种。
并行通信:
多用于计算机内部各部件,或近距离设备之间的数据通信;一般以字长为单位进行传输。
串行通信:
用于远距离数据通信,用于网络通信中,经济实际。
一般以二进制比特为单位在一根信号线上将数据一位一位地传输。
(局域网和远程通信采用)
5.数据传输方向:
(串行通信中分为三类)
-单工通信(单向通信):
只能一个方向的通信。
-半双工通信(双向交替通信):
通信的双方都可以在同一信道上传输,但不能同时发送
-全双工通信(双向同时通信):
通信双方可以在同一信道上同时双向传输。
6.引起传输差错的噪声分为两类:
热噪声和冲击噪声,热噪声引起的差错称之为随机差错,冲击噪声引起的差错成为突发差错。
7.数据交换方式:
线路交换方式、报文交换方式、报文分组交换方式
8.OSI参考模型分为七层:
物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
9.网络协议由一下三要素组成:
语法、语义、同步。
10.计算机网络协议的分层的好处:
-各层之间是独立的
-灵活性好
-结构上可以分割开
-易于实现和维护
-能促进标准化工作
11.常见协议:
-TCP/IP传输控制协议/网际协议
-HTTP超文本传输协议
-SMTP简单邮件传输协议
-POP邮局协议
-WAP无线应用协议
12.TCP/IP协议并没有遵循OSI协议7层结构的要求。
但目前全世界承认,使用最广,占有特殊重要的地位,是最重要和最著名的两个协议。
13.TCP/IP体系共四个层次,如果不考虑网络接口层,实际只有三个层次:
应用层、运输层、网际层。
14.常见的网络拓扑结构:
星型结构、环型结构、总线型结构、树状结构、网状结构、蜂窝拓扑结构。
15.现场总线定义:
是应用在生产现场的、在测量控制设备之间实现双向、串行、多点通信的数字通信系统,基于现场总线的控制系统被称为现场总线控制系统。
是过程控制技术、仪表技术和计算机网络技术结合的产物;FCS是一种开放的、具有操作性的、彻底分散的分布式系统。
16.现场总线的技术特点:
-系统的开放性
-互操作性和互用性
-现场设备的智能化和功能自治性
-系统结构的高度分散性
-对现场环境的适应性
17.现场总线的优点:
-节省硬件数量与投资
-节省安装费用
-节省维护开销
-用户具有高度的系统集成主动权
-提高了系统的准确性与可靠性
-设计简单、易于重构
18.此案长总线在使用中需要注意的几个问题:
通信距离、线缆选择、隔离、屏蔽、连接器、终端匹配。
19.数字信号边摸按技术通常包括:
单极性编码、极化编码、双极性编码、非归零编码、曼彻斯特编码。
第六章
1.质量控制常用的统计方法:
排列图法、分层法、因果分析图、直方图法、控制图法、
相关图法、统计分析表。
2.能源管理系统的监控功能包括:
显示功能、报表功能、报警功能、操作功能。
3.DCS的可靠性指标:
可靠度、串并联系统可靠度、平均故障修复时间、平均寿命、利用率。
4.提高集散控制系统利用率的措施:
-提高元器件和设备的可靠性
-采用抗干扰措施,提高系统对环境的适应能力
-采用可靠性技术。
5.DCS系统的安全性包括:
功能安全、人身安全、信息安全三方面。
6.提高电磁兼容性和抗干扰能力的“六大法宝”:
接地、隔离、屏蔽、双绞、吸收、滤波。
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