上海工程技术大学分布式控制系统复习题.docx
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上海工程技术大学分布式控制系统复习题
简答题
1、典型的散布式控制系统主要包含哪几个部分？
一个典型的DCS系统包含四大多数构成：
起码一个现场控制站
（达成系统的运算办理控制），起码一个操作员站（达成人机界面功能、供操作员操作监督），一台工程师站（用于离线组态、在线改正和操作系统开发。
也能够利用一台操作员站兼做工程师站）和一条通信系
统
2、散布式都有哪几种冗余构造？
各有什么优弊端？
为何要采纳冗余构造？
1）散布式控制有两种冗余构造，一种是整体式冗余构造，另一种是分别式冗余构造。
2）整体式系统是由初期单回路调理器和PLC构成，因自己有操作器，常采纳仪表盘备用方式；分别式冗余构造常采纳多重化冗余构造：
装备冷备用数据库，操作器热备用，CRT远程遥控备用等。
整体式冗余构造能够实现完整与系统分别备用，系统受扰乱较小，可是系统成本较高，自动化水平较低；分别式冗余构造能够选择重要零件备用，投资较小。
3）散布式控制系统是及时在线控制系统，搞靠谱性是评论散布式控制系统的主要指标，往常要求MTBF达到99.9999%以上，就一定对系统采纳冷备用，热备用等方式。
往常通信系统所有冗余，控制站中主控零件热备用，电源N+1:
N热备用，子模件和端子板N+1:
N冷备用。
3、简述最小拍控制系统的特色。
1）若参数不变，能够实现时间最优控制；
2）本质是开环控制；
3）加反应可实现闭环最优控制。
4、为何说散布式控制是递阶控制系统？
1）散布式控制系统拥有以下特色：
2）网络构造，将各个子系统经过总线连结起来；
3）分层构造，有工程师站，操作站和控制站等构成；
4）主从构造，集中操作、分别控制，控制站内部又分主从零件。
5）鉴于以上三点，散布式控制系统是递阶控制系统。
5、人机界面的要求主要包含哪些内容？
人机接口主假如CRT的操作站。
对他们主要要求是环境要求，输入特征和图形特征的要求；
1）化境要求第一指人机接口设施对环境的要求：
有耐冲击和振动的特征；环境要求的第二部分是对供电的要求，它包含供电电压等级、种类和容量及同意的极限值等，也波及到供电方式，冗余配置等内容；环境要求的第三部分是对互联设施的通信距离限制；
2）输入特征的改良使操作员的操作内容和方式发生根本变化；
3）图形特征是人机接口的重要特征：
采纳图形用户界面（GUI）、图形办理器（GP）和图形缓冲（GB）令人机接口的图形特征获得极大的提升。
人机接口的性能取决于所采纳的硬件设施和软件系统。
采纳多任
务操作系统、关系数据库、高速数据查问语言及X窗口技术，使得操
作人员能够很方便的监督和错做生产过程，使得控制工程师能够方便
的组态和编程，使保护工程师能及时发现故障并正确办理。
6、报警的定义？
答：
7.散布式控制系统为何采纳现场总线控制力式?
采纳现场总线控制方式拥有以下长处：
①除去4—20mA模拟仪表通信的瓶颈现象：
将传统的通信是单向的模拟信号转变为双向的数字通信：
②降低现场安装花费和减少相应的设施；电缆和输入输山卡能够大幅度减少；
③加强了系统的自治性；采纳现场总线标准智能仪表后，操作人员能够方便地在控制室刑现场设施进行监控；
④系统组态简单、安装、运转和维修方便。
8简述散布式控制系统的可扩展件、可移植性。
跟着产品的完美和控制规模的扩人，散布式控制系统的硬件和应用软件能够增添。
硬件包含通信系统、控制器和操作站等，应刖软件
包含操作界面、控制功能和数模开发等。
一旦系统运转成功此后，能够被移植就任何相像的工艺过程中。
9、简述散布式控制系统的组态工作内容。
散布式控制系统的组态包含系统组态、画面组态和控制组态。
系统组
态达成构成系统的各设施间的连结。
画面组态达成操作站的各样画
面、画面间连结。
控制组态达成各控制器、过程控制装置的控制构造
连结、参数设置等。
趋向显示、历史数据压缩、数据报表打印及画面
拷贝等组态常作为画面组态或控制组态的一部分来达成。
10、对人机接口的要求主要包含哪些内容？
人机接口主假如CRT的操作站。
对它们主要要求是环境要求、输入特
性和图形特征要求：
○1环境要求第一指人机接口设施对环境条件的要求；有耐冲击和震
动的特征；环境要求的第二部分是对供电的要求；它包含供电电压等
级、种类和容量及同意的极限值等，也波及到供电方式，冗余配置等
内容；环境要求的第三部分是对互联设施的通信距离的限制；
○2输入特征的改良使操作员的操作内容和方式发生根本变化；
○3图形特征是人机接口的重要特征；采纳图形用户界面（GUI）、图
形办理器（GP）和图形缓冲（GB）令人机接口的图形特征获得极大的
提升。
人机接口的性能取决于所采纳的硬件设施和软件系统。
采纳多任务操
作系统、关系数据库、高速数据查问语言及X窗口技术，使得操作人
员能够很方便的监督和操作生产过程，使得控制工程师能够方便的组
态和编程，使保护工程师能及时发现故障并正确办理。
11.什么叫动向显示？
答：
散布式控制系统对图形显示采纳动向办理，获得动向的实感。
具
体有以下方法：
a.起落式动向办理方法
b.推动式动向显示流体流动的方法
c.色彩动向显示温度的方法
d.填色动向显示设施状态的方法
e.POPUP动向操作的方法
12.画出数字PID闭环控制系统构造图，并论述各部分特色。
答：
在生产过程计算机控制系统中，采纳图2.5所示的PID控制，其
算式为
uKc（e
1
Ti
edt
Td
de）
dt
或写成传达函数形式
U（s）
E（s）
Kc（1
1
Tis
Tds）
此中，Kc为比率增益，Kc与比率带成倒数关系，即Kc1，Ti为积
分时间，Td为微分时间，u为控制量，e为被控量y与给定值r的偏差。
13、简述选择性控制的基来源理：
1）适应不一样的工况，即设施在不一样状态下，采纳不一样的控制方式。
往常的自动控制系统在碰到不正常工况或特大扰动时，很可能没法适
应，只能从自动改为手动。
2）鉴于安全考虑。
在手动操作的一段时间里，操作人员为保证生产安全，适应特别状况，
有另一套操作规律，若将这一任务交给另一控制器来实现，那便可扩
大自动化应用范围，使生产更为安全。
3）鉴于热备用考虑，一台控制器在线，另一台控制器热备用
论述题
1.国内常用的散布式控制系统构成：
中国CONTEC企业的CONTEC-9000系统由管理级，监控级，控制级，
和现场级构成。
管理级：
中央管理机支持1024个站；
监控级：
操作站和工程师站；
控制级：
16个控制站，320个回路，6400个控制点；
现场级：
RS—485现场总线，32个RTU;
（附图看下课本P2）
2、试描绘在散布式控制系统中怎样实现前馈控制与反应控制相联合
的控制模式?
解：
前馈控制本质是一种按扰动进行调理的开环控制系统，其作用是使被控制变量不受主要扰动作用而产生偏差。
其特色是当扰动产生
后，被控制变量还未显示出变化从前，依据扰动大小进行调理，以赔偿扰动对被控对象的影响。
而反应控制是偏差控制，其作用是战胜其他扰动以及前馈赔偿不完整的部分。
要实现完整赔偿并不是易事，由于要获得工业过程的精准数学模型是十分困难的；同时扰动也不是特定的一种。
为保证系统有更大的适应性，工业过程的很多场合把前馈控
制与反应控制联合起来，实现前馈控制与反应控制相联合的控制模
式。
3在数字PID控制中，为何常采纳增量算法?
由于数字系统是在各个采样点上读入过程值，而积分环节是将系统
过去时辰符采样值（n个）
累加起来，即需要在系统中开拓n个储存空问，并在各个采样周期内
达成累加工作。
跟着时间的推移，n值逐渐增人，其储存空间运算量
愈来愈大，直至系统瘫痪。
为此，采样增量算法，使系统储存空间和
运算量变为固定的两步运算
k
即：
U（k）Kpe（k）
KI
e（i）
KD[e（k）e（k
1）]
i0
变化为：
U（k）
Kp[e（k）
e（k
1）]KIe（k）
KD[e（k1）e（k2）]
4绘制PLC的工作原理图并简述其工作过程
工作原理目：
工作过程：
PLC作过程本质上循环往复地履行读输入、履行程序、办理通信恳求、履行CPU自诊疗和写输出地扫描过程。
5.设被控对象传达函数为Gp（s）,其前后均有较强扰乱，采纳复式控制（前馈和反应），请画出系统框图并给出调理器。
解：
由于被控对象前后均有较强扰乱，因此在被控对象前后扰乱通道
的传达环节Gf和扰乱赔偿环节Gd。
被控对象的传达函数Gp（s）已给出，
Gc可使用PID调理器；
若Gp（s）含纯滞后环节，可用smith预估器。
6.判断该梯形图画法正确与否？
7、怎样在散布式控制系统中实行解耦控制方式？
这种耦合能够转变为串级耦合，对这种串级解耦，能够用对角线、单
位矩阵法，除去耦合元素。
如对角线矩阵法：
Y（S）G（S）U（S）
U（S）D（S）P（S）
Y（S）G（S）D（S）P（S）
欲使系统间没关系，只要G（S）D（S）相乘后成为对角阵。
G11（S）
0
即G（S）D（S）=
G22（S）
0
原理题
设计题
1.圆弧插补法
1）M点偏差FmRm2R2Xm2Ym2R2
若Fm=0，则M点在圆弧上；若Fm>0，则M点在圆弧外；若Fm<0，则M
点在圆弧内。
对逆向第二象限圆弧插补（假定步长为1）：
当Fm0时，沿-X方向挪动一步，
即Xm1Xm1,Ym1Ym
Fm1
R2
R2
Fm2Xm1
m1
当Fm0时，沿-Y方向挪动一步，
即Xm1
Xm,Ym1Ym1
Fm1Fm
2Ym1
2）算步数（以X=1）
X方向：
Y方向：
NXXeX0X=5
NYYeY0Y=5
3）路径推测表
步数Fm
原（x,y）新（x,y）
1
0
（0,5）
（-1,5）
2
1
（-1,5）
（-1,4）
3
-8
（-1,4）
（-2,4）
4
-5
（-2,4）
（-3,4）
5
0
（-3,4）
（-4,4）
6
7
（-4,4）
（-4,3）
7
0
（-4,3）
（-5,3）
8
9
（-5,3）
（-5,2）
9
4
（-5,2）
（-5,1）
10
1
（-5,1）
（-5,0）
2、简述选择性控制的基来源理，并用流程图形式画出锅炉蒸汽系统
中蒸汽流量变小时系统调理过程
3、设计行车（正反转）控制逻辑图。
符号说明：
QF：
空气开关；KH：
热继电器；KM1，KM2：
正反转接触器；SB2，SB3：
正反转按钮；SB1：
停止按钮梯形图；SB1接I0.0；SB2接I0.1；SB3
接I0.2；KH接Q0.1；KM1接Q0.0；KM2接Q0.1。
I0.2I0.1Q0.1I0.0I0.3Q0.0
Q0.0
I0.1I0.2Q0.0I0.0I0.3Q0.1
Q0.1
综合题
1、信号灯循环点亮
1）硬件选择
本系统对PLC的I/O总要求为：
2个开关量输入点，3个开关量输出
点。
综合考虑各方面要素及进一步发展的要求，设计选择西门子S7
—300系列PLC为控制中心，CPU模块可采纳CPU314C—2DP。
电源
选择PS3075A。
2）I/O分派
此中M0.0为启动按钮，M0.1为停止按钮，Q0.0、Q0.1、Q0.2分
别控制三只灯。
此程序能够实现当M0.0接通一个脉冲时，Q0.0接通
1s后断开，而后接着Q0.1接通1s后断开，再接着Q0.2接通1s后
断开，这样循环。
当M0.1接通一个脉冲时，Q0.0、Q0.1、Q0.2都断
开。
3）梯形图
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