集散控制系统原理及应用第三版复习题.docx

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集散控制系统原理及应用第三版复习题

集散控制系统复习题

一、填空题

1.集散控制系统是以微处理器为基础的集中分散型控制系统。

集散控制系统的主要特点是集中管理和分散控制。

2.TPS和PKS是Honeywell公司的集散控制系统产品，DeltaV是Emerson公司的集散控制系统产品，I/AS是Invensys公司的集散控制系统产品。

国产集散控制系统的产品有浙大中控的SUPCON、新华公司的XDPF、国电智深的EDPF等。

3.集散控制系统基本构成由分散过程控制装置、操作管理装置、通信系统组成。

4.分级递接控制系统结构分为多层结构、多级结构、多重结构。

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5.开放系统的标志是可移植性、可操作性、可适宜性和可用性。

6.集散控制系统的分散控制结构表现为组织人事的分散、地域的分散、功能的分散和负荷的分散。

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7.常用的冗余方式有同步运转方式、待机运转方式、后退运转方式和多级操作方式。

8.现场总线是在过程自动化和制造自动化中，实现智能化现场设备与高层设备之间互联的、全数字、串行、双向传输的、多分枝结构的通信系统。

9.现场总线可分为执行器传感器现场总线、设备现场总线和全服务现场总线三类。

10.现总线的特点是开放性、智能化、互操作性、环境适应性和分散控制等。

11.采用现场总线控制系统的主要因素是节省硬件数量和投资、节省安装费用与维护费用、多变量检测和运输、缩短安装时间和投运时间、等。

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12.现场总线控制系统与传统集散控制系统的相同点包括分散控制集中管理和综合自动化组成部分等；主要差别包括通信和传输的差别和数字传输技术等。

13.影响现场总线实时性的主要因素有现场总线数据传输速率和主战应用程序的大小与复杂程度；主要解决措施包括减少网络通信的吞吐量，保证一旦有通信要求就能够立即实现通信、提高有效通信量、减少通信冲突的发生，保证通信的实时性、采用全双工通信模式和交换式以太网、采用塌缩的通信模型和通信协议、选用合适的现场总线仪表，减少通信量、采用发布方/预约接收方的通信结构、设置优先级、采用虚拟局域网和引入质量服务等。

P23

14.提高集散控制系统可靠性的主要措施有采用全数字通信技术、标准化功能模块与标准化的功能模块应用进程、系统测试技术的标准化、故障自诊断，状态传递，故障时输出设置、冗余和容错技术、智能诊断和管理技术、故障隔离技术等。

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15.保证互操作性的措施有标准化、OPC技术和设备描述技术等。

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16.分散过程装置有两大类。

17.集散控制系统的性能评估指标有可靠性、易操作性、可组态性、可拓展性、实时性、环境适应性、开放性和经济性等。

18.集散控制系统的可靠性指标有可靠度、平均无故障时间（MTBF）、到发生故障平均时间（MTTF）和故障率等。

19.系统由两个相同部件组成，一个部件工作，另一个部件备用，组成冷后备冗余系统。

设单个部件的MTBF是100000h，则该冷后备冗余系统是表决系统。

20.可维修性的三要素是机器，零件或系统是否被设计的很容易维修、进行维修的技术人员的维修和判断技能和维修所需的备品备件供应情况。

衡量可维修性的指标有维修度、平均修复时间、修复率和有效度等。

P84

21.集散控制系统可靠性设计三准则是系统运行不易发生故障的设计、系统运行不受故障影响的设计和能迅速排除故障的设计。

P85,86,87

22.易操作性包括操作环境、操作功能、容错技术和安全性。

23.集散控制系统的操作功能包括显示功能、过程监视功能和操作功能。

24.容错技术通过多重确认、硬件保护、不予响应、分工管理和数据保护等措施实现。

25.集散控制系统的用户识别包括硬件的硬件密钥方法和软件的用户口令，通行字输入等。

26.集散控制系统作为可编程的电子系统，在功能安全方面采取了提高诊断的房覆盖率、控制有硬件和软件设计引起失效的技术措施、控制由环境原因或影响引起的失效、控制操作过程失效的技术措施、在安全要求规范中避免失误的技术措施、设计和开发过程中避免故障的技术措施、集成过程和等措施。

P91,92

27.集散控制系统的组态包括系统组态、控制组态和画面组态。

28.集散控制系统中的功能模块通常有结构参数、设置参数和可调整参数组成。

现场总线控制系统中的功能模块通常由输入参数、输出参数和内含参数组成。

29.功能模块的灵活性指是否满足生产过程的控制要求，是否可组成专用模块实现专用功能、功能模块组态的方便性和维护和调试的易操作性。

P93

30.功能模块按功能分类，通常可分为输入输出功能模块、控制算法类功能模块、运算类功能模块、信号发生器类功能模块、转换类功能模块和信号选择和状态类功能模块等类。

31.用户过程画面的分页是因为生产过程的流程画面一般比较大，不可能在单一的画面显示、操作员需要分工对有关设备进行操作、监视和控制，不可能集中在一个画面进行操作和控制、显示屏幕的显示信息量过多不利于对数据的识别，容易造成误读率的升高等原因。

32.趋势画面包括实时趋势和历史趋势两类。

33.集散控制系统的可扩展性表现为集散控制系统分散过程控制装置的机柜或机架内有足够的空间增加输入输出卡件、集散控制系统的许多设备通过通信网络进行联系，在生产发展需要适应能方便的增加设备或删除设备、集散控制系统通信网络可随生产的发展或联网的要求而拓展延伸和集散控制系统是全开放结构，它允许符合开放系统互联网络协议的其他厂商集散控制系统与其通信，也允许其本身连接到其他厂商的集散系统中等。

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34.媒体存取控制指节点在向通信媒体存信息或从通信媒体取信息时的控制规则。

35.香农（Shannon）定理规定采样频率应不小于原系统最高频率的2倍。

36.软件滤波采用计算方法，常用软件滤波有一阶低通滤波、一阶高通滤波、递推（加权）平均滤波和程序判别滤波等。

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37.控制系统的非线性主要来自检测变送环节、被控对象、执行器的非线性和采用非线性控制规律等。

集散控制系统中非线性补偿的方法是串联非线性补充环节等。

38.用计算机控制装置实现比值控制时，不计算仪表比值系数，不进行仪表系数的转换，也没有K>1等问题。

39.集散控制系统的数字控制算法有位置算法、增量算法和速度算法三种。

三种数字算法中，增量算法应用最为广泛。

40.与模拟控制算法比较，数字算法进行了改进。

对积分算法的改进有积分分离、削弱积分和微分先行等。

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41.顺序逻辑控制系统分为时间、逻辑和条件三种。

42.IEC61131-3编程语言标准定义了指令表编程语言IL、结构化文本编程语言ST、梯形图编程语言LD、功能块图编程语言FBD和顺序功能表图SFC等编程语言。

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43.编程语言标准定义的软件模型包括配置、资源、任务、全局变量、存取路径变量和程序组织单元等概念。

P130

44.功能模型描述可编程控制器所具有的功能。

它包括信号处理功能、传感器和执行器接口功能、通信功能、人机接口功能、编程、调试和测试功能及电源功能。

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45.标准编程语言规定标准函数有类型转换类、数值类、算术类、位串类（包括位串移位运算函数和位串的按位布尔函数）、选择和比较类、字符串类、时间数据类和枚举数据类型等。

规定的标准功能块有双稳元素功能块、边沿检测功能块、计数器功能块和定时器功能块等。

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46.IEC61131-3标准规定梯形图可采用的图形元素有电源轨线、连接元素、触点、线圈、函数和功能块等。

功能块图编程语言的基本图形元素有函数和功能块。

47.顺序功能表图是用文字叙述和图形符号相结合的方法描述顺序控制系统中过程、功能和特性的一种编程方法。

它由步、转换和有向连线组成。

48.批量过程的过程模型分为过程段、过程操作和过程动作等。

物理模型分别是企业、现场、区域、过程组元、单元、装置模块等。

程序控制模型分为程序、单元程序、操作和阶段等。

49.处方可分为通用处方、现场处方、主处方和控制处方等。

50.现场总线设备的模块分为三种类型，即资源模块、转换器模块和功能模块。

51.现场总线设备的模块工作模式（Mode）有离线、初始化手动、本地超驰、手动、自动、串级、远程串级和远程输出等。

功能模块退出服务称为离线工作模式。

52.现场总线控制系统中串级结构是指主功能模块提供一个输出作为从功能模块的串级输入，从功能模块接收到主模块的输出后也提供一个输出告知主功能能模块，从功能模块的输出称为反算。

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53.所有可连接的功能模块参数有状态属性，分为好（串级）、好（非串级）、不确定和坏等。

状态包括质量属性、子状态质量属性和限制条件等。

54.功能模块属性指功能模块运算时具有的功能。

按信息类型，属性分为输入属性、输出属性、内含属性和方式属性四种。

55.功能模块参数的计算包括设定值计算、输出计算和反馈回路中的输出计算等。

56.功能图描述符号，Δ、Χ、＞、≮和I/P分别表示差、乘、大于、下限限幅和电信号转换为气信号功能。

57.过程检测和控制流程图用文字符号中，TRC-210、FO-103、LIC-101、PT-104分别表示温度记录控制功能流量计算器、液位指示控制器和压力变送器功能。

58.过程显示画面包括概貌显示画面、过程显示画面、仪表面板显示画面、操作点显示画面、趋势显示画面和报警显示画面等画面和区域报警一览表、单元报警一览表、信息显示一览表和工位号一览表等一览表。

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59.过程操作画面中颜色的配置宜采用冷色调、常用的颜色匹配是黑色与黄色、红色与白色、白色与蓝色和白色与绿色等。

通常，红色用于表示高级报警，绿色用于表示正常操作。

60.过程操作画面中的显示数据位置应尽量靠近被监测的部位，也可在标有相应仪表位号的方框内和方框旁边。

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61.动态数据显示方式有数据显示、文字显示和图形显示三种。

其中，图形显示方式可以是颜色的填充、颜色的改变、高亮度显示，闪烁或反相显示等。

62.进行过程画面组态时的注意事项包括标准化、协调性、操作灵活性和直观性等。

63.信号报警系统设计的原则有发生事故前能及时提供信号报警信息，避免事故的发生、发生事故时应能从安全生产的要求出发，使连锁动作用于且处于事故有关设备的运行，尽量减少事故对生产过程的影响、事故发生后应能提供第一事故原因的信息，以便及时消除事故发生的根源和事故发生后能提供事故的记录信息，便于事故的分析和采取相应改进措施等。

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64.联锁点设置的基本要求是工艺合理性和合适设置连锁点数量。

65.紧急停车系统设计的原则包括独立设置原则、结构冗余原则、故障安全原则、最少环节原则、输入检出元件选用应根据独立设置原则和根据独立设置原则选用执行机构等原则。

66.联锁系统中，输入检出元件和执行机构的设计原则是独立设置原则。

67.电源的冗余设计包括对系统供电电源的冗余、电源模块的冗余、分散过程控制装置供电的冗余和对输入输出模块供电的冗余等。

68.等电位连接的目的是减少信息设备之间和信息设备与金属部件之间的电位差。

69.雷电侵害控制网络的主要途径有直击雷侵害和感应雷侵害。

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70.信号系统防雷的主要途径有在电缆接入系统设备前首先接入信号避雷器，eg，传导、现场总线仪表都留有连接浪涌保护器的接口，用于连接浪涌保护器。

71.电磁干扰的来源主要有传导、静电、电磁、信号线耦合、接地不当和连接电势等。

72.抗电磁干扰措施主要有屏蔽、滤波、接地、合理布线和选择电线等。

73.招标文件编制遵循的原则是技术先进性、性能指标的定量性、竞争的公平性和语言的精炼性和确定性等。

74.常用的集散控制系统评估方法有偏离表法和矩阵表法。

75.常用的人机交互方式有问答式对话、菜单、命令语言、填表技术、查询语言、自然语言、图形方式和直接操纵等。

76.人机交互系统由交互的实体、交互活动和交互的环境等组成。

77.人机交互系统的主要特点有友好性、合理性、复杂性、信息量、透明性、可靠性、易操作性、一致性和灵活性等。

78.人机界面设计原则有标准化原则、最佳媒体应用原则、菜单设计准则、防止错误发生和错误处理原则、数据库管理原则、网络应用原则、合理性原则、交互性原则和共通性原则等。

79.图形用户界面的主要特点是桌面隐喻、所见即所得和直接操纵等。

80.图形用户界面的实施手段有窗口、菜单、图标和光标定位装置。

81.可将菜单分为全屏幕菜单、工具栏、下拉式菜单、弹出式菜单、滚动式菜单和状态栏菜单等。

82.集散控制系统对人机交互系统的要求是实时性、易操作性、可靠性和安全性和灵活性。

83.人机交互系统的实时性体现在显示速率和响应时间等方面。

84.集散控制系统的操作方式分为仪表盘操作方式和显示屏操作方式两种。

85.显示屏操作方式具有信息量大、显示形式多样化、操作方便容易、报警处理功能增强、操作透明度高和备用方式简单等特点。

86.组态操作是指用应用软件中提供的工具，方法完成工程中某一具体任务的操作过程。

组态软件由系统开发环境和系统运行环境两大部分组成。

87.集散控制系统的组态包括系统组态、控制组态、画面组态和操作组态等。

88.集散控制系统的系统组态包括硬件和软件组态。

89.集散控制系统的控制组态是用集散控制系统制造商提供的内部仪表（或称为功能模块），通过软连接的方法连接起来，实现所需的控制方案或控制策略。

90.集散控制系统的画面组态主要是操作站、工程师站、管理站和简易型操作终端的画面组态。

91.动态画面组态是设置动态数据点、确定动态数据点的显示位置、显示的位数和小数点后的位数、显示数据的工程单位和动态点的描述和刷新方式等。

画面合成是将静态画面和动态画面数据库合成。

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92.操作画面可垂直分为概貌显示、区域显示、单元显示、组显示和细目显示等。

操作画面可水平分为概貌显示、过程显示、仪表面板显示、操作点显示、趋势显示和报警显示等。

93.常用的概貌显示画面方式有工位号一览显示方式和棒图显示方式。

趋势显示画面分为实时和历史趋势显示。

94.报警处理的操作包括确认和消声操作。

95.输入模块主要有模拟量输入、开关量输入和脉冲量输入三大类，输出模块主要有模拟量和开关量输出等。

96.集散控制系统的维护画面提供所有硬件和软件自诊断结果的显示、可能的故障原因预测和重新进行系统的安装等。

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97.集散控制系统的系统连接画面常用的方法连接图连接方式和树状图连接方式两种。

98.常用的动画处理方法有升降式动画处理、推进式动画处理、改变色彩的动画处理、充色的动画处理和移动窗口的动画处理。

99.数据库管理系统是对数据库内数据进行储存和管理的软件系统。

它的主要功能是数据描述、数据操纵、数据库的保护和数据库的建立和维护等。

100.实时数据库的特点包括实时性强、可在线存储足够的运行数据、能够用先进的数据压缩技术实现对数据的压缩、可以对数据进行任何格式的计算和归档处理、开放性、可靠性高、定时限制和定时正确性等。

101.从逻辑功能看，计算机网络分为资源子网和通信子网。

102.局域网的主要特点有通信媒体质量较高，济数据传输率高，误码率低、可以支持几百台互相独立的设备、网络拓扑结构比较规则、通信协议比较简单和价格比较低廉等。

103.数据通信系统由信号、数据终端设备、数据电路终端设备、传输介质或媒体和通信协议等五部分组成。

104.有数字-数字、模拟-数字、数字-模拟和模拟-模拟四种编码方式。

105.通信链路传输二进制数据分并行传输和串行传输，串行传输又分异步和同步两类。

106.常用通信传输媒体有双绞线、同轴电缆和光缆等。

107.多台通信设备合用单一通信媒体的技术称为通信媒体共享技术。

包括多路复用技术、集线技术和多点线路技术。

108.常用通信交换技术有电路交换、报文交换、分组交换和快速分组交换等。

109.差错检测中，只能检测错误不能纠正错误的抗干扰编码称为检错码，具有自动纠正差错功能的抗干扰编码称为纠错码。

常用的校验码分为奇偶校验码、纵向冗余校验码和循环冗余校验码等，集散控制系统提出采用循环冗余校验码。

110.四种差错控制方法是超时重发、拒绝接收、选择拒绝和探询。

111.集散控制系统的控制网络具有实时性好，动态响应快、可靠性高、适应恶劣的工业现场环境和开放系统互连和互操作性特点。

112.国际标准化组织规定的七层通信模型分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

113.目前，现场总线的标准多达十几种，例如，常用的有FFH1、FFHSE、Profibus、ProfiNet、Hart、ControlNet和DeviceNet等。

114.HART信号采用基于Bell202标准的FSK方式加载在4-20mA模拟信号上。

1200Hz信号表示1，2200Hz信号表示0.

115.OPC规范为OPC服务器规定客户端接口和自动化接口两种接口。

116.EIARS-232C是最常用的标准接口。

该标准规定了机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。

117.EIA-485标准特点是用平衡驱动差分电路，接收器输入电压是输入导线上电压之差。

它适用于多站点互连。

最多可挂32个站点。

118.以太网物理层采用50Ω基带同轴电缆作为通信媒体。

数据传输速率是10Mbps。

119.CSMA/CD存取控制方式的规则是如果发送信息期间发生冲突（即侦听和发送不一致），则立即停止发送该帧，并发送一个简短的阻塞信号，通知网上的其他站；发送阻塞信号后，等待一个随机时间，然后按CS-MA方式重新发送该帧。

CSMA/CD操作过程分为下列载波侦听、无波则讲、等有空就讲、冲突检测、一次只能一人讲、多路存取和序列返回七步。

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120.令牌总线网的主要操作有删除站点、添加站点、逻辑环初始化、令牌丢失和错误的排除和提供优先级服务的控制等。

121.逻辑链路控制层向高层LLC用户提供无确认无连接服务、面向连接服务和有确认无连接服务服务。

122.网络互联包括局域网和远程网的互联及区域网之间的互联。

网络互联基本要求是在网络之间提供数据传输的链路，至少应有物理通路，媒体存储控制，逻辑链路控制等功能、在不同网络的用户进程之间提供数据的差错控制，流量控制，路由选择等服务、尽量减少对各个网络的软件，硬件，通信协议和性能的影响、尽量降低成本和提供会计功能，记录状态信息。

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123.TCP连接包括三个状态：

连接建立、数据传输和连接终止。

124.低速现场总线上发送的信号是31.25kbps速率的电流信号，他被叠加在一个供电的直流电源信号上。

阻抗为100Ω的终端器连接在现场总线的两端。

125.链路活动调度器具有调度执行、调度通信、非调度通信、时间同步和链路调动活动表的维护等功能和任务。

126.现场总线的虚拟通信关系有三种类型，即用户/服务器虚拟通信关系、发布方/预约接收方虚拟通信关系和源方/宿方虚拟通信关系。

127.现场总线报文规范（FMS）层描述通信服务、报文格式和用户应建立报文所需的协议行为。

128.每个现场总线设备可分为两个或多个逻辑现场设备，逻辑现场设备包括管理虚拟现场设备和用于功能模块应用进程的虚拟现场设备。

129.现场总线报文规范子层由7个模块组成。

它们是虚拟现场设备VFD支持、对象字典管理、联络关系管理、域管理、程序调用管理、变量访问和事件管理。

130.现场总线控制系统中，用模块实现工程应用。

每个模块由资源模块、转换器模块和功能模块实现所需的控制和计算等功能。

2、选择题（可多选）

1.集散控制系统的基本构成包括（①④⑤）

1.通信系统2.操作站3.工程师站4.分散过程控制装置5.操作管理装置6.单回路控制器7.现场总线智能仪表8.常规模拟仪表

2.自动化集成体系架构的结构包括（②⑤⑥）

1.经营决策2.企业资产管理3.过程优化和调度4.批量控制系统5.制造执行管理6.过程控制系统7.集散控制系统8.顺序控制系统

3.过程装置控制级的功能包括（②③⑤）

1.数据显示和记录2.数据的监视和储存3.数据和设备的自诊断4.数据通信5.实施连续、离散、批量、顺序和混合控制的运算6.数据存储和压缩归档7.优化控制8.数据打印

4.递阶控制结构分为（①③④）

1.多层结构2.多目标结构3.多重结构4.多级结构5.分散结构6.纵向结构7.横向结构8.复合结构

5.分散控制结构表现为（①②④⑦）

1.人事分散2.功能分散3.设备分散4.地域分散5.操作分散6.管理分散7.负荷分散8.通信分散

6.常用的冗余方式为（②④⑥⑦）

1.多设备运转方式2.同步运转方式3.容错方式4.多级操作方式5.重发差错控制6.待机运转方式7.后退运转方式8.故障诊断方式

7.现场总线可分为（①④⑥）三大类

1.执行器传感器现场总线2.AS-i总线3.FF基金会现场总线4.设备现场总线5.ProfibusDP总线6.数据流现场总线7.HART总线8.CAN总线

8.使用现场总线控制系统的优点是（①③⑥）等。

1.节省硬件数量和投资2.提高产品产量3.节省安装费用和维护费用，缩短安装时间和投运时间4.可集中管理5.可实现冗余控制6.增大用户对产品的选择性7.可实现容错控制和优化控制8.可实现实时通信

9.解决现场总线实时性的主要措施有（①②④⑤⑥）等。

1.减少网络通信的吞吐量2.减少通信冲突的发生3.采用客户/服务器通信结构4.采用全双工通信模式和交换式以太网5.通信设置优先级6.采用标准化功能模块与标准化的功能模块应用进程7.采用塌缩的通信模型和通信协议8.采用冗余和容错技术

10.保证互操作性的措施有（②③⑤）等。

1.采用冗余和容错技术2.采用标准化3.采用OPC技术4.采用故障隔离技术，故障自诊断，状态传递，故障时输出设置5.采用设备扫描技术6.采用全数字通信技术7.采用虚拟局域网和引入质量服务8.采用智能诊断和管理技术

11.现场总线设备分为（①②③⑤⑦⑧）等大类。

1.现场总线变送器类2.现场总线执行器类3.现场总线接口类4.现场总线电流类5.现场总线信号转换类6.现场总线电压类7.现场总线指示记录类设备8.现场总线电源类

12.现场总线仪表通常由（①②⑥）等组成。

1.资源块2.功能块3.函数块4.输入块5.输出块6.转换器块7.运算块8.控制块

13.现场总线仪表具有（①②④⑦）等特点。

1.多变量传送2.分散控制3.集中管理4.抗干扰能力强5.通信速率高，数据信息量大6.可实现冗余配置7.互操作性8.实时性强

14.分散过程控制装置结构可分为（①②③⑥⑦）等类。

1.多回路控制器+输入输出设备2.多回路控制器+可编程逻辑控制器3.多回路控制器+数据采集装置4.多回路控制器+现场总线+现场总线智能仪表5.可编程逻辑控制器6.多回路控制器+现场总线智能仪表7.单回路控制器+数据采集装置8.可编程逻辑控制器+输入输出设备

15.分散过程控制装置的控制器与模拟仪表（含带HART通信的模拟仪表）之间的桥梁是（①②③④⑤⑥）。

1.输入输出卡件2.模拟量输入卡件3.模拟量输出卡件4.开关量输入卡件5.开关量输出卡件6.脉冲量输入卡件7.控制运算卡件8.电源卡件

16.常见的网络通信设备有（②③④⑤⑥⑦）。

1.RS-232、RS-485和RS-4222.中继器3.网桥4.交换机5.以太网6.路由器7.集线器8.终端器

17.机器零件或系统的维修三要素指（①④⑥）。

1.设计是否容易维修2.可靠性是否足够3.没有可维修的原件4.维修技术人员的维修和判断技能5.是否采用冗余技术6.备品备件是否足够供应7.是否采用标准化元件8.零件设计是否可互换

18.可靠性设计三准则是指