DCS集散控制系统复习考纲华东理工大学版.docx

DCS集散控制系统复习考纲华东理工大学版.docx

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DCS集散控制系统复习考纲华东理工大学版

第一章

一、集散系统的主要特性

A．TotalDistributedControlSystem,TDCS,又称分布式控制系统。

B．主要特性：

集中管理、分散控制

C．第一个集散控制系统是1975年首先由美国霍尼威尔（Honeywell）公司推出TDCS200

集散控制系统产生的原因：

A．模拟仪表难以胜任生产规模的不断扩大

B．常规模拟仪表存在难以克服的弊病：

1.控制功能过于单一，难以实现复杂控制的功能

2.难以集中操作和监视

C．仪表控制系统应适应工业技术发展的要求

D．计算机集中控制的风险太大

E．系统上下及子系统之间的通信联系要求越来越高（数据传输速率、数据通信质量）

二、集散系统的基本结构

A．分散过程控制装置

B．集中操作和管理装置

C．通信系统

三、开放系统的主要特征

以规范化和时间存在的接口标准为依据而建立起来的计算机系统、网络系统及相关的通信系统

A．可移植性

B．互操作性

C．可适宜性

D．可得到性

四、DCS的发展方向

A．垂直方向向上发展：

MES，ERP

B．垂直方向向下发展（现场级）：

向FCS现场总线控制系统发展

C．无线连接

D．网络化（工业以太网“一网到底”，管理层—现场控制层）

E．功能安全

F．标准化（编程语言的标准化、人际界面、硬件标准）

国产DCS的未来发展方向

A．国产DCS必须在继续拓展中小型项目市场的同时，提高自身的综合素质，积极进入大型工程项目

B．国内DCS企业应以DCS技术为核心，向工业自动化综合企业发展

C．要尽快地研究和建议我国FCS（现场总线控制系统）的体系结构

例子：

1.由于现场总线的使用，使得集散控制系统实现了真正的分散控制

2.距离几款常用的集散控制系统：

PCS7、DeltaV和ExperisonPFS等

3.集散系统的主要特点为：

A、D

A．分散控制B.分散管理C.集中控制D.集中管理

4.Honeywell公司1975年首先推出第一套集散控制系统是TDC-2000

5.列举几种在集散控制系统中常用的现场总线有FF、Profibus和ControlNet

第二章

二、集散系统的基本构成：

A．分散过程控制装置部分

1.适应恶劣的生产环境

2.分散控制

3.实时性

4.独立性

B．集中操作和管理系统部分

1.信息量大

2.易操作性

3.容错性好

C．通信系统部分

1.误码率低

2.传输速率高

3.开放性

4.互操作性

三、集散系统的结构特征

A．递阶控制结构（多层结构、多级结构和多重结构）

B．分散控制结构（垂直型，水平型和复合型）

C．冗余化结构

四、冗余化结构

优点：

系统可靠性有很大的提高

缺点：

由于冗余是采用相同的设备提高可靠性，导致成本增加

集散控制系统的冗余方式：

A．同步运转方式（紧急停车系统和安全连锁系统）

让两台或两台以上的装置以相同的方式同步运转，输入相同的信号，进行相同的处理，然后对输出进行比较，如果输出保持一致则系统是正常运行的。

B．待机运转方式（通信系统、多回路控制器）

采用N台同类设备，采用一台后备设备，平时后备设备处于准备状态，一旦N台设备中某一台设备发生故障，能启动后备设备使其运转。

C．后退运转方式（操作站、人机界面）

正常时，N台设备各自分担各自功能进行运转，当其中一台设备损坏是，其余设备放弃部分不重要的功能以此来完成损害设备的功能

D．多级操作方式（手自动切换）

纵向冗余的方法。

正常操作是从上一层进行的，如该层故障则由下一层完成，这样逐步向下完成对最终元件执行器的控制。

五、现场总线控制系统的构成

现场总线及其分类：

按现场总线应用的不同要求和规模：

1.执行器传感器现场总线

2.设备现场总线

3.全服务器现场总线

六、典型DCS系统

TPS、ExperionPKS（Honeywell）

PCS7（Siemens）

DeltaV（Emerson）

I/AS（Forboro）

ExperionPKS：

1.分散过程控制装置

C200、C300混合控制器、输入输出子系统和现场总线设备

2.集中操作和管理装置

过程服务器、操作站、应用控制环境等

3.通信系统

容错以太网和ControlNet现场总线

思考题：

根据下面的配置要求，画出PKS系统的结构图

1.1条容错以太网（都采用冗余配置）

2.1台过程服务器，2台操作站，1台ACE，2套冗余的混合控制器C200，1个FSC

3.I/O控制网络节有2台A—B公司的PLC和2台HPMI/O

PKS的软件：

ConfigurationStudio用于系统包括服务器、操作站、控制器处理器等

1.QuickBuilder：

用于建立在PKS系统中的硬件，包括操作站，控制器处理器、打印机等和标准点的图形工具

2.SystemDisplay：

可配置报告、组显示、趋势和站设置

3.HMIWebDisplayBuilder：

建立用户的显示画面，用htmlg格式存储

SIMATICPCS7（Siemens）

1.分散过程控制装置

AS与分布式I/O

2.集中操作和管理装置

OS与ES

3.通信系统

Profibus、以太网与MPI网

A.PCS7采用的组态工具为SIMATIC程序管理器

B.在项目管理上，程序管理器以系统硬件和生产工艺2个不同的视觉，同时进行管理

C.控制组态工具：

CFC（连续控制）、SFC（顺序控制）、SCL（编程语言）

分散过程控制装置：

MD/MDPlus控制器及I/O模块

集中操作和管理装置：

ProfessionalPlus工作站（唯一的）、操作员站及应用工作站

通信系统：

基金会现场总线构成的现场控制网络、冗余控制网

在DeltaV控制系统中采用一个阀门和一台变送器就可以实现回路控制

1.在DeltaV控制系统中采用了符合基金会现场总线标准的功能块，功能块可以在现场设备中执行，无需经过主机，设备之间就可通信

2.组态图：

现场总线控制系统中，要实现一个单回路控制至少要有哪些现场总线设备？

各现场总线设备应含有哪些功能模块？

并完成这些功能模块的组态图

例子：

1.在PCS7系统中为了实现控制组态常采用以下工具A、C、D相结合。

A．CFCB.ClC.SFCD.SCL

2.集散控制系统的递阶控制结构具有三种形式，分别为:

A、B、C。

A．多重结构B.多级结构C.多层结构D.多元结构

3.现场总线按现场应用的不同要求和规模，可分为A、B、D三大类。

A．执行器传感器现场总线B.数据流现场总线C.FF基金会现场总线D设备现场总线

4.DeltaV系统采用的基金会（FF）现场总线的数据结构

5.TPS是Honeywell公司的集散系统产品，DeltaV是Emerson公司的集散系统产品

6.在DeltaV系统中需要一台且只需要一台的工作站为ProfessionalPlus工作站

判断题：

1.集散系统的结构具有递阶控制、集中控制和冗余化结构的特征

2.递阶控制的多层，多级和多重三种结构之间相互制约，相互排斥，不可共存于一个系统中

3.DeltaV系统采用的Profibus现场总线作为其控制网

4.在集散控制系统的负荷分散是由于负荷能力不够而进行的负荷分散。

试以某DCS为例，分析集散控制系统的基本构成及其各部分的主要功能

第三章

一、集散系统的可靠性

衡量集散系统的可靠性指标有：

可靠度、MTBF、FR（故障率、失效度）、有效度

可靠度的计算：

利用上式可以求取不同工作时间内的可靠度，但计算是t不得超出偶然失效期

例：

已知电子元件的=1/2000，求该元件工作50h的可靠度

串并联情况下的可靠度：

一个复杂系统的可靠度除了与构成系统的子系统及其元器件的可靠度有关，还与系统的结构形式有关

串联系统的可靠度：

注：

在串联系统中只有有一个可靠度等于0，那整个系统的可靠度为0。

串联的系统越多可靠度越低

并联系统的可靠度：

注：

在并联系统中，并联的子系统越多，可靠性越高（双重冗余）

例：

假设单击系统中的可靠度是99%，那用这样的的系统组成冗余的双机系统，其可靠度为多少。

可靠性设计准则：

1.系统运行不受故障影响的准则

2.系统不易发生故障的准则

3.迅速排出故障的准则

A．系统运行不受故障影响的设计：

冗余结构设计

在集散系统中，采用冗余设计的部件有：

1.供电系统的冗余：

外部双重化供电，内部大容量电池供电保护数据

2.过程控制装置的冗余：

装置冗余（n：

1）和CPU冗余（双重化冗余、热后备方式）

3.通信系统的冗余：

双重化冗余，智能变送器，数据通信采用现场总线

4.操作站的冗余：

2—3台操作站并联运行，组成双重化冗余或（2，3）表决系统冗余

系统输入输出信号的插卡部件的冗余以及上位机冗余等

B．不易发生故障的硬件设计:

为了提高使用寿命，从下面几个方面考虑硬件的设计和系统的选型

运动部件：

由于电子元器件的使用寿命比机械运动部件的使用寿命长，因此，运动部件的寿命就成为衡量系统寿命可靠性指标。

二、集散系统的可组态性

集散系统的组态：

系统组态：

组成系统的各设备间的连续

画面组态：

操作站的各种画面、画面间连接

控制组态：

完成各控制器、过程控制装置结构连接、参数设置等

功能块是由分布式系统制造商提供的系统应用程序，由不同功能的子程序组成，主要包括结构参数、设置参数和可调整参数。

功能参数----子功能、不同数据类型、多输入信号：

充分利用内存、减少消耗

功能块质量的评估：

灵活性、先进性和完善性

集散系统中的组态语言：

功能块语言、面向问题的语言和高级语言

思考题：

在现场总线控制系统中，完成单回路控制系统的组态至少需要用到哪些类型功能块，试画出其组态框图

三、可扩展性

可扩展性的含义：

1.增加输入、输出模块（空间、CPU、电源）

2.通信网络的扩展延伸

3.通过通信系统进行联系，方便地增加设备或者删除设备

4.全开放的结构，允许符合开发系统互联协议的其他厂家的集散系统与之通信

四、实时性

系统的实时性主要与通信速率、媒体存取控制，减小无效通信率、实时控制的数据结构和多任务应用等因素有关。

因此从这几个方面采取以下措施可以提高实时性：

1.选用较高通信速率的集散系统

2.采用合适的媒体存取控制方式

3.减小无效通信量

4.采用如分布式数据库结构实时控制的数据结构和多任务应用软件

减小无效通信量的措施：

1.例外报告（过程中的未发生变化的数据）

2.广播式通信（通信前的呼叫、应答等）

3.压缩数据的包装（减小通信层及改进通信协议等）

例子：

1.例举三个衡量集散控制系统性能指标有：

可靠性、可组态性和实时性。

2.已知某电子元件的失效率

3.集散控制系统中，为了满足过程控制的要求，常设计出一些包含子系统功能的专用的功能模块，而子系统的有无则通过设置功能模块的A来确定

A.功能参数B.连接参数C.参数系统D.设置参数

4.在DCS中为了减少无效通信量常采用的措施有BCD。

A.减少网络通信的吞吐量B.例外报告C.改进数据的包装D.采用广播式的发送方式

第四章

一、PID控制

1.P、I、D三种控制是独立的，没有控制器参数之间的联系

2.离散PID控制器的参数不受硬件的制约，可以在更大范围内设置

3.采用采样控制，引入了采样周期，因此而引入了一个纯滞后环节，使控制品质变差

4.采样周期的大小影响控制系统的控制品质

二、集散控制系统在实现复杂控制系统的注意事项

1.串级控制

计算机控制系统中，串级控制系统主控制