IPC复习课加强版.docx

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IPC复习课加强版

第1章：

工控机系统概论

1、名词和术语（知道其描述性含义即可，重在理解、不必背诵，以下雷同）

•工业控制计算机系统、简称工控机系统、：

将计算机引入工业过程控制系统，自动完成工业过程参量的检测和显示，并控制生产过程按规定的工艺流程运行。

如果系统中采用的计算机是工业微机、则成为工业微机系统、。

如果系统中采用的计算机是IPC（工业个人计算机简称）、有时则将这类工控机系统称为ipc测控系统。

其基本要求：

•具有良好的实时性、高可靠性和较强的环境适应性

•采用标准化部件，便于扩充、升级和维护

•具有良好的人机界面和丰富的监视画面

•具有良好的系统组态和可选的各种控制策略

•具有网络通讯功能，便于实现全厂自动化和信息化

STD、工控机：

基于STD总线，标准为IEEE961，有8/16/32位技术，已退出市场。

VME、工控机：

MC68000系列工控机，采用VME总线，提供MC68000系列CPU的主机外设和过程通道，都是32位微机，退出工控领域，规范和体系被IPC采用，说明优秀。

IPC：

拥有丰富的软，硬件及pc用户资源，广泛使用

测控系统、

实时系统、：

一个计算机系统需要在确切的时间内从外部环境输入/输出数据，或者进行一些必要的处理，就称为一个实施计算机系统。

通用计算机控制系统、用于功能较全的数据采集和过程控制。

专用计算机控制系统、应用领域比较专一。

DDC、直接数字控制系统

SCC、计算机监督控制系统

DCS、集散控制系统

FCS、现场总线控制系统

平均无故障时间、MTBF，系统可靠性的标准

平均修复时间、MTTR修复系统所需的时间

工控软件。

2、工控机系统对生产过程实现自动控制的基本过程。

1,生产过程的被控参量通过测量环节的转化为相应的电量或电参数，再由变送器或放大器变换为标准电压。

2，电压或电流信号经过A/D转换后变成计算机运行的数字信号，并将其转换成人们易于理解的工程量。

3，计算机根基测量值与给定值得偏差，按一定的控制算法输出控制信号。

4，控制信号作用于执行机构，通过调节输出量的大小来实现生产过程控制调节。

3、IPC和PC的主要异同点

和IBMPC保持了硬件和软件的兼容。

区别于PC：

1.采用总线式结构取代PC机的大母版结构便于维修和维护。

2.采用工业级元器件进行板卡设计。

3.采用全钢结构工业标准台式机箱2个风扇箱内正压防尘。

4.开发和设计了适用于工业控制的系列过程板卡。

5.主板增设了看门狗，RS—485通信口等工业控制所必须的功能。

4、我国曾经使用过的主要工控机

STD,MC6800/MC68000

5、工控机系统主要由哪些环节组成？

检测变送，数据采集，控制运算，输出调节，

四个过程是周期性的

输出控制信号的时间间隔则称为控制周期

采样过程信号的时间间隔则称为采样周期

采样周期和控制周期可以相同，也可以不同，但二者必须满足生产过程的工艺需求

工业控制计算机系统的显著特点：

实时性，可靠性

可靠性度量：

MTBF（MeanTimeBetweenFailures）

MTTR（MeanTimeToRepair）

6、工控机系统的主要发展趋势。

集成化、网络化、智能化、协调化

硬件PC化

系统平台Windows化

应用软件组态化

现场级总线化

7、布置的作业题

第2章接口技术和总线规范

1、名词和术语

接口、是计算机与外部设备或工业控制设备交换信息的中间电路。

按照信息的流向可以将接口分为输入接口和输出接口；按照信息的传输格式可以将接口分为串行接口和并行接口。

端口、计算机与外界通讯交流的出口

串口、串行借口，采用串行通信方式的扩展接口。

并口、采用并行传输方式的接口

总线、计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线

平衡驱动、

非平衡驱动、

SPP并口、标准型并行接口，数据线单向，其中5跟状态线输入数据，灵活性被限制。

EPP并口、增强型并行接口，兼容且能双向，灵活，满足各自的特殊要求。

ISA总线、即IndustrialStandardArchitecture，IBM推出的基于80286CPU的PC/AT微型计算机支持24位的地址线、16位的数据线、15级硬件中断、7级DMA通道。

与XT总线保持向下兼容，保持原有的XT总线不变，重新增加一个36线的连接插槽，分成C、D两面，扩充的功能均设计在C、D两面的信号线上。

PCI总线、高性能

PCI总线的最高传输速率可达528MBps（66×64÷8=528MBps）。

线性突发传输

PCI支持突发数据传输周期，可确保总线不断满载数据。

所谓突发数据传输周期是指CPU只在第一个时钟周期给出地址信号，在后续的时钟周期可以连续传输数据的一种存储器访问方式。

减少存取延迟

采用总线主控和同步操作

不受处理器限制

适用于各种机型

兼容性强

预留扩展空间

低成本、高效率

向前扩展性

PCI总线命令、PCI总线命令共有12种，对应PCI总线的12种总线操作。

存储器空间、

I/O空间、

配置空间。

是容量为256字节并具有特定记录结构或模型的一个地址空间。

2、RS-232/422/485的主要特点

RS232，点对点，3线全双工

逻辑1：

－3V～－15V

逻辑0：

＋3V～＋15V

距离：

15米

常用速率：

9600bps

RS422点对点，4线全双工

平衡传输（差分传输）

传输距离：

5000feet

节点数：

>32，和驱动器有关

抗扰能力强

适合工业环境

485

可以多点通信2线半双工。

电气规范和422基本相同，较强抗干扰特性和长距离传输特性。

3、IPC/PC串口编程的主要步骤

例2-4：

利用C语言的输入/输出函数读写EPP并行口

main（）

{

intrdval；

rdval＝inportb（0x378）；//rdval为数据/地址寄存

//器的内容

outportb（0x378,0x55）；//向数据/地址端口输

//出数据55H

rdval＝inportb（0x378）；//rdval为55H

rdval＝inportb（0x379）；//rdval为状态寄存器的内容

rdval＝inportb（0x37a）；//rdval为控制寄存器的内容

outportb（0x37a，0xec）；//向控制口输出ECH，使READEN有效

rdval＝inportb（0x378）；//rdval为数据总线上的内容

}

LCR指向波特率寄存器DLL、DLH→设置波特率→LCR设置字符帧格式→设置MCR。

4、SPP并口和EPP并口的主要区别

见上

5、ISA总线的主要性能指标

24位地址线，可直接寻址内存容量为16MB，I/O地址空间为0100H~03FFFH。

8/16位数据线，62+36引脚。

工作频率8MHZ，最大传输16MB/s。

中断和DMA传送功能。

6、设计基于ISA总线的各类板卡主要用到哪些ISA总线信号？

开发基于ISA总线的过程通道板卡，必需掌握ISA总线的I/O读写操作。

1）SA19~SA0。

2，SD15~SD0.。

3，IOR#，4..,IOW#,5.AEN,.6.RESET.,7，IOCHRDY#.,8.CLOCK

7、PCI总线的主要性能指标（计算MBPS），IRDY#、TRDY#和FRAME#等信号在数据传输过程中的逻辑关系。

66MHZ，64位数据总线，最高传输速率可达528MBps（66×64÷8=528MBps）

FRAME#：

帧周期信号，表示一次访问的开始和持续。

IRDY#：

主设备准备好信号。

TRDY#：

从设备准备好信号。

两信号同时优先才能完成数据传输，否则进入等待周期。

8、PCI总线配置空间的主要作用有哪些，容量为多少？

是容量为256字节并具有特定记录结构或模型的一个地址空间。

用以支持PCT的硬件配置：

设备识别，设备控制，设备状态寄存器，基址寄存器，头标区中其他寄存器功能（高速缓存行长度，延迟，内置自测试，中断请求连线，中断引脚，等）

9、布置的作业题

加一个转换模块

第3章过程通道与远程I/O模块

1、名词与术语

过程通道、实现计算机信号和工业现场信号的互连与转换，是工业生产过程实现

过程通道子系统、过程通道板卡、远程I/O模块、过程通道的3种基本形式

输入通道、

输出通道、

模拟量输入通道、

模拟量输出通道、

开关量输入通道、

开关量输出通道、

信号精度等级、允许百分误差值去掉符号后的数值

DDZ－Ⅱ信号规格、0~5V，0~10mA

DDZ－Ⅲ信号规格、1~5V，4~20mA

半隔离、仅计算机侧的参考地和现场的参考地是隔离的，而现场信号各通道之间的参考点是同一个地（现场共地）。

全隔离、计算机侧的参考地和现场的参考地之间以及现场信号各通道之间的参考地都是隔离

的（计算机、现场、通道之间互不共地）。

双极性、单极性、在A/D卡中，双极性信号允许幅值的绝对值往往是对应单极性信号的1/2例如：

输入单极性信号为0～5V输入双极性信号为-2.5V～＋2.5V。

差动输入、单端输入、输入方式，单端输入通道数往往是差动输入通道数的2倍

当短接器J2的1-2.7-8.9-10.11-12引脚短接时，为单端输入，当J2的引脚3-4.5-6.9-10引脚短接时，为差动输入。

转换时间、转换速率，指每秒能转换多少个通道或对一个通道重复采样多少次。

分辨率、能对转换结果法伤影响的最小输入量，转换结果的二进制位数（8,10,12,16位）

精度（误差）、结果与实际值之间的误差，有绝对精度和相对精度2种表示法，FSB相对精度，LSB绝对精度

线性度（非线性误差）、

模拟量输出建立时间。

2、电压、电流、mV信号、电阻信号和工控机系统的连接

3、典型单元电路

在各类通道板卡中，有些电路是相似

或相同的，这些电路主要有：

●地址空间选择电路：

选择通道板卡占用的地址范围

●译码电路：

用来决定板卡的某个寄存器的访问地址

●总线驱动电路：

驱动总线信号，也可以用于开关量的输入/输出驱动

●锁存器电路：

一般用来锁存输出信号或作用控制寄存器

●光电耦和电路：

隔离数字地和模拟地，将计算侧的产考地和现场信号的参考地隔离。

4.A/D的A/D电路、MUX电路、滤波电路、基本电路、采样程序设计的4/5个步骤、根据图纸或寄存器说明进行A/D程序设计

5、D/A卡的D/A电路、V/I电路及零点和满量程的调整，D/A输出程序设计

零点：

输入Vi=0时，调整W，使输出电流I=4mA

满量程：

当输入为10时，调整W2，使输出电流I=10mA

6、I/O卡的输入缓冲电路和输出锁存电路、I/O基本应用程序设计

7、ADAM4000系列远程I/O的主要特点、接线和组网（RS-485主从式网络）

1，远端可编程输入范围。

2，内置看门狗。

3，网络配置灵活。

4，可选的独立控制策略。

5，模块化的工业设计。

6，满足工业环境的需要ADAM4000仅需要2跟导线，ADAM4000通过RS-485工业标准通讯网络与操作站链接成一个主从式网络控制系统可以实现点对点通信和广播通信。

8、ADAM4000系列远程I/O模块的命令的主要特点、程序访问远程I/O的基本步骤、基于MSComm控件的ADAM4000应用程序的设计。

特点：

ADAM4000系列模块与上位机通过RS-485构成主从式通信网络，各模块拥有唯一的站地址，只有模块自身的站号和主机的访问站号一致时，该模块才能和主机通讯，是有模块控制命令均由主机或上位机以ASCII码字符串的形式送往。

9、作业题

编写C语言，使ADAM4021输出跟随设定变量setval

Type_steralADAM4021（coid）{return（setval）;}

第4章控制算法与控制规律

1、名词与术语

数字滤波、

控制算法、

控制规律、

PID、比例，积分，微分，控制算法

死区、避免调节阀频繁操作，给PID算法设立一个死区，当偏差绝对值小于它时，不进行PID运算。

完全微分、的微分作用在一个周期内完全释放，会正大控制系统的超调量影响控制品质。

不完全微分、则使用实际微分环节取代完全微分环节，有利于提高系统控制精度。

积分饱和。

2.数字滤波器和模拟量滤波器的异同点（数字滤波器的优势）

①数字滤波是由软件实现的，不需要硬件，不存在各种匹配问题；

②对于多路信号输入通道，可以共用一个数字滤波器，从而降低成本；

③改变滤波器程序或运算参数，就能方便地改变滤波特性。

3.算数平均值等数字滤波算法的适用场合，滑动平均值滤波的优势及其特点。

场合：

克服随机干扰或采样值在某一范围内的上下波动。

优势和特点：

克服随机干扰或采样值在某一范围内的上下波动，但实时性优于算术平均值滤波。

4.工程量的转换

根据比例关系计算，根据公式计算

Y=Ymin＋（Ymax－Ymin）（X－Nmin）/（Nmax－Nmin）

Y为测量值的工程量大小；

X为测量值Y对应的A/D转换值。

Ymax为量程上限值；

Ymin为量程下限值；

Nmax为Ymax对应的A/D转换值；

Nmin为Ymin对应的A/D转换值；

（以下不考）5.完全微分PID、不完全微分PID控制算法的位置型和增量型表达式及其推导过程

不完全微分PID算死：

位置：

uD（n）=ud（n-1）+Kd1【e（n）-e（n-1）】+Kd2【e（n）-ud（n-1）】

增量：

△u（n）=Kp（T/T1）ud（n）+Kp[uD（n）-uD（n-1）]

（不考）6、PID各参数对调节所起的作用，参数的整定方法；PID死区和输出限幅的作用，防止积分饱和的措施

（1）比例增益

反映比例作用的强弱，

越大，比例作用越强，反之亦然。

比例控制克服干扰能力较强、控制及时、过渡时间短，但在过渡过程终了时存在余差；

（2）积分时间

反映积分作用的强弱，

越小，积分作用越强，反之亦然。

积分作用会使系统稳定性降低，但在过渡过程结束时无余差；

（3）微分时间

反映积分作用的强弱，

越大，积分作用越强，反之亦然。

微分作用能产生超前的控制作用，可以减少超调，减少调节时间；但对噪声干扰有放大作用。

整定步骤：

1，确定采样周期T。

2，确定临界比例增益和震荡周期。

3，确定控制度。

4，选择PID算法的控制参数T,Kp，Ti，Td。

5，适当调整，通常先加比例积分，后加微分。

防止积分饱和的措施有积分限幅法，积分分离法，变速积分法。

7、掌握串级控制规律和前馈控制柜规律客服扰动的机理（即二者克服扰动的机理有何不同？

）

串级控制：

利用副控贿赂预先克服扰动对输出的影响，从而争抢对副贿赂扰动的抑制能力。

前馈控制：

直接根据扰动的大小和方向，按一定的调节规律，补偿扰动对被控量的影响。

8.什么是高选控制和低选控制？

什么是分程控制，其有何用处？

高选：

高选的输出等于其中较大的一个输入变量。

低选：

。

。

。

。

。

较小的一个输入变量

9、什么是比例控制（配比控制、比值控制）？

有哪些类型？

比例控制规律实现两个以上的变量满足一定比值可以使给定值之间保持一定的比例关系，也可以是被控量之间保持一定的比例关系。

类型：

单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系统，变比值控制系统。

第5章工控机系统的软件结构

1、名词与术语

RTDB、实时数据库

给定值、

测量值、

偏差、

SP、

PV、

MV、

上/下限报警、HL/LL

上上/下下限报警、HL+IL/LL-IL

报警加深、

报警死区、DB

报警增量、IL

报警回差限、HL-DB

工位号、

工位名称、

手动方式、

自动方式、PID运算结果直接作为输出控制量，经D/A后作用于调节阀

软手动方式、使用键盘或鼠标直接修改或输出控制量；

串级方式、PID算法的给定值由另一路PID算法的输出提供。

无扰切换、目的：

减小冲击，改善控制效果

棒图、

细目……

2.工控软件的基本结构及基本功能

3.输入/输出程序的主要功能，采样周期和PIO任务执行时间的关系。

1，周期性地对系统中的各输入点进行采样。

2，对于SOE则进行中断处理。

3，周期性地将输出信号输出到控制通道上。

4，对输入信号进行限幅和数字滤波处理。

5，对模拟信号进行工程量转换。

6，报警检测。

7，将控制算法的输出值转换成硬件输出值。

8，将结果存入实时数据库中。

关系：

PIO任务的执行周期是等间隔的，这个间隔时间即为采样周期。

4.手动（软手动、硬手动）、自动之间的切换逻辑，和输出给执行器信号之间的关系。

5.实时控制的基本流程

6、工控软件一般提供哪些主要的画面。

（棒图显示画面，细目显示画面）

总貌、细目、棒图、实时趋势、历史趋势、报警显示、参数总表、操作记录、登录管理、事故追忆、报表、工艺流程、故障诊断……

画面设计原则：

完整性，满足工艺需求、便于操作、简洁、嵌套最少、最好单键触发、鼠键结合、权限操作。

第6章中小型DCS及通信技术

1、名词与术语

中小型DCS、分布式控制系统又称集散型控制系统。

点对点通信、

1:

1通信、

1:

N通信、

多点通信、

广播通信、

面向字符通信、

面向位流通信、

通信控制字符。

2、常用的通信控制字符有哪些？

ENQ,ACK,NAK,STX,ETK（面向字符协议具有简单明了的特点，又又比较长的使用历史和广泛的应用范围，生意对于通信速率要求不高，采用主从结构的中小型工业控制网络，使用面向字符协议有一定优势。

为什么用面向字符？

）

3、中小型DCS的基本结构

构成中小型DCS的三要素：

★监控站：

操作站，一般使用IPC

★通信总线：

多用RS-485或现场总线

★控制级设备：

智能仪表、PLC、远程模块或子系统

4、中小型DCS的控制级设备的站号编址的主要原则

站号地址必须唯一

5、中小型DCS的覆盖范围，怎样扩大其范围、终端匹配阻抗有何用？

范围：

1200M。

扩大范围：

可选择中继器45810（最多8个）。

终端匹配阻抗：

将电流信号转换成电压信号，使信号更明显。

6、IPC_PLC的编程口通信、通信口通信有何不同

1，编程口通信的通信参数是固定的，通信口通信的通信参数是可进行设置的。

2，编程口通信的控制字符为：

ENQ,STX,ETX,ACD,NA.而通信口通信的字符要多出：

EOT,ODH,OAH。

3，编程口通信的命令为读写，位置，复位命令，而通信口通信的命令种类更多。

7、PLC的组地址、设备地址和其通信命令有什么关系？

*

组地址：

设备地址都有其唯一性，都在通信命令的校验和计算范围内。

8、IPC和PLC如何知道他们之间的通信网络发生的故障中断。

*

若收到NAK信号则表示发生差错

第7章工控机系统的设计方法

1.工控机系统设计方法讨论的主要问题包括哪些？

设计的基本要求，基本途径，设计规范和一般步骤

2.如何理解系统的性能规范和功能规范？

一般包括系统的各项功能与性能的描述，可靠性，操作界面，环境条件，维护方面的指标等内容。

3.有哪些主要的设计途径？

★自行设计★委托设计

★自行设计与委托设计联合

4.工控机系统的设计步骤

★总体方案设计

★选择测量仪表和执行器

★结构设计：

柜式结构、台式结构

★硬件选型设计

★软件设计

★调试和测试

★工程验收

5.双机冗余系统的工作方式？

1，备份工作方式。

2，主从工作方式。

3，双工工作方式。

4，次用DCS/FCS体系结构。

同时在两个控制站工作，当其中一个站故障，另一个同样可以完成工作。

6.干扰源的分类

★干扰来源

放电噪声、高频振荡噪声、浪涌噪声

★分类

按产生干扰的根源、传导方式和噪声波

性质进行分类。

7.接地的分类

安全接地：

设备金属外壳接地

工作接地：

信号回路接于基准导体或电位

屏蔽接地：

电缆或变压器屏蔽层的接地