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集散控制系统本讲稿第一页，共十四页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、能迅速排除故障的设计设计、能迅速排除故障的设计。集散控制系统的组态包括系统组态、控制组态、画面组态系统组态、控制组态、画面组态。功能模块按功能分类，通常可分为输入、输出类功能模块、控制算法类功能模块、运算类功能模块、信号发生输入、输出类功能模块、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、信号选择器类功能模块、转换类功能模块、信号选择和和状态类功能模块状态类功能模块等类。趋势画面包括实时趋势实时趋势和和历史趋势历史趋势两类。媒体存取控制指节点节点在向通信媒体存存信息或从通信媒体取取信息时的控制规则。香农（Shannon）定理规定采样频率应采样频率应不小于原系统最高频率的两倍采样频率应不小于原系统最高频率的两倍。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、递推平均（加权）滤波、程序一阶低通滤波、一阶高通滤波、递推平均（加权）滤波、程序判别滤波判别滤波等。用计算机控制装置实现比值控制时，不计算仪表比值系数仪表比值系数，不进行仪表系数的转换仪表系数的转换，也没有K1等问题。与模拟控制算法比较，数字控制算法对积分算法的改进有积分分离积分分离和和削弱积分削弱积分等。顺序逻辑控制系统分为时间顺序控制系统、时间顺序控制系统、逻辑顺序控制系统逻辑顺序控制系统和和条件顺序控制系统条件顺序控制系统三种。本讲稿第二页，共十四页现场总线设备的模块分为三种类型，即资源模块、转换器模块资源模块、转换器模块和和功能模块功能模块。功能模块参数的计算包括设定值计算、输出计算设定值计算、输出计算和和反馈回路中的输出计算反馈回路中的输出计算等。功能图描述符号、和I/P分别表示差、大于、下限限幅差、大于、下限限幅和和电信号转换为气信号电信号转换为气信号等。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、温度记录控制器、流量计算器、液位指示控制器、压力变送器温度记录控制器、流量计算器、液位指示控制器、压力变送器功能。等电位连接的目的是减小信息设备之间和信息设备与金属部件之间的电位差减小信息设备之间和信息设备与金属部件之间的电位差。抗电磁干扰措施主要有屏蔽、滤波、接地、合理布线屏蔽、滤波、接地、合理布线和和选择电线等选择电线等等。常用的集散控制系统评估方法有偏离表法、矩阵表法偏离表法、矩阵表法。集散控制系统的操作方式分为仪表盘操作方式仪表盘操作方式和和显示屏操作方式显示屏操作方式。组态软件由系统开发环境系统开发环境和和系统运行环境系统运行环境两大部分组成集散控制系统对人机交互系统的要求是实时性、易操作性、灵活性、可靠性实时性、易操作性、灵活性、可靠性和安全性和安全性等。本讲稿第三页，共十四页集散控制系统的组态包括硬件硬件和和软件组态软件组态。报警处理的操作包括确认确认和和消声操作消声操作操作。数据库管理系统是对数据库内数据进行存储和管理对数据库内数据进行存储和管理的软件系统。它的主要功能有数据描数据描述、数据操纵、数据库的保护、数据库建立述、数据操纵、数据库的保护、数据库建立和和维护维护。从逻辑功能看，计算机网络分为资源子网和通信子网资源子网和通信子网。通信链路传输二进制数据分并行传输并行传输和和串行传输串行传输，串行传输又分异步异步和和同步传输同步传输两类常用的通信传输媒体有双绞线、同轴电缆双绞线、同轴电缆和和光缆光缆。常用的通信交换技术有电路交换、报文交换、分组交换电路交换、报文交换、分组交换和和快速分组交换快速分组交换等。差错控制中，只能检测错误不能纠正差错只能检测错误不能纠正差错的抗干扰编码称为检错码，具有自动纠正差错功具有自动纠正差错功能能的抗干扰编码称为纠错码。常用的校验码为奇偶校验码、纵向冗余校验码奇偶校验码、纵向冗余校验码和和循环冗余校验循环冗余校验码码等，集散控制系统提出采用循环冗余校验码循环冗余校验码。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、开放实时性好，动态响应快、可靠性高、适应恶劣的工业现场环境、开放系统互连系统互连和和互操作性互操作性特点。OPC规范为OPC服务器规定客户接口客户接口和和自动化接口自动化接口两种接口。本讲稿第四页，共十四页EIA-485标准特点是用平衡驱动差分平衡驱动差分电路，接收器输入电压是输入导线上电压输入导线上电压之差。它适用于互连。最多可挂接32个站点。以太网物理层采用50基带同轴电缆作为通信媒体。数据传输速率是10Mbps。TCP连接包括三个状态：连接建立、数据传送连接建立、数据传送和和连接终止连接终止。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、转换器模块资源模块、转换器模块和功能模块和功能模块实现所需的控制和计算等功能名词解释：名词解释：1分散控制分散控制分散控制是指系统中的控制部分表现为若干个分散的，有一定相对独立性的子控制机构，这些机构在各自的范围内各司其责，各行其是，互不干涉，各自完成自己的目标。当然这些目标是整个系统目标中的分目标。2蓝牙技术蓝牙技术是一种无线数据与通信的开放性标准，它是工作在2.4GHz频段，使用调频频谱扩展的技术。3现场总线设备现场总线设备指组成现场总线控制系统的内置处理器，具有数字计算、数字通信功能的设备。本讲稿第五页，共十四页4输入输出卡件输入输出卡件是分散过程控制装置的控制器与模拟仪表之间的桥梁，它将由模拟仪表输入的模拟信号转换为数字信号后送到控制器，也将控制器输出的数字信号转换为模拟信号后送现场安装的模拟执行器。输入输出卡件用于连接生产过程的输入输出信号。5MTBF81(MeanTimeBetweenFailures)指可以边修理边使用的机器、零件或系统，相邻故障期间正常工作时间的平均值。6MTTF81(MeanTimeToFailures)指不能修理的机器、零件或系统，到发生故障为止的工作时间的平均值。它是不可修理产品的平均寿命。7操作透明度88指生产过程的操作信息是否清晰地为操作员所接受和理解，并被用于生产过程操作中去的能力。8组态92组态是用集散控制系统本身所提供的功能模块或控制算法组成所需要的系统结构，完成所需功能。9总线型网络结构99这种结构设有中继节点，信道是共享的，任意两个节点之间均可通信。本讲稿第六页，共十四页10环形网络结构环形网络结构分为物理环网和总线环网。物理环网的各节点在物理上组成环形，每个节点都承担中继转发工作，为增删节点，必须把环的链接打开，因此，网络通信终断。总线环网是逻辑上各节点组成环形，物理连接是总线型的网络。它与总线型网络结类似，增删节点比较方便，但由于通信是环形的，因此，增加节点时，除了把带网络接口的节点挂到总线上以外，还需停止网络通信。11主从网络结构为在星形网络增加节点，必须建立一条主站到该新增节点的专用信道，主站接口也需扩充。此外，软件也需相应更改，网络通信必须中断才能完成这些工作，工作量也较大。12人机交互指人与计算机之间使用某种对话语言，以一定的交互方式，完成确定任务的人机之间的信息交换过程。13流量控制流量控制室一种限制网络访问的机制，例如，它设置交换机缓冲区的上限来限制数据传输的流量，通过修改发送速率，例如降低发送速率，或对发送端暂时关闭一个预定时间等。14集散控制系统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。15OPC技术OPC以Windows的对象链接和嵌入、组件对象模型和分布式技术为基础，定义了一套标准接口，在这个接口上，基于PC的软件组件能交换数据。本讲稿第七页，共十四页16串级控制系统115串级控制系统是由其结构上的特征而得名的。它是由主、副两个控制器串接工作的。主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对变量的定值控制。17现场总线20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连的，全数字、串行、双向传输的、多分支结构的通信系统。简述题简述题1集散控制系统的优点4与模拟电动仪表比较，它具有连接方便、采用软连接方法使控制策略更改容易、显示方式灵活、显示内容多样、数据存储量大等优点。与计算机集中控制系统比较，它具有操作监督方便、危险分散、功能分散等优点。2分散过程控制装置的功能及特点3生产过程的各种过程变量通过分散过程哦能告知装置转换为操作监视的数据，各种操作信息也通过分散过程控制装置送到执行机构。分散过程控制装置中实现模拟量与数字量的相互转换，完成控制算法的各种运算，并对输入输出量进行有关的信号处理和运算。本讲稿第八页，共十四页3集中操作和管理系统的功能和特点16功能：是人机界面。它集中各分散过程控制装置的信息，通过监视和操作，把操作命令下达各分散过程控制装置。特点：信息量大易操作性，应具有良好的操作性容错性好，良好的人机界面4在集散控制中，分散控制结构表现在哪些方面？18组织人事的分散地域的分散功能的分散负荷的分散5整体式分散过程控制装置的特点74特点是自成系统，独立完成控制功能，不需要外部接口设备，系统可靠性较高，成本较低。但系统规模较小，系统扩展的灵活性较差。6分离式分散过程控制装置的特点75该装置采用分散控制结构，既有垂直的功能分层，又有水平的负荷分散的分层。虽然操作器与控制器分离，但可实现降级操作，提高了系统可靠性。此外，可通过操作站对系统操作，因此，系统灵活性较大，分离的结构也有利于系统的扩展。但这种构成方式增加系统成本。7试述可靠性的定义，并说明广义可靠性和狭义可靠性的区别81可靠性指机器、零件或系统，在规定工作条件下，在规定时间内具有正常工作性能的能力。狭义可靠性指一次性使用的机器、零件或系统的使用寿命。例如灯泡的使用寿命是狭义的可靠性。广义的可靠性指可修复的机器、零件或系统，在使用中不发生故障，一旦发生故障有易修复，使之具有经常使用的性能，因此广义可靠性包含可维修性。集散控制系统的可靠性指广义可靠性。本讲稿第九页，共十四页8集散控制系统中通常对哪些部件要采用冗余结构？供电系统的冗余过程控制装置的冗余现场总线链路主设备的冗余通信系统的冗余操作站的冗余输入输出卡件的冗余9集散控制系统的可扩展性主要变现在哪里？99集散控制系统分散过程控制装置的机柜或机架内有足够空间增加输入输出卡件。这些卡件是同一系统产品。此外，CPU应有能力对增加的卡件和相应的控制算法进行处理。集散控制系统的许多设备通过通信网络进行联系，在生产发展需要时应能方便地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扩展延伸。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。这里，包括现场总线上挂接的现场智能仪表。10简述数字滤波常用的方法109一阶低通滤波、一阶高通滤波、两阶Butterworth滤波、递推平均滤波、递推加权平均滤波、程序判别滤波本讲稿第十页，共十四页11集散控制系统实现前馈控制系统时，为什么可以不设置偏置值？116采用集散控制系统或计算机控制系统时，如果存在积分作用，PID控制算法的初始输出可抵消静态时前馈控制信号，因此，增量算法课不设置偏置值。？12现场总线控制系统中，要实现一个单回路控制至少要哪些现场总线设备？现场总线设备内应含有哪些功能模块？智能输入输出设备显示控制设备13集散控制系统设计时，对接地电阻有什么要求？183集散控制系统的接地连接电阻为：直流电阻1；安全保护接地连接电阻和交流工作地电阻4；防雷保护接地连接电阻10。14集散控制系统主要的电磁干扰源有哪些？185传导静电电磁信号线耦合接地不当连接电势15在功能图设计中，图形符号的相切表示什么？160图形符号的相切表示相连接的仪表之间的通信，可通过硬接线或系统链或作为后备。16集散系统的组态包括哪些？系统组态、画面组态、控制组态本讲稿第十一页，共十四页17ISO/OSI参考模型分哪些层？255物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层18ISASP100规范将自动化应用分为几类，目前主要应用的是哪几类？294第0类（安全类）：恒为关键的紧急行动第1类（控制类）：关键的闭环控制第2类（控制类）：经常的非关键控制、多变量控制和优化控制等第3类（控制类）：开环控制，由操作员人工控制的一些控制回路第4类（监测监控类）：标记产生短期操作结果，即通过无线传输在短时间内产生操作结果的数据消息。第5类（监测监控类）：记录和下载上传不产生直接操作结果的数据和信息。本讲稿第十二页，共十四页19以太网分为几层，物理层有什么功能？265以太网的网络结构分为物理层、数据链路层和高级用户层三层。物理层的功能：采用曼彻斯特的编码方式对数据进行编码发送同步和时钟信号。载波检出和冲突检出位传送和接收，在数据帧前加入64为的前同步信息。20循环冗余码的工作原理252循环冗余校验码是最常用的纠错码。编码规则是在数据单元后面附加一组称为循环冗余码的比特，使组成的整个数据码元可以被另一个预定的二进制数整除。接收端用同样的数去除接收到的数据码元，如果没有余数表示传输正确，有余数表示传输不正确。本讲稿第十三页，共十四页设计分析题设计分析题以下为一标准的DCS控制系统的模拟量数据处理过程，请对其数据处理过程进行详细的分析说明。（15分）某原料加热自动控制系统如下图所示，请指出该控制系统的被控变量和控制变量。分析加热自动控制系统的控制流程，并画出该控制系统的控制框图。本讲稿第十四页，共十四页