2022年上海工程技术大学分布式控制技术与应用复习重点总结..讲解学习 .docx

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1、第一章1. 从历史沿革 来谈为什么采纳 DCS.由常规模拟外表组成的掌握系统在工业过程掌握中曾长期占据统治位置,但随着生产规模和复杂程度的不断增加,其局限性越来越明显；而最初的运算机掌握（直接运算机掌握DDC 系统虽然克服了常规模拟外表的局限性,但由于一台运算机掌握着几十甚至几百个回路,同时对几百、上千个变量进行监视、操纵、报警,危急高度集中；分布式掌握系统 （ DCS ）是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和制造过程的日益复杂应运而生的综合掌握系统,其实质是利用运算机技术对生产过程进行集中监视、操作、治理和分散掌握；它采纳分散递阶结构,表达了集中治理、分散掌握的思想,实现了系统的 功能分散

2、、 危急分散,具有掌握功能强、操作简便和牢靠性高等特点；它既不同于分散的外表掌握系统, 又不同于集中式运算机掌握系统,而是吸取了两者的优点,在它们的基础上进展起来的一门系统工程技术；2. 分布式掌握的组成,每部分的功能DCS 主要包括： 掌握站 （完成过系统的运算处理掌握,是DCS 的核心部分,系统主要的掌握由他完成）、 操作站 （完成人机界面功能、供操作员操作监视）、工程师站 （对 DCS 进行应用组态和编程用于离线组态、在线修改和操作系统开发）、通讯系统 （包括系统网络和现场总线）、高层治理网络；3. 分布式掌握的主要特点：集中治理、分散掌握；4. 分布式掌握的体系结构现场外表和执行机构层

3、、装置掌握层、工厂监控与治理层、企业经营治理层5. 为什么采纳递阶掌握结构1） 网络结构 ,将各个子系统通过总线连接起来2） 分层结构 ,由工程师站、操作站、掌握站和操作系统组成3） 主从结构 ,集中操作、分散掌握6. OSI 模型共 7 层,自上而下： 应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层；原就：每一层都必需有一个完整的功能,每层的通信协议都应当以国际标准化的眼光来看,所选的层边界应尽量将通过接口的信息流减至最低,层次的数目不要多的使结构大而不当、也不要少的让不同功能合并在同一阶层中；7、开放系统的基本特点可移植性、可操作性、可相宜性、可得到性；其次章1.数字 /模拟

4、PID 结构图数字 PID 闭环系统结构图：2. 比例调剂 的功能 /缺陷优点：反应快缺点：不能完全排除静差；3. 积分器 /微分器 的作用积分器： 积分器的输出值大小取决于对误差的累积结果,虽然误差不变, 但积分器的输出仍在增加, 直至使误差 e=0；积分器的加入相当于能自动调剂掌握常量u0,排除静差, 使系统趋于稳固 ；微分器：减小超调,克服振荡,提高稳固性,改善系统动态特性；4. 数字 PID 调剂器的优点 / 原理图优点：技术成熟,结构敏捷,不仅可以用常规的PID 调剂,仍可以依据系统的要求, 采纳各种 PID 的变种,如 PI、PD 掌握、不完全微分掌握、积分分别式PID 掌握、带死

5、区的PID 掌握、变速积分PID 掌握、比例PID 掌握等；易被人们熟识和把握；不需要求出数学模型；掌握成效好；原理：依据输入的偏差信号,按比例、积分、微分的函数关系进 行运算,其运算结果用于输出掌握；5. 位置式 /增量式的 PID 掌握算法位置式算法：tketdt TSoejj 0detdtekek 1TkTukKP ekSejTDeek 1u0STkIj 0TSukK eTksPkTIeTjD eekk 1u0j 0T suk 1K eTk 1sTPk 1TIejD ek 1ke2u0j 0TsuTsTDkukuk 1K ePkek 1TIekTsek2ek 1ek 2K pekK I

6、ekK D ek2ek1ek2增量式算法：增量式掌握算法供应执行机构的增量uk ,只需要保持现时以前3 个时刻的偏差值即可；6. 为什么采纳增量式的PID 掌握算法位置算法易产生积分饱和现象,同时难以手/ 自动切换；增量算法和速度算法可排除积分饱和现象,易实现手/ 自动切换；7. 积分饱和是如何产生的假如由于负载突变等缘由,引起误差的阶跃,如依据PID 算法公式运算出的掌握量u 超出了掌握范畴,例如,uumax ,那么实际上掌握变量u 就只能取上界值umax ,而不是运算值,此时系统变量Y 输出值虽在不断上升,但由于掌握量受到限制,其增长要比没有受限制时慢,误差e 将比正常情形下连续更长的时间

7、保持在正值,而使公式中的积分项有较大的累积值,当过程变量输出值Y 超出给定值后,开头显现负差,但由于积分项的累积值很大, 仍要经过一段时间t 后,掌握变量 u 才脱离饱和区, 这样就使系统显现明显的超调, 这种饱和作用是由积分项引起的,故称为积分饱和；8. 积分分别的方法一种方法是只在UI 与 UP 同方向时,才把积分引入；而在U I 与 U P 反方向时,把 UI切除,这在运算机上是很简洁办到的；是只在小于某一界限（例如|e| ）,把 UI 切除9. 带有规律运算规律的挑选性掌握系统-锅炉蒸汽系统图10. 前馈掌握所谓前馈掌握,实质上是一种按扰动进行调剂的开环掌握系统；特点：当扰动产生后,被

8、控变量仍未显示出变化以前,依据扰动作用大小进行调剂,以补偿扰动作用对被控变量的影响；11. 分布式掌握系统如何实现前馈掌握与反馈掌握相结合掌握模式？前馈掌握实质是一种按扰动进行调剂的开环掌握系统,其作用是使被掌握变量不受主要扰动作用而产生偏差,其特点是当扰动产生后,被掌握变量仍未显示出变化以前,依据 扰动大小进行调剂,以补偿扰动对被控对象的影响；而反馈掌握是误差掌握,其作用是克 服其余扰动以及前馈补偿不完全的部分；要实现完全补偿并非易事,由于要得到工业过程 的精确数学模型是非常困难的；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掌握和反馈掌握结合起来,实现前馈

9、掌握与反馈掌握相结合的 掌握模式 ；反馈、前馈取长补短,形成前馈反馈掌握方案（FFC FBC ） 对主要干扰进行前馈掌握校正准时对其它干扰进行反馈掌握反馈校正,多干扰掌握12. 解耦掌握13. 串联解耦掌握的原理14. 争论时滞补偿掌握在三个通道上对掌握品质的影响（课上讲的重点）15. 史密斯补偿掌握的补偿方案FFGfGfRYRGGpe sY_GcGpes_cGks_eGp16. 推断掌握结构图（重点）系统程序-反馈推断用途： 推断掌握是利用数学模型, 由可测信息将不行测的输出变量或不行测扰动推算出来实现反馈掌握；特点：第三章1. PLC 的用途和特点用途：次序掌握、运动掌握、闭环过程掌握、数

10、据处理、通信和联网；特点： 抗干扰才能强、 牢靠性高； 掌握系统结构简洁、 通用性强、 应用敏捷； 编程便利、易于使用；功能完善、扩展才能强；PLC 掌握系统设计、安装、调试便利；修理便利、维修工作量小；体积小、重量轻、易于实现机电一体化；2. PLC 的结构形式整体式结构、组合式结构3. PLC 的工作原理PLC工作工程实际上周而复始地执行读输入扫描过程执行程序 与网络通讯的扫描过程自诊断扫描过程 写输出扫描4. PLC 的组成5. PLC 的硬件 / 软件结构（ PPT15 页图）硬件 ：中心处理器 （ CPU）, 储备器 （包括系统储备器和用户储备器）,输入、输出接口, 电源 , 扩展接

11、口 , 通讯接口 , 智能 I/O接口,智能单元,其他部件； 软件 ：系统软件（系统治理程序、用户指令说明程序、标准程序模块及系统调用程序）、用户程序 （它是PLC 的使用者针对详细掌握对象编制的应用程序；）；广义上的 PLC 程序构成：用户程序、数据块、参数块；6. 系统程序（ PPT117 页）7. PLC 的编程语言三种语言： 梯形图、指令表、次序功能流程图；8. I/O 设备单元I/O 设备单元保证 CPU 与现场设备相互联系的通道,可实现电平转换、电气隔离、串/并转换、 A/D 与 D/A 转换；9. 开关量输出单元： 继电器 输出单元、 晶体管 输出单元、 晶闸管输出单元10. 梯

12、形图的设计和编程规章Ladder 编程规章 自上而下、从左到右 ,每个继电器线圈为一个规律行,即一层阶 梯；每一个规律行起于左母线,然后是触点的连接,最终终止于继电器线圈或右母线；一般情形下,在梯形图中某个编号继电器线圈只能显现一次,而继电器触点（常开/常闭）可重复显现； 在一个规律行上,串联触点多的支路应放在上方,假如将串联触点多的支 路放在下方,就语句增多,程序变长在每一个规律行上,并联触点多的支路应放在左边；假如将并联触点多的电路放在右边,就语句增多,程序变长；不答应一个触点上有双向 “电流”通过 多个规律行都 具有相同条件时 ,为了节约语句数量,常将这些规律行合并 ；设计梯形图时,输入

13、继电器的触点状态全部按相应的输入设备为常开状态进行设计更为合适,不易出错；因此,也建议尽可能用输入设备的常开触点与PLC 输入端连接；11. 典型的梯形图 起保停起动保持和停止电路电动机正反转掌握电路延时接通/断开电路定时范畴的扩展闪耀电路报警电路12. 延时接通 /断开T37、T38 为通电型延时继电器,辨论率为 100ms,PT 为设定值,其延时时间为：辨论率 * 设定值；所以 T37 延时时间 =90*100=9s T38 延时时间 =60*100=6s； 当输入端为 1 时,开头计数,到延时时间,输出为高电平；13. 典型电路故障信号 I0.0 接通时 Q0.0（蜂鸣器）响；同时特别储

14、备器SM0.5（1s 时钟脉冲）周期性通 / 断,使 Q0.1 也跟着周期性的通/ 断,使与之相连的报警指示灯发光闪耀；待工作人员发觉后,按下蜂鸣器复位按钮I0.1,使位储备器M0.1 接通,其常开触点闭合自锁,另一常开触点闭合,使Q0.1 连续接通,报警指示灯停止闪耀连续发光；待故障排除后去掉故障信号使I0.0 断开,报警指示灯熄灭；1. CPU 程序的块结构操作系统第四章DBDB循环定时OB组织块过程FCFBSFCFBFCSFB故障图例：OB-组织块FB- 功能块FC-功能SFB-系统功能块SFC-系统功能FBFB带背景数据块最大嵌套深度：S7-300：816（CPU31）8 S7-400

15、：242至4个附加级给故障 OB2. 程序循环执行3. 数据储备有哪几种类型数据以用户程序变量的形式储备,且具有唯独性； 数据可以储备在 输入过程映像储备器（PII ）、输出过程映像储备器（PIQ）、位储备器（ M ）、局部数据堆栈（ L 堆栈）及数据块（ DB ） 中；可以采纳基本数据类型、复杂数据类型或参数类型；4. 数据块分类（ 1） 共享数据块（ 2）背景数据块（ 3）用户定义数据块5. 寄存器CPU 有两个数据块寄存器： DB 和 DI 寄存器；这样,可以同时打开两个数据块；6. 结构化 /如何定义所谓结构化程序, 就是处理复杂自动化掌握任务的过程中,为了使任务更易于掌握,常把过程要

16、求类似或相关的功能进行分类,分割为可用于几个任务的通用解决方案的小任务,这些小任务以相应的程序段表示,称为块（FC 或 FB）； OB1 通过调用这些程序块来完成整个自动化掌握任务；结构化程序的特点是每个块（FC 或 FB）在 OB1 中可能会被多次调用,以完成具有相同过程工艺要求的不同掌握对象；这种结构可简化程序设计过程、减小代码长度、 提高编程效率,比较适合于较复杂自动化掌握任务的设计；7. 编程第五章1. 最小拍掌握特点：（ 1）如参数不变,可实现时间最优掌握（ 2）本质是开环掌握（ 3）加反馈环节可实现闭环最优掌握2. 定义 最小拍掌握 要求闭环系统对于某种特定的输入下在最少个采样周期

17、内达到无静差的稳态,且其闭环脉冲传递函数式其中, N 是可能情形下的最小正整数,即闭环脉冲响应z 在 N 个周期后变为 0；3. 零阶保持器 的作用 -恒值外推零阶保持器的作用是保持离散信号各采样时刻的值不变直到下一个采样时刻止,从而形成由高度为各采样时刻值的矩形波组成的脉动序列,如上图再将各矩形波顶边的中点用一条 光滑的曲线连接成上图中绿色虚线此绿色虚线就能较精确地复现由红色虚线表示的原连续信号,且 采样周期越小,复现精度越高；一阶保持器（线性外推）4. Z 变换 运算题 5. 脉冲传递函数 的概念6. z 、Dz 公式PPT56G zC zR z输出脉冲序列的输入脉冲序列的Z 变换Z 变换

18、 zC zRzD zG z1D zG z7. 典型信号输入的响应D zG z 1 z zD z1G ze ze z（ 1）单位阶跃输入信号（ 2）单位斜坡输入信号（ 3）单位抛物线输入信号8. PPT59-60 图同上题9. PPT63 页：响应的特点 /差别在哪儿输入为斜坡时加速度输入时10. 最小拍掌握器的 适应性特点 结论 PPT66 最少拍掌握器的适应性特点：对应同阶输入可以实现最小拍跟踪；对于低阶输入, 稳态误差为 0,但动态特性较差, 有 100超调, 且不能最小拍跟踪；对于高阶输入动态响应慢、且有稳态误差； 结论：一种典型的最少拍z只适用于该类型的输入；11. Dz 如何求, P

19、PT6712. 零阶保持器的处理方法PPT70采样周期足够小时,可忽视保持器双线性变换法14.15. 最小拍掌握系统的局限性（ 1）系统的适应性差（ 2）对参数变化过于灵敏（ 3）掌握作用易超过限定范畴（ 4）在采样点之间存在纹波16. 为什么存在纹波17. 纹波产生的缘由PPT9318.第八章1. DCS 操作方式外表盘的操作方式, 指过程掌握站的操作在外表盘上进行, 它通常包括盘装的单回路、多回路掌握器、 可编程规律掌握器、 模拟外表和简易型操作终端的操作； 主要用于采纳单回路掌握器、可编辑规律掌握器等模拟外表盘的场合； CRT 操作方式,它通过生产过程的集中监视和操作实现对生产过程的介入

20、,通过操作站的 CRT 、触摸屏幕、鼠标或球标、键盘等设备或者语音等输入设备对生产过程的操作以及对系统进行掌握和保护等操纵；2. 组态的内容分布式掌握系统的组态包括系统组态、画面组态和掌握组态；系统组态完成组成系统的各设备间的连接；画面组态完成操作站的各种画面、画面间连接； 掌握组态完成各掌握器、过程掌握装置的掌握结构连接、参数设置等；趋势显示、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掌握组态的一部分来完成；3. CRT 的操作方式CRT 操作方式指通过操作站的CRT、触摸屏幕、鼠标或球标、键盘等设备或者语音等输入设备对生产过程的操作以及对系统进行掌握和保护等操纵；4. 人机

21、接口的要求在 CRT 操作方式中的人机接口装置主要是操作站及其外部设备；对它们的要求主要有环境要求、输入特性和图形特性的要求；（ 1）环境要求；控温干净；供电稳固；与互联设备近距离通信；（ 2）输入特性；输入设备逐步由键盘向鼠标、机械式向光电式和屏蔽式的转变；（ 3）图形特性；要求不断提高颜色、辨论率、内存级和数据储备才能；5. 组态操作分布式掌握系统的组态操作包括分散过程掌握装置和操作站的组态,可延长到现场智能变送器、一体化安装的带掌握器的执行机构的组态和上位治理机的组态；组态操作包括系统组态、 掌握组态、 画面组态和操作组态等； 系统组态操作是依据已有的分布式掌握系统, 确定各设备的可寻址的标志位、 各设备之间的连接关系 （部分硬件接线） 、所包含的软件环境以及相应操作系统；6. 系统组态系统组态包括硬件组态和软件组态；硬件组态工作是对各设备规定唯独的标志号； 它可以通过跨界片、 开关的位置安排来完成；各设备之间的硬件接线以及插件板的安装都是硬件组态工作, 它们通常是由制造厂商完成；软件组态工作包括对有关设备送入相应的操作系统和软件、 用软件的方式描述各设备之间的连接关系和安装位置等；Z 反变换求解方法： 长除法、部分分式法、留数法；1、求响应 Dz