DCS现场总线

习题一
答：分散控制系统，又称集散型控制系统，是以微型计算机为基础的分散型综合控制系统，是计算机、通信、CRT显示和控制技术发展起来的产物，采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中的设计思想，以及分层、分级和合作自治的结合形式，适应现代的工业生产和管理要求。

答：答：运用分散控制和集中显示、操作及管理这一基本思想构成的DCS系统，与常规模拟仪表相比，具有如下特点：完善的控制、功能丰富的监控功能、灵活的扩展功能、极高的可靠性能、简便
的安装调试、良好的性能价格比
答：分散控制系统通常由过程控制单元（PCU，又叫现场控制站）、过程接口单元（PIU，又叫数据采集站）、CRT显示操作站（OPS）、管理计算机（MC）以及高速数据通道（DH，又叫高速通信总线、大道和公路等）等五个主要部分组成。

4.分散控制系统的通信网络有哪几种结构形式？
答：分散控制系统的通信网络通常有星形、环形、总线型、树形及组合型等五种网络结构。

5.什么是通信网络协议？常用的有哪几种？
6.分散控制系统中通信总线的冗余情况如何？
答：为了提高分散控制系统通信的可靠性，大多数采用两套相同通信网络的冗余形式．但具体工作情况有所不同，一种是两套平时按规定比例承担通信负荷，当其中一套出现故障时，另一套则承担全部的通信负荷；另一种是两套中一套使用，另一套备用，当使用的那套通信网络出现故障时，则由后备来承担系统的通信任务．ＴＤＣ－３０００采用后种方式．
答：TDC-3000LCN系统由以下几部分组成：
1）局部控制网络LCN。

其作用是：为控制室内各节块通信用。

2）高速通道接口HG。

其作用是信息转换、匹配、诊断、报警和时间同步，同时还具有数据管理功能。

3）万能操作站US。

其作用有：a.监测和控制过程与系统；b。

通过组态实现控制方案，生成系统数据库、用户画面和报告；c.检测和诊断故障，维护控制室和生产过程附近的设备；d.评估工厂运行性能和操作员效率。

4）应用模块AM。

其作用有：a.简化控制策略的实施；b.改变控制程序；c.高安全性。

5）历史模块HM。

其作用是可以将过程的历史数据、画面和运行记录等大量情报，进行记忆、保存；可以配软盘和大容量的外存储器。

6）计算机接口门CG。

其作用有：a.允许计算机经LCN对系统中的数据进行存取，并使得计算机的信息可被系统采用；b.在CG和计算机之间作为两个串行通信链。

7）计算机模块CM-50S。

其作用是实现实时数据和历史数据的交换。

8）网络接口模块NIM。

其作用是提供了LCN网络与UCN网络的通信技术及协议间的相互转换。

9）万能工作站UWS。

其主要用做模块标准控制台或专门用户控制台，对生产过程进行集中监视、操作和管理，具有“触摸屏幕”
和“开窗口”功能。

答：TDC-3000UCN系统由以下几部分组成：
1）过程管理站PM。

其作用有：a.PM为数据监测和控制提供了高度灵活的输入/输出功能及很强的控制功能；b.可方便地实现连续控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制等功能。

2）先进过程管理站APM。

其作用有：a.给用户提供了一个可靠的输入/输出和控制技术。

b.可以提供更密集的连续控制和离散控制以及某一装置的子系统信息；c.增加了数字输入事件（DICOE）处理、设备（DEVICE）管理点、CL程序数据点、非TDC-3000设备串行接口能力、四倍于PM的存储量、字符串变量和时间变量。

3）逻辑管理站LM。

其作用有：a.LM是用于逻辑控制的现场控制站；
b.LM再UCN网络上方便地与系统中各模件进行通信，使DCS
与PLC更有机地结合，并能使其数据集中显示、操作和管理；c.LM 提供给逻辑处理、梯形逻辑编程和执行逻辑程序，与LCN和UCN 网络中模件进行通信；利用控制网络设计特点，把快速逻辑控制和TDC-3000过程管理功能有机结合起来。

习题二
答：a.基本连续控制功能 b.逻辑控制功能 c.输入/输出监视功能 d.顺序控制功能
2.多功能控制器MC由哪几部分构成？
答：由控制器文件夹（CCFA）,点卡文件夹（PCFA）,端点板和连接电缆，本地操作站
3.点卡文件卡有什么作用？
答：点卡文件夹的主要功能是把来自端子板的模拟、数字或计数信号转换成适用于控制器文件夹内部总线的信号电平，也把来自控制器的信号转换成模拟或数字信号进行输出，同时还支持9～16号控制SLOT的输出。

4.填空题：
（1）过程接口单元以（扫描）方式大量采集各种（过程数据），包括模拟量、数字量和脉冲量，经HW送EOS或上位机以
实行操作监视；或者将信号输出至过程进行（DDC）控制。

它是一种智能式输入/输出装置，采用（CP-1600）进行分散
信息处理，大大减轻了管理计算机的负担。

在HW设备中
PIU属于询问设备。

（2）通用卡文件夹是PIU的（控制）部分，由它完成对数据的采集、处理、存储、报警和（通信）。

3种类型的PIU的（CCFA）
部分都类同，而（PCFA）是完成采样、隔离和滤波等信息
的预处理，使来自现场的模拟量、开关量以及数字频率信号
变换成符合CCFA要求的信号。

5.过程接口单元分为几类？各适用于什么场合？
答：a.高电平过程接口单元，主要用于采集现场的4～20mA或1～5V 的高电平信号b.低电平过程接口单元，主要用于采集热电偶、热电阻等mV级信号c.低能量过程接口单元，主要用于体质安全防爆系统，
为远程多路传输的高电平或低电平模拟输入提供终端和数据处理
答：由CCFA和PCFA、24VDC电源、接线端子板和连接电缆等组成7.为什么说将MUX箱安装在危险场合？
答：安保器中装有齐纳二极管安全栅，即使线路中窜入高达250～
360V峰值电压的干扰，也不会产生火花，因此，可以将…
8.画图并说明低能量过程接口组成框图。

9.以HL-PIU为例，说明PIU有哪些工作方式？
10.以HL-PIU为例，说明在PIU工作过程中是怎样实现模拟输入
的？
答：根据各测点组态所规定的周期进行输入扫描，模拟信号经放大和A/D转换成数字量。

根据组态进行合理化、规格化、线性化检查和平滑处理，最后数值送到RAM，更新对应的存储单元。

11.试述PIU报告的整个报告过程。

答：PIU在对数据自动进行采集、检查、处理和存储后，等待上位机和操作站对它的询问和呼叫。

当上位机请求PIU建立一份特殊规格的一般报告或变化报告时，PIU的HW接口确认HW通信，将上位机的请求指令传送到RAM中的请求缓冲器，供CPU服务，同时向HW发一回波表示已作响应。

PIU自动建立所请求的报告，存到RAM中的报告缓冲器中。

等到高速通道通信指挥器发送询问指令，且PIU检测自身有内容报告时，发出应答脉冲作为响应，通信指挥器则根据响应的优先级逐个发出呼叫指令。

PIU确认呼叫字，将PIU状态的数据字送给上位机。

上位机的HW接口确认这些信息，并送出回波给PIU。

PIU收到回波字，确认通告成功，等待上位机的再次呼叫。

而上位机则检测PIU的状态字，找出PIU已准备好的报告，从中选择最紧要的一种进行呼叫，以便获取所需的报告缓冲器中的内容。

PIU的HW接口确认这种呼叫，并送出写指令，其后紧跟得便是要报告的缓冲器中的数据。

上位机接受所有信息并存储起来，清除掉已报告信息，整个报告过程结束。

12.什么是无中断自动控制系统UAC？MC的无中断自动控制系统
由哪几部分组成？
答：UAC以后备冗余方式为控制器提供了有效的安全保障。

a.备用多功能控制器指挥器
b. 备用存储器文件夹
c. I/O总线切
换文件夹
13.控制器MC的UAC系统的工作原理是什么？
答：1）正常时，每个主MC的WDT发正常信号给RMCD，所以无切换动作；2）某个主MC发生故障→该WDT不发信号给
RMCD→被RMCD识别并发给CPU→CPU发报警信号给相应
的报警端子→CPU发选通脉冲：a.使故障MC测点数据转移
到RMC上；b.驱动开关的继电器使故障MC的PV、RV送到
MC上→CPU通过HW送出故障代码→EOS识别代码使故障
MC的HW禁止，并把该HW地址赋给RMC的HW→CPU
命令RMC停止，按故障MC的测点记录数据重启RMC的工
作储存器→RMC输出通过RMCD直接送到故障MC输出端
→RMC完全代替故障主MC且不中断过控。

14.试述UAC-MC系统的操作方式。

答：a.正常方式 b.硬件后备服务方式 c.软件后备服务方式 d. 试验方式 e. 复位方式
习题三
答：增强型操作站的功能：显示，报警，操作，报告，组态、编程，系统诊断和维护；
万能操作站（US）的功能：操作员属性功能、工程师属性功能和系统维护功能；
万能工作站（UWS）的功能：与US相同，亦具有过程工程师功能、维护工程师功能和过程管理工程师功能。

过程管理工程师功能主要包括：过程参数监视、系统操作以及显示打印的功能，装载其他系统模件操作程序和数据库。

2.操作员键盘和工程师键盘各有何用途？
答：操作员键盘和工程师键盘分别承担操作和组态编程的功能。

3.增强型操作站由哪几部分构成？
答：增强型操作站由硬件和软件两部分组成。

硬件包括CRT监视器、键盘、软盘驱动器及电子组件箱等四部分。

软件主要由两类磁盘组成，包括系统程序和数据磁盘。

4.在设计一个操作中心的过程中，每台操作站的用途是什么？
答：一般由三台操作站构成一个操作中心。

通常一台进行总貌显示；
一台进行报警显示；第三台勇于一个特定点的细目显示或组显示。

5.增强型操作站的功能是什么？
答：增强型操作站的功能：显示，报警，操作，报告，组态、编程，系统诊断和维护；
6.系统的初始启动过程是怎样的？
答：系统的初始启动过程包括：
离线数据库组态（操作站与过程脱离）→在线数据库组态（操作站与过程相连）→用户显示组态→报告组态→SOPL生成（离线组态）→计算点建立→诀窍组态
7.操作站赋值的具体内容是什么？
答：操作站赋值的具体内容共15项。

操作站号定义（1~31）、操作站特性定义、程序主/从站定义、打印机赋值、时钟设定、日期设定、主时钟设定、时钟调整（-200~+200）、HW记录定义、报告扫描定义、打印机（PRINTER NO.1）选择、打印机（PRINTER NO.2）选择、打印机（PRINTER NO.3）选择、数字输入超驰选择、信号蜂鸣器定义。

的硬件由哪几部分组成？
答：US的硬件包括：主机、CRT、操作员/工程师键盘、软盘驱动器/卡盘驱动器和外设接口。

9.键锁具有什么特点？
答：键锁是万能操作站用来切换系统软件属性的开关。

10.操作员键盘和工程师键盘各有什么特点和功能？
答：操作员键盘是聚酯薄膜覆盖防溅型平面压按式的，当按下某键时会有音响反馈，其密封属性好，防尘、防水，其主要承担操作的功能；工程师键盘有两个，一种是不固定的，可插入任一操作站应用，另一种是嵌入式的，装在操作台的白色盖板下，其主要承担组态编程的功能。

答：1）操作员属性的系统软件，其功能是：及时有效地对整个系统进行监视和控制。

2）工程师属性的系统软件，其包括了建立过程控制数据库必须的全部功能，主要是用户画面的建立、自由报表的建立、区
域数据库的建立、数据点的组态和控制程序的编写等
12.万能操作站的系统软件有什么优点？
答：1）不同优先级别的用户之间的操作不会相互影响
2）有较好的安全措施，保证不会因发生意外操作而改变控制算法
3）改变软件的属性不需要更改硬件，具有较强的适应性
13.系统状态显示包括哪些内容，通过各种显示画面可以实现哪些显
示？
答：1）操作站总貌显示，可实现每个US的状态信息的显示2）操作站状态和分配显示，可用来显示当前操作站状态、分配情况及操作站外设状态
3）单元分配显示，可显示操作单元的数据点
4）LCN模件状态显示，可显示每个LCN模件的状态及地址信息5）UCN状态及细目显示，状态显示画面显示NIM、UCN及APM、PM、LM的状态信息；细目显示APM、PM和LM的详细数
据
6）HW及BOX状态显示，显示HW状态
14.系统功能显示包括哪些内容，通过各种显示画面可以实现哪些显
示？
答：1）概要显示，显示数据点的有关信息、分配及使用情况2）报表功能显示，显示用户所需的各种报表
3）历史事件显示，包括过程历史事件显示和系统历史事件显示两种4）总貌和操作组编辑，总貌编辑的目的：第一是为检验总貌显示是否正常，其内容是否被屏蔽或删除；第二是允许操作员
再总貌显示上改变显示状态。

操作组编辑的目的是让用户可
在现有的区域数据库中建立临时编辑组
15.当万能操作站装入工程师属性的系统软件并配以工程师键盘后，
可实现哪些功能？
答：可完成下列工程师功能：系统组态、建立数据点、建立显示画面、编写、编译、装载控制语言程序、建立标准报表和自由报表、文件编辑、调用系统状态功能画面及辅助功能。

16.什么是系统组态？
答：系统组态就是完成LCN模件的地址定义、控制单元卡件的位置定义、操作站的定义、区域数据的定义、操作单元的定义以及系统过程操作与外设相关的一些辅助性定义。

17.为什么说组态是软件的核心，工程师可用哪几种方式进行组态？答：系统监视和控制的一切数据均来自数据点，因此它的组态是软件的核心。

工程师可用三种方式进行组态：第一，可调用不同种类数据点的组态表，用填表方式完成数据点组态；第二，可通过建立例外来完成数据点组态；第三，通过建立样本点来完成数据点组态。

18.工程师可采用标准的字符或移动的点来建立模拟图，图画编辑程
序有什么特性？
答：1）用来表示管道或连接线；2）画多边形：表示阀门、泵、容器等；3）画棒图：表征过程变量的大小；4）画显示对象的状态：采用颜色闪烁和亮度来表示；5）建立子图：用小图先建立一副子图，以便不断地调用；6）图形定标：对于已经建立的较详细的大图，可按比例缩小，选加到其他画面上；7）相关显示：US 手触屏幕软按键，可将显示画面划分为若干显示目标区域
19.如何实现系统维护功能？
答：1）维护建议显示；2）相关信息显示；3）故障设备错误详细显示；4）过程链接装置状态显示；5）呼叫技术援助中心。

20.UWS的构成有什么特点？
答：UWS由电子模件、彩色CRT，鼠标，键盘，驱动器构成，电子模件由CPU卡、存储器卡、显示发生器卡、外部接口卡、和LCN接口卡组成，键盘分为工程师键盘，管理员键盘，操作员键盘。

驱动装置由两个软盘驱动器两个卡盘驱动器。

可以带打印机等。

21.UWS的主要显示分哪几种，各是什么样的？
答：1）过程工程师显示，这类显示包括组态显示、数据点建立显示、画面建立显示和系统功能显示
2）维护工程师显示，这类显示包括维护建议显示、存储器显示、系统维护日志显示和维护帮助显示
3）过程管理员和操作员显示，这类显示包括：连续过程操作显示、趋势和报表显示、时序显示、报警显示、帮助显示、TDC-3000系统显示以及系统功能显示。

习题五
答：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输和多分支结构的通信网络。

其作用是连接工业过程现场仪表和控制系统。

2.现场总线的本质含义表现在几方面？
3.现场总线有哪些优点？
答：现场总线的优点有：全数字化通信、一对N结构、可靠性高、整个系统始终保持可控状态、互换性、互操作性、一表多用方便了用户同时降低了成本、彻底的分散控制、统一组态、开放式系统，是一种全数字化、全分散式、全开放和多点通信的底层控制网络。

4.画图说明现场总线控制系统（FCS）的层次结构。

5.FCS对DCS做出了哪些变革？
答：1）FCS的信号传输实现了全数字化，从最底层的传感器和执行器就采用现场总线网络，逐层向上直至最高层均为通信网络
互联。

2）FCS的系统结构是全分散式。

它废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，由现场设备或现场仪表取而代之，即把DCS控制
站的功能化整为零，分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟
控制站，实现彻底的分散控制。

3）FCS的现场设备具有互操作性，不同厂商的现场设备既可互联，也可互换，并可以统一组态，彻底改变传统DCS控制层
的封闭性和专用性。

4）FCS的通信网络为开放式互联网络，既可同层网络互联，也可以每层网络互联，用户可极方便地共享网络数据库。

5）FCS的技术和标准实现了全开放、无专利许可要求，可供任何人使用。

以上变革必将导致一个全数字化、全分散式、全开放、可互操作和开放式互联网络的新一代FCS的出现。

1）BIT总线：单片微机在集散型测控系统中进行通信传输而设计的一种主从式高速串行网。

通过单片机串行通信接口单元SIU实现数据通信。

主要特性：
定义了物理层，数据链路层，应用层和用户层。

物理层符合RS485标准；用户层是从信息中分离出任务，有相应的软硬件系统执行的。

信道访问方式采用命令应答式，即主站向从站发命令，从站采用应答方式做出响应。

2）CAN现场总线：模型结构为3层。

OSI底层的物理层、数据链路层，和应用层。

CAN信号采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰概论低。

支持点对点，一点对
多点和全局广播式收/发数据。

采用总线仲裁技术，使优先级高的节点先发数据，避免总线冲突。

3）Lon works现场总线：采用7层通信协议，面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。

其通信速率从300bps~1.5Mbps不等，直接通信距离可达2700m（双绞线，78Kbps 下）；支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线和电力线等多种通信介质。

该协议开发了相应的本质安全防爆产品，Lon Works技术所采用的Lon Talk协议被封装在称为Neuron的神经元芯片中而得以实现。

4）PROFIBUS现场总线：分为PROFIBUS-DP，适用于分散外设间高速传输；PROFIBUS-FMS，现场信息规范，适用于纺织，楼宇自动化、PLC、一般低压开关等自动化；PROFIBUS-PA，适用于过程自动化
5）FF现场总线：应用层上增加用户层。

用户层针对自动化测控需要，定义了信息存取统一规则，采用设备描述语言规定了通用的功能模块。

6）HART现场总线：可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议。

在现有的模拟信号传输线上实现数字信号通信。

7）WorldFIP现场总线：单一的总线，可用于过程控制或离散控制；
没有网桥网关；低速与高速部分衔接用软件来解决。

7.简要说明现场总线网络协议模式（I SO规定）。

答：现场总线网络协议是按照ISO制定的OSI参考模型建立的，它规定了现场应用进程之间的相互可操作性、通信方式、层次化的通信服务功能划分、信息的流向及传递规则。

典型的IEC/ISA现场总线通信结构模型，为了满足过程控制实时性的要求，将ISO/OSI 参考模型简化为三层体系结构：应用层、数据链路层和物理层。

8.简述基金会现场总线（FF）的协议标准。

9.现场总线的基本设备有哪些？与DCS设备有何不同？
10.基于现场总线的智能变送器由几部分组成？画出框图。

11.试设计一个遵循HART通信协议的智能温度变送器，要求画出原
理图。

03级试卷（题目带框）
7. 现场总线是由哪几部分组成的？
9.现有的比较著名的现场总线的特点是什么？应用于什么场合？
10.CAN总线有什么特点？简要叙述设计一个CAN总线节点所需要
的软硬件过程（可画出简图或流程图）
04级试卷（题目下划线）
●分散控制系统的基本功能是什么？
●简要描述LonWorks现场总线的七层协议。