集散控制系统原理及应用1上课讲义

集散控制系统原理及应用1题型：填空 51*1′；解答；综合；计算复习范围：1、集散控制系统有什么优点？为什么集散控制系统要分散控制，集中管理？答：集散控制系统，与模拟电动仪表比较，它具有连接方便、采用软连接方法时控制策略更改容易、显示方式灵活、显示内容多样、数据储存量大等优点；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。

分散控制为了分散危险，集中管理为了便于操作管理。

2、开放系统的主要特点是什么？集散控制系统为什么是开放系统？答：开放系统是以规范化与实际存在的接口标准为依据而建立的计算机系统、网络系统及相关的通信系统，这些标准可为各种应用系统的标准平台提供软件的可移植性、系统的互操作性、信息资源管理的灵活性和更大的用户可选择性。

集散控制系统的开放性表现在下列方面：○1可移植性；○2可操作性；○3可适应性；○4可用性；3、集散控制系统的发展方向是什么？信息化和集成化与集散控制系统的关系是怎样的？答：向上整合企业信息网，管控一体化；向下集成现场总线控制系统，全数字化控制、解决控制系统的“孤岛”现象。

4、现场总线控制系统与集散控制系统之间是如何统一在分散控制、集中管理的特点的？5、目前，无线连接是否能够替代现场总线？还存在什么问题？答：不能。

6、网络化指什么？答：网络化分为工业以太网和仪表网络化。

仪表网络化是实现工业控制网络的关键，网络化仪表除具有常规仪表各种功能外，还带有通信功能，可以通过通信线路直接实现与计算机联网通信，仪表网络化系统不受时间和地域限制，安装简单方便，数据传输稳定可靠。

7、功能安全指什么？答：按照IEC61508定义的功能安全为：与受控设备（EUC）或受控设备的控制系统（或过程）有关的整体安全的组成部分，它决定于电气/电子/可编程设备（E/E/PE）安全相关系统、其他技术安全相关系统和外部风险降低设施功能的正确执行。

8、试述集散控制系统的基本构成和各层的主要功能答：集散控制系统都由三大基本部分组成：即分散过程控制装置部分、集中操作管理系统部分、通信系统部分。

现场控制级：实时采集过程数据，将数据转换为现场总线数字信号；输出过程操纵命令，实现对过程的操纵和控制；进行直接数字控制；完成与过程装置控制级的数据通信；对现场控制级设备进行监控和诊断。

过程装置控制级：实时采集过程数据，进行数据转换和处理；数据的监视和存储；实施连续、离散、批量、顺序和混合控制的运算，并输出控制作用；数据和设备的自诊断，数据通信。

车间操作管理级：数据显示和记录；过程操作；数据存储和压缩归档；系统组态、维护和优化运算；数据通信；报表打印和操作画面硬拷贝。

全厂优化调度管理级：优化控制；协调和调度各车间生产计划和各有关部门的关系；主要数据显示、存储和打印；数据通信。

9、什么是递阶控制系统？它主要有哪些结构？说明他们的特点。

答：递阶控制系统是金字塔结构，同一级的各决策子系统可同时对其下级系统施加作用，同时又受到上级的干预，子系统可通过上级相互交换信息。

主要包括分层结构：按系统中决策的复杂性分级；多级结构：为减少同一级的各子系统之间的信息的交换和决策的冲突，在分散的各决策子系统上添加一级协调级，用于下级决策的协调和信息的交换；多重结构：是指用一组模型从不同角度对系统进行描述的多级结构。

10、为什么说集散控制系统是递阶控制系统？答：集散控制系统是金字塔结构，同一级的各决策子系统可同时对其下级系统施加作用，同时又受到上级的干预，子系统可通过上级相互交换信息。

所以说集散控制系统是递阶控制系统。

11、分散控制系统主要是什么分散？集散控制系统为什么是分散控制系统？答：分散控制系统主要表现为下列几个方面：○1组织人事的分散；○2地域的分散；○3功能的分散；○4负荷的分散。

大多数集散控制系统采用复合型分散控制结构，它是水平和垂直型的结合，各子系统各自管理的同时，形成上下阶层关系。

各子系统有较复杂的独立性，上位系统的故障不影响下位子系统间的数据交换和各自的功能。

12、冗余化结构有什么有点和缺点？集散控制系统中常采用哪些冗余方式？答：集散控制系统的冗余方式主要有：○1同步运转方式；○2待机运转方式；○3后退运转方式；○4多级操作方式。

13、常用的集散控制系统有哪些结构类型？不同制造商的集散控制系统在结构上有什么区别吗？答：集散控制系统的产品结构类型如下：○1模件化控制站+与MAP兼容的宽带、载带局域网+信息综合管理系统；○2分散过程控制装置+局域网+信息管理系统；○3分散过程控制站+高速数据公路+数据站+上位机；○4可编程控制器（PLC）+通信系统+操作管理站；○5单（多）回路控制器+通信系统+操作管理站。

不管采用哪种类型，集散控制系统都有三大基本部分。

14、以某一集散控制系统为例，说明集散控制系统的构成。

答：Experion PKS系统包括：分散过程控制装置：包括C200和C300混合控制器，输入输出子系统、现场总线设备；操作和管理装置：包括服务器、操作占、数字视频管理站DVM、应用控制环境ACE、eSERVER；通信系统：包括第0层（现场总线层）、第一层、第二层、第三层、DMZ层、第四层、容错以太网、ControlNet现场总线；Experion PKS系统软件等构成。

15、现场总线控制系统构成与传统集散控制系统构成的主要区别是什么？答：○1分散控制、集中管理：集散控制系统分散尚不够彻底，分散到设备或者装置级，现场总线控制系统将基础控制分散到现场级；○2数字传输技术：现场总线控制技术采用数字传输技术代替模拟传输技术；○3通信传输的差别：集散控制系统传输的信号是4~20mA模拟信号，采用HART协议仪表的传输采用混合传输，即4~20mA模拟信号加数字信号，而现场总线传输的信号是数字信号。

16、常用分散过程控制装置的主要构成有哪几类？其构成特点是什么？答：分散过程控制装置的构成有以下几类：○1整体式结构的构成：整体式分散过程控制装置的构成采用回路控制器为主的形式，常采用盘装仪表方式，各仪表之间为分散结构，各自独立操作；○2分离式结构的构成：分离式分散过程装置的构成采用垂直分层的形式，常用语大规模的应用。

它的操作接口在上层操作管理级；○3冗余系统的构成：整体分散过程控制装置自身带操作器；○4现场总线控制系统的构成：现场总线控制系统中，分散过程控制装置由控制器、现场总线和现场总线智能仪表组成。

采用分离式的结构，由现场总线主设备经一根现场总线对挂接到该现场总线的设备进行调度和管理，完成现场级的控制功能。

17、集散控制系统的操作管理装置的主要构成有哪些？其构成特点是什么？答：○1集散控制系统的操作站vb；○2集散控制系统的工程师站；○3集散控制系统的操作管理站。

18、试述可靠性的定义。

广义可靠性和狭义可靠性的主要区别是什么？答；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。

狭义的可靠性指一次性使用的机器、零件或系统的使用寿命。

广义的可靠性是指可修复的机器、零件或系统，在使用中不发生故障，一旦发生故障又易修复，使之具有经常使用的性能，广义可靠性包含可维修性。

集散控制系统的可靠性指广义的可靠性。

19、衡量可靠性的指标主要有哪些？假设单机系统的有效读为99.9%，用这样的系统组成冗余的双机系统，其有效度可达到多少？答；○1可靠度、○2平均无故障时间MTBF、○3到发生故障的平均时间MTTF ○4故障率20、集散控制系统是可修复系统么？可修复系统是指什么可修复？通常，集散控制系统的MTBF可达多大的数量级？答；○1是○2硬件和软件可修复21、提高可靠性的途径有哪些？在硬件和软件方面各有什么措施？答；○1有效地利用以前的经验。

○2尽可能减少零件件数，尤其是故障率高的零件数。

○3采用标准化的产品。

○4检查、调试和互换容易实现。

○5零件的互换性好。

○6采用可靠性特殊设计方法，例如可靠度分配技术、冗余设计技术、漂移设计技术、极安全设计技术、可靠性预测等。

22、集散控制系统中，通常对哪些部件、系统要采用冗余结构？23、什么是易操作性？它包含哪些内容？答；集散控制系统的易操作性包括操作透明度、易操作性、容错技术、安全性。

集散控制系统易操作性是一个使用性能指标，它与集散控制的整体性能有密切关系。

24、容错技术和冗余技术有什么不同？容错以太网和冗余以太网在应用时各有什么特点？答；。

○1这里讨论的容错技术与为提高系统可靠性采用的容错技术稍有区别。

后者主要指系统中某部分故障时，系统仍能够正常运行或降级运行。

前者则指系统运行中由于误操作时，系统仍能正常运行。

○2冗余技术是高级的可靠性设计技术。

冗余设计并不是简单地从故障设备切换到冗余设备，它需要硬件、软件和通信等部件的相互协调才能实现。

25、集散控制系统的安全措施指什么？答；○1用户识别和确认○2通信网络的安全性○3功能安全。

26、可组态性是什么？为什么在集散控制系统中用功能模块或算法实现控制策略的组态？要完成一个单回路控系统的组态至少要使用哪几类功能模块？画出组态框图。

答；集散控制系统的可组态性是使用性能指标。

27、如何评价集散控制系统的可组态性？对过程控制画面组态有什么要求？答；它与集散控制系统本身具有的组态软件、高级控制算法的特点、采用的共享数据库性能、系统程序、应用程序和运算速度等有关，也与组态人员的操作技能有关。

对以给定的控制系统结构，所选集散控制系统能否实施这样的系统结构；当控制方式、控制方案变化时，该系统能否按照需要的方式过渡，这些都是可组态性应考虑的问题。

28、什么是集散控制系统的可扩展性？主要表现在哪里？答：○1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。

○2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。

○3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。

○4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，也允许其他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。

29、对集散控制系统的实时性应从哪些方面考虑？答：○1.通信速率○2媒体存取控制○3减小无效通信量○4实时控制的数据结构和多任务应用软件。

30、集散控制系统选型时主要考虑哪些性能指标？答：○1可靠性○2易操作性○3可组态性○4可扩展性○5实时性○5环境适应性○6开放性○7经济性。

31、可靠度指机器、零件或系统从开始工作起，在规定的使用条件下的工作周期内，达到所规定的性能，即无故障正常状态的概率，用R（t）表示。