DCS试题及答案

一、DCS简答题
1、DCS基本含义是什么？试述其基本结构及各层结构的基本功能。

答：集散控制系统DCS(Distributed Control System)，又称为分布式控制系统是利用
计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。

是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通讯网络技术、CRT技术、图形
显示技术及人机接口技术相互渗透发展而产生的。

DCS既不同于分散的仪表控制,
又不同于集中式计算机控制系统,而是克服了二者的缺陷而集中了二者的优势。

它
具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人
机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠的特点,适用于石油、化
工、冶金、轻工、造纸等各种生产过程,能提高生产自动化水平和管理水平,提高产
品质量,降低能源消耗和原材料消耗,提高劳动生产率,保证生产的安全,促进工业
技术发展,创造最佳的经济效益和社会效益。

DCS按功能分层结构充分体现呢其分散控制和集中管理的设计思想。

DCS从下至上
依次分为直接控制层、操作监控层、生产管理层和决策管理层。

1）直接控制层是DCS的基础，其主要设备试过程控制站（PCS）,PCS主要由输入输
出单元（IOU）和过程控制单元（PCU）两部分组成。

输入输出单元(IOU)直接与生
产过程的信号传感器、变送器和执行器连接，其功能一是采集反映生产状况的过程
变量（如温度、压力、流量、料位、成分）和状态变量（如开关或按钮的通或断，
设备的启或停），并进行数据处理；二是向生产现场的执行器传送模拟量操作信号
（4mA~20mA DC）和数字量操作信号（开或关、启或停）。

过程控制单元下于IOU连
接，上与控制网络（CNET）连接，其功能一是直接数字控制（DDC），即连续控制、
逻辑控制、顺序控制和批量控制等；二是与控制网络通信，以便操作监控层对生产
过程进行检测和操作；三是进行安全冗余处理，一旦发PCS硬件和软件故障，就立
即切换到备用件，保证系统不间断地安全运行。

2）DCS的操作监控层是DCS的中心，其主要设备是操作员站（OS）、工程师站(ES)、监控计算机站(SCS)和计算机网关(CG1)。

操作员站为32位（或64位）微处理机或
小型机，并配置彩色CRT、操作员专用键盘和打印机等外部设备，供工艺操作员对
生产过程进行监视、操作和管理，具备图文并茂、形象逼真、动态效应的人机界面
（MMI）。

工程师站为32位（或64位）微处理机，或由操作员站兼用。

供计算机工
程师对DCS进行系统生成和诊断维护；供控制工程师进行控制回路组态、人机界面
绘制、报表制作和特殊应用软件编制。

监控计算机站为32位或64位小型机，用来
建立生产过程的数学模型，实施高等过程控制策略，实现装置级的优化控制和协调
控制；并对生产过程进行故障诊断、预报和分析，保证安全生产。

计算机网关用作
控制网络（CNET）和生产管理网络（MNET）之间相互通信。

3）生产管理层的主要设备是生产管理计算机（manufactory management computer, MMC）, 一般由一台中型机和若干台微型机组成。

改层处于工厂级，根据订货量、
库存量、生产能力、生产原料和能源供应情况及时指定全厂的生产计划，并分解落
实到生产车间或装置；另外还要根据生产状况及时协调全厂的生产，进行生产调度
和科学管理，使全厂的生产始终处于最佳状态，并能应付不可预测的事件。

计算机
网关（CG2）用作生产管理网络（MNET）和决策管理网络（DNET）之间相互通信。

4）决策管理层的主要设备是决策管理计算机（decision management computer DMC）,一般由一台大型机、几台中型机、若干台微型机组成。

改成处于公司级，管理公司
的生产、供应、销售、技术、计划、市场、财务、人事、后勤等部门。

通过收集各
部门的信息，进行综合分析，实时作出决策，协助各级管理人员指挥调度，使公司
各部门处于最佳运行状态。

另外还协助公司经理指定中长期生产计划和远景规划。

计算机网关（CG3）用作决策管理网络（DNET）和其他网络之间相互通信，即企业
网和公共网络之间的信息通道。

2、DCS的发展状况及代表性产品。

答：DCS分为三个发展阶段：
1）第一代DCS（1975-1980）。

具有多微处理器的集中分散控制系统，实现了集中
监视、操作和管理，以及分散输入、输出、运算和控制，从而分散危险，克服了计
算机集中控制系统的一个致命弱点。

产生背景：微处理技术的发展，CRT技术的发
展，冗余通信系统的发展。

典型产品有：TDC2000(Honeywell) , MOD3(Taylor),
SPECTRUM( Foxboro), TELEPERMM(Siemens).
2）第二代DCS（1980-1985）。

产生背景：多功能过程控制单元，优化和质量管理
能力的提高，控制系统规模系列化，通信网络功能进一步增强。

典型产品有：
TDC3000(Honeywell), MOD300(Taylor), INFI-90(Bailey), CENTUM-XL(Yokogawa).
3）第三代DCS（1985-）。

产生背景：开放系统网络互连，中小规模DCS的推广，
windows视窗技术，系统软件的丰富和完美。

TPS（Honeywell）,
CENTUM-CS(Yokogawa), Delta V(Rosemount).
3、DCS常采用哪些通信网络？试述TCP/IP七层网络协议各子层的基本功能。

答：
1) DCS输入输出总线（IOBUS），一般选用RS-323, RS-422, RS-485等通信标准，
也可以选用现场总线，如FF, PROFIBUS, LON, 和CAN等。

2）DCS的控制网络（CNET）,控制网络选用局域网，符合国际标准化组织（ISO）提出的开放互连（OSI）7层参考模型，以及电气电子工程协会（IEEE）提出的IEEE802
局域网标准，如IEEE802.3(CSMA/CD)、IEEE802.4(令牌总线)、IEEE802.5(令牌环)。

控制网络选用国际流行的局域网协议，如Ethernet(以太网)、MAP(制造自动化协议)
和TCP/IP等，工业Ethernet或MAP尤其使用于DCS。

3）DCS的生产管理网络（MNET），一般选用局域网（LAN）, 采用国际流行的局
域网协议（如Ethernet, TCP/IP）。

4）DCS决策管理网络（DNET），一般选用局域网（LAN）或区域网（metropolitan area network），采用国际流行的局域网（如Ethernet, TCP/IP）或光缆分布数据接口
FDDI（fiber distributed data interface）
TCP/IP七层模型为：物理层，数据链路层，网络层，传达层，会晤层，表示层，应
用层。

（其他略）
二、SIMATIC简答题
1、Siemens S7-PLC大致有几个系列产品？试论述各系列的适用场合。

答：SIEMENS公司的S7系列可编程控制器可分为：S7-200, S7-300, 和S7-400三
类，分别为小、中、大系列。

1）S7－200小型可编程控制器分为CPU212,CPU214,CPU215和CPU216等品种，
应用与小型系统，其操作采用欧洲制式，不利于使用。

2）S7－300中型可编程控制器分为CPU312,CPU313,CPU314和CPU315等品种，
应用最广，主要用与中大型控制中，采用美国标准。

3）S7－400大型可编程控制器，主要应用于大型或超大型系统中，其各方面投资都
很大，不适合中型以下的使用。

2、S7-300PLC有哪些基本模块？试论述各模块的基本特征和主要作用。

答：S7－300采用模块式结构，按功能分为电源模块（PS）、主机模块（CPU）、机
架结口模块(IM)、信号模块（SM）、专用功能模块（FM）等。

其中，信号模块（SM）包括模拟量输入模块（AI）、模拟量输出模块（AO）、数字量输入模块（DI）、数字
量输出模块（DO）。

（其他略）
3、采用Step7进行应用软件编程时，常用的编程语言有哪几种？Step7指令寻址方式有
哪几种，试举例说明。

答：S7编程LAD(梯形图)、STL(语句表)、SCL(标准控制语言)、GRAPH(顺序控制)、HiGraph(状态图)、CFC(连续功能图)、C for S7(c语言)等。

Step7有四种指令寻址方式，分别是：立即寻址、存储器直接寻址、存储器间接寻
址和寄存器间接寻址。

（其他略）
三、设计题
试以S7-300PLC为核心，设计一小型DCS系统，实现对下述生产过程的自动控制。

基本控制要求可描述如下：
1．对15个浆池液位，调节电动阀开度，使液位保持恒定。

其中，对电动阀的控制方式是DO×2（开阀信号和关阀信号）＋DI×2（阀门全开状态反馈
信号和全关状态反馈信号）；
2．对5个上浆流量位进行控制：检测上浆流量，控制上浆泵变频器，使上浆流量保持恒定。

其中，对变频器的控制方式使AO×1（变频器输出频率调
节信号）＋DO×1（变频器启动/停止信号）＋DI×1（变频器工作状态反
馈信号）；
3．对5个上浆浓度进行回路控制：检测上浆浓度，调节启动白水阀开度，使上浆浓度保持恒定。

其中，对气动阀的控制方式使AO×1（阀门开度调节
信号）；
4．对40台电机的启停控制：控制方式使DO×2（电机启动和停止信号）＋DI×2（电机运行状态反馈信号和远程/就地控制切换信号）。

要求完成如下设计任务：
1．统计本系统实际所需要的I/O点数目：
2．考虑一定的I/O设计余量，分配I/O模块（其中，AI模块，8路/块；AO模块，4路/块；DI模块，32路/块；DO模块，32路/块）
3．设计S7-300PLC硬件系统，并对每路信号按SIMATIC默认方式进行变量的地址分配，建立变量地址分配表。

4．若采用2面控制柜，（1面为主控制柜，放在主控制室，进行回路控制；I面为远程I/O柜，放在马达控制中心MCC室里，进行电机控制），2台上位工控机（用做操
作站），一台稳压电源，1台UPS电源（不间断电源），1台打印机，试画出DCS
系统组成结构示意图。