集散控制习题解答

知识要点和部分习题解答∙DCS 采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调，自下而上可以分为若干级，如过程控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级等。

DCS 又称分布式或集散式控制系统。

∙常见的通信传输介质有：同轴电缆双绞线光缆∙DCS的软件构成包括控制层软件, 监控层软件，组态软件。

∙DCS中，一般可根据工艺报警要求设置一到四个报警限值，分别是报警上限、上上限或下限、下下限。

∙离散的PID的两种基本算法形式是_______________和___________。

∙世界上第一台DCS系统是美国HONEYWELL公司推出的，型号为TDC2000。

∙数据通信中的三种传输介质是双绞线，同轴电缆和光缆。

∙DCS发展是以4C技术为基础，4C指计算机技术(computer)，通信技术(communication)，图形显示技术(CRT) 和控制技术(control)。

∙常用的通信网络协议有：开放系统互连参考模型OSI、IEEE802标准局域网标准、MAP制造业自动化通信协议、PROWAY过程数据高速公路。

∙DCS中对通信网络的存取控制技术包括：轮询（Poll），令牌传送和带有碰撞检测的载波监听多重访问(CSMA/CD）。

∙在PID连续算法的离散过程中，对微分采用向后差分法，对积分采用矩形法进行近似计算。

∙OSI参考模型的七层分别是: 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层∙控制策略的实现。

各种在组态中定义的回路控制算法、顺序控制算法、计算功能均在现场控制站中实现。

例如：串级PID 调节、复杂P1D 调节Smith 预估器，智能控制算法，包括智能PID、模糊PID、自整定PID、预估控制等。

∙操作站的基本功能包括 ： 显示、操作、报警、系统组态、系统维护、报告生成 ∙现场总线是一种 数字式、双向传输、多分支结构、计算机局部网络的底层控制网络。

∙计算机网络的拓扑结构主要有 总线型、星型、环型、树型、网状型 ∙集散型控制系统中所有的现场控制站、操作员站均通过数字通信网络实现连接。

∙一个最基本的DCS 应包括四个大的组成部分：至少一台现场控制站，至少一台操作员站，一台工程师站(也可利用一台操作员站兼做工程师站)，一条系统网络。

∙DCS 的软件构成包括控制层软件，监控软件，组态软件。

∙DCS 的软件构成包括控制层软件，监控软件，组态软件。

∙把连续取N 个采样值看成一个队列。

队列的长度固定为N 。

每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据(先进先出原则)。

把队列中的N 个数据进行算术平均运算，这种滤波方法被称作：递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)。

∙5种数字滤波方法：算数平均滤波法，递推平均滤波法，中位值滤波法，限幅滤波法，一阶滞后滤波法。

∙几种常见的工业现场总线 Profibus 总线 ， FF 总线 ， CAN 总线 。

∙ 系统的可靠性指标通常用概率来定义，常用的有可靠度R (t )、失效率λ(t )、平均故障间隔时间(MTBF)、平均故障修复时间(MTTR)、利用率等。

∙ 串联系统的可靠度用公式表示为： s 1231n n i i R R R R R R ===∏ ，并联系统的可靠度用公式表示为： 12311(1)(1)(1)(1)1(1)p n n i i R R R R R R ==-----=--∏∙ 失效率与时间t 的关系图就是著名的浴盆曲线。

该曲线可分为3个部分：初期失效区、偶然失效区、耗损失效区。

∙集散控制系统的安全性包含三方面的内容：功能安全、人身安全和信息安全。

∙接地按其作用可分为保护性接地和功能性接地两大类。

∙一个集散控制系统工程设计可分为方案论证、方案设计、工程设计3个阶段。

∙现场控制站的基本功能包括：反馈控制、逻辑控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理、数据通信∙集散控制系统又称为分布控制，英文简称 DCS，现场总线控制系统简称为 FCS 。

∙一些常用名词名词： SCC， DDC， DCS， FCS， DCSSCC：Supervisory Computer Control 计算机监督控制DDC：Direct Digital Control 直接数字控制DCS：Distributed Control System 集散控制系统CIMS：Computer Integrated Manufactured System 计算机集成制造系统FCS：Fieldbus Control System 现场总线控制系统CIPS：Computer Integrated Process System 计算机集成过程系统∙组态：利用软件工具将计算机的软硬件及各种资源进行配置，使其按预定的功能实现特定的目的。

∙基带传输；所谓基带传输，就是直接将数字数据信号通过信道进行传输。

基带传输不适用于远距离的数据传输。

当传输距离较远时，需要进行调制。

∙载带传输；用基带信号调制载波后，在信道上传输调制后的载波信号，这就是载带传输。

∙宽带传输；如果要在一条信道上同时传送多路信号，各路信号以不同的载波频率区别，每路信号以载波频率为中心占据一定的频带宽度，整个信道的带宽为各路载波信号共享，实现多路信号同时传输，这就是宽带传输。

∙归零传输；根据对零电平的关系，信息传输可以分为归零传输和不归零传输。

归零传输是指在每一位二进制信息传输之后均让信号返回零电平；不归零传输是指在每一位二进制信息传输之后让信号保持原电平不变。

∙半工方式；信息只能沿单方向传输的通信方式称为单工方式，如图∙半双工方式；信息可以沿着两个方向传输，但在某一时刻只能沿一个方向传输的通信方式称为半双工方式，如图∙全双工方式；信息可以同时沿着两个方向传输的通信方式称为全双工方式，如图所示。

∙分布式控制系统的分散结构具体体现在哪些方面？1)结构分散化。

DCS的结构从纵向上看是分阶层的。

管理计算机位于阶层的上层，对实时性要求较低；控制功能和现场I/O接口位于阶层的下层，对实时性要求较高。

2）功能和地域分散化。

从响应性、经济性角度考虑，控制功能和现场I/O接口在横向上进行分散配置。

3）负荷分散化。

主要将危险分散。

4）数据库分散化。

它包括分割型和重复型两种形式，以保证危险分散。

∙在一个典型的DCS体系结构中主要包含哪几个部分？（1）操作员站，操作员站主要完成人机界面的功能，一般采用桌面型通用计算机系统，如图形工作站或个人计算机等.（2）现场控制站，现场控制站是DCS的核心，系统主要的控制功能由它来完成。

（3）工程师站，工程师站是DCS 中的一个特殊功能站，其主要作用是对DCS 进行应用组态。

应用组态是DCS 应用过程当中必不可少的一个环节，因为DCS 是一个通用的控制系统，在其上可实现各种各样的应用，关键是如何定义一个具体的系统完成什么样的控制，控制的输入/输出量是什么，控制回路的算法如何，在控制计算中选取什么样的参数，在系统中设置哪些人机界面来实现人对系统的管理与监控，还有诸如报警、报表及历史数据记录等各个方面功能的定义，所有这些都是组态所要完成的工作，只有完成了正确的组态，一个通用的DCS才能够成为一个针对一个具体控制应用的可运行系统。

（4）系统网络，DCS 的另一个重要的组成部分是系统网络，它是连接系统各个站的桥梁。

由于DCS是由各种不同功能的站组成的，这些站之间必须实现有效的数据传输，以实现系统总体的功能.∙几种常用的现场总线：基金会现场总线（FF）、控制局域网络（CAN）、局域操作网络（LonWorks）、过程现场总线（Profibus）和HART协议等。

∙简述集散型控制系统的设计思想是什么？答：集散控制系统的设计思想是：危险分散、控制功能分散，而操作和管理集中。

∙何谓DCS的“三站一线”结构。

答：DCS的三站指：工程师站、操作员站、现场控制站；一线指：网络。

DCS就是通过网络将工程师站、操作员站、现场控制站联系起来，实现控制功能分散、危险分散，参数显示和管理集中等复杂控制。

∙DCS的网络存取控制技术有哪些？答：在DCS中，常用的存取访问控制技术有：轮询(Poll)、令牌传送(Token Passing)、带有碰撞检测的载波监听多重访问(CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access withCollision Detection)。

∙Smith预估补偿控制系统的设计思想是什么？答：Smith预估补偿控制系统的设计思想：在控制系统设计时，为了提高系统的控制质量，应尽量减少处于闭合回路中的时滞，克服大时间滞后对控制系统的影响。

∙什么是集散型控制系统？它的主要特点是什么？答：集散控制系统又称为分布式控制系统，是计算机技术(computer)、通信技术(communication)、图形显示技术(CRT)、控制技术(control)（简称4C技术）的发展产物，它是一个通过通信网络将现场控制站、操作员站、工程师站联系起来，共同完成分级控制、集中管理的综合控制系统。

它的主要特点是：①可靠性高②灵活的扩展性③完善的自主控制性④完善的通信网络。

∙集散型控制系统一般由哪几部分组成？各自主要功能是什么？答：集散控制系统一般由过程控制单元、数据采集器、CRT显示操作站、管理计算机以及高速数据通路五部分组成。

过程控制单元：实现对DCS的一个或多个回路的较复杂闭环控制。

数据采集器：针对生产过程中非控制变量而言，实现数据采集、预处理以及实时数据的进一步加工，供CRT操作站显示和打印，实现开环监视。

CRT显示操作站：它是DCS与外界联系的人机接口，具有显示控制过程中各种信息、监视操作、输出报表，还对系统进行组态，实现系统的操作和管理。

高速数据通路：它将过程控制单元、操作站、管理计算机等设备连接成一个完整的DCS，以一定速率在各单元之间完成数据、指令及其它信息的传输，一般设臵成冗余结构。

管理计算机：综合监视DCS的单元，管理DCS的所有信息，具有进行大型复杂运算的能力以及多输入、多输出控制功能，以实现系统的最优控制和全厂的优化管理。

∙什么是通信网络协议？常用的通信网络协议有哪几种？答：由网络全体“成员”共同遵守的一套“约定”，以实现彼此通信和共享资源，这就是网络协议。

常见的网络协议有：开放系统互连参考模型OSI；IEEE802标准局域网标准；MAP制造业自动化通信协议；PROWAY过程数据高速公路。

∙说明IEEE802.3，IEEE802.4 ，IEEE802.5通信协议主要解决网络通信哪一层的问题？各有什么特点？答：IEEE802.3、IEEE802.4、IEEE802.5通信协议主要解决网络通信中的数据链路层的问题。

它们的特点为 IEEE802.3：用于CSMA/CD总线访问方法和物理层技术规范； IEEE802.4：用于Token Passing Bus访问方法和物理层技术规范； IEEE802.5：用于Token Passing Ring访问方法和物理层技术规范；前馈控制的基本思想是什么？前馈和反馈相结合有什么好处？答：前馈控制实质上是一种按扰动进行调节的开环控制系统。