集散控制系统复习题

集散控制系统复习题

1. 什么是集散控制系统？

答：将微处理器作为核心的集中分散控制系统。利用控制技术（Control）、计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）和阴极射线管（CRT）显示技术——4C技术，对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的新型控制系统。主要特点：集中管理、分散控制。

2. 简述DCS的发展阶段及每个阶段的主

要特点。

第一阶段（初创期）（1975—1980年）

DCS的雏形，三大组成部分：过程控制装置，操作管理装置，数据通信系统。基本特点：集中管理、分散控制；融入4C技术，数据通信系统为初级局域网。比较注重控制功能的实现，设计重点是现场控制站，直接控制功能成熟可靠，人机界面功能相对较弱。各个厂家的系统均由专有产品构成。

第二阶段（成熟期）（1980—1985年）

特点：引入局域网作为系统骨干，使得系统的规模容量进一步增加，并且有扩充的余地。在功能上也逐步完善，除回路控制以外，增加了与顺序控制、逻辑控制相结合。

加强管理站功能，可实现优化控制和生产管理功能。人机界面功能也有显著的改善，通过CRT 的显示能得到更多的生产和系统控制信息。系统的开放性仍然很差。

第三阶段（扩展期）（1985年以后）主要特征：开放系统

特点：增加了上层网络，将生产的管理功能纳入系统中。形成直接控制、监督控制和协调优化、上层管理的现代DCS的标准体系结构。各种DCS的差异体现在不同行业应用的控制方法和高层管理功能上。

另外组态实现标准化，支持IEC 61131-3所定义的五种编程语言。系统的开放性有很大的提高，构成系统的产品不再专有化。现场总线技术也开始应用到系统中。

第四阶段（新一代DCS）（90年代后期）管控一体化

特点：引入企业信息网，更加注重信息化和集成化；以实现管控一体化，采用C/S的结构，可以直接连到Internet；FCS进一步分散化；I/O 处理单元小型化、智能化、低成本；平台的开放型与应用的专业化。

3. OSI通信参考模型和TCP/IP模型相同

与不同点

相同：它们都是基于独立的协议栈的概念。而且，层的功能也大体相似。传输层及传输层以上的层都为希望通信的进程提供端到端的、与网络无关的传输服务。

不同点：OSI模型有3个主要概念：（1）服务；（2）接口；（3）协议。可能OSI模型的最大贡献就是使这3个概念之间的区别明确化了；TCP/IP 参考模型最初没有明确区分服务、接口和协议，例如，互联网层提供的真正服务只是发送IP分组（SEND IP PACKET）和接收IP分组（RECEIVE IP PACKET）。因此，OSI模型中的协议比TCP／IP 参考模型的协议具有更好的隐藏性，在技术发生变化时能相对比较容易地替换掉。最初把协议分层的主要目的之一就是能做这样的替换。

OSI参考模型产生在协议发明之前。这意味着该模型没有偏向于任何特定的协议，因此非常通用。不利的方面是设计者在协议方面没有太多的经验，因此不知道该把哪些功能放到哪一层最好；TCP／IP却正好相反。首先出现的是协议，模型实际上是对已有协议的描述。不会出现协议不能匹配模型的情况。唯一的问题是该模型不适合于任何其它协议栈。

OSI模型有7层，而TCP/IP模型只有4层。OSI模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，但在传输层仅有面向连接的通信；TCP／IP模型在网络层仅有一种通信模式（无连接），但在传输层支持两种模式，给了用户选

的机会。

5. 工程师站的主要功能有哪些？

答：工程师站主要功能包括：

1）系统维护功能。系统维护是对系统做定期检查和维护。

2）系统管理功能。主要用来管理系统文件：一是将组态文件自动加上信息，生成规定格式的文件，便于保存、检索和传送；二是对这些文件进行复制、对照、列表、初始化或重新建立等。

3）系统组态功能。系统组态功能用来生成和变更操作员站和现场控制站的功能。

4）系统测试功能。系统测试功能用来检查组态后系统的工作情况，包括对反馈控制回路的测试核对顺序控制状态的测试。

6. 控制系统组态应包括的内容有哪些？

硬件组态：控制器、输入（输出）卡件、安全栅、继电器、端子排、空开、信号线、电缆线3 k: A. \ V' a7 z: x

软件组态：系统硬件结构、变量定义、控制策略组态、静态画面、动态链接、实时趋势、历史趋势、PID参数整定、通讯组态

1\系统组态主要是硬件的分配\根据系统的大小完成系统的构成多由厂家完成& Z4 Q, p; J8 a

2\应用组态系统点的分配控制回路的组态画面的组态历史报警的组态等待等

7. DCS的通信网络系统的特点有哪些？

(1) 传输速率具有快速的实时响应能力。一般办公室自动化计算机局部网络响应时间为2s～6s，而它要求的时间为0.01s～0.5s。(2) 误码率具有极高的可靠性。须连续、准确运行。(3) 开放性适应于恶劣环境下工作。能抗电源干扰、雷击干扰、电磁干扰和接地电位差干扰。(4) 互操作性分层结构。例如分为现场总线、车间级网络系统和工厂级网络系统等不同层次。

8.为提高现场控制站可靠性应考虑哪些问

题？

答：现场控制站是直接与生产过程相联系的单元，自然对它提出了很高的可靠性要求。DCS的固有可靠性是在设计系统式就产生的，设计时将系统的可靠性指标分解到各个单元。

系统元器件。构成DCS的最小单位是元器件，任何一个元器件的故障都可能影响系统完成规定的功能，因此在元器件级采取以下主要措施，以确保元器件的高可靠性：选用CMOS电路与专用集成电路，提高可靠性；对各个模块全部进行高温老化和高低温冲击试验，用以发现印制电路板与焊接的缺陷，保证无故障平均工作时间达数十万小时。

系统单元级的可靠性设计。为了保证整个系统的可靠性，必须提高系统各组单元的在内的可靠性和系统抵抗外部故障因素的能力。

系统的冗余措施。冗余即是在系统关键环节配备了并联的备份模件，采用在线并联或离线热备份方式工作。

系统故障隔离措施。系统在设计中充分考虑了危险分散及危险隔离原则。

系统迅速排除故障措施。DCS本身是可修复性系统，又放在工业现场，且长期不停机运行，因此故障是难免的，就要求设计的DCS尽量减少平均故障修复时间，以保证系统故障影响最小。

9. 试述集散控制系统的基本结构和各层

主要功能。

基本构成：分散过程控制装置部分；集中操作和管理系统部分；通信系统部分

集散控制系统的结构特征：递阶控制结构；分散控制结构；冗余控制结构

1、现场控制级的功能，部分或完全完成过程

控制级的功能：采集过程数据，对数据进

行数据转换；输出过程操作命令；进行直

接数字控制；完成与过程装置控制级的数

据通信；对现场控制级的设备进行检测和

诊断。

2、过程装置控制级的功能：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、批量或顺序控制的运算和

输出控制作用；数据和设备的自诊断；数

据通信。

3、车间操作管理级的功能：数据显示与记

录；过程操作（含组态操作、维护操作）；

数据存储和压缩归档；报警、事件的诊断

和处理；系统组态、维护和优化处理；数

据通信；报表打印和画面硬拷贝。

4、全厂优化和调度管理级的功能：优化控

制；协调和调度各车间生产计划和各部门

的联系；主要数据的显示、存储和打印；

数据通信。