分布式控制系统考试

1、第一章1. 第一次作业2. 分布式控制的组成，每部分的功能DCS（分布式控制系统）主要包括：控制站（完成过系统的运算处理控制，是DCS的核心部分，系统主要的控制由他完成）、操作站（完成人机界面功能、供操作员操作监视）、工程师站（对DCS进行应用组态和编程用于离线组态、在线修改和操作系统开发）、通讯系统（包括系统网络和现场总线）、高层管理网络。3. 分布式控制的主要特点：集中管理、分散控制。4. 分布式控制的体系结构现场仪表和执行机构层、装置控制层、工厂监控与管理层、企业经营管理层5. 为什么采用递阶控制结构子系统之间需要相互交换信息，因此需要一个协调者负责此工作。他对子系统的控制按照一定的优先

2、从属关系来实现，形成金字塔式的结构，同一级的个决策子系统课同时对下级施加作用，同时又受上级干预。子系统可通过上级相互交换信息。6. OSI模型共7层，自上而下：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。原则：每一层都必须有一个完整的功能，每层的通信协议都应该以国际标准化的眼光来看，所选的层边界应尽量将通过接口的信息流减至最低，层次的数目不要多的使结构大而不当、也不要少的让不同功能合并在同一阶层中。7、开放系统的基本特征可移植性、可操作性、可适宜性、可得到性。第二章1. 数字/模拟PID结构图模拟数字2. 比例调节的功能/缺陷优点：反应快、缺点：不能完全消除静差。3. 积分器/

3、微分器的作用积分器：积分器的输出值大小取决于对误差的累积结果，虽然误差不变，但积分器的输出还在增加，直至使误差e=0。积分器的加入相当于能自动调节控制常量u0，消除静差，使系统趋于稳定。微分器：减小超调，克服振荡，提高稳定性，改善系统动态特性。4. 数字PID调节器的优点/原理图优点：技术成熟，结构灵活，不仅可以用常规的PID调节，还可以根据系统的要求，采用各种PID的变种，如PI、PD控制、不完全微分控制、积分分离式PID控制、带死区的PID控制、变速积分PID控制、比例PID控制等；易被人们熟悉和掌握；不需要求出数学模型；控制效果好。原理：根据输入的偏差信号，按比例、积分、微分的函数关系进

4、行计算，其运算结果用于输出控制。 5. 位置式/增量式的PID控制算法位置式算法：增量式算法：增量式控制算法提供执行机构的增量uk，只需要保持现时以前3个时刻的偏差值即可。 6. 为什么采用位置式、增量式的PID控制算法位置算法只能直接用到数字式控制阀，对其它控制阀（须用D/A转为模拟量保持电路，把输出信号保持到下一个采样周期的输出信号）。增量算法只能通过步进电机等累积机构化为模拟量。与位置型PID算法相对应的是增量式PID算法，增量式算法适用于自身带有积分记忆元件的执行器，此类执行器的特点是：执行器的动作终点位置与之前每次输入信号的累加值相关，每次执行器所输入的控制信号所决定的是本次执行器动

5、作终点位置相对于上一次动作终点位置的改变量，此类执行器比较典型的有步进电机和步进电机驱动阀门。7. 积分饱和是如何产生的如果由于负载突变等原因，引起误差的阶跃，若根据PID算法公式计算出的控制量u超出了控制范围，例如，u>umax，那么实际上控制变量u就只能取上界值umax，而不是计算值，此时系统变量Y输出值虽在不断上升，但由于控制量受到限制，其增长要比没有受限制时慢，误差e将比正常情况下持续更长的时间保持在正值，而使公式中的积分项有较大的累积值，当过程变量输出值Y超出给定值后，开始出现负差，但由于积分项的累积值很大，还要经过一段时间t后，控制变量u才脱离饱和区，这样就使系统出现明显的超

6、调，这种饱和作用是由积分项引起的，故称为积分饱和。8. 积分分离的方法一种办法是只在UI与UP同方向时，才把积分引入；而在UI与UP反方向相反时，把UI切除，这在计算机上是很容易办到的。是只在小于某一界限（例如|e|<为某一常数）时，即被控变量相当接近设定值时，才把UI引入，而在其余情况下（|e|>），把UI切除10. 选择性控制系统，锅炉蒸汽系统图（PPT85页书上有详细）11. 前馈控制及特点：所谓前馈控制，实质上是一种按扰动进行调节的开环控制系统。特点：当扰动产生后，被控变量还未 显示出变化以前，根据扰动作用大小进行 调节，以补偿扰动作用对被控变量的影响。12. 解耦控制：一

7、个生产装置往往要设置多个回路来稳定各个被控变量，回路之间可能相互关联、相互耦合，相互影响，构成多输入多输出的相关系统。13. 串联解耦控制的原理（PPT128）14. 时滞补偿控制在三个通道上对控制品质的影响（课上讲的重点）15. 史密斯补偿控制的补偿方案16. 推断控制结构图（重点）系统程序用途：推断控制是利用数学模型，由可测信息将不可测的输出变量或不可测扰动推算出来实现反馈控制。特点：第三章1. PLC的用途和特点用途：顺序控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理、通信和网络。特点：抗干扰能力强、可靠性高；控制系统结构简单、通用性强、应用灵活；编程方便、易于使用；功能完善、扩展能力强；PLC

8、控制系统设计、安装、调试方便；维修方便、维修工作量小；体积小、重量轻、易于实现机电一体化。2. PLC的结构形式整体式结构、组合式结构3. PLC的工作原理PLC工作工程实际上周而复始地执行读输入、执行程序、处理通信请求、执行CPU自诊断和写输出地扫描过程。读输入扫描过程执行程序与网络通讯的扫描过程自诊断扫描过程写输出扫描4. PLC的组成5. PLC的硬件/软件结构（PPT15页图）硬件：中央处理器（CPU），存储器（包括系统存储器和用户存储器），输入、输出接口，电源，扩展接口，通讯接口，智能I/O接口，智能单元，其他部件。软件：系统软件（系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块及系统调

9、用程序）、用户程序（它是PLC的使用者针对具体控制对象编制的应用程序。）。广义上的PLC程序构成：用户程序、数据块、参数块。6. 系统程序（PPT117页）7. PLC的编程语言三种语言：梯形图、指令表、顺序功能流程图。8. I/O设备单元I/O设备单元保证CPU与现场设备相互联系的通道，可实现电平转换、电气隔离、串/并转换、A/D与D/A转换。9. 开关量输出单元10. 梯形图的设计和编程规则Ladder编程规则自上而下、从左到右，每个继电器线圈为一个逻辑行，即一 层阶梯。每一个逻辑行起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于继电器线圈或右母线。一般情况下，在梯形图中某个编号继电器线圈只能出现

10、一次，而继电器触点（常开/常闭）可重复出现。在一个逻辑行上，串联触点多的支路应放在上方，如果将串联触点多的支路放在下方，则语句增多，程序变长在每一个逻辑行上，并联触点多的支路应放在左边。如果将并联触点多的电路放在右边，则语句增多，程序变长。不允许一个触点上有双向“电流”通过多个逻辑行都具有相同条件时，为了节省语句数量，常将这些逻辑行合并。设计梯形图时，输入继电器的触点状态全部按相应的输入设备为常开状态进行设计更为合适，不易出错。因此，也建议尽可能用输入设备的常开触点与PLC输入端连接。11. 典型的梯形图启跑停起动保持和停止电路电动机正反转控制电路延时接通/断开电路定时范围的扩展闪烁电路报警电

11、路12. 延时接通/断开T37、T38为通电型延时继电器，分辨率为100ms，PT为设定值，其延时时间为：分辨率*设定值。所以T37延时时间=90*100=9s T38延时时间=60*100=6s。 当输入端为1时，开始计数，到延时时间，输出为高电平。13. 典型电路第四章1. CPU程序的块结构2. 程序循环执行3. 数据存储有哪几种类型数据以用户程序变量的形式存储，且具有唯一性。数据可以存储在输入过程映像存储器（PII）、输出过程映像存储器（PIQ）、位存储器（M）、局部数据堆栈（L堆栈）及数据块（DB）中。可以采用基本数据类型、复杂数据类型或参数类型。根据访问方式的不同，这些数据可以在全

12、局符号表或共享数据块中声明，称为全局变量；也可以在OB、FC和FB的变量声明表中声明，称为局部变量。当块被执行时，变量将固定地存储在过程映像区（PII或PIQ）、位存储器区（M）、数据块（DB）或局部堆栈（L）中。4. 数据块分类（1）共享数据块又称全局数据块。用于存储全局数据，所有逻辑块（OB、FC、FB）都可以访问共享数据块存储的信。（2）背景数据块用作“私有存储器区”，即用作功能块（FB）的“存储器”。FB的参数和静态变量安排在它的背景数据块中。背景数据块不是由用户编辑的，而是由编辑器生成的。（3）用户定义数据块（DB of Type）是以UDT为模板所生成的数据块。创建用户定义数据块（

13、DB of Type）之前，必须先创建一个用户定义数据类型，如UDT1，并在LAD/STL/FBD S7程序编辑器内定义。5. 寄存器CPU有两个数据块寄存器：DB和DI寄存器。这样，可以同时打开两个数据块。6. 结构化/如何定义所谓结构化程序，就是处理复杂自动化控制任务的过程中，为了使任务更易于控制，常把过程要求类似或相关的功能进行分类，分割为可用于几个任务的通用解决方案的小任务，这些小任务以相应的程序段表示，称为块（FC或FB）。OB1通过调用这些程序块来完成整个自动化控制任务。结构化程序的特点是每个块（FC或FB）在OB1中可能会被多次调用，以完成具有相同过程工艺要求的不同控制对象。这种

14、结构可简化程序设计过程、减小代码长度、提高编程效率，比较适合于较复杂自动化控制任务的设计。7. 编程第五章1. 最小拍控制2. 定义(最小拍控制)要求闭环系统对于某种特定的输入下在最少个采样周期内达到无静差的稳态，且其闭环脉冲传递函数式其中，N是可能情况下的最小正整数，即闭环脉冲响应(z)在N个周期后变为0。3. 零阶保持器的作用零阶保持器的作用是保持离散信号各采样时刻的值不变直到下一个采样时刻止，从而形成由高度为各采样时刻值的矩形波组成的脉动序列，如上图再将各矩形波顶边的中点用一条光滑的曲线连接成上图中绿色虚线此绿色虚线就能较准确地复现由红色虚线表示的原连续信号，且采样周期越小，复现精度越高

15、。4. Z变换的作用(计算题)5. 脉冲传递函数的概念6. (z)、D(z)公式 PPT56 7. 典型信号输入的响应（1）单位阶跃输入信号（2）单位斜坡输入信号（3）单位抛物线输入信号8. PPT59-60图同上题9. PPT63页：响应的特点/差别在哪儿10. 最小拍控制器的适应性特点(结论) PPT66 最少拍控制器的适应性特点： 对应同阶输入可以实现最小拍跟踪。 对于低阶输入，稳态误差为0，但动态特性较差，有100超调，且不能最小拍跟踪。 对于高阶输入动态响应慢、且有稳态误差。 结论： 一种典型的最少拍(z)只适用于该类型的输入。11. D(z)如何求，PPT6712. 零阶保持器的处

16、理方法 PPT70采样周期足够小时，可忽略保持器双线性变换法13. PPT72页，求响应D(z)14. 纹波系统的设计要点最少拍快速有纹波系统设计时，应遵循以下原则：（1）D(z)是在物理上可实现的有理多项式（2）e(z)应把G(z)的不稳定极点作为自己的零点。（3）(z)应把G(z)的单位园上和单位园外的零点作为(z)的零点。（4）(z)应包含G(z)中z-1的因子，其方次相同。15. 最小拍控制系统的局限性（1）系统的适应性差（2）对参数变化过于灵敏（3）控制作用易超过限定范围（4）在采样点之间存在纹波16. 为什么存在纹波17. 纹波产生的原因 PPT93第八章1. DCS操作方式仪表盘

17、的操作方式，指过程控制站的操作在仪表盘上进行，它通常包括盘装的单回路、多回路控制器、可编程逻辑控制器、模拟仪表和简易型操作终端的操作。主要用于采用单回路控制器、可编辑逻辑控制器等模拟仪表盘的场合。CRT操作方式，它通过生产过程的集中监视和操作实现对生产过程的介入，通过操作站的CRT、触摸屏幕、鼠标或球标、键盘等设备或者语音等输入设备对生产过程的操作以及对系统进行控制和维护等操纵。2. 组态的内容分布式控制系统的组态包括系统组态、画面组态和控制组态。系统组态完成组成系统的各设备间的连接。画面组态完成操作站的各种画面、画面间连接。控制组态完成各控制器、过程控制装置的控制结构连接、参数设置等。趋势显

18、示、历史数据压缩、数据报表打印及画面拷贝等组态常作为画面组态或控制组态的一部分来完成。3. CRT的操作方式CRT操作方式指通过操作站的CRT、触摸屏幕、鼠标或球标、键盘等设备或者语音等输入设备对生产过程的操作以及对系统进行控制和维护等操纵。4. 人机接口的要求在CRT操作方式中的人机接口装置主要是操作站及其外部设备。对它们的要求主要有环境要求、输入特性和图形特性的要求。（1）环境要求。控温洁净；供电稳定；与互联设备近距离通信。（2）输入特性。输入设备逐渐由键盘向鼠标、机械式向光电式和屏蔽式的转变。（3）图形特性。要求不断提高色彩、分辨率、内存级和数据存储能力。5. 组态操作分布式控制系统的组态操作包括分散过程控制装置和操作站的组态，可延伸到现场