名师精编优秀资料集散控制系统复习知识点整理 -北京理工大学电气工程与自动化20XX级 刘镇源第一章1. 简述 DCS的发展及各个阶段的特点答：第一代是 19751980 为初始期或开创期，特点是系统的直接控制功能比较成熟，而系统的人机界面功能相对较弱。第二代是 19801985 位成熟期， 特点是系统的控制功能逐步走向完善，加强了系统管理站的功能，操作方面从键盘操作到基于屏幕的光标操作。第三代是 198590 年代为成熟期， 特点是系统的功能进一步扩展，增加了上层网络，讲生产的管理功能纳入到系统中，形成了直接控制。第四代是 90 年代末至今，特点是2. 说明 DCS系统的特点和优点答：分散性和集中性、自治性和协调性、灵活性和扩展性、先进性和继承性、可靠性和适应性、友好性和新颖性。3. 工业 4.0 是什么意思答：是德国政府高技术战略2020确定的十大未来项目之一，并已上升为国家战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。4. 控制系统的基本组成：被控对象、控制器、驱动器、反馈环节等。5. 工业生产的典型过程：连续过程、离散过程、批量过程、6. 常用控制方法：连续过程控制、离散过程控制、批量过程或混合过程控制。7. 自动控制系统可以分成调节系统和伺服系统。8.DCS是计算机、通信、CRT显示和控制技术（简称4C）发展起来的产物。10. 传统的 DCS的基本组成：现场控制器、操作站、工程师站和通信网络等部分组成。11. 集散控制系统软件的基本构成：现场控制站软件、操作员站软件和工程师站软件及运行于各个站上的网络软件。12. 网络的拓扑结构：总线型、环形、星形。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 11 页名师精编优秀资料13.DCS集散控制系统 PLC可编程逻辑控制器 FCS现场总线控制系统第二章1.DCS各硬件组成部分技术指标：MCU( 主控制器 ) ：CPU及外围芯片指标、容量、速度及负荷率指标控制网络指标系统网络指标可靠性指标环境适应性指标AI（模拟量输入设备） ：精度、分辨率、稳定度、温度漂移、输入阻抗、电气隔离、共模抑制比、差模抑制比、采样率、阶跃响应。AO （模拟量输出设备） ：精度、分辨率、稳定度、温漂、带负载能力、电气隔离、建立时间。DI（开关量输入设备） ：触点类型、查询电平、电路结构、阈值电平、查询电流、 DI去抖动和去抖时间。SOE输入设备： SOE事件分辨率、SOE事件相对时间误差、SOE容量。DO （开关量输出设备） ：输出开关类型、输出电路结构、开关寿命、开关容量、漏电流。PI（脉冲量输入） ：测频精度、计数精度、输入信号要求2. 典型 DCS硬件组成精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 11 页名师精编优秀资料工程师站、操作员、系统服务器、主控制器、输入输出设备、控制网络及设备、系统网络及其设备、机柜和操作台、电源转换设备。3.MCU应用设计工艺过程划分是否恰当、物理容量配置是否恰当、逻辑容量设计与控制周期设置是否恰当、控制算法设计是否安全可靠。第三章1.DCS软件的基本构成控制层软件 - 运行在现场控制站上，完成控制功能。监控软件 - 运行于操作员站或工程师站组态软件 - 安装在工程师站，主要完成系统的控制层=软件和监控软件的组态功能通信软件 - 运行于各个站，是各站软件沟通的桥梁2.DCS控制层软件分为系统软件和应用软件3.DCS的控制功能由控制器实现，是控制器的核心功能。4. 控制器的能力与执行效率一般包括容量和速度两个方面的指标。在两个控制器硬件资源（容量和性能） 相同的条件下， 软件所决定的控制器能力和运行效率就会有差异， 评价一个控制器软件效率和设计能力的指标包括：I/O 容量、控制算法容量、采集数据的分辨率、控制运算周期。5. 控制器运行管理和维护能力： - 控制系统数据下装功能（全下装和增量下装） - 在线控制调节和参数整定功能 - 参数回读功能 - 站间数据引用功能6. 控制器层数据的一致性除了自身外主要表现在两个方面：主从控制器同步和站间引用7.DCS的信号采集与数据预处理指I/O 系统的信号输入部分，将物理量进行数字化，并对其精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 11 页名师精编优秀资料进行数据预处理，最后将规范的、有效的、正确的数据提供给控制器进行控制计算。8. 来自传感器的物理量经过如下步骤进入控制器： - 变通器，转换为标准的420mA信号 - 在信号采集卡上经过硬件滤波电路滤波 - 经 A/D 转换器将模拟量转换为数字量 - 由软件对A/D 转换后的数据进行滤波和预处理 - 经工程连城转换计算，转换为信号的工程量值9. 信号的采集和主要处理 -A/D转换速度不能低于采样频率 A/D转换精度与A/D 的位数有关，位数越高精度越高。可以用分辨率来表示，N 为 A/D的位数，分辨率=1/N2 - 输入的模拟量为y，输出的二进制数字量为y， y=y/mKq mK为变送器物理输入量程范围与输出电量程范围之比。 q为 A/D 的量化单位，q=M/N2 M为 A/D 输入模拟量的电量程范围 N为 A/D 的位数10. 数据的预处理： -I/O信号数据的读入 -模拟量超电量程检查 -模拟量变化率超差检查 -模拟量近零死区处理 -模拟量信号工程单位变换精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 11 页名师精编优秀资料 -模拟量信号数字滤波 -模拟量信号上下线检查与报警 -开关量输入信号采集及预处理 -脉冲量信号的量化11.DCS控制器运行在实时操作系统上，至少由如下子系统组成： -控制器管理子系统 -调度子系统 -执行处理子系统 -I/O子系统 -通信服务子系统 -执行监督子系统 -校时子系统12.DCS控制层软件的基本功能和辅助功能：基本功能可以概括为O/I 数据的采集、控制运算及O/I 数据的输出。辅助功能如控制器及重要O/I模块的冗余功能，网络通信功能及自诊断功能等。13.IEC61131-3标准的基本内容由两大部分组成：公共元素和编程语言。14. 公共元素包括：数据类型、变量、配置、资源、任务、程序组织单元。15. 五种控制编程语言：语句表IL 、结构化文本语言ST、梯形图LD、功能块FBD 、顺序图SFC 。第四章1.DCS的监督控制软件指运行于系统人机界面工作站（操作员站） 、 服务器等节点中的软件。2.DCS监控层功能：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 11 页名师精编优秀资料现场数据采集功能（基础）信息存储和管理报警监视功能（重要的人机接口之一）日志管理服务器功能（时间记录是DCS系统中的流水账）事故追忆功能事件顺序记录功能二次高级计算功能远程控制操作功能 DCS 人机界面（信息窗口和监控软件功能的集中体现）3. 报警监视功能： - 内容：报警监视的内容包括工艺报警和计算机设备故障两种类型。 - 工艺报警从报警的变量类型分，包括模拟量参数报警和开关量状态报警两类。从报警来源分，包括外部变量报警和内部变量报警两类。 - 常规的报警摘要包括以下信息：报警名称和状态描述、报警激活时间、报警确认的时间和人员、报警恢复的时间、报警的恢复确认时间和人员、报警持续时间。 - 人机界面的设计原则：一致性原则、提供完整的信息反馈、合理利用空间和保持界面的简洁、操作流程简单快捷、工作界面舒适、 - 报警监视换面信息显示：报警时间、 报警点标示和名称、报警状态描述、 当前报警状态、报警优先级、模拟量相关的限值和量程单位、报警状态改变时间。 - 报警确认：为了证明工艺报警发生后，运行人员确实已经知道了。4. 组态工具的特征：5. 常用组态软件及其特点： -InTouch：图形功能丰富，使用方便，I/O 硬件驱动丰富，工作稳定 -Fix系列：功能较强，但实时性欠佳 -Winco：网络结构和数据管理方面比前两个差 - 组态王：用户界面友好，易学易用，国内出现较早的组态软件。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 11 页名师精编优秀资料 -ICONICS GENESIS64 ：采用 64 位技术，加快软件处理速度，降低成本，实现2D和 3D可视化功能。6. 操作站数量设计及结构单操作站；多操作站，显示相同的内容；多操作站，显示不同的内容; 主、从多操作站的结构；控制网络与后门网络。7. 防止人机界面死机方法： - 检查硬件系统是否能够满足系统的要求； - 检查控制层软件是否有无效点，删除无效点，避免网络堵塞造成的死机； - 检查所有接口的软件版本是否一致，否则也会影响数据的传递； - 加大例外报告参数的区域，减少网络的通信量； - 安装防火墙，防止黑客和病毒的入侵。8. 人机见面死机现象的原因：由于硬件引起的死机、显示不能再恢复；操作站的操作系统与监控软件磨合不好引起的死机，难以恢复； 由于某些配置不合理引发网络堵塞，内存大小等原因造成的死机，过几分钟后自行恢复。第五章1.DCS通讯网络系统的特点： - 具有快速的实时响应能力 - 具有极高的可靠性 - 适应于恶劣的环境下工作 - 分层结构精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 11 页名师精编优秀资料2. 通讯网络系统的组成： - 信息员和信息整收者（信息的产生者和使用者）； - 发送设备（将信息员和传输介质匹配起来） - 传输介质（发送设备到接收设备之间信号传送所经没接） - 接收设备（进行解调、译码、解密等）3. 数字通信的传输方式: - 数字数据通过模拟信号传输，也称为调制解调 - 数字数据通过数字信号传输4. 数字通信工作方式：通常有并行通信和串行通信两种。并行通信： 多用于计算机内部各部件，或近距离设备之间的数据通信；一般以字长为单位进行传输。串行通信：用于远距离数据通信，用于网络通信中，经济实际。一般以二进制比特为单位在一根信号线上将数据一位一位地传输。（局域网和远程通信采用）5. 数据传输方向： （串行通信中分为三类） - 单工通信（单向通信） ：只能一个方向的通信。 - 半双工通信 ( 双向交替通信) ：通信的双方都可以在同一信道上传输，但不能同时发送 - 全双工通信（双向同时通信）：通信双方可以在同一信道上同时双向传输。6. 引起传输差错的噪声分为两类：热噪声和冲击噪声，热噪声引起的差错称之为随机差错，冲击噪声引起的差错成为突发差错。7. 数据交换方式：线路交换方式、报文交换方式、报文分组交换方式8.OSI 参考模型分为七层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。9. 网络协议由一下三要素组成：语法、语义、同步。10. 计算机网络协议的分层的好处： - 各层之间是独立的 - 灵活性好精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 11 页名师精编优秀资料 - 结构上可以分割开 - 易于实现和维护 - 能促进标准化工作11. 常见协议： -TCP/IP 传输控制协议/ 网际协议 -HTTP 超文本传输协议 -SMTP 简单邮件传输协议 -POP 邮局协议 -WAP 无线应用协议12.TCP/IP 协议并没有遵循OSI 协议 7层结构的要求。但目前全世界承认，使用最广，占有特殊重要的地位，是最重要和最著名的两个协议。13.TCP/IP 体系共四个层次，如果不考虑网络接口层，实际只有三个层次：应用层、运输层、网际层。14. 常见的网络拓扑结构：星型结构、环型结构、总线型结构、树状结构、网状结构、蜂窝拓扑结构。15. 现场总线定义：是应用在生产现场的、在测量控制设备之间实现双向、串行、多点通信的数字通信系统，基于现场总线的控制系统被称为现场总线控制系统。是过程控制技术、仪表技术和计算机网络技术结合的产物；FCS是一种开放的、具有操作性的、彻底分散的分布式系统。16. 现场总线的技术特点: -系统的开放性 -互操作性和互用性 -现场设备的智能化和功能自治性 -系统结构的高度分散性 -对现场环境的适应性17. 现场总线的优点: 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 11 页名师精编优秀资料 -节省硬件数量与投资 -节省安装费用 -节省维护开销 -用户具有高度的系统集成主动权 -提高了系统的准确性与可靠性 -设计简单、易于重构18. 此案长总线在使用中需要注意的几个问题：通信距离、 线缆选择、 隔离、屏蔽、 连接器、终端匹配。19. 数字信号边摸按技术通常包括：单极性编码、极化编码、双极性编码、非归零编码、曼彻斯特编码。第六章1. 质量控制常用的统计方法：排列图法、分层法、因果分析图、直方图法、控制图法、相关图法、统计分析表。2. 能源管理系统的监控功能包括：显示功能、报表功能、报警功能、操作功能。3.DCS的可靠性指标： 可靠度、 串并联系统可靠度、平均故障修复时间、平均寿命、 利用率。4. 提高集散控制系统利用率的措施： - 提高元器件和设备的可靠性 - 采用抗干扰措施，提高系统对环境的适应能力 - 采用可靠性技术。5.DCS系统的安全性包括：功能安全、人身安全、信息安全三方面。6. 提高电磁兼容性和抗干扰能力的“六大法宝”: 接地、隔离、屏蔽、双绞、吸收、滤波。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 11 页名师精编优秀资料精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 11 页