第2章集散控制系统基础知识 2.1什么是集散控制系统？其基本设计思想是什么？ 简答：集散控制系统是一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局 部网络通信的计算机综合控制系统。 DCS是纵向分层、横向分散的大型综合控制系统，它以多层局部网络为依托，将分布在 整个企业范围内的各种控制设备和数据处理设备连接在一起，实现各部分的信息共享和协调 工作，共同完成各种控制、管理及决策任务 2.2简述集散控制系统的体系结构及各层次的主要功能。 简答：按照DCS各组成部分的功能分布，所有设备分别处于四个不同的层次，自下而上 分别是：现场控制级、过程控制级、过程管理级和经营管理级。与这四层结构相对应的四层 局部网络分别是现场网络、控制网络、监控网络和管理网络。 1)现场控制级设备的任务主要完成过程数据采集与处理：直接输出操作命令、实现分 散控制：完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享：完成对现场控制级智能设备的 监测、诊断和组态等。 2)过程控制级的主要功能是采集过程数据，进行数据转换与处理：对生产过程进行监 测和控制，输出控制信号，实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制功能：现场设备 及I/0卡件的自诊断：与过程操作管理级进行数据通信。 3)过程管理级的主要设备有操作站、工程师站和监控计算机等。 操作站是操作人员与DCS相互交换信息的人机接口设备，是DCS的核心显示、操作和管理 装置。工程师站是为了控制工程师对DCS进行配置、组态、调试、维护所设置的工作站。工 程师站的另一个作用是对各种设计文件进行归类和管理，形成各种设计、组态文件，如各种 图样、表格等。监控计算机的主要任务是实现对生产过程的监督控制，如机组运行优化和性 能计算，先进控制策略的实现等。根据产品、原材料库存以及能源的使用情况，以优化准则 来协调装置间的相互关系，以实现全企业的优化管理。 4)经营管理级是全厂自动化系统的最高一层。主要功能是监视企业各部门的运行情况， 利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出发，帮助企业管理人 员进行决策，帮助企业实现其计划目标。它从系统观念出发，从原料进厂到产品的销售，市 场和用户分析、定货、库存到交货，生产计划等进行一系列的优化协调，从而降低成本，增 加产量，保证质量，提高经济效益。 -1-
- 1 - 第 2 章 集散控制系统基础知识 2.1 什么是集散控制系统?其基本设计思想是什么? 简答：集散控制系统是一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局 部网络通信的计算机综合控制系统。 DCS 是纵向分层、横向分散的大型综合控制系统，它以多层局部网络为依托，将分布在 整个企业范围内的各种控制设备和数据处理设备连接在一起，实现各部分的信息共享和协调 工作，共同完成各种控制、管理及决策任务 2.2 简述集散控制系统的体系结构及各层次的主要功能。 简答：按照 DCS 各组成部分的功能分布，所有设备分别处于四个不同的层次，自下而上 分别是：现场控制级、过程控制级、过程管理级和经营管理级。与这四层结构相对应的四层 局部网络分别是现场网络、控制网络、监控网络和管理网络。 1）现场控制级设备的任务主要完成过程数据采集与处理；直接输出操作命令、实现分 散控制；完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享；完成对现场控制级智能设备的 监测、诊断和组态等。 2）过程控制级的主要功能是采集过程数据，进行数据转换与处理；对生产过程进行监 测和控制，输出控制信号，实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制功能；现场设备 及 I/O 卡件的自诊断；与过程操作管理级进行数据通信。 3）过程管理级的主要设备有操作站、工程师站和监控计算机等。 操作站是操作人员与DCS相互交换信息的人机接口设备，是DCS的核心显示、操作和管理 装置。工程师站是为了控制工程师对DCS进行配置、组态、调试、维护所设置的工作站。工 程师站的另一个作用是对各种设计文件进行归类和管理，形成各种设计、组态文件，如各种 图样、表格等。监控计算机的主要任务是实现对生产过程的监督控制，如机组运行优化和性 能计算，先进控制策略的实现等。根据产品、原材料库存以及能源的使用情况，以优化准则 来协调装置间的相互关系，以实现全企业的优化管理。 4）经营管理级是全厂自动化系统的最高一层。主要功能是监视企业各部门的运行情况， 利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出发，帮助企业管理人 员进行决策，帮助企业实现其计划目标。它从系统观念出发，从原料进厂到产品的销售，市 场和用户分析、定货、库存到交货，生产计划等进行一系列的优化协调，从而降低成本，增 加产量，保证质量，提高经济效益
2.3操作站的功能有哪些？ 简答：操作站的基本功能主要表现为显示、操作、报警、组态、系统维护和报告生成等 几个方面。 2.4集散控制系统的软件系统包括哪些软件？ 简答：集散控制系统的软件既包括系统软件和应用软件，还增加了通信管理软件、组态 生成软件及诊断软件等。 2.5现场控制站有哪些基本功能？ 简答：基本功能包括反馈控制、逻辑控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理和数 据通信等功能。 2.6反馈控制有哪些功能？ 简答：反馈控制功能主要包括输入信号处理、报警处理、控制运算、控制回路组态和输 出信号处理等。 2.7输入输出处理功能主要包括哪些方面？ 简答：输入/输出通道一般包括模拟量输入/输出(AI/A0)、开关量输入/输出(SI/SO)或 数字量输入/输出(DI/D0)以及脉冲量输入通道(PI)。 1)模拟量输入输出通道(AI/AO)生产过程中的连续性被测变量（如温度、流量、液位、 压力、浓度、pH值等)，只要由在线检测仪表将其转变为相应的电信号，均可送入AI通道， 经过A/D转换后，将数字量送给CPU。而模拟量输出通道一般将计算机输出的数字信号转换 为420mADC(或15VDC)的连续直流信号，用于控制各种执行机构。 2)开关量输入/输出通道(SI/S0)开关量输入通道主要用来采集各种限位开关、继电 器或电磁阀连动触点的开、关状态，并输入至计算机。开关量输出通道主要用于控制电磁 阀、继电器、指示灯、声光报警器等只具有开、关两种状态的设备。 3)脉冲输入通道(PI)许多现场仪表输出的测量信号为脉冲信号，它们必须通过脉冲 输入通道才能送入计算机。 2.8简述报警功能。 简答：集散控制系统具有完备的报警功能，类型通常可分为仪表异常报警、绝对值报警、 偏差报警、速率报警以及累计值报警等。 仪表异常报警：仪表异常报警是指当测量信号超过测量范围上限或下限的规定值时，可 认为检出元件或变送器出现断线等故障，发出报警信号。 绝对值报警：当变量的测量值或控制输出值超过上、下限报警设定值时，发出报警信号。 -2-
- 2 - 2.3 操作站的功能有哪些? 简答：操作站的基本功能主要表现为显示、操作、报警、组态、系统维护和报告生成等 几个方面。 2.4 集散控制系统的软件系统包括哪些软件? 简答：集散控制系统的软件既包括系统软件和应用软件，还增加了通信管理软件、组态 生成软件及诊断软件等。 2.5 现场控制站有哪些基本功能? 简答：基本功能包括反馈控制、逻辑控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理和数 据通信等功能。 2.6 反馈控制有哪些功能? 简答：反馈控制功能主要包括输入信号处理、报警处理、控制运算、控制回路组态和输 出信号处理等。 2.7 输入输出处理功能主要包括哪些方面? 简答：输入/输出通道一般包括模拟量输入/输出(AI/AO)、开关量输入/输出(SI/SO)或 数字量输入/输出(DI/DO)以及脉冲量输入通道 (PI)。 1）模拟量输入输出通道(AI/AO) 生产过程中的连续性被测变量(如温度、流量、液位、 压力、浓度、pH值等)，只要由在线检测仪表将其转变为相应的电信号，均可送入AI通道， 经过A/D 转换后，将数字量送给CPU。而模拟量输出通道一般将计算机输出的数字信号转换 为4~20mADC(或 1~5VDC) 的连续直流信号，用于控制各种执行机构。 2）开关量输入/输出通道(SI/SO) 开关量输入通道主要用来采集各种限位开关、继电 器 或电磁阀连动触点的开、关状态，并输入至计算机。开关量输出通道主要用于控制电磁 阀、继电器、指示灯、声光报警器等只具有开、关两种状态的设备。 3）脉冲输入通道(PI) 许多现场仪表输出的测量信号为脉冲信号，它们必须通过脉冲 输入通道才能送入计算机。 2.8 简述报警功能。 简答：集散控制系统具有完备的报警功能，类型通常可分为仪表异常报警、绝对值报警、 偏差报警、速率报警以及累计值报警等。 仪表异常报警：仪表异常报警是指当测量信号超过测量范围上限或下限的规定值时，可 认为检出元件或变送器出现断线等故障，发出报警信号。 绝对值报警：当变量的测量值或控制输出值超过上、下限报警设定值时，发出报警信号
偏差报警：当测量值与报警设定值之差超过偏差设定值时，发出报警信号。 速率报警：为了监视过程变化的平稳情况，设置了“显著变化率报警”。当测量值或控 制输出值的变化率（一定时间间隔的变化量）超过速率设定值时，发出报警信号。 累计值报警：对要求累加的输入脉冲信号进行当前值累计，并每次与累计值报警设定值 相比较，超限时即发出报警信号。 为了实现预报警，DCS中通常还设置了多重报警限，如上限、上上限、下限、下下限等。 为了使操作管理人员能从众多的报警信息中分出轻重缓急，设置报警优先级便于报警信号的 管理和操作。 2.9什么是HART总线？HART总线有什么特点？ 简答：HART协议是主从式通信协议，变送器作为从设备应答主设备的询问，连接模式有 一台主机对一台变送器或一台主机对多台变送器。当一对一，即点对点通信时，智能变送器 处于模拟信号与数字信号兼容状态。当多点通信时，4~20mADC信号作废，只有数字信号， 每台变送器的工作电流均为4nADC。 HART总线最重要的特点是保持了模拟的42 OmADC信号，数字通信可以叠加在两根相 同的双绞上，而不干扰模拟电流回路。 -3-
- 3 - 偏差报警：当测量值与报警设定值之差超过偏差设定值时，发出报警信号。 速率报警：为了监视过程变化的平稳情况，设置了“显著变化率报警”。当测量值或控 制输出值的变化率 ( 一定时间间隔的变化量 ) 超过速率设定值时，发出报警信号。 累计值报警：对要求累加的输入脉冲信号进行当前值累计，并每次与累计值报警设定值 相比较，超限时即发出报警信号。 为了实现预报警，DCS中通常还设置了多重报警限，如上限、上上限、下限、下下限等。 为了使操作管理人员能从众多的报警信息中分出轻重缓急，设置报警优先级便于报警信号的 管理和操作。 2.9 什么是 HART 总线？HART 总线有什么特点？ 简答：HART协议是主从式通信协议，变送器作为从设备应答主设备的询问，连接模式有 一台主机对一台变送器或一台主机对多台变送器。当一对一，即点对点通信时，智能变送器 处于模拟信号与数字信号兼容状态。当多点通信时，4～20mADC 信号作废，只有数字信号， 每台变送器的工作电流均为 4mA DC。 HART 总线最重要的特点是保持了模拟的 4～20mADC 信号，数字通信可以叠加在两根相 同的双绞上，而不干扰模拟电流回路