DCS参考复习题与答案

1、常用电器元件与符号。

答：见文档常用电气元件与符号。

2、在集散控制系统中，阐述工程师站包含的内容及作用。

答：主要给DCS进行应用组态。DCS是一个通用的系统，只有设置算法、参数、输入量、输出量、报警、报表等功能才能进行应用。

    （系统硬件配置定义、实时数据库的定义、历史数据库的定义、历史数据和实时数据的趋势显示、列表及打印输出等定义、控制算法的定义、人机界面的定义、报警定义、系统运行日志的定义、报表定义、时间顺序记录和事故追忆等特殊报告的定义。）

其主要功能是提供对DCS进行组态，配置工作的工具软件（即组态软件），并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳的工作状态之下。与集中式控制系统不同，所有的DCS都要求有系统组态功能，可以说，没有系统组态功能的系统就不能称其为DCS。

3、在集散控制系统中所使用的滤波方法。

答：递推平均滤波（算数平均值滤波法）、加权平均值滤波法、中位置滤波法、一阶惯性滤波法（维纳滤波）、变化率限幅滤波法。（详见笔记本）

4、设计总线协议的基本原则。

答：1）主从总线1：N通信方式：通信网络。1个主站，N个从站。按照主站当中的从站排列顺序，进行从站的总线的使用权分配。轮询表中至少包含每个从站一个；采用动态和静态实行实时性的提高。允许从主通信。也可以从从之间通信。

    2）令牌总线N：N通信方式：每个都可以作为主站或从站。存取控制方式为令牌总线。数据读取方式为有应答或无应答进行。

    3）浮动主站N：M通信方式：M个站当中，N个主站。令牌总线和主从总线相结合存取控制技术。N个主站组成逻辑环，取得令牌。某一主站得到令牌后，按其内部的轮询表进行主站和从站的通信。

5、说出直线位置反馈的装置及信号性质。

6、说出角度传感器的反馈装置及信号性质。

7、接地的分类及内容。

答：接地按其作用可分为保护性接地和功能性接地两大类。

1）保护性接地：

防电击接地：为了防止电气设备绝缘损坏或产生漏电流时，使平时不带电的外露导电部分带电而导致电击，将设备的外露导电部分接地，成为防电击接地。这种接地还可以线路涌流或低压线路及设备由于高压窜入而引起的高电压；当产生电器故障时，有利于过电流保护装置动作而切断电源。这种接地，也是通常的侠义的“保护接地”，它又分为保护导体接地（PE，也称为保护接地）和保护中性导体接地（PEN，也称为保护接零）两种方式。

防雷接地：将雷电导入大地，防止雷电流使人身受到电击或财产受到破坏。

防静电接地：将静电荷引入大地，防止由于静电荷积聚对人体和设备造成危害。特别是目前电子设备中集成电路用得很多，而集成电路容易受到静电作用产生故障，接地后可防止集成电路的损坏。

防电蚀接地：地下埋设金属体作为牺牲阳极或阴极，以防止电缆、金属管道等受到电蚀。

2）功能性接地：

逻辑接地：为了确保稳定的参考电位，将电子设备中的某个参考电平点（通常是电源的零电位点）接地，也称为电源地或直流地。

屏蔽接地：将电气干扰源引入大地，抑制外来电磁干扰对电子设备的影响，也可减少电子设备产生的干扰影响其他电子设备。

信号回路接地：如各变送器的负端接地，开关量信号的负端接地等。

本安接地：为保证系统向防爆区传送的能量在规定的范围之内，将安全栅等设备安全地连接到供电电源的零电位点。

8、影响总线通讯的因素是什么？

答：未设专用接地网或接地不达标；不注意区分接地类型；距离与速率设置不匹配；元器件的不稳定性；周围的环境；安装接线不规范；噪声的影响；冗余问题的影响。

9、在实时控制中，一般要掌握控制周期，如何计算PLC的控制周期？

答：D8010

10、PLC有哪些主要特点？

答：1）可靠性高，抗干扰能力强。

2）硬件配套齐全、功能完善、适用性强。

3）易学易用，深受工程人员欢迎

4）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造。

5）体积小，重量轻，能耗小。

11、PLC的循环扫描周期分哪几个阶段？影响PLC扫描周期长短的因素有哪几个？

答：当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。可以看出。影响周期长短的主要因素就是用户程序的长短。CPU也会起到一定的影响。

输入采用阶段：CPU用扫描方式把所有输入端的外部输入信号的ON/OFF状态一次写入到输入映像寄存器，同时刷新寄存器；同时在本扫描周期内输入映像寄存器的内容保持不变；

执行阶段：CPU按顺序对程序进行扫描，即从上到下、从左到右扫描每条指令，并分别从输入映像寄存器、内部元件寄存器（位存储器、定时器、计数器）和输出映像寄存器中获得需要的数据进行运算、处理，把执行结果写入输出映像寄存器，但不会送到输出端口；

输出刷新阶段：程序执行完毕，存放在输出映像寄存器中的状态转存到输出锁存寄存器，经过输出模块功率放大，转换成相应的信号去驱动外部负载。

12、PLC控制系统设计的基本内容和步骤

答：基本内容：1）熟悉工艺；2）了解电气设备布置情况；3）制作电气设备及传感器清单用以确定系统中I/O点数，根据工艺流程按功能确定PLC站点得个数和每个PLC站得I/O点数；根据每个PLC站得I/O点数和控制功能要求确定PLC系列；根据上面确定的I/O点数选用PLC的输入输出模块，然后再根据运算处理能力的需求和估计得程序复杂程度以及通信方式来确定CPU的型号以及程序存储器的大小，最后如有多个PLC站，确定各PLC站间的通信方式；最后再选择电源和机架、编程电缆、编程软件等；PLC选型后，设计PLC柜图纸。4）编写PLC资源分配表及绘制PLC控制线路I/O端子接线图；5）根据系统和设备的功能描述说明书编写PLC程序。

    设计步骤：

    1）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求。

    2）确定输入/输出设备。

    3）选择合适的PLC类型。

    4）PLC输入、输出回路的设计及编写资源分配表。

    5）编写用户程序，或是设计梯形图程序。

    6）将程序输入PLC。

    7）应用系统整体调试。

    8）编制技术文件。

13、对三级给水系统进行控制系统设计，写出技术方案、设计步骤和注意事项。

答：见多级水泵方案设计。

14、阐述噪声的种类和产生的原因。

答：对于电子线路中所标称的噪声，可以概括地认为，它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。电路中除目的的信号以外的一切信号，不管它对电路是否造成影响，都可称为噪声。

    主要是由于电路中的数字电路和电源部分产生的。其他噪声是由于电路布局布线不合理等认为因素，电磁兼容，导线间干扰等。

在数字电路中，普遍存在高频的数字电平，这些电平可以产生两种噪声：1）电磁辐射，就像电视的天线一样，通过发射电磁波在干扰旁边的电路。2）耦合噪声，指数字电路和旁边的电路存在一定的耦合，噪声可以直接在电器上直接影响其他的电路。

电源上存在的噪声：如果是线性电源，首先低频50Hz就是一个严重的干扰源。由于初级进来的交流电本身就不纯净，而且是波浪的正弦波，容易对旁边的电路产生电磁干扰，也就是电磁噪音。如果是开关电源的话噪音更严重，开关电源工作在高频状态，并且在输出部分存在很脏的谐波电压，这些对整个的电力路都能产生很大的噪声。

防止方法：合理地接地、采用差分结构传输模拟信号、在电路的电源输出端加去耦电容、采用电磁屏蔽技术、模拟数字地分开、信号线两遍走底线、地线隔离。

15、在工业现场的设备中，可靠性是一个重要的指标之一，一般在电路板这一层次采用什么方法提高设备运行的可靠性，试阐述。

答：包括总体设计、布线设计和电路板尺寸、器件布置等。

1）总体设计：在排版时应充分考虑电磁兼容技术，采取主动预防、整体规划，对抗和疏导相结合的原则。包括：总体布局，保证足够的地线空间，安排IC和器件位置。

2）布线设计：合理布线以提高系统的抗干扰能力。包括：地线设计，电源线设计。布线原则：垂直布线原则，数字信号线邻近地线原则，最短距离原则，线迹连续性原则，时钟电路屏蔽原则，I/O口驱动电路靠边原则。

3）电路板尺寸及器件布置：大小适中，保证阻抗不大和之间的互相干扰少。器件方面，相关的器件放的近；在出现端子附近放置高速器件，稍远处放置低速电路和存储器；将光电隔离器件、隔离用的变压器和滤波器靠近输入端子；发热多得元件放在易于通风处；大电流、易发噪声的原理计算机逻辑电路。主要考虑降噪和散热。

16、冗余方式及如何实现？举例设计实例

答：并联冗余、旁联冗余、表决冗余。

并联冗余：只有系统中所有单元都发生故障时，系统才会发生故障。

表决冗余：系统由N个单元及一个表决器组成，当表决器正常时，正常的单元数小雨r(1<=r<=n)系统就不会故障。

旁联冗余：组成系统的N个单元只有一个单元故障时，通常监测与转换装置连接到另一个单元继续工作，直到所有单元故障时系统才会发生故障。

（冗余技术包括冷备用冗余、温备用冗余和热备用冗余。

备用式冗余的无扰切换法有：数据周期拷贝法和主备运算同步法。

表决式冗余有：双模表决冗余、三模表决冗余、同构冗余和异构冗余。）

17、现场总线控制网络最基本的拓扑结构有几种？说明其特点画出示意图。

答：环型网络拓扑结构，星型网络拓扑结构，总线型网络拓扑结构，树型网络拓扑结构，综合性网络拓扑结构。

    （示意图见PPT1）

另外，清点考试人数和考卷。

1、在可靠性工艺流程中，需要有哪些试验保证电子产品的工作可靠。

答：分为环境试验、机械试验和电磁试验。

1）环境试验：高温存储试验、高温循环试验、热冲击试验、低气压试验、耐湿试验、盐雾试验、辐照试验、寿命试验。

2）机械试验：恒定加速度试验、机械冲击试验、机械振动试验、键合强度试验、芯片附着强度试验、与外引线有关的试验、粒子碰撞噪声监测试验。

3）电磁试验：静电放电敏感度试验。

2、容错技术方案中，时间冗余是如何实现，注意什么环节。

答：时间冗余就是以重复执行指令（指令复执）或程序（程序复算）来消除瞬时错误带来的影响。以针对突发性的瞬时故障为主，它的基本思想很简单，就是让系统对同样的任务，重复进行相同的运算（用时间资源的迭代来代替物理资源上的冗余）， 然后对多次重复运算的结果进行比较，达到检测故障的目的；与人们进行人工计算时需要重复计算多次以确保计算无误的情况相似。

通过时间迭代来实现冗余的概念对检测某些瞬时性故障是很有效的，但是对永久性故障却几乎没有作用。

实现：

在软件可靠性技术中， 指令复执技术是时间冗余的解决方案之一，指令复执的次数没有统一规定，一般可以采用两种方法来控制：第一，规定一个复执次数，如果在规定次数内故障消失，则复执成功；否则，复执失败；第二，规定指令复执时间，如果在规定时间内故障消失，则复执成功；否则，复执失败。

在软件可靠性技术中，等待重判技术也是时间冗余的解决方案之一，是指发送端经编码后发出能够发现错误的码，接收端收到后进行检验；如果发现传输中有错误，则通过反向信道把这一判断结果反馈给发送端，然后，发送端把信息重发一次，直到接收端确认正确为止。因此，该技术也称为检错重发的技术。

1)指令复执技术的实现

指令复执技术是针对瞬时型故障的偶发性特点而设计的，当因瞬时型故障而产生错误时，重复多次执行相同的指令，可能会因故障消失而得到正确的结果，因此，指令复执技术是一种代价较小而效果较好的可靠性技术。

指令复执技术的实现：在程序执行过程中，一旦发现现场故障或错误就重新执行被干扰的先行指令若干次；若复执成功，说明为干扰；否则，输出软件失败Fault 并报警，实现流程如图1 所示。

2)等待重判技术

等待重判技术主要设计为软件延时，即对重要的开关量输入信号或易形成抖动的检测或控制回路，采用软件延时20ms，对同一信号多次读取，结果一致才确认有效，这样可消除偶发干扰的影响，实现流程如图2 所示。

3、在热水供应系统中，给出一种计量热量费用的技术方案。

答：

4、叙述CAN的应用范围，其特点细节。

答：CAN总线最初是德国BOSCH为汽车行业的监测，控制而设计的。现已应用到铁路、交通、国防、工程、工业机械、纺织、农用机械、数控、医疗器械机器人、楼宇、安防等方面。

某进口车型拥有，车身、舒适、多媒体等多个控制网络，其中车身控制使用CAN网络，舒适使用LIN网络，多媒体使用MOST网络，以CAN网为主网，控制发动机、变速箱、ABS等车身安全模块，并将转速、车速、油温等共享至全车，实现汽车智能化控制，如高速时自动锁闭车门，安全气囊弹出时，自动开启车门等功能。

5、BATCH控制标准S88.01。

答：定义了模型和术语，为用户、生产商和集成商提供交流的语言基础。

模型包括：过程模型；物理模型；配方模型；批量控制模型；工艺控制模型。

（详见PPT3）

6、PLC网络通信协议配置规律。

答：1)3级或4级，复合型拓扑结构，根据通信要求，配置不同的协议。

    2）协议两类，通用和专用协议。

    3）通用协议，以太网和MAP网。

4）低层和中间层，专用协议。

5）PC机可接入网络。

6）低层采用塌缩结构，物理层、链路层、应用层，目的是提高实时性。

7、DCS设备调试过程中，你认为容易产生哪些故障，试分析故障产生的原因，按故障发生产生的概率排序。

答：静态调试：

1）在DCS调试过程中首先要做的是DCS的受电工作。如果受电工作做得不够仔细，可能造成模件、CPU，甚至主机的损坏。

2）在调试过程中经常遇到烧损模块的情况。最主要的原因是由于接线错误或就地一些原因导致外回路强电窜入。

动态调试：

1）计算机死机问题：在调试过程中做了大量修改，使得AP内积存了大量垃圾；某些功能区分配不合理、计算机符合过重。

2）缺陷处理。要谨慎处理运行过程中得缺陷。

3）信号隔离。DCS中指令的电源接地直接接至大地，而执行机构的地线不接地，导致电源不匹配使得执行机构不能正常工作。

4）逻辑问题。

5）其他问题：

汽包水位显示问题（电接点未经过修正且电极有可能受污染或损坏）；PLC与DCS之间、旁路系统与DCS之间、DEH与DCS之间的通讯中断；旁路系统保护投入问题；火检问题。

8、在选择执行机构时，需要注意设备的哪些指标参数。

答：执行机构选择的主要考虑因素：可靠性；经济型；动作平稳、足够的输出力；重量外观；结构简单、维护方便。

9、设备的安全性用哪些内容，采取什么措施防范。

答：功能安全、人身安全、信息安全。

冗余技术、容错技术。

电气元件符号大全

序号 元件名称 新符号 旧符号

1 继电器 K J

2 电流继电器 KA LJ

3 负序电流继电器 KAN FLJ

4 零序电流继电器 KAZ LLJ

5 电压继电器 KV YJ

6 正序电压继电器 KVP ZYJ

7 负序电压继电器 KVN FYJ

8 零序电压继电器 KVZ LYJ

9 时间继电器 KT SJ

10 功率继电器 KP GJ

11 差动继电器 KD CJ

12 信号继电器 KS XJ

13 信号冲击继电器 KAI XMJ

14 继电器 KC ZJ

15 热继电器 KR RJ

16 阻抗继电器 KI ZKJ

17 温度继电器 KTP WJ

18 瓦斯继电器 KG WSJ

19 合闸继电器 KCR或KON HJ

20 跳闸继电器 KTR TJ

21 合闸 继电器 KCP HWJ

22 跳闸 继电器 KTP TWJ

23 电源监视继电器 KVS JJ

24 压力监视继电器 KVP YJJ

25 电压 继电器 KVM YZJ

26 事故信号 继电器 KCA SXJ

27 继电保护跳闸出口继电器 KOU BCJ

28 手动合闸继电器 KCRM SHJ

29 手动跳闸继电器 KTPM STJ

30 加速继电器 KAC或KCL JSJ

31 复归继电器 KPE FJ

32 闭锁继电器 KLA或KCB BSJ

33 同期检查继电器 KSY TJJ

34 自动准同期装置 ASA ZZQ

35 自动重合闸装置 ARE ZCJ

36 自动励磁调节装置 AVR或AAVR ZTL

37 备用电源自动投入装置 AATS或RSAD BZT

38 按扭 SB AN

39 合闸按扭 SBC HA

40 跳闸按扭 SBT TA

41 复归按扭 SBre或SBR FA

42 试验按扭 SBte YA

43 紧急停机按扭 SBes JTA

44 起动按扭 SBst QA

45 自保持按扭 SBhs BA

46 停止按扭 SBss 

47 控制开关 SAC KK

48 转换开关 SAH或SA ZK

49 测量转换开关 SAM CK

50 同期转换开关 SAS TK

51 自动同期转换开关 2SASC DTK

52 手动同期转换开关 1SASC STK

53 自同期转换开关 SSA2 ZTK

54 自动开关 QA 

55 刀开关 QK或SN DK

56 熔断器 FU RD

57 快速熔断器 FUhs RDS

58 闭锁开关 SAL BK

59 信号灯 HL XD

60 光字牌 HL或HP GP

61 警铃 HAB或HA JL

62 合闸接触器 KMC HC

63 接触器 KM C

 合闸线圈 Yon或LC HQ

65 跳闸线圈 Yoff或LT TQ

66 插座 XS 

67 插头 XP 

68 端子排 XT 

69 测试端子 XE 

70 连接片 XB LP

71 蓄电池 GB XDC

72 压力变送器 BP YB

73 温度变送器 BT WDB

74 电钟 PT 

75 电流表 PA 

76 电压表 PV 

77 电度表 PJ 

78 有功功率表 PPA 

79 无功功率表 PPR 

80 同期表 S 

81 频率表 PF 

82 电容器 C 

83 灭磁电阻 RFS或Rfd Rmc

84 分流器 RW 

85 热电阻 RT 

86 电位器 RP 

87 电感（电抗）线圈 L 

88 电流互感器 TA CT或LH

 电压互感器 TV PT或YH

10KV电压互感器 TV SYH

35KV电压互感器 TV UYH

110KV电压互感器 TV YYH

90 断路器 QF DL

91 隔离开关 QS G

92 电力变压器 TM B

93 同步发电机 GS TF

94 交流电动机 MA JD

95 直流电动机 MD ZD

96 电压互感器二次回路小母线 

97 同期电压小母线（待并） WST或WVB TQMa,TQMb

98 同期电压小母线（运行） WOS`或WVBn TQM`a,TQM`b

99 准同期合闸小母线 1WSC,2WSC,3WSC

1WPO,2WPO,3WPO 1THM,2THM,3THM

100 控制电源小母线 +WC,-WC +KM,-KM

101 信号电源小母线 +WS,-WS +XM,-XM

102 合闸电源小母线 +WON,-WON +HM,-HM

103 事故信号小母线 WFA SYM

104 零序电压小母线 WVBz 

电流表 PA 

电压表 PV 

有功电度表 PJ 

无功电度表 PJR 

频率表 PF 

相位表 PPA 

最大需量表(负荷监控仪) PM 

功率因数表 PPF 

有功功率表 PW 

无功功率表 PR 

无功电流表 PAR 

声信号 HA 

光信号 HS 

指示灯 HL 

红色灯 HR 

绿色灯 HG 

黄色灯 HY 

蓝色灯 HB 

白色灯 HW 

连接片 XB 

插头 XP 

插座 XS 

端子板 XT 

电线,电缆,母线 W 

直流母线 WB 

插接式(馈电)母线 WIB 

电力分支线 WP 

照明分支线 WL 

应急照明分支线 WE 

电力干线 WPM 

照明干线 WLM 

应急照明干线 WEM 

滑触线 WT 

合闸小母线 WCL 

控制小母线 WC 

信号小母线 WS 

闪光小母线 WF 

事故音响小母线 WFS 

预告音响小母线 WPS 

电压小母线 WV 

事故照明小母线 WELM 

避雷器 F 

熔断器 FU 

快速熔断器 FTF 

跌落式熔断器 FF 

限压保护器件 FV 

电容器 C 

电力电容器 CE 

正转按钮 SBF 

反转按钮 SBR 

停止按钮 SBS 

紧急按钮 SBE 

试验按钮 SBT 

复位按钮 SR 

限位开关 SQ 

接近开关 SQP 

手动控制开关 SH 

时间控制开关 SK 

液位控制开关 SL 

湿度控制开关 SM 

压力控制开关 SP 

速度控制开关 SS 

温度控制开关,辅助开关 ST 

电压表切换开关 SV 

电流表切换开关 SA 

整流器 U 

可控硅整流器 UR 

控制电路有电源的整流器 VC 

变频器 UF 

变流器 UC 

逆变器 UI 

电动机 M 

异步电动机 MA 

同步电动机 MS 

直流电动机 MD 

绕线转子感应电动机 MW 

鼠笼型电动机 MC 

电动阀 YM 

电磁阀 YV 

防火阀 YF 

排烟阀 YS 

电磁锁 YL 

跳闸线圈 YT 

合闸线圈 YC 

气动执行器 YPA,YA 

电动执行器 YE 

发热器件(电加热) FH 

照明灯(发光器件) EL 

空气调节器 EV 

电加热器加热元件 EE 

感应线圈,电抗器 L 

励磁线圈 LF 

消弧线圈 LA 

滤波电容器 LL 

电阻器,变阻器 R 

电位器 RP 

热敏电阻 RT 

光敏电阻 RL 

压敏电阻 RPS 

接地电阻 RG 

放电电阻 RD 

启动变阻器 RS 

频敏变阻器 RF 

限流电阻器 RC 

光电池,热电传感器 B 

压力变换器 BP 

温度变换器 BT 

速度变换器 BV 

时间测量传感器 BT1,BK 

液位测量传感器 BL 

温度测量传感器 BH,BM