第7章 控制系统的可靠性

第一章1、计算机控制系统是由哪几部分组成的？画出方框图并说明各部分的作用。

答:计算机控制系统由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成；框图P3。

1）工业控制机主要用于工业过程测量、控制、数据采集、DCS操作员站等方面。

2）PIO设备是计算机与生产过程之间的信息传递通道，在两者之间起到纽带和桥梁的作用。

3）生产过程就是整个系统工作的各种对象和各个环节之间的工作连接。

2、计算机控制系统中的实时性、在线方式与离线方式的含义是什么？为什么在计算机控制系统中要考虑实时性？（1）实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。

（2）实时性一般要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加快程序执行速度；在一定的周期时间对所有事件进行巡查扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。

3.计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？（1）操作指导控制系统（OIS）优点：结构简单、控制灵活和安全。

缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制对象。

（2）直接数字控制系统(DDC) （属于计算机闭环控制系统）优点：实时性好、可靠性高和适应性强。

（3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最有工况。

（4）集散控制系统优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。

（5）现场总线控制系统优点：与DOS相比降低了成本，提高了可靠性。

（6）PLC+上位系统优点：通过预先编制控制程序实现顺序控制，用PLC代替电器逻辑，提高了控制是现代灵活性、功能及可靠性。

第二章1、什么是工业控制计算机？它们有哪些特点？答：工业控制计算机是将PC机的CPU高速处理性能和良好的开放式的总线结构体系引入到控制领域，是工业自动化设备和信息产业基础设备的核心。

自动化仪表控制系统管理制度和维修制度第一条为加强公司自动化仪表设备及控制系统的管理工作，控制和优化工艺条件，保障仪表设备安全经济运行，依据国家有关法规及相关管理规定，制定本制度。

第二条本制度适用于本公司自动化仪表控制系统的管理。

第三条控制系统主要包括集散控制系统(DCS)、紧急停车系统(ESD)、可编程控制器(PLC)等。

第四条控制系统的日常维护。

(一)系统点检制度1、仪表部系统负责人员应加强对系统的日常维护检查，根据系统的配置情况，制定系统点检标准，并设计相应的定点检表格。

2、系统定点检应包括以下主要内容: A、主机设备的运行状态。

B、外围设备(包括打印机等)的投用情况和完好状况。

C、各机柜的风扇(包括内部风扇)运转状况。

D、机房、操作室的温度、湿度。

3、定点检记录要字迹清楚、书写工整，并定期回收，妥善保管。

(二)系统硬件管理1、仪表系统要设立专人负责保养，按规定进行点检和维护。

2、建立系统硬件设备档案，内容应名细到主要插件板，并作好历次设备、卡件变更记录。

3、系统硬件的各种资料要妥善保管，原版资料要归档保存。

4、在线运行设备检修时，要严格执行有关手续，按照规定，做好防范措施。

(三)系统软件管理1、系统软件和应用软件必须有双备份，并妥善保管在金属柜内;控制系统的密码或键锁开关的钥匙要由专人保管，并严格执行规定范围内的操作内容。

软件备份要注明软件名称、修改日期、修改人，并将有关修改设计资料存档。

2、系统软件无特殊情况严禁修改;确需修改时，要严格按照申请、论证手续，主管经理批准后实施。

3、应用软件在正常生产期间不宜修改。

按工艺要求确需重新组态时，要有明确的修改方案，并由生产技术部门、仪表和厂领导负责人共同签字后方可实施并做好安全防范措施。

4、软件各种文本修改后，必须对其他有关资料和备份盘作相应的修改。

5、由通用计算机、工业控制微机组成的控制、数据采集等系统，应执行专机专用，严禁任何人运行与系统无关的软件，以防病毒对系统的侵袭。

第一章1．在通信网中为什么要引入交换的功能?在降低成本的前提下，保证网络高可靠性、高性能、易维护、易扩展，最终达到网络的智能化管理。

2．构成通信网的三个必不可少的要素是什么？交换设备、传输设备和用户终端设备是通信网的基本组成部分,通常称为通信网的三要素。

3．目前通信网中存在的交换方式主要有哪几种，它们分别属于哪种传送模式?目前在通信网中所采用的交换方式主要有以下几种：电路交换、多速率电路交换、快速电路交换、分组交换、帧交换、帧中继、ATM交换、IP交换、光交换、软交换。

电路交换、多速率电路交换、快速电路交换-———-属于电路传送模式（CTM）分组交换、帧交换、帧中继——---—-—-—-—-——————属于分组传送模式（PTM）ATM交换—-—---—--—-—-———-—-————-----—----———属于异步传送模式(ATM）4．电路传送模式、分组传送模式和异步传送模式的特点是什么？5．电路交换面向连接的工作方式是一条物理连接通路，只要通话即刻就可传送信息。

分组交换的虚电路方式是逻辑连接，是通过保存选路结果和路由连接关系来实现连接。

ATM交换面向连接的工作方式是逻辑连接,分为虚通道连接和虚信道连接.6．同步时分复用和异步时分复用的特点是什么？同步时分复用的特点是固定分配带宽.异步时分复用的特点是动态分配带宽。

7．面向连接和无连接的工作方式的特点是什么？面向连接的工作方式特点:不管是面向物理的连接还是面向逻辑的连接，其通信过程可分为三个阶段：连接建立、传送信息、连接拆除。

一旦连接建立，该通信的所有信息均沿着这个连接路径传送,且保证信息的有序性。

信息传送的时延比无连接工作方式的时延小。

一旦建立的连接出现故障，信息传送就要中断,必须重新建立连接，因此对故障敏感。

无连接工作方式的特点：没有连接建立过程，一边选路、一边传送信息。

属于同一个通信的信息沿不同路径到达目的地，该路径事先无法预知，无法保证信息的有序性。

第一章1.在通信网中为什么要引入交换功能?为实现多个终端之间的通信,引入交换节点.各个用户终端不在是两两互连 , 而是分别精油一条通信线路连接到交换节点上,在通信网中,交换就是通信的源和目的终端之间建立通信信道,实现通信信息传送的过程引入交换节点后, 用户终端只需要一对线与交换机相连,接生线路投资,组网灵活.2.构成通信网的三要素是:交换设备. 传输设备 , 用户终端.3.目前通信网中存在的交换方式有哪几种?分别属于哪种传送模式?电路交换.多速率电路交换.快速电路交换. 分组交换.帧交换. 帧中继.ATM交换.IP交换.光交换.软交换.电路交换. 多速率电路交换 .快速电路交换. 属于电路传送模式, 分组交换 .帧交换. 帧中继/属于分组传送模式 ATM交换属于异步传送模式4.电路传送模式.分组传送模式,和异步传送模式的特点是什么?(1)信息传送的最小单元是时隙(2)面向连接的工作方式(3)同步时分复用(4)信息传送无差错控制(5)信息具有透明性(6)基于呼叫损失的流量控制分组特点: (1)面向连接的工作方式的特点(2)无连接的工作方式特点(3)统计时分复用(4)信息传送有差错控制(5)信息传送不具有透明性(6)基于呼叫延迟的流量控制异步传送特点: (1)固定长度单元的信元和简化的信头(2)采用了异步时分复用方式(3)采用了面向连接的工作方式5.电路交换. 分组交换的虚电路方式以及ATM交换都采用面向连接的工作方式,它们有何异同?相同点:都具有连接建立数据传送和链路拆除三个阶段. 不同; 电路交换的面向连接的工作方式是一条物理连接通路.而虚电路方式以及ATM交换方式都属于逻辑连接.6.同步时分复用和异步时分复用的特点是什么?同步时分复用的基本原理是把时间划分为等长的基本单位,一般称为帧,没帧再划分为更小单位叫时隙.对每一条同步时分复用的告诉数字信道,采用这种时间分割的方法.依据数字信号在每一帧的时间位置来确定它是第几路子信道.这些子信道又可以称为位置化信道.通过时间位置来识别每路信道异步时分复用是采用动态分配带宽的,各路通信按需使用. 异步时分复用将时间划分为等长的时间片,用于传送固定长度的信元.异步时分是依据信头标志X.Y.Z.来区别哪路通信信元，而不是靠时间位置来识别。

可编辑修改精选全文完整版第7章可编程逻辑控制器实验可编程逻辑控制器（PLC）是以微处理器为核心的通用工业自动控制装置，它具有控制能力强、可靠性高、易于扩展、通用性强、使用灵活方便等优点。

现代的PLC不仅可以取代继电器控制系统，还可以进行复杂的生产自动控制，是现代自动化生产线上必不可少的控制设备。

本章从工程应用的角度出发，以最基本的起停、自锁、互锁、定时、计数控制，到闭环控制、数据传输等高级功能讲述PLC学习过程中，必须熟练掌握的指令系统、软件设计与开发思路。

最后通过组态软件（上位机）与PLC的连接实现PLC数据的通信功能。

目前市场上PLC的种类繁多，但其应用领域、工作原理、基本结构和设计思想都基本类似，本章以国内工矿企业应用比较典型的产品—西门子S7-200系列PLC为核心展开实验，读者可以通过对该系列PLC的深入了解后，扩展对其它系列PLC的学习。

7.1 基本逻辑指令实验学习完PLC硬件系统配置，对PLC的输入输出端口和数据存储方式有了一定了解，利用基本逻辑指令实验进一步巩固PLC的逻辑控制方面的知识，理解从继电器控制系统到PLC控制系统转化的必然性。

在基本逻辑指令实验中，主要了解PLC各存储区（V、I、Q、M、S、L、SM等）空间的大小与区别；了解PLC各中变量（字、字节、字、双字）的存储方式与相互关系；了解定时器的特点和用法；了解计数器的特点和用法；了解PLC编程中的一些典型编程方法。

7.1.1 位逻辑指令启、停控制程序实验实验1. 通用双按钮（启动、停止）控制的启停控制输入端口：启动I0.0 停止I0.1输出端口：输出指示Q0.0控制说明：启动I0.0采用常开按钮，停止I0.1采用常闭按钮（通常是红色按钮，为了与工业现场应用保持一致，本文中所有独立的停止按钮都采用常闭按钮进行连接，如果实验中没有常闭按钮，请注意程序的编写），当启动I0.0闭合On时，输出Q0.0闭合并且保持，当停止I0.1按钮断开Off时，Q0.0断开且保持。

第7章习题答案1. 可编程控制器系统设计一般分为几步？答：（1）工艺分析。

（2）选择合适的PLC类型。

（3）分配I/O点。

（4）程序设计。

（5）控制柜或操作台的设计和现场施工。

（6）应用系统整体调试。

（7）编制技术文件。

2. 如何选择合适的PLC类型？答：在选择PLC机型时，主要考虑下面几点：○1功能的选择。

对于小型的PLC主要考虑I/O扩展模块、A/D与D/A模块以及指令功能（如中断、PID等）。

○2I/O点数的确定。

统计被控制系统的开关量、模拟量的I/O点数，并考虑以后的扩充（一般加上10%～20%的备用量），从而选择PLC的I/O点数和输出规格。

○3内存的估算。

用户程序所需的内存容量主要与系统的I/O点数、控制要求、程序结构长短等因素有关。

一般可按下式估算：存储容量=开关量输入点数×10+开关量输出点数×8+模拟通道数×100+定时器/计数器数量×2+通信接口个数×300+备用量。

3.题参考程序I/O分配输入输出起动按钮：I0.0 Y1：Q0.1停止按钮(常闭按钮)：I0.4 Y2：Q0.2L1按钮：I0.1 Y3：Q0.3L2按钮：I0.2 M：Q0.4L3按钮：I0.34.参考程序I/O分配输入输出起动按钮：I0.0 M1：Q0.1 停止按钮（常闭按钮）：I0.5 M2：Q0.2 负载或故障A：I0.1 M3：Q0.3负载或故障B：I0.2 M4：Q0.4负载或故障C：I0.3负载或故障D：I0.4传送带故障的情况5. PLC对安装环境有何要求？PLC的安装方法有几种？答：安装环境：PLC适用于工业现场，为了保证其工作的可靠性，延长PLC的使用寿命，安装时要注意周围环境条件：环境温度在0～55℃范围内；相对湿度在35%～85%范围内（无结霜），周围无易燃或腐蚀性气体、过量的灰尘和金属颗粒；避免过度的震动和冲击；避免太阳光的直射和水的溅射。

第七章习题与思考题答案7-1 什么是机械加工生产线它的主要组成类型及特点有哪些答：机械加工生产线：在机械产品生产过程中，对于一些加工工序较多的工件，为保证加工质量、提高生产率和降低成本，往往把加工装备按照一定的顺序依次排列，并用一些输送装置与辅助装置将他们连接成一个整体，使之能够完成工件的指定加工过程的生产作业线。

机械加工生产线由加工装备、工艺装备、传送装备、辅助装备和控制系统组成。

7-2 影响机械生产线工艺和结构方案的主要因素是什么答：影响机械生产线工艺和结构方案的主要因素：1）工件几何形状及外形尺寸；2）工件的工艺及精度要求； 3）工件材料；4）要求生产率；5）车间平面布置；6）装料高度。

7-3 简述机械加工生产线的设计内容和流程答：机械加工生产线的设计一般可分为准备工作阶段、总体方案设计阶段和结构设计阶段。

主要流程如下：1）制定生产线工艺方案，绘制工序图和加工示意图；2）拟定全线的自动化控制方案；3）确定生产线的总体布局，绘制生产线的总联系尺寸图；4）绘制生产线的工作循环周期表；5）生产线通用加工装备的选型和专用机床、组合机床的设计；6）生产线输送装置、辅助装置的选型及设计；7）液压、电气等控制系统的设计；8）编制生产线的使用说明书及维修注意事项等。

7-4 在拟定自动线工艺方案时应着重考虑哪些方面的问题如何解决这些问题答：（1）工件工艺基准选择： a、尽可能在生产线上采用统一的定位面，以利于保证加工精度，简化生产线的结构； b、尽可能采用已加工面作为定位基准；c、箱体类工件应尽可能采用“一面两销”定位方式，便于实现自动化，也容易做到全线采用统一的定位基面；d、定位基准应有利于实现多面加工，减少工件在生产线上的翻转次数，减少辅助设备数量，简化生产线构；e、在较长的生产线上加工材料较软的工件时，其定位销孔因多次定位将严重磨损，为了保证精度，可采用两套定位孔，一套用于粗加工，另一套用于精加工；或采用较深的定位孔，粗加工用定位孔的一半深度，精加工用定位孔的全部深度；f、定位基准应使夹压位置及夹紧简单可靠。