集散控制系统的自诊断技术

1．计算机控制系统由和两大部分构成。

2．数字量输入通道主要由、、等组成。

3．假设ADC0809的基准电压V REF（+）=5.12V，V REF（-）=0V，则此时它的量化单位q= mV；若输入电压V IN=3V，则输出的转换结果D=1. 12位的A/D转换器对幅度为5V的电压信号进行转换，它能分辨的最小电压变化是___mV。

4．完成一次A/D转换所需的时间称为时间。

5．写出数字控制器连续化设计的五个步骤：6．设计对速度输入的最少拍无纹波控制器时，被控对象应至少含个积分环节。

7．若被控对象的G(z)分母比分子高N阶，那么最少拍控制器的物理可实现的条件是。

8．最少拍控制器有两个主要特点：和。

9．大林算法控制的响应特点是，其响应的调节时间长短可通过改变。

10．设计串级控制系统时应把主要扰动包含在回路中。

11．三相步进电机按三相六拍方式工作，各相通电次序为。

12．集散控制系统在功能上实现了集中和分散，以适应不同类型的控制要求。

13．经常采用的软件抗干扰技术是、、和开关量软件抗干扰技术等。

2. 与采样同样时间点和时间间隔, 并由计算机输出的______ ____量被零阶保持器变换成连续____ ____信号输送到被___ ____对象。

5. 完成一次A/D转换所需的时间称为____ __时间。

6. 数字PID控制器有_____式和_____式两种控制算法。

7. 数字PID控制器参数的整定有_ __法和__ __法两种。

9. 计算机控制系统的抗干扰措施主要有_ __抗干扰、__ _抗干扰和_ _自诊断技术。

10. 集散控制系统在功能上实现了_ _集中和_ _分散, 以适应不同类型的控制要求。

11. 离散系统稳定的充要条件是系统的特征根必须全部位于Z 平面的_ _，只要有一个根在__ __，系统就不稳定，对实际系统来说，处于稳定边界也称为_ _系统。

12. 模拟化设计的关键步骤是__ __。

2. 为提高输入模拟信号的频率范围，应在A/D 转换器前加 _电路。

集散控制系统特点集散控制系统（DCS）是一种以微处理器为基础的分散型综合控制系统，DCS系统综合了计算机技术、网络通讯技术、自动控制技术、冗余及自诊断技术，采用了多层分级的结构，适用现代化生产的控制与管理需求，目前已成为工业过程控制的主流系统。

集散控制系统把计算机、仪表和电控技术融合在一起，结合相应的软件，可以实现数据自动采集、处理、工艺画面显示、参数超限报警、设备故障报警和报表打印等功能，并对主要工艺参数形成了历史趋势记录，随时查看，并设置了安全操作级别，既方便了管理，又使系统运行更加安全可靠。

其特点有：1、基于现场总线思想的I/O总线技术2、先进的冗余技术、带电插拔技术po3、完备的I/O信号处理4、基于客户/服务器应用结构5、WindowsNT平台,以太网,TCP/IP协议6、OPC服务器提供互连7、Web浏览器风格,ActiveX控件支持8、ODBC,OLE技术,实现信息,资源共享9、高性能的过程控制单元。

10、支持标准现场总线11、Internet/Intranet应用支持北京宝控科技有限公司信息中心郑重声明：宝控网()转载作品均注明出处，本网未注明出处和转载的，是出于传递更多信息之目的，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。

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1、各自技术发展的起源计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。

硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。

集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。

PLC 是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。

第一类：填空题一．填空题1．自动化控制系统按被控量的时间特性分为（连续量）和（离散量）。

2．PLC 全称为（可编程序逻辑控制器），DCS全称为( 集散控制系统)。

3．输入输出单元是（PLC）与工业过程控制现场之间的连接部件。

4．PLC的工作方式是（周期扫描方式）。

5. 冗余设计可采用（热备份）或（冷备份）。

6．MPI 接口一般的默认传输速率（187.5 ）kbps,PROFIBUS-DP接口主要用于连接（分布式）I/O,传输速率（12）Mbps.7.（授权）是使用软件的“钥匙”，只用将他安装好，软件才能正常使用。

8. 自动控制系统按照系统按结构分类，有（闭环）控制系统（开环）控制系统（复合）控制系统。

９. 自动控制系统按照闭环数目分类（单回路）控制系统（多回路）控制系统。

10. 自动控制系统的方块图由串联、（并联）、（反馈）三种基本形式组成。

11. 串行数据通信的方向性结构有三种，即( 单工)、（半双工）和（全双工）。

12. 最常用的两种多路复用技术为（频分多路复用）和（时分多路复用），其中，前者是同一时间同时传送多路信号，而后者是将一条物理信道按时间分成若干个时间片轮流分配给多个信号使用。

13. 在TCP/IP层次模型中与OSI参考模型第四层(运输层)相对应的主要协议有（TCP）和（UDP），其中后者提供无连接的不可靠传输服务。

14．局域网使用的三种典型拓朴结构是（总线型）、（环形网）、（星型网）。

15．开放系统互连参考模型OSI中，共分七个层次，其中最下面的三个层次从下到上分别是（物理层）、（数据链路层）、（网络层）。

16、每台PLC至少有一个（CPU ），它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中。

17、PLC的对外功能，主要是通过各种（I/O接口模块）与外界联系的。

18、PLC具有通信联网的功能，它使（PLC与PLC）之间、PLC与上位计算机以及其他.智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

控制系统的故障诊断与修复技术控制系统作为现代工业中不可或缺的一部分，扮演着确保生产过程稳定运行的重要角色。

然而，由于各种原因，控制系统也不可避免地会出现故障。

为了保证生产的连续性和效率，及时准确地诊断和修复控制系统的故障变得尤为重要。

本文将介绍控制系统的故障诊断与修复技术。

一、故障诊断技术故障诊断技术是通过检测、分析和判断控制系统中的各种故障，确定故障类型和位置的过程。

常用的故障诊断技术包括传统经验法、模型辅助法和数据驱动法。

1. 传统经验法传统经验法基于运维人员的经验和知识，通过观察和分析控制系统的现象、声音、温度等指标来判断故障类型。

这种方法通常适用于一些常见的故障，但对于复杂的故障往往无法提供准确的诊断结果。

2. 模型辅助法模型辅助法利用数学模型对控制系统的行为进行建模，并与实际数据进行对比，从而诊断系统中的故障。

这种方法可以提供较高的诊断准确率，但需要建立准确的数学模型，并且对系统的理解和组成有较高的要求。

3. 数据驱动法数据驱动法基于数据采集和分析，通过统计和机器学习算法从海量的数据中提取特征和规律，实现故障的诊断。

这种方法无需建立精确的系统模型，且可以处理复杂的多变量问题，因此在实际应用中被广泛采用。

二、故障修复技术故障修复技术是在确定控制系统故障后，采取相应的措施恢复系统的正常运行。

常用的故障修复技术包括手动修复、自动修复和远程修复。

1. 手动修复手动修复是指运维人员通过手动操作或更换故障部件来修复故障。

这种方法适用于一些简单的故障，但对于一些复杂的故障，手动修复可能需要更多的时间和人力成本。

2. 自动修复自动修复是指在故障发生后，控制系统能够自动检测并采取相应的措施来修复故障。

例如，系统可以自动切换备用部件或采取容错措施。

这种方法可以快速地恢复系统的正常运行，减少故障对生产造成的影响。

3. 远程修复远程修复是指运维人员通过远程操作和监控的方式来修复故障。

运维人员可以通过远程接入控制系统，查看和分析故障信息，并采取相应的措施来修复故障。

Harbin Institute of Technology控制系统故障诊断技术课程报告专业：控制科学与工程学号：15S******姓名：日期：2016.4.12控制系统故障诊断技术(FDD)，在核心上属于模式识别范畴，通过冗余控制及自诊断等思想处理系统故障，提高系统性能与可靠性。

主要环节内容包括特征提取(如量值描述、模糊描述、模型与数据结合描述等)，故障分离估计及评价决策。

其中系统的表征包括输入输出状态，参数特征，逻辑经验，通过状态观测可以判定失效的观测器。

控制系统故障诊断主要思想在于特征分析，包括信号处理，通过控制领域方法，进行诊断与容错处理。

本质上，是控制学科的一门下属学科，建立的体系要基于控制系统理论基础，系统四个部分分别是：被控对象、控制器、执行器、传感器。

重点在于传感器的故障诊断。

故障诊断本身又可以分为故障检测，只判断有无故障；与故障分离，即可以定位具体故障。

诊断方法类型包括基于数学模型及基于专家(模糊)知识两种。

体现在发展历程上，即2000年以前诊断方法主要是阈值方法，而2000年之后才逐渐引入智能化。

这一技术的目的包括提高系统鲁棒性，这种鲁棒性，并非简单的对参数变化具有的不敏感性，还包括系统自身对结构变化的自适应性；此外，另一个目的是容错性，即再系统局部发生故障时，可以有冗余部件替换掉有问题部件。

控制系统容错技术在方法上，包括1、并行冗余，主要处理控制器故障，包括串并联结构，冷热备份等等；2、鲁棒控制，需要考虑系统局部关系的完整性设计，具有多模型自适应能力；3、系统重构，指的是余度系统故障时，使系统转入新工作结构而采用的余度管理措施，称为重构。

系统重构技术充分利用系统的信号和资源，可以使系统获得更高的可靠性和生存性。

在系统发生故障时可以迅速反应，重新构建控制器，通常采用FPGA实现，达到不同阶段完成不同功能。

4、人工智能，是近来发展迅速的智能化方法，包括神经网络、模糊专家控制等。

集散控制系统的发展趋势在显示技术、半导体集成技术、网络通信技术以及计算机技术等高新技术的推动下，集散控制系统在三十多年的时间里取得了较快的发展，在集散控制系统未来的发展趋势中，集中显示、集中管理、集中操作以及分散控制仍旧是其最为主要的特点，同时会向着CIMS（计算机集成制造系统）、CIPS（计算机集成过程系统）以及FCS（现场总线控制系统）发展。

向CIPS与CIMS方向发展。

CIPS以及CIMS是工业控制系统发展的主要方向，两者的使用对象是工业生产与管理中的所有活动而并不局限在某一特定的领域。

工业生产与管理中的市场预测、原料供应、接受订货、计划生产、排序作业、过程控制到产品销售、用户反馈、产品开发以及经营管理形成动态的反馈系统并具有自组织、自诊断、自学习等能力，所以CIPS以及CIMS不仅是工业生产技术方面的变革，同时也是生产方式以及生产组织方面的变革，所以在集散控制系统向CPIS以及CIMS发展的过程中，并不是使现有生产模式实现自动化与计算机化，而是需要以新的生产组织原理为依据对现有的生产模式进行全方位的改造。

基于网络的企业信息网的出现，能够使用户通过网络浏览的方式对企业内部网的WEB服务器或者外部服务器进行访问，有助于使企业中所有的系统在网络下得到协调并有利于推动信息的交流与共享，企业信息网可以通过高速光纤通信网以及多类标准通信接口的采用与其他企业的计算机系统通信，也可以通过微波卫星的采用与总公司进行远程通信，而防火墙的应用能够保证系统本身的安全。

向FCS方向发展。

传统集散控制系统的分散控制需要以分散的过程控制装置为基础进行监理。

执行器以及现场变送器与过程控制装置之间的单向数据传输需要依靠4—20mA的模拟信号，数字量与模拟量的转换、各类控制规律的计算都必须在过程控制装置中完成，所以传输过程中的效率较低并且能够传输的量也较少，同时在安装上也要面临较大的工作量。

在现场仪表的数字化以及智能化发展中，现场总线的标准化工作与现场总线设备的开发为集散控制系统的控制工作在执行器以及现场变送器内的完成提供了可行性。