《PLC及其应用》思考题与习题(参考答案)
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1.1简述可编程控制器的产生背景和发展历程。
答：20世纪60年代末，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位。当时这种大规模生产线的控制大多是采用继电器控制系统控制，存在体积大、可靠性低、耗电多、查找和排除故障困难、改变生产程序非常困难，特别是其接线复杂、对生产工艺变化的适应性差等缺点。1968年GM公司希望能有一种新型工业控制器，能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。提出了10项招标指标。1969年，美国数字设备公司（DEC）按照这10项指标研制出了世界上第一台可编程序逻辑控制器型号为PDP-14，用它来代替传统的继电器控制系统。在美国通用汽车公司生产线上应用并取得了成功，从此开创了可编程序逻辑控制器的时代。
回顾可编程控制器的发展过程，大致可划分为4个阶段。
从1969年到20世纪70年代中期。这一阶段可编程控制器主要用于逻辑运算和计时、计数运算，其中央处理器（CPU）由中小规模数字集成电路组成，存储器为磁芯存储器，控制功能比较简单。
20世纪70年代中期到80年代初期。CPU采用微处理器，存储器采用半导体存储器，不仅整机的体积减小，而且数据处理能力获得很大提高，增加了数据运算、传送、比较等功能，实现了对模拟量的控制。
20世纪80年代初期到90年代初期。由于16位、32位微处理器的出现和应用，PLC向大规模、高速度、高性能和网络化方向发展，形成了多种系列化产品，出现了结构紧凑、功能强大、性能价格比高的新一代产品，并出现多种不同性能的分布式网络系统.
20世纪90年代至今。这一阶段PLC继续得到快速发展，系统在网络通信、设备冗余等方面都有了长足的进步，成为一种功能强大的、成熟的控制系统。同时，通信从各厂家的自成系统逐步向开放的、统一的和通用的标准网络结构发展。 《PLC及其应用》思考题与习题(参考答案)
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思 考 题
第一章现场总线概述作业
1、简述现场总线的特点和优点
解：结构特点：
基础性；灵活性；易用性；分散性；经济性
技术特点：
开放性；.全数字化；.双向通信；.互可操作性与互用性 ；现场设备的智能化与功能自治性；系统结构的高度分散性 ；对现场环境的适应性
2、简述企业网络信息集成系统的基本层次结构
解：统一的企业网络信息集成系统应具有三层结构，从底向上依次是：过程控制层(PCS)、制造执行层(MES)、企业资源规划层(ERP)
过程控制层
依照现场总线的协议标准，智能设备采用功能块的结构，通过组态设计，完成数据采集、A/D转换、数字滤波、温度压力补偿、PID控制等功能。智能转换模块对传统检测仪表的电流电压进行数字转换和补偿。
制造执行层
从现场设备中获取数据，完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，还包括控制组态的设计和下装。
企业资源规划层
在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系统。
1.首先将中间监控层的数据库中的信息转入上层关系数据库中，使远程用户能通过浏览器查询网络运行状态，对生产过程进行实时的远程监控；
2.对数据进行进一步的分析和整理，为相关的各种管理、经营决策提供支持，实现管控一体化
3、计算机控制系统的发展经历了哪几个阶段？各有何特点？
解：1）、数据采集与处理：计算机并不直接参与控制，对生产过程不会产生直接影响，能对整个生产过程进行集中监视，可进行越限报警，可以得到大量统计数据。
2）、直接数字控制系统（DDC）：由计算机参与闭环控制过程，无需模拟控制器，控制系统有一个功能较齐全的运行操作台，设定、显示、报警等集中在这个控制台上，操作方便，由于计算机与过程装置之前的双向信号流动的是通过硬性物连接装置来实现的，其中流动的信号都是电气信号，因此计算机不可能与现场装置离得太远，所以每台计算机所控制和管理的过程装置数量很少，多数情况下应用- 2 -
第1章 过程控制系统概述
习题与思考题
1.1 什么是过程控制系统，它有那些特点？
1.2 过程控制的目的有那些？
1.3 过程控制系统由哪些环节组成的，各有什么作用？过程控制系统有那些分类方
法？ 1.4 图1.11是一反应器温度控制系统示意图。A、B两种物料进入反应器进行反应，
通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器的温度保持不变。试画出该温度控制系统的方
框图，并指出该控制系统中的被控过程、被控参数、控制参数及可能影响被控参数变化的扰
动有哪些？ 1.5 锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。水位过高，会使蒸汽带液，降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损
坏后续设备；而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。因此，必须对
汽包水位进行严格控制。图1.12是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求： 1）画出该控制系统方框图。
2）指出该控制系统中的被控过程、被控参数、控制参数和扰动参数各是什么。 3）当蒸汽负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制的。
图1.11 反应器温度控制系统ABTTTC
冷却水汽包
加热室LTLC
V-1蒸汽
图1.12 锅炉汽包水位控制示意图 1.6 评价过程控制系统的衰减振荡过渡过程的品质指标有那些？有那些因素影响这些
指标？ 1.7 为什么说研究过程控制系统的动态特性比研究其静态特性更意义？ 1.8 某反应器工艺规定操作温度为80010℃。为确保生产安全，控制中温度最高不得超过850℃。现运行的温度控制系统在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图1.13所示。 1）分别求出稳态误差、衰减比和过渡过程时间。
2）说明此温度控制系统是否已满足工艺要求。
800805810845T/℃
2025t/min图1.13 某反应器温度控制系统过渡过程曲线 1.9 简述过程控制技术的发展。
1.10 过程控制系统与运动控制系统有何区别？过程控制的任务是什么？设计过程
1、列举4种以上热工参数
答：温度、压力、流量、液位、成分、物性
2、单回路控制系统方框图（构成）
3、工业生产对过程控制的要求（简答）
答：安全性:确保生产过程中人身与设备安全,保护或减少生产过程对环境的影响。
稳定性:具有抑制外部干扰、保持生产过程长期稳定运行的能力。
经济性：实现效益最大化或成本最小化。
4、过程控制系统的组成 (广义和常规定义)
答：
广义对象:检测元件、变送器、执行器和被控对象
5．控变量/受控变量/过程变量（Controlled Variable - CV, Process Variable
- PV）、
设定值/给定值 (Setpoint - SP, Setpoint Value - SV )、
操纵变量/操作变(ManipulatedVariable, MV)
扰动/扰动变量 (Disturbance
Variable，DV) 控制器Gc (s)执行器Gv (s)控制通道Gp (s)测量变送Gm (s)设定值ysp偏差 e+_控制变量u操纵变量q被控变量y测量值ym扰动 D干扰通道GD (s)++被控对象测量/测量信号 (Measurement )
控制/控制信号/控制变量（Control Variable ）
6、干扰和扰动的概念
答：干扰（扰动）：除操纵变量以外，作用于对象并能引起被控
变量变化的因素，称为干扰或扰动。
7、过程控制系统按结构如何分类（画出结构图）
答：反馈控制系统
前馈控制系统
前馈-反馈控制系统
7、按设定值如何分类
答：定值控制系统：设定值固定不变或在规定的小范围内变化
随动控制系统：设定值随时间任意变化
程序控制系统：设定值按预定的时间程序变化，也称为顺序控制系统
