分布式控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的評(píng)估.ppt

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分布式控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的評(píng)價(jià) 3分布式控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的評(píng)價(jià) 3 1分布式控制系統(tǒng)的可靠性3 2分布式控制系統(tǒng)的易操作性3 3分布式控制系統(tǒng)的可組態(tài)性3 4分布式控制系統(tǒng)的可擴(kuò)展性3 5分布式控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性3 6分布式控制系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性3 7分布式控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性 3 1分布式控制系統(tǒng)的可靠性 3 1 1可靠性一 可靠性機(jī)器 零件或系統(tǒng)在規(guī)定的工作條件下 在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)具有正常工作性能的能力 廣義可靠性和狹義可靠性 狹義可靠性 一次性使用的機(jī)器 零件或系統(tǒng)的使用壽命 廣義可靠性 可修復(fù)的機(jī)器 零件或系統(tǒng) 在使用中不發(fā)生故障 一旦發(fā)生故障又易修復(fù) 使之具有經(jīng)常使用的性能 包含可維修性 二 衡量可靠性的指標(biāo) 1 可靠度 2 平均故障時(shí)間MTBF MeanTimeBetweenFailure 3 到發(fā)生故障的平均時(shí)間MTTF MeanTimeToFailure 4 瞬時(shí) 故障率FR FailureRate 1 可靠度 機(jī)器 零件或系統(tǒng) 從開(kāi)始工作起 在規(guī)定的工作條件下的工藝周期內(nèi) 達(dá)到所規(guī)定的性能 也是無(wú)故障正常工作的概率 下面分兩種類型的機(jī)器 零件或系統(tǒng)設(shè)置指標(biāo) 2 平均故障時(shí)間 MTBF 可以邊修理邊使用的機(jī)器 零件或系統(tǒng) 相臨故障時(shí)間的正常時(shí)間的平均值 3 到發(fā)生故障的平均時(shí)間 MTTF 不能修理的機(jī)器 零件或系統(tǒng) 至發(fā)生故障為止的工作時(shí)間的平均值 4 故障率 通常指瞬時(shí)故障率 能工作到某個(gè)時(shí)間的機(jī)器 零件或系統(tǒng) 在連續(xù)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的比率 又稱失效率或風(fēng)險(xiǎn)率 3 1 2提高可靠性的途徑 從可靠性設(shè)計(jì)和維修性兩個(gè)方面考慮 一 可靠性設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 1 有效地利用以前的經(jīng)驗(yàn) 2 盡可能減少零件數(shù) 3 采用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品 4 檢查 調(diào)試及互換容易實(shí)現(xiàn) 5 零件互換性好 6 可靠性特殊設(shè)計(jì)方法 二 提高分布式系統(tǒng)硬件可靠性的措施 1 冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) RedundantStructure 冗余方式 同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式 待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式后退運(yùn)轉(zhuǎn)方式 多級(jí)操作方式 同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式 讓兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的裝置以相同的方式同步運(yùn)轉(zhuǎn) 輸入相同的信號(hào) 進(jìn)行相同的處理 然后對(duì)輸出進(jìn)行比較 如果輸出保持一致則系統(tǒng)是正常運(yùn)行的 雙重冗余 三中取二 連鎖 應(yīng)用于可靠性要求極高的場(chǎng)合 待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式 采用N臺(tái)同類設(shè)備 采用一臺(tái)后備設(shè)備 平時(shí)后備設(shè)備處于準(zhǔn)備狀態(tài) 一旦N臺(tái)設(shè)備中某一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障 能啟動(dòng)后備設(shè)備使其運(yùn)轉(zhuǎn) 1 1備用系統(tǒng) N 1備用系統(tǒng)熱后備系統(tǒng) 指揮裝置 后退運(yùn)轉(zhuǎn)方式 正常時(shí) N臺(tái)設(shè)備各自分擔(dān)各自功能進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn) 當(dāng)其中一臺(tái)設(shè)備損壞時(shí) 其余設(shè)備放棄部分不重要的功能 以此來(lái)完成損害設(shè)備的功能 典型 CRT和操作站 第一臺(tái)監(jiān)視 第二臺(tái)操作 第三臺(tái)報(bào)警 多級(jí)操作方式 縱向冗余的方法 正常操作是從上一層進(jìn)行的 如該層故障則由下一策動(dòng)能夠完成 這樣逐步向下形成對(duì)最終元件執(zhí)行器的控制 例如 功能模塊設(shè)有手動(dòng) 自動(dòng)切換開(kāi)關(guān) 按冗余部件 裝置或系統(tǒng)的工作狀態(tài) 可分為工作冗余 熱備用 和后備冗余 冷備用 兩類 越是處于下層的部件 裝置或系統(tǒng)越需要冗余 而且冗余度越高 供電系統(tǒng)的冗余 外部雙重化供電 內(nèi)部大容量電池供電保護(hù)數(shù)據(jù) 過(guò)程控制裝置的冗余 裝置冗余 n 1 和CPU冗余 雙重化冗余 熱后備方式 通信系統(tǒng)的冗余 雙重化冗余 智能變送器 數(shù)據(jù)通信采用現(xiàn)場(chǎng)總線 操作站的冗余 2 3臺(tái)操作站并聯(lián)運(yùn)行 組成雙重化冗余或 2 3 表決系統(tǒng)冗余 系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)的插卡部件的冗余以及上位機(jī)冗余等 冗余設(shè)計(jì)是以投入相同的裝置 部件為代價(jià)來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性 2 不易發(fā)生故障的硬件設(shè)計(jì) 為了提高使用壽命 從下面幾個(gè)方面考慮硬件是設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的選型 運(yùn)動(dòng)部件 由于電子元器件的使用壽命比機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命長(zhǎng) 因此 運(yùn)動(dòng)不見(jiàn)的壽命就成為衡量系統(tǒng)可靠性的指標(biāo) 接插部件 卡件本身 卡件和卡件座接觸部分的設(shè)計(jì) 采用先進(jìn)的制造工藝 元器件 機(jī)械與電子器件 選用名牌生產(chǎn)廠家高性能 規(guī)格化 系列化的元器件 嚴(yán)格預(yù)處理和篩選 電路優(yōu)化設(shè)計(jì) 采用大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路芯片 盡可能減少焊點(diǎn) 采用電路優(yōu)化設(shè)計(jì) 連接線優(yōu)化布置 優(yōu)化性能的元器件 多級(jí)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3 迅速排除故障的硬件設(shè)計(jì) 為迅速排除故障 減小MTTR 除了具有足夠的備品備件以及提高維修人員技能外 在硬件設(shè)計(jì)方面采取以下措施 自診斷 硬件和軟件結(jié)合共同完成 硬件設(shè)計(jì)使系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)引起標(biāo)志為的變化 軟的設(shè)計(jì)是對(duì)檢測(cè)值與故障限值進(jìn)行比較并發(fā)出信號(hào) 硬件設(shè)計(jì) 硬件機(jī)械部件和電子部件的設(shè)計(jì)應(yīng)易檢修 更換 不易發(fā)生故障 專用診斷檢修設(shè)備 為便于診斷和檢修 大多數(shù)分布式控制系統(tǒng)廠家制造專用設(shè)備 用于在線和離線檢查和修理 甚至可以進(jìn)行仿真運(yùn)行 售后服務(wù)和備品備件 人員培訓(xùn) 售后維修 升級(jí)及備品備件的服務(wù) 三 提高分布式系統(tǒng)軟件可靠性的措施 1 分散結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)把整體的軟件設(shè)計(jì)分散成各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 各自獨(dú)立 共享資源 不僅有利于設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展 也有利于軟件的調(diào)試 如把整體設(shè)計(jì)分為控制器模件 歷史數(shù)據(jù)模件 打印模件 報(bào)警事件模件等子系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 2 容錯(cuò)技術(shù)在設(shè)計(jì)軟件時(shí) 對(duì)操作人員的誤操作不予響應(yīng) 即如不按設(shè)計(jì)順序則軟件不會(huì)去輸出操作指令 或者輸出提示操作出錯(cuò)的信息 3 標(biāo)準(zhǔn)化采用標(biāo)準(zhǔn)化的軟件可以提高軟件運(yùn)行的可靠性 還為其他軟件公司的軟件移植 應(yīng)用提供條件 3 2分布式控制系統(tǒng)的易操作性 分布式控制系統(tǒng)的操作包括生產(chǎn)過(guò)程操作 組態(tài)和編程操作以及維護(hù)修理操作 操作透明度 操作信息和更新速度易操作性 方便地達(dá)到所需要的操作 不易發(fā)生誤操作容錯(cuò)技術(shù) 發(fā)生誤操作時(shí)不影響正常運(yùn)行安全性 進(jìn)入相應(yīng)操作環(huán)境的安全許可措施 一 操作透明度 操作透明度 生產(chǎn)過(guò)程的操作信息是否清晰地為操作員所接受和理解 并被應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程的操作中去的能力 有實(shí)感的理解過(guò)程 真實(shí) 形象 檢測(cè)儀表使用初期 控制儀表 集散控制系統(tǒng)的面板和顯示畫(huà)面 二 易操作性 易操作性 分布式系統(tǒng)所提供的操作環(huán)境容易為操作員所接受 并根據(jù)提供的信息對(duì)生產(chǎn)的全過(guò)程進(jìn)行操作 一 操作環(huán)境 舒適地進(jìn)行工作 為操作員提供的數(shù)據(jù) 狀態(tài)等信息要易于辨認(rèn) 報(bào)警或事件發(fā)生的信息能引起操作員的注意 為長(zhǎng)期工作在這樣的環(huán)境不使操作員感到疲勞 開(kāi)關(guān)和安裝要便于操作 使操作員能以最快的速度達(dá)到所需要的操作要 涉及宜人學(xué) 系統(tǒng)的組態(tài) 結(jié)構(gòu)方面的知識(shí) 宜人學(xué) 宜人學(xué) 也叫人機(jī)工程學(xué) 是 人體科學(xué) 與 工程技術(shù) 的結(jié)合 是研究 人 機(jī) 環(huán)境 系統(tǒng)中人 機(jī) 環(huán)境三大要素之間的關(guān)系和相互作用的規(guī)律 為解決和優(yōu)化系統(tǒng)中人的效能 健康等問(wèn)題提供理論與方法的一門(mén)新興邊緣科學(xué) 人機(jī)工程學(xué)的基本理論是 產(chǎn)品設(shè)計(jì)要適合人的生理 心理因素 操作臺(tái)適宜的尺寸 二 操作功能 分布式控制系統(tǒng)的操作功能主要通過(guò)運(yùn)行員站實(shí)施 從易操作性來(lái)分析操作功能的實(shí)施 其判別準(zhǔn)則是 如何獲得所需信息經(jīng)過(guò)多少項(xiàng)操作達(dá)到能提供信息的畫(huà)面如何對(duì)過(guò)程實(shí)施操作 1 顯示功能 顯示畫(huà)面 過(guò)程操作畫(huà)面 概貌畫(huà)面 過(guò)程畫(huà)面 組畫(huà)面 回路畫(huà)面 歷史趨勢(shì)畫(huà)面 報(bào)警畫(huà)面等 維修和組態(tài)畫(huà)面 系統(tǒng)維修 系統(tǒng)組態(tài) 回路組態(tài) 報(bào)警組態(tài) 趨勢(shì)組態(tài)等 過(guò)程之間相互耦合過(guò)程操作畫(huà)面的切換減少工作量 提高可靠性 減少過(guò)程操作畫(huà)面的切換操作切換畫(huà)面的方法 固定鍵 動(dòng)態(tài)鍵 下拉菜單 畫(huà)面編號(hào) 頁(yè)面切換等評(píng)價(jià)過(guò)程顯示功能的優(yōu)劣 畫(huà)面顯示全面 切換方法簡(jiǎn)易 調(diào)用的快捷性 2 過(guò)程監(jiān)視功能 運(yùn)行人員對(duì)全過(guò)程的被控變量 控制 監(jiān)視 有全面的監(jiān)視 掌握設(shè)備的開(kāi)停等信息 概貌顯示畫(huà)面 過(guò)程變量的位號(hào) 過(guò)程變量與設(shè)定值的偏差 過(guò)程變量的棒圖 報(bào)警限值 報(bào)警信息等 運(yùn)行人員定性了解過(guò)程變量是否超過(guò)它的規(guī)定值 與極限值的偏離程度評(píng)價(jià) 根據(jù)系統(tǒng)提供的概貌畫(huà)面 運(yùn)行人員的要求 畫(huà)面提供的信息等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià) 3 操作功能 分布式控制系統(tǒng)的操作 過(guò)程操作 組態(tài)操作 和維修操作 過(guò)程操作 對(duì)控制回路的操作 對(duì)各控制點(diǎn)的操作控制回路的操作 控制方式 設(shè)定值 手動(dòng)輸出值 報(bào)警限制值 控制器作用方式 調(diào)整參數(shù)等 控制點(diǎn)的操作 設(shè)備的開(kāi)停 正反轉(zhuǎn) 控制方式 連鎖狀態(tài) 報(bào)警限制等 評(píng)價(jià) 專用鍵的多少 動(dòng)態(tài)鍵能否使用 調(diào)整參數(shù)是否方便 組態(tài)操作 為系統(tǒng) 回路 報(bào)警等組態(tài)時(shí)進(jìn)行的操作 有離線組態(tài)和在線組態(tài)之分 離線組態(tài)有利于和安裝時(shí)間同步進(jìn)行 可縮短投產(chǎn)時(shí)間 在線組態(tài)不影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行 進(jìn)行貴路結(jié)構(gòu)等的改動(dòng) 評(píng)價(jià)組態(tài)操作 組態(tài)軟件 組態(tài)工具 編程語(yǔ)言 圖形編輯方式 工作的難易 快慢 維修操作主要是畫(huà)面的調(diào)用 分級(jí)畫(huà)面顯示 進(jìn)行故障定位 讀取硬件配置的有關(guān)參數(shù) 評(píng)價(jià) 顯示畫(huà)面的內(nèi)容是否有利于維修定位 三 容錯(cuò)技術(shù) 注意區(qū)別提高易操作性的容錯(cuò)技術(shù)與提高可靠性的容錯(cuò)技術(shù)前者 系統(tǒng)在正常運(yùn)行中由于誤操作時(shí) 系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行 后者 系統(tǒng)中某部分發(fā)生故障時(shí) 系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行或降級(jí)運(yùn)行 1 多重確認(rèn)對(duì)于重要操作步驟 采用雙重或多重確認(rèn) 對(duì)操作環(huán)境設(shè)置口令 Password 2 硬件保護(hù) 電路 安裝接線和調(diào)試或者誤操作 把高電平的電源線引入接線板 如果沒(méi)有硬件保護(hù) 就會(huì)引起輸入單元或過(guò)程控制裝置損壞 對(duì)于可能引起誤動(dòng)作的各類電磁干擾也要采取硬件和軟件的保護(hù)措施 3 不予響應(yīng)軟件編制時(shí) 采用不予響應(yīng)的方法防止誤操作影響生產(chǎn)運(yùn)行 對(duì)于誤操作 如按動(dòng)與操作無(wú)關(guān)的鍵時(shí) 不發(fā)生操作指令或者在顯示的警告區(qū)提示和發(fā)出警告聲響 4 分工管理對(duì)于多個(gè)運(yùn)行員站 給予各運(yùn)行員站不同的分工范圍 每個(gè)運(yùn)行員站只對(duì)所管轄的生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施過(guò)程操作 對(duì)非管轄范圍只有監(jiān)視和顯示功能 5 數(shù)據(jù)保護(hù)采用存取控制和數(shù)據(jù)變換的方法來(lái)防止非法手段存取和修改數(shù)據(jù) 分布式控制系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù) 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù) 存取控制是用存取矩陣的方法 控制用戶對(duì)共享數(shù)據(jù)的存取 防止非法盜取或更改數(shù)據(jù) 存取矩陣 一個(gè)存取矩陣可以被看作一個(gè)狀態(tài) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換需要一定的權(quán)限 數(shù)據(jù)變換則用變換的方法 把數(shù)據(jù)進(jìn)行變換 使合法用戶才能讀到數(shù)據(jù) 普通用戶所讀到的數(shù)據(jù)并不是真實(shí)值 二者之間存在一定轉(zhuǎn)換的關(guān)系 例如 函數(shù)關(guān)系 碼制關(guān)系等 四 安全性 防止非法操作 非法存取所采取的措施 1 用戶識(shí)別和確認(rèn) 2 通信網(wǎng)絡(luò)的安全 1 用戶識(shí)別和確認(rèn)硬件密鑰 口令 通行字 用戶的語(yǔ)言 指紋 2 網(wǎng)絡(luò)的安全性網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)保護(hù)方法 數(shù)據(jù)加密分組交換 3 3分布式控制系統(tǒng)的可組態(tài)性 3 3 1組態(tài)3 3 2組態(tài)語(yǔ)言 3 3 1組態(tài) 組態(tài) 的概念最早來(lái)自英文configuration 含義是使用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置 達(dá)到使計(jì)算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置 自動(dòng)執(zhí)行待定任務(wù) 滿足使用者要求的目的 也就是通過(guò)軟件采用非編程的操作方式 進(jìn)行參數(shù)填寫(xiě) 圖形連接和文件生成等 使得軟件乃至整個(gè)系統(tǒng)具有某種指定的功能 分布式控制系統(tǒng)的組態(tài) 系統(tǒng)組態(tài) 組成系統(tǒng)的各設(shè)備間的連接畫(huà)面組態(tài) 操作站的各種畫(huà)面 畫(huà)面間連接控制組態(tài) 完成各控制器 過(guò)程控制裝置結(jié)構(gòu)連接 參數(shù)設(shè)置等 一 功能塊或算法 功能塊或算法是控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的基本單元 1 組成 功能塊是由分布式系統(tǒng)制造商提供的系統(tǒng)應(yīng)用程序 由不同需功能的子程序組成 主要包括結(jié)構(gòu)參數(shù) 設(shè)置參數(shù)和可調(diào)整參數(shù) 從可組態(tài)性的要求出發(fā) 功能塊的參數(shù)應(yīng)具有易設(shè)置 易調(diào)整的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)參數(shù) 功能參數(shù) 子功能 不同數(shù)據(jù)類型 多輸入信號(hào) 充分利用內(nèi)存 減少消耗 連接參數(shù) 功能參數(shù)與外部的連接 軟連接設(shè)置參數(shù) 系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)和用戶設(shè)置參數(shù)可調(diào)整參數(shù) 運(yùn)行元可調(diào)參數(shù)和工程師可調(diào)參數(shù) 2 信息的輸入方法 功能表格 機(jī)器碼 助記符 菜單功能圖法 填表發(fā) 建立數(shù)據(jù)庫(kù)編制程序法 高級(jí) 編程語(yǔ)言 計(jì)算模塊 3 根據(jù)可組態(tài)性判斷功能塊的質(zhì)量 靈活性 功能塊代替儀表的部分功能滿足過(guò)程控制的要求 專用功能塊 功能參數(shù)的設(shè)置 靈活組合成各種功能 實(shí)施功能塊組態(tài)方便 提示信息 參數(shù)默認(rèn)值 自動(dòng)建立連接參數(shù) 維修和調(diào)試 軟接線方式 檢查模塊運(yùn)行情況 先進(jìn)性 采用分布式控制系統(tǒng)的目的就是提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平 對(duì)于先進(jìn)的控制算法 采用儀表時(shí)投資較大的計(jì)算指標(biāo)的控制算法 功能塊能否實(shí)現(xiàn) 完善性 適應(yīng)常規(guī)控制 順序控制 批量控制的要求設(shè)置專用功能模塊 擴(kuò)大功能 簡(jiǎn)化組態(tài)操作 4 功能塊按功能劃分 輸入與輸出類模塊 按信號(hào)的類型 模擬量 數(shù)字量 脈沖量輸入功能塊 預(yù)處理 數(shù)字濾波 線性化 開(kāi)方處理 工程單位轉(zhuǎn)換 報(bào)警界限比較 超限報(bào)警 事故報(bào)警信號(hào)故障報(bào)警 輸出功能塊 自動(dòng)切換 手動(dòng)信號(hào)輸出 控制方式選擇 輸出信號(hào)限值比較 超限報(bào)警及手自動(dòng)切換時(shí)的跟蹤處理 控制算法類功能模塊 常規(guī)控制算法和高級(jí)控制算法P I D及其組合 改進(jìn)超前滯后控制算法開(kāi)關(guān)控制算法自整定PID控制算法純滯后的Smith預(yù)估控制算法預(yù)測(cè)控制算法 運(yùn)算類 數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算 順序功能模塊 比較模塊 信號(hào)發(fā)生類 階躍 斜波 正弦 方波 非線性轉(zhuǎn)換類整形 延時(shí)脈沖記數(shù) 方波信號(hào)用于信號(hào)翻轉(zhuǎn) 數(shù)據(jù)集 dataset 的傳送 信號(hào)選擇和狀態(tài)類功能塊信號(hào)的多路切換 多路開(kāi)關(guān) 信號(hào)的高 低限以及報(bào)警狀態(tài)其它 時(shí)鐘同步模塊打印模塊報(bào)表顯示模塊 二 過(guò)程顯示畫(huà)面 過(guò)程顯示畫(huà)面是操作站顯示屏所顯示的畫(huà)面 包括系統(tǒng)畫(huà)面和過(guò)程操作畫(huà)面 系統(tǒng)畫(huà)面 用于系統(tǒng)維護(hù) 通常由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 通信網(wǎng)絡(luò)和各組成設(shè)備及運(yùn)行狀態(tài)等信息組成 過(guò)程操作畫(huà)面 用戶過(guò)程畫(huà)面 概貌畫(huà)面 儀表面板畫(huà)面 檢測(cè)和控制點(diǎn)畫(huà)面 趨勢(shì)畫(huà)面和各種畫(huà)面一覽表 報(bào)警與事件一覽表等 顯示畫(huà)面的組態(tài) 用戶過(guò)程畫(huà)面的分頁(yè)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)畫(huà)面的繪制及合成各畫(huà)面間的連接等從可組態(tài)性的觀點(diǎn)來(lái)看 分頁(yè)少有利于減少組態(tài)工作量 但從可操作性看 過(guò)多的設(shè)備和變量顯示集中在一幅畫(huà)面 容易造成操作的失誤 用戶過(guò)程畫(huà)面的組態(tài) 用過(guò)程顯示圖形符號(hào)和數(shù)據(jù)顯示組合的工作 是操作員與計(jì)算機(jī)聯(lián)系的界面 標(biāo)準(zhǔn)化 圖形標(biāo)準(zhǔn)化 圖庫(kù)協(xié)調(diào)性 排列位置 尺寸大小 顏色分配 數(shù)據(jù)顯示刷新速率等內(nèi)容的協(xié)調(diào) 操作靈活性 動(dòng) 靜態(tài)畫(huà)面繪制合成 畫(huà)面編輯 畫(huà)面調(diào)用直觀性 顏色填充 棒圖升降等直觀顯示變化趨勢(shì)的方法 3 3 2組態(tài)語(yǔ)言 1 功能塊語(yǔ)言 功能塊語(yǔ)言相當(dāng)于單元組合儀表所實(shí)現(xiàn)的功能 通常是個(gè)子程序 用戶根據(jù)集散系統(tǒng)制造廠商所提供個(gè)組態(tài)手冊(cè) 填寫(xiě)控制框圖和有關(guān)參數(shù) 然后通過(guò)軟件連接把相應(yīng)的功能塊連接起來(lái) 兩種類型 小功能塊語(yǔ)言和大功能塊語(yǔ)言 2 面向問(wèn)題的語(yǔ)言 面向問(wèn)題的語(yǔ)言是由制造廠商在集散控制系統(tǒng)軟件中設(shè)計(jì)了一系列的問(wèn)題 用戶根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的要求 對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行回答 并完成相應(yīng)組態(tài)的語(yǔ)言 面向問(wèn)題的語(yǔ)言主要包括填表式語(yǔ)言和指令集的批量處理語(yǔ)言等 3 高級(jí)語(yǔ)言 高級(jí)語(yǔ)言作為組態(tài)語(yǔ)言主要用于分布式控制系統(tǒng)提供的組態(tài)語(yǔ)言不能實(shí)施某些功能的場(chǎng)合 分布式系統(tǒng)制造廠商為了讓第三方的軟件能在其產(chǎn)品中得到應(yīng)用 使系統(tǒng)真正開(kāi)放 完成了高級(jí)語(yǔ)言的接口軟件 對(duì)于分布式系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估 是否具有高級(jí)語(yǔ)言編程是一個(gè)重要指標(biāo) 3 4分布式控制系統(tǒng)的可擴(kuò)展性 一 可擴(kuò)展性的含義 1 可以增加輸入 輸出模塊 2 通過(guò)通信系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系 方便地增加設(shè)備或者刪除設(shè)備 3 通信網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展延伸 4 全開(kāi)放的結(jié)構(gòu) 允許符合開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)協(xié)議的其他廠家的集散系統(tǒng)與之通信 二 從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析可擴(kuò)展性 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有總線型 星型 環(huán)型等 總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)有中繼節(jié)點(diǎn) 信道是共享的 任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間均可通信 網(wǎng)絡(luò)接口比較簡(jiǎn)單 增刪節(jié)點(diǎn)十分方便 從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō) 容易滿足系統(tǒng)的可擴(kuò)展性 實(shí)時(shí)性較好 三 通信網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展 通信網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展有兩種情況 同類型通信網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展 網(wǎng)橋不同類型通信網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展 網(wǎng)間連接器從通信協(xié)議上看 他們應(yīng)符合網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議IP 選擇分布式控制系統(tǒng)時(shí)要了解所選系統(tǒng)是否是開(kāi)放式系統(tǒng) 符合什么通信協(xié)議等 同類型或不同類型的通信網(wǎng)絡(luò)可以組合成符合型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) a星型 總線型 b總線 總線型 c星型 星型 d總線 環(huán)型 物理環(huán) a星型 總線型 b總線 總線型 c星型 星型 d總線 環(huán)型 3 5分布式控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性 實(shí)時(shí)性的定義 真實(shí) 及時(shí) 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性主要與通信速率 媒體存取控制 減小無(wú)效通信率 實(shí)時(shí)控制的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和多任務(wù)應(yīng)用等因素有關(guān) 一 通信速率 在分布式控制系統(tǒng)中 基本的控制運(yùn)算 顯示和管理任務(wù)都在分散過(guò)程控制裝置 操作站等完成 在通信網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男畔⒅饕菂f(xié)調(diào)控制 集中管理的一些信息 通信量不算大 但在控制過(guò)程中 通信的實(shí)時(shí)性主要表現(xiàn)在通信負(fù)荷的不確定性 即操作過(guò)程正常時(shí) 通信量小 一旦不正常 量反而大 只有較高的通信速率才能滿足實(shí)時(shí)性的要求 與通信速率有關(guān)的因素 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通信媒體網(wǎng)絡(luò)接口的傳送速率存取控制通信管理方法傳送距離 二 媒體存取控制 介質(zhì)存取控制 媒體存取控制 節(jié)點(diǎn)在向通信媒體存信息或者從通信媒體取信息時(shí)的控制規(guī)則 存取控制的目的 保證通信能正確快捷地進(jìn)行 在分布式控制系統(tǒng)中 采用的媒體存取控制方式 總線型CSMA CD 令牌總線以及令牌環(huán)媒體存取控制方式等 實(shí)時(shí)性的措施 1 對(duì)于總線網(wǎng)絡(luò)的主從存取控制方式中 可以采用請(qǐng)求選擇點(diǎn) 點(diǎn)名探詢法以及它們的結(jié)合方法 如優(yōu)先存取 周期探詢及限定每次通信時(shí)間的方法 2 對(duì)于總線上掛接的各節(jié)點(diǎn)地位平等的系統(tǒng) 常采用時(shí)間片存取控制的方式 為保證各接點(diǎn)控制的實(shí)時(shí)性 限制每個(gè)節(jié)點(diǎn)取得的時(shí)間長(zhǎng)度 限制總時(shí)間周期的長(zhǎng)度 3 對(duì)于環(huán)形網(wǎng)絡(luò) 不論是物理環(huán)還是邏輯環(huán) 都采用令牌存取控制 這種存取控制保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)都不會(huì)失去通信機(jī)會(huì) 加上限制每站的通信時(shí)間 可以設(shè)置優(yōu)先等級(jí)等 使通信的實(shí)時(shí)性得到保證 4 采用總線的CSMA CD存取控制方式時(shí) 由于在低 中負(fù)荷時(shí) CSMA CD存取控制具有較好的實(shí)時(shí)性 因此 常采用降低節(jié)點(diǎn)數(shù)的方法 三 減小無(wú)效通信量 無(wú)效數(shù)據(jù)包括正式通信前的呼叫 應(yīng)答 通信后的回答 數(shù)據(jù)的包裝以及過(guò)程中的為發(fā)生變化的數(shù)據(jù)等 1 采用例外報(bào)告是提高分布式控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的有效途徑 2 減小無(wú)效通信量的另一個(gè)途徑是對(duì)數(shù)據(jù)的包裝上 包括減小通信層及改進(jìn)通信協(xié)議等 3 為了使通信前的呼叫 應(yīng)答等無(wú)效數(shù)據(jù)傳輸量減少 采用廣播式通信方式是有效的途徑 四 實(shí)時(shí)控制的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和多任務(wù)控制軟件 1 采用分布式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)式提高實(shí)時(shí)性的一種方法 從數(shù)據(jù)存放的方式來(lái)分 1 集中式 2 復(fù)制式 3 分布式 1 集中式數(shù)據(jù)庫(kù) 把數(shù)據(jù)集中在某一點(diǎn)上 它的儲(chǔ)存代價(jià)小 修改方便 但危險(xiǎn)集中 它要有良好的通信支持才能使通信網(wǎng)絡(luò)上所有的節(jié)點(diǎn)都能共享該節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)資源 當(dāng)通信量大時(shí)會(huì)造成瓶頸 2 復(fù)制式數(shù)據(jù)庫(kù) 在網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)均復(fù)制系統(tǒng)的完整數(shù)據(jù)庫(kù) 它的可靠性高 檢索方便 但修改數(shù)據(jù) 保持同步 使數(shù)據(jù)庫(kù)一致等都比較復(fù)雜 且代價(jià)較高 在冗余系統(tǒng)中才有采用 3 分布式數(shù)據(jù)庫(kù)是一組數(shù)據(jù)在邏輯上屬于同一系統(tǒng) 在物理上則分散在通信網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點(diǎn)上 由于在各節(jié)點(diǎn)上建立了分布式數(shù)據(jù)庫(kù) 在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)可以為其他站共享 也作為自治的專用數(shù)據(jù)資源 這樣就可以大大減少在通信網(wǎng)絡(luò)中傳送的消息量 提高實(shí)時(shí)性 2 在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中 采用數(shù)據(jù)目標(biāo)管理軟件 它對(duì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)目標(biāo)的存取與位置無(wú)關(guān) 大大提高了實(shí)時(shí)性 實(shí)時(shí)多任務(wù)的控制軟件采用分時(shí)的使用CPU來(lái)完成實(shí)時(shí)任務(wù) 3 6分布式控制系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性 除了可擴(kuò)展性之外 分布式控制系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性還包括對(duì)使用環(huán)境場(chǎng)所的適應(yīng)能力 包括對(duì)環(huán)境場(chǎng)所的有害氣體 溫度 濕度等因素的適應(yīng)能力以及對(duì)環(huán)境電磁干擾的適應(yīng)能力等 3 6 1抗環(huán)境干擾和侵蝕的能力 1 采用密閉的部件結(jié)構(gòu) 2 采用低功耗的元器件 加大散熱面積 3 采用風(fēng)冷 水冷措施降溫 4 減少接觸部件 加大接觸面積 5 采用薄膜式鍵盤(pán) 6 采用正壓送風(fēng) 3 6 2抗電磁干擾的能力 電磁兼容性 所謂電磁兼容性 ElectromagneticCompatibility 簡(jiǎn)稱EMC 俗稱抗電磁干擾或抗干擾 是指電子裝置在預(yù)定的工作環(huán)境下 既不受周?chē)姶艌?chǎng)的影響 也不影響周?chē)h(huán)境 不發(fā)生性能變異或誤動(dòng) 而按設(shè)計(jì)要求正常工作的能力 電磁兼容性三方面的含義 1 電磁環(huán)境應(yīng)是給定的或可預(yù)期的 2 設(shè)備 分系統(tǒng)或系統(tǒng)不應(yīng)產(chǎn)生超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范所規(guī)定的電磁干擾發(fā)射 EMI 限值的要求 電磁干擾發(fā)射就是從干擾源向外發(fā)射電磁干擾能量的現(xiàn)象 它是引起電磁干擾的原因 3 設(shè)備 分系統(tǒng)或系統(tǒng)應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范所規(guī)定的電磁敏感性 EMS 限值或抗擾度 Immunity 限值的要求 電磁干擾的情況下 設(shè)備 分系統(tǒng)或系統(tǒng)不能避免性能降低的能力 抗擾度即設(shè)備 分系統(tǒng)或系統(tǒng)面臨電磁干擾不降低運(yùn)行性能的能力 三個(gè)基本要素 1 電磁干擾源任何形式的自然現(xiàn)象或電能裝置所發(fā)射的電磁能量 能使共享同一環(huán)境的人或其他生物受到傷害 或是其他設(shè)備 分系統(tǒng)或系統(tǒng)發(fā)生電磁危害 導(dǎo)致性能降級(jí)或失效 這種自然現(xiàn)象或電能裝置即為電磁干擾源 2 耦合途徑耦合途徑即傳輸電磁干擾的通路或媒介 3 敏感設(shè)備敏感設(shè)備是指當(dāng)受到電磁干擾源所發(fā)射的電磁能量的作用時(shí) 會(huì)受到傷害的人或其它生物 以及會(huì)發(fā)生電磁危害 導(dǎo)致性能降級(jí)或失效的器件 設(shè)備 分系統(tǒng)或系統(tǒng) 許多器件 設(shè)備 分系統(tǒng)或系統(tǒng)可以既是電磁干擾源又是敏感設(shè)備 抗干擾措施 系統(tǒng)的抗電磁干擾能力 也稱為電磁兼容能力 硬件和軟件兩方面都采取一系列的措施來(lái)防止電磁干擾的影響 一 硬件方面 硬件抗干擾技術(shù)是設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)首選的抗干擾措施 它能有效地抑制干擾源 阻斷干擾傳輸通道 只要合理地布置與選擇有關(guān)參數(shù) 硬件抗干擾措施就能抑制系統(tǒng)的絕大部分干擾 硬件抗干擾措施主要包括 濾波技術(shù) 去耦技術(shù) 屏蔽技術(shù) 隔離技術(shù)及接地技術(shù)等 二 軟件方面 軟件抗干擾技術(shù)措施主要是針對(duì)由于干擾而使運(yùn)行程序發(fā)聲混亂 導(dǎo)致程序亂飛或陷入死循環(huán)的情況 采取把程序納入正規(guī)的措施 如軟件冗余 軟件陷阱 檢查程序計(jì)數(shù)器PC的值是否超出程序區(qū) 校驗(yàn)程序代碼的正確性 校驗(yàn)RAM的正確性 軟硬件結(jié)合的 看門(mén)狗 技術(shù)等 3 6 3抗本身性能變化的能力 生產(chǎn)過(guò)程本身的性能會(huì)隨工況變化而發(fā)生變化 過(guò)程的模型具有時(shí)變性 在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí) 過(guò)程特性也會(huì)呈現(xiàn)非線性特性 若工藝過(guò)程擴(kuò)建或放大 工藝流程未發(fā)生變化 但因設(shè)備加大 特性也可能發(fā)生變化 研制適應(yīng)這些變化的產(chǎn)品 自適應(yīng)控制模塊自整定專家系統(tǒng)基于模型的預(yù)測(cè)控制 3 6 4故障發(fā)生時(shí)的適應(yīng)能力 系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí) 盡快恢復(fù)正常工作并自啟動(dòng) 盡量減小影響范圍 以及能夠自我診斷出故障部位的能力和范圍 1 供電故障和通信故障 冗余保護(hù) 冗余供電和冗余通信系統(tǒng)自動(dòng)切換掉電保護(hù) 鋰電池 大容量電容 保護(hù)程序和數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)旁路 通信故障未設(shè)置冗余 把故障節(jié)點(diǎn)旁路 其他正常運(yùn)行 2 插件板故障或I O板故障引起局部系統(tǒng)不能正常工作 CPU板 與之有關(guān)的系統(tǒng)不能工作 外存儲(chǔ)器板 歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 選擇時(shí)注意盡可能減少影響范圍排除故障 必須停機(jī) 冗余系統(tǒng) 帶電操作 選購(gòu)備件 3 意外故障 例如 高壓線與輸入線相接觸造成輸入端引入高壓 保險(xiǎn)絲或隔離裝置選擇 分析故障造成的影響范圍 可能的故障進(jìn)行 選擇性能良好的系統(tǒng) 4 自診斷 發(fā)生故障時(shí) 系統(tǒng)具有多大的能力和范圍來(lái)診斷出故障的部位 在多大的程度上倆顯示發(fā)生的故障 自診斷功能 軟件和硬件插板級(jí) 設(shè)備級(jí)診斷的顯示方式各不相同 5 自啟動(dòng)系統(tǒng)和設(shè)備在發(fā)生故障后 需要恢復(fù)到正常工況 有些系統(tǒng)提供了故障發(fā)生后的再啟動(dòng)功能 系統(tǒng)具有記憶功能 把故障前的各種參數(shù)儲(chǔ)存起來(lái) 再啟動(dòng)后時(shí)可以很快投入正常運(yùn)行 縮短恢復(fù)時(shí)間 3 7分布式控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性 在符合性能要求的前提下 選用價(jià)格低的產(chǎn)品 經(jīng)濟(jì)性包括 初始投資費(fèi)用維修費(fèi)用擴(kuò)展投資費(fèi)用 一 初始投資費(fèi)用 初期投資費(fèi)用指為本工程投產(chǎn)所需要的自控總投資費(fèi)用 在計(jì)算時(shí)有時(shí)要與相應(yīng)的儀表投資費(fèi)用結(jié)合起來(lái) 作為總投資費(fèi)用來(lái)衡量 二 維修費(fèi)用 維護(hù)和維修費(fèi)用除了維修人員的各項(xiàng)費(fèi)用之外 主要是備品備件的費(fèi)用 維修人員費(fèi)用 1 系統(tǒng)維修所需要的技術(shù) 2 系統(tǒng)的可維修性 備品備件費(fèi)用注意 1 銷(xiāo)售整套系統(tǒng) 優(yōu)惠折扣 但備品備件單價(jià)較高 2 備品備件費(fèi)用 單價(jià) 數(shù)量 平均壽命 備品備件一覽表 三 擴(kuò)展投資費(fèi)用 規(guī)模方面 擴(kuò)展總點(diǎn)數(shù)15 20 50 80 85 時(shí)所需要增加的費(fèi)用與估計(jì)可能達(dá)到相應(yīng)點(diǎn)數(shù)的概率相乘并相加 有時(shí)要考慮擴(kuò)展到全廠或全公司的管理調(diào)度系統(tǒng)的可能性而進(jìn)行的估算 保證經(jīng)濟(jì)性費(fèi)用預(yù)估 1 全系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)間從系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)始 系統(tǒng)的組建 安裝 調(diào)試 開(kāi)工直到投產(chǎn)的全部時(shí)間 一個(gè)好的分布式控制系統(tǒng) 由于它的組態(tài) 設(shè)計(jì)和操作方便 可以大大縮短該時(shí)間 從而提高回收效率 2 用戶熟練掌握系統(tǒng)需要的時(shí)間系統(tǒng)投產(chǎn)后 若用戶能熟練掌握系統(tǒng)的操作 就能增加系統(tǒng)的總的經(jīng)濟(jì)效益 減少運(yùn)行費(fèi)用 該時(shí)間的長(zhǎng)短除了與系統(tǒng)本身有關(guān)外 還與系統(tǒng)組態(tài)工作的好壞 操作人員的技術(shù)水平有關(guān) 3 系統(tǒng)功能與生產(chǎn)過(guò)程的適用程度系統(tǒng)功能強(qiáng) 適應(yīng)性好 則在生產(chǎn)過(guò)程中運(yùn)用后就能發(fā)揮效益 這與系統(tǒng)本身具有的功能是否被用足 用好有關(guān) 系統(tǒng)要適應(yīng)過(guò)程的功能經(jīng)過(guò)組態(tài)來(lái)發(fā)揮這些功能 4 系統(tǒng)的可維修性由于系統(tǒng)的運(yùn)行中 大量的費(fèi)用是維修費(fèi)用 因此 減少維修費(fèi)用的支出是衡量系統(tǒng)成功與否的重要標(biāo)志 可維修性三要素 機(jī)器 零件或系統(tǒng)設(shè)計(jì)的很容易被維修 維修人員技術(shù)水平的高低 維修所需的備品備件 設(shè)備 第一部分第三章復(fù)習(xí)題 1 冗余方式有哪幾種 各自的含義是什么 2 分布式控制系統(tǒng)的各部分主要采用哪些冗余方式 3 易操作性的容錯(cuò)技術(shù)與提高可靠性的容錯(cuò)技術(shù)有什么區(qū)別 4 什么是組態(tài) 分布式控制系統(tǒng)的組態(tài)分為哪幾種 5 何為實(shí)時(shí)性 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性主要與那些因素有關(guān) 6 系統(tǒng)的速率主要余那些因素有關(guān) 7 數(shù)據(jù)存放的方式有哪些 各有什么特點(diǎn) 8 何謂電磁兼容性 提高系統(tǒng)電磁兼容能力的方法有哪些 9 電磁干擾的三各基本要素是什么