分布式控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的評估.ppt

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分布式控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的評價 3分布式控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的評價 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)的可擴展性3 5分布式控制系統(tǒng)的實時性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 可靠性機器 零件或系統(tǒng)在規(guī)定的工作條件下 在規(guī)定的時間內(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 一次性使用的機器 零件或系統(tǒng)的使用壽命 廣義可靠性 可修復(fù)的機器 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 平均故障時間MTBF MeanTimeBetweenFailure 3 到發(fā)生故障的平均時間MTTF MeanTimeToFailure 4 瞬時 故障率FR FailureRate 1 可靠度 機器 零件或系統(tǒng) 從開始工作起 在規(guī)定的工作條件下的工藝周期內(nèi) 達到所規(guī)定的性能 也是無故障正常工作的概率 下面分兩種類型的機器 零件或系統(tǒng)設(shè)置指標(biāo) 2 平均故障時間 MTBF 可以邊修理邊使用的機器 零件或系統(tǒng) 相臨故障時間的正常時間的平均值 3 到發(fā)生故障的平均時間 MTTF 不能修理的機器 零件或系統(tǒng) 至發(fā)生故障為止的工作時間的平均值 4 故障率 通常指瞬時故障率 能工作到某個時間的機器 零件或系統(tǒng) 在連續(xù)單位時間內(nèi)發(fā)生故障的比率 又稱失效率或風(fēng)險率 3 1 2提高可靠性的途徑 從可靠性設(shè)計和維修性兩個方面考慮 一 可靠性設(shè)計的準(zhǔn)則 1 有效地利用以前的經(jīng)驗 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)試及互換容易實現(xiàn) 5 零件互換性好 6 可靠性特殊設(shè)計方法 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 RedundantStructure 冗余方式 同步運轉(zhuǎn)方式 待機運轉(zhuǎn)方式后退運轉(zhuǎn)方式 多級操作方式 同步運轉(zhuǎn)方式 讓兩臺或兩臺以上的裝置以相同的方式同步運轉(zhuǎn) 輸入相同的信號 進行相同的處理 然后對輸出進行比較 如果輸出保持一致則系統(tǒng)是正常運行的 雙重冗余 三中取二 連鎖 應(yīng)用于可靠性要求極高的場合 待機運轉(zhuǎn)方式 采用N臺同類設(shè)備 采用一臺后備設(shè)備 平時后備設(shè)備處于準(zhǔn)備狀態(tài) 一旦N臺設(shè)備中某一臺設(shè)備發(fā)生故障 能啟動后備設(shè)備使其運轉(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 后退運轉(zhuǎn)方式 正常時 N臺設(shè)備各自分擔(dān)各自功能進行運轉(zhuǎn) 當(dāng)其中一臺設(shè)備損壞時 其余設(shè)備放棄部分不重要的功能 以此來完成損害設(shè)備的功能 典型 CRT和操作站 第一臺監(jiān)視 第二臺操作 第三臺報警 多級操作方式 縱向冗余的方法 正常操作是從上一層進行的 如該層故障則由下一策動能夠完成 這樣逐步向下形成對最終元件執(zhí)行器的控制 例如 功能模塊設(shè)有手動 自動切換開關(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數(shù)據(jù) 過程控制裝置的冗余 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)場總線 操作站的冗余 2 3臺操作站并聯(lián)運行 組成雙重化冗余或 2 3 表決系統(tǒng)冗余 系統(tǒng)輸入輸出信號的插卡部件的冗余以及上位機冗余等 冗余設(shè)計是以投入相同的裝置 部件為代價來提高系統(tǒng)的可靠性 2 不易發(fā)生故障的硬件設(shè)計 為了提高使用壽命 從下面幾個方面考慮硬件是設(shè)計和系統(tǒng)的選型 運動部件 由于電子元器件的使用壽命比機械運動部件的使用壽命長 因此 運動不見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 采用先進的制造工藝 元器件 機械與電子器件 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 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 采用電路優(yōu)化設(shè)計 連接線優(yōu)化布置 優(yōu)化性能的元器件 多級控制系統(tǒng)總體設(shè)計 3 迅速排除故障的硬件設(shè)計 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)計使系統(tǒng)發(fā)生故障時引起標(biāo)志為的變化 軟的設(shè)計是對檢測值與故障限值進行比較并發(fā)出信號 硬件設(shè)計 硬件機械部件和電子部件的設(shè)計應(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 甚至可以進行仿真運行 售后服務(wù)和備品備件 人員培訓(xùn) 售后維修 升級及備品備件的服務(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)計把整體的軟件設(shè)計分散成各子系統(tǒng)的設(shè)計 各自獨立 共享資源 不僅有利于設(shè)計工作的開展 也有利于軟件的調(diào)試 如把整體設(shè)計分為控制器模件 歷史數(shù)據(jù)模件 打印模件 報警事件模件等子系統(tǒng)的軟件設(shè)計 2 容錯技術(shù)在設(shè)計軟件時 對操作人員的誤操作不予響應(yīng) 即如不按設(shè)計順序則軟件不會去輸出操作指令 或者輸出提示操作出錯的信息 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)過程操作 組態(tài)和編程操作以及維護修理操作 操作透明度 操作信息和更新速度易操作性 方便地達到所需要的操作 不易發(fā)生誤操作容錯技術(shù) 發(fā)生誤操作時不影響正常運行安全性 進入相應(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)過程的操作中去的能力 有實感的理解過程 真實 形象 檢測儀表使用初期 控制儀表 集散控制系統(tǒng)的面板和顯示畫面 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)提供的信息對生產(chǎn)的全過程進行操作 一 操作環(huán)境 舒適地進行工作 為操作員提供的數(shù)據(jù) 狀態(tài)等信息要易于辨認(rèn) 報警或事件發(fā)生的信息能引起操作員的注意 為長期工作在這樣的環(huán)境不使操作員感到疲勞 開關(guān)和安裝要便于操作 使操作員能以最快的速度達到所需要的操作要 涉及宜人學(xué) 系統(tǒng)的組態(tài) 結(jié)構(gòu)方面的知識 宜人學(xué) 宜人學(xué) 也叫人機工程學(xué) 是 人體科學(xué) 與 工程技術(shù) 的結(jié)合 是研究 人 機 環(huán)境 系統(tǒng)中人 機 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 健康等問題提供理論與方法的一門新興邊緣科學(xué) 人機工程學(xué)的基本理論是 產(chǎn)品設(shè)計要適合人的生理 心理因素 操作臺適宜的尺寸 二 操作功能 分布式控制系統(tǒng)的操作功能主要通過運行員站實施 從易操作性來分析操作功能的實施 其判別準(zhǔn)則是 如何獲得所需信息經(jīng)過多少項操作達到能提供信息的畫面如何對過程實施操作 1 顯示功能 顯示畫面 過程操作畫面 概貌畫面 過程畫面 組畫面 回路畫面 歷史趨勢畫面 報警畫面等 維修和組態(tài)畫面 系統(tǒng)維修 系統(tǒng)組態(tài) 回路組態(tài) 報警組態(tài) 趨勢組態(tài)等 過程之間相互耦合過程操作畫面的切換減少工作量 提高可靠性 減少過程操作畫面的切換操作切換畫面的方法 固定鍵 動態(tài)鍵 下拉菜單 畫面編號 頁面切換等評價過程顯示功能的優(yōu)劣 畫面顯示全面 切換方法簡易 調(diào)用的快捷性 2 過程監(jiān)視功能 運行人員對全過程的被控變量 控制 監(jiān)視 有全面的監(jiān)視 掌握設(shè)備的開停等信息 概貌顯示畫面 過程變量的位號 過程變量與設(shè)定值的偏差 過程變量的棒圖 報警限值 報警信息等 運行人員定性了解過程變量是否超過它的規(guī)定值 與極限值的偏離程度評價 根據(jù)系統(tǒng)提供的概貌畫面 運行人員的要求 畫面提供的信息等進行綜合評價 3 操作功能 分布式控制系統(tǒng)的操作 過程操作 組態(tài)操作 和維修操作 過程操作 對控制回路的操作 對各控制點的操作控制回路的操作 控制方式 設(shè)定值 手動輸出值 報警限制值 控制器作用方式 調(diào)整參數(shù)等 控制點的操作 設(shè)備的開停 正反轉(zhuǎn) 控制方式 連鎖狀態(tài) 報警限制等 評價 專用鍵的多少 動態(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 報警等組態(tài)時進行的操作 有離線組態(tài)和在線組態(tài)之分 離線組態(tài)有利于和安裝時間同步進行 可縮短投產(chǎn)時間 在線組態(tài)不影響生產(chǎn)的正常運行 進行貴路結(jié)構(gòu)等的改動 評價組態(tài)操作 組態(tài)軟件 組態(tài)工具 編程語言 圖形編輯方式 工作的難易 快慢 維修操作主要是畫面的調(diào)用 分級畫面顯示 進行故障定位 讀取硬件配置的有關(guān)參數(shù) 評價 顯示畫面的內(nèi)容是否有利于維修定位 三 容錯技術(shù) 注意區(qū)別提高易操作性的容錯技術(shù)與提高可靠性的容錯技術(shù)前者 系統(tǒng)在正常運行中由于誤操作時 系統(tǒng)仍能正常運行 后者 系統(tǒng)中某部分發(fā)生故障時 系統(tǒng)仍能正常運行或降級運行 1 多重確認(rèn)對于重要操作步驟 采用雙重或多重確認(rèn) 對操作環(huán)境設(shè)置口令 Password 2 硬件保護 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 如果沒有硬件保護 就會引起輸入單元或過程控制裝置損壞 對于可能引起誤動作的各類電磁干擾也要采取硬件和軟件的保護措施 3 不予響應(yīng)軟件編制時 采用不予響應(yīng)的方法防止誤操作影響生產(chǎn)運行 對于誤操作 如按動與操作無關(guān)的鍵時 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 分工管理對于多個運行員站 給予各運行員站不同的分工范圍 每個運行員站只對所管轄的生產(chǎn)過程實施過程操作 對非管轄范圍只有監(jiān)視和顯示功能 5 數(shù)據(jù)保護采用存取控制和數(shù)據(jù)變換的方法來防止非法手段存取和修改數(shù)據(jù) 分布式控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù) 對數(shù)據(jù)進行保護 存取控制是用存取矩陣的方法 控制用戶對共享數(shù)據(jù)的存取 防止非法盜取或更改數(shù)據(jù) 存取矩陣 一個存取矩陣可以被看作一個狀態(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 用戶識別和確認(rèn) 2 通信網(wǎng)絡(luò)的安全 1 用戶識別和確認(rèn)硬件密鑰 口令 通行字 用戶的語言 指紋 2 網(wǎng)絡(luò)的安全性網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)保護方法 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)語言 3 3 1組態(tài) 組態(tài) 的概念最早來自英文configuration 含義是使用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置 達到使計算機或軟件按照預(yù)先設(shè)置 自動執(zhí)行待定任務(wù) 滿足使用者要求的目的 也就是通過軟件采用非編程的操作方式 進行參數(shù)填寫 圖形連接和文件生成等 使得軟件乃至整個系統(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)備間的連接畫面組態(tài) 操作站的各種畫面 畫面間連接控制組態(tài) 完成各控制器 過程控制裝置結(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 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 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 機器碼 助記符 菜單功能圖法 填表發(fā) 建立數(shù)據(jù)庫編制程序法 高級 編程語言 計算模塊 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 實施功能塊組態(tài)方便 提示信息 參數(shù)默認(rèn)值 自動建立連接參數(shù) 維修和調(diào)試 軟接線方式 檢查模塊運行情況 先進性 采用分布式控制系統(tǒng)的目的就是提高系統(tǒng)的自動化水平 對于先進的控制算法 采用儀表時投資較大的計算指標(biāo)的控制算法 功能塊能否實現(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 擴大功能 簡化組態(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 開方處理 工程單位轉(zhuǎn)換 報警界限比較 超限報警 事故報警信號故障報警 輸出功能塊 自動切換 手動信號輸出 控制方式選擇 輸出信號限值比較 超限報警及手自動切換時的跟蹤處理 控制算法類功能模塊 常規(guī)控制算法和高級控制算法P I D及其組合 改進超前滯后控制算法開關(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)測控制算法 運算類 數(shù)學(xué)運算和邏輯運算 順序功能模塊 比較模塊 信號發(fā)生類 階躍 斜波 正弦 方波 非線性轉(zhuǎn)換類整形 延時脈沖記數(shù) 方波信號用于信號翻轉(zhuǎn) 數(shù)據(jù)集 dataset 的傳送 信號選擇和狀態(tài)類功能塊信號的多路切換 多路開關(guān) 信號的高 低限以及報警狀態(tài)其它 時鐘同步模塊打印模塊報表顯示模塊 二 過程顯示畫面 過程顯示畫面是操作站顯示屏所顯示的畫面 包括系統(tǒng)畫面和過程操作畫面 系統(tǒng)畫面 用于系統(tǒng)維護 通常由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 通信網(wǎng)絡(luò)和各組成設(shè)備及運行狀態(tài)等信息組成 過程操作畫面 用戶過程畫面 概貌畫面 儀表面板畫面 檢測和控制點畫面 趨勢畫面和各種畫面一覽表 報警與事件一覽表等 顯示畫面的組態(tài) 用戶過程畫面的分頁靜態(tài)和動態(tài)畫面的繪制及合成各畫面間的連接等從可組態(tài)性的觀點來看 分頁少有利于減少組態(tài)工作量 但從可操作性看 過多的設(shè)備和變量顯示集中在一幅畫面 容易造成操作的失誤 用戶過程畫面的組態(tài) 用過程顯示圖形符號和數(shù)據(jù)顯示組合的工作 是操作員與計算機聯(lián)系的界面 標(biāo)準(zhǔn)化 圖形標(biāo)準(zhǔn)化 圖庫協(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 靜態(tài)畫面繪制合成 畫面編輯 畫面調(diào)用直觀性 顏色填充 棒圖升降等直觀顯示變化趨勢的方法 3 3 2組態(tài)語言 1 功能塊語言 功能塊語言相當(dāng)于單元組合儀表所實現(xiàn)的功能 通常是個子程序 用戶根據(jù)集散系統(tǒng)制造廠商所提供個組態(tài)手冊 填寫控制框圖和有關(guān)參數(shù) 然后通過軟件連接把相應(yīng)的功能塊連接起來 兩種類型 小功能塊語言和大功能塊語言 2 面向問題的語言 面向問題的語言是由制造廠商在集散控制系統(tǒng)軟件中設(shè)計了一系列的問題 用戶根據(jù)生產(chǎn)過程的要求 對這些問題進行回答 并完成相應(yīng)組態(tài)的語言 面向問題的語言主要包括填表式語言和指令集的批量處理語言等 3 高級語言 高級語言作為組態(tài)語言主要用于分布式控制系統(tǒng)提供的組態(tài)語言不能實施某些功能的場合 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)真正開放 完成了高級語言的接口軟件 對于分布式系統(tǒng)進行評估 是否具有高級語言編程是一個重要指標(biāo) 3 4分布式控制系統(tǒng)的可擴展性 一 可擴展性的含義 1 可以增加輸入 輸出模塊 2 通過通信系統(tǒng)進行聯(lián)系 方便地增加設(shè)備或者刪除設(shè)備 3 通信網(wǎng)絡(luò)的擴展延伸 4 全開放的結(jié)構(gòu) 允許符合開放系統(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 信道是共享的 任意兩個節(jié)點之間均可通信 網(wǎng)絡(luò)接口比較簡單 增刪節(jié)點十分方便 從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來說 容易滿足系統(tǒng)的可擴展性 實時性較好 三 通信網(wǎng)絡(luò)的擴展 通信網(wǎng)絡(luò)的擴展有兩種情況 同類型通信網(wǎng)絡(luò)的擴展 網(wǎng)橋不同類型通信網(wǎng)絡(luò)的擴展 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)時要了解所選系統(tǒng)是否是開放式系統(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)的實時性 實時性的定義 真實 及時 系統(tǒng)的實時性主要與通信速率 媒體存取控制 減小無效通信率 實時控制的數(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 基本的控制運算 顯示和管理任務(wù)都在分散過程控制裝置 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 但在控制過程中 通信的實時性主要表現(xiàn)在通信負(fù)荷的不確定性 即操作過程正常時 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時性的要求 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)點在向通信媒體存信息或者從通信媒體取信息時的控制規(guī)則 存取控制的目的 保證通信能正確快捷地進行 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 實時性的措施 1 對于總線網(wǎng)絡(luò)的主從存取控制方式中 可以采用請求選擇點 點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間的方法 2 對于總線上掛接的各節(jié)點地位平等的系統(tǒng) 常采用時間片存取控制的方式 為保證各接點控制的實時性 限制每個節(jié)點取得的時間長度 限制總時間周期的長度 3 對于環(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節(jié)點都不會失去通信機會 加上限制每站的通信時間 可以設(shè)置優(yōu)先等級等 使通信的實時性得到保證 4 采用總線的CSMA CD存取控制方式時 由于在低 中負(fù)荷時 CSMA CD存取控制具有較好的實時性 因此 常采用降低節(jié)點數(shù)的方法 三 減小無效通信量 無效數(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)的包裝以及過程中的為發(fā)生變化的數(shù)據(jù)等 1 采用例外報告是提高分布式控制系統(tǒng)實時性的有效途徑 2 減小無效通信量的另一個途徑是對數(shù)據(jù)的包裝上 包括減小通信層及改進通信協(xié)議等 3 為了使通信前的呼叫 應(yīng)答等無效數(shù)據(jù)傳輸量減少 采用廣播式通信方式是有效的途徑 四 實時控制的數(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)式提高實時性的一種方法 從數(shù)據(jù)存放的方式來分 1 集中式 2 復(fù)制式 3 分布式 1 集中式數(shù)據(jù)庫 把數(shù)據(jù)集中在某一點上 它的儲存代價小 修改方便 但危險集中 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)點都能共享該節(jié)點的數(shù)據(jù)資源 當(dāng)通信量大時會造成瓶頸 2 復(fù)制式數(shù)據(jù)庫 在網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點均復(fù)制系統(tǒng)的完整數(shù)據(jù)庫 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)庫一致等都比較復(fù)雜 且代價較高 在冗余系統(tǒng)中才有采用 3 分布式數(shù)據(jù)庫是一組數(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)點上 由于在各節(jié)點上建立了分布式數(shù)據(jù)庫 在數(shù)據(jù)庫內(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 提高實時性 2 在實時數(shù)據(jù)庫中 采用數(shù)據(jù)目標(biāo)管理軟件 它對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)目標(biāo)的存取與位置無關(guān) 大大提高了實時性 實時多任務(wù)的控制軟件采用分時的使用CPU來完成實時任務(wù) 3 6分布式控制系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性 除了可擴展性之外 分布式控制系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性還包括對使用環(huán)境場所的適應(yīng)能力 包括對環(huán)境場所的有害氣體 溫度 濕度等因素的適應(yīng)能力以及對環(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 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 既不受周圍電磁場的影響 也不影響周圍環(huán)境 不發(fā)生性能變異或誤動 而按設(shè)計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行性能的能力 三個基本要素 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 會受到傷害的人或其它生物 以及會發(fā)生電磁危害 導(dǎo)致性能降級或失效的器件 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)計系統(tǒng)時首選的抗干擾措施 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)措施主要是針對由于干擾而使運行程序發(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 檢查程序計數(shù)器PC的值是否超出程序區(qū) 校驗程序代碼的正確性 校驗RAM的正確性 軟硬件結(jié)合的 看門狗 技術(shù)等 3 6 3抗本身性能變化的能力 生產(chǎn)過程本身的性能會隨工況變化而發(fā)生變化 過程的模型具有時變性 在負(fù)荷發(fā)生變化時 過程特性也會呈現(xiàn)非線性特性 若工藝過程擴建或放大 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)測控制 3 6 4故障發(fā)生時的適應(yīng)能力 系統(tǒng)發(fā)生故障時 盡快恢復(fù)正常工作并自啟動 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 冗余供電和冗余通信系統(tǒng)自動切換掉電保護 鋰電池 大容量電容 保護程序和數(shù)據(jù)庫節(jié)點旁路 通信故障未設(shè)置冗余 把故障節(jié)點旁路 其他正常運行 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 外存儲器板 歷史數(shù)據(jù)存儲 選擇時注意盡可能減少影響范圍排除故障 必須停機 冗余系統(tǒng) 帶電操作 選購備件 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 可能的故障進行 選擇性能良好的系統(tǒng) 4 自診斷 發(fā)生故障時 系統(tǒng)具有多大的能力和范圍來診斷出故障的部位 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 設(shè)備級診斷的顯示方式各不相同 5 自啟動系統(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)生后的再啟動功能 系統(tǒng)具有記憶功能 把故障前的各種參數(shù)儲存起來 再啟動后時可以很快投入正常運行 縮短恢復(fù)時間 3 7分布式控制系統(tǒng)的經(jīng)濟性 經(jīng)濟性 在符合性能要求的前提下 選用價格低的產(chǎn)品 經(jīng)濟性包括 初始投資費用維修費用擴展投資費用 一 初始投資費用 初期投資費用指為本工程投產(chǎn)所需要的自控總投資費用 在計算時有時要與相應(yīng)的儀表投資費用結(jié)合起來 作為總投資費用來衡量 二 維修費用 維護和維修費用除了維修人員的各項費用之外 主要是備品備件的費用 維修人員費用 1 系統(tǒng)維修所需要的技術(shù) 2 系統(tǒng)的可維修性 備品備件費用注意 1 銷售整套系統(tǒng) 優(yōu)惠折扣 但備品備件單價較高 2 備品備件費用 單價 數(shù)量 平均壽命 備品備件一覽表 三 擴展投資費用 規(guī)模方面 擴展總點數(shù)15 20 50 80 85 時所需要增加的費用與估計可能達到相應(yīng)點數(shù)的概率相乘并相加 有時要考慮擴展到全廠或全公司的管理調(diào)度系統(tǒng)的可能性而進行的估算 保證經(jīng)濟性費用預(yù)估 1 全系統(tǒng)實現(xiàn)時間從系統(tǒng)設(shè)計開始 系統(tǒng)的組建 安裝 調(diào)試 開工直到投產(chǎn)的全部時間 一個好的分布式控制系統(tǒng) 由于它的組態(tài) 設(shè)計和操作方便 可以大大縮短該時間 從而提高回收效率 2 用戶熟練掌握系統(tǒng)需要的時間系統(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)濟效益 減少運行費用 該時間的長短除了與系統(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)過程的適用程度系統(tǒng)功能強 適應(yīng)性好 則在生產(chǎn)過程中運用后就能發(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)過程的功能經(jīng)過組態(tài)來發(fā)揮這些功能 4 系統(tǒng)的可維修性由于系統(tǒng)的運行中 大量的費用是維修費用 因此 減少維修費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 機器 零件或系統(tǒng)設(shè)計的很容易被維修 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 易操作性的容錯技術(shù)與提高可靠性的容錯技術(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 何為實時性 系統(tǒng)的實時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 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