[工学]计算机控制技术

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1、沈阳建筑大学信息与控制工程学院马斌计算机控制技术第六章计算机控制系统的可靠性计算机控制系统中应用于工业现场时，工业现场的环境恶劣、干扰频繁。环境的特殊性要求计算机控制系统必须具有极高的抗干扰能力和可靠性。本章从计算机控制系统的运行环境出发，从干扰源、干扰路径、干扰对象多个方面讨论计算机控制系统的可靠性技术。第六章计算机控制系统的可靠性本章介绍控制系统的可靠性，有以下内容：§6.1计算机控制系统的可靠性概述§6.2硬件抗干扰技术§6.3软件可靠性技术第六章计算机控制系统的可靠性§6.1计算机控制系统的可靠性概述计算机控制系统可靠性是指：在规定条

2、件下，在规定的时间内完成规定功能的能力。它和技术性能指标同是控制系统的两个重要方面。在具体设计工作中，人们往往只重视系统所具有的功能，而忽略了可靠性。计算机控制系统对可靠性提出了很高的要求，系统一旦发生故障，既有可能造成经济损失，还有可能造成安全事故。因此，设计控制系统时必须考虑可靠性。第六章计算机控制系统的可靠性§6.1计算机控制系统的可靠性概述一、影响可靠性的因素二、可靠性的基本概念三、可靠性设计原则§6.1控制系统可靠性概述一、影响可靠性的因素1．内部因素1）元器件本身的性能与可靠性2）系统结构设计3）安装与调试2．外部因素1）外部电气

3、条件2）外部空间条件3）外部机械条件§6.1控制系统可靠性概述二、可靠性的基本概念可靠性是个定性的概念，它有两层含义：一是在规定的时间内无故障运行；二是出现故障后，能够快速维修。０t1T1t2T2t3T4Tｋtnt其中：t1,t2,…,tn是正常工作时间，T1,T2,…,Tｋ是维护时间。可靠性的主要衡量指标如下：§6.1控制系统可靠性概述二、可靠性的基本概念(1)故障率λ(失效率)：表示单位工作时间内发生故障的次数。失效次数　　ｎλ＝　　　　　＝总工作时间Σti(2)维护率μ(失效率)：表示单位维护时间内修复的次数。维护次数　　ｎμ＝　　　　

4、　＝总维护时间ΣTi§6.1控制系统可靠性概述二、可靠性的基本概念(3)平均故障间隔时间MTBF：表示系统发生多次故障情况下的平均连续工作时间。总工作时间Σti1MTBF＝　　　　　＝=失效次数ｎλ(4)平均修复时间MTTR：表示系统进行多次维护后平均维护所用的时间。总维护时间ΣTi1MTTR＝　　　　　＝　　＝维护次数　　ｎμ§6.1控制系统可靠性概述二、可靠性的基本概念(5)可靠度R：R=S/N定义为在规定时间内、规定条件下完成规定功能的成功率。即：N个相同系统，在相同条件下工作，达到规定时间，有S个未发生故障时其可靠度。(6)可利用率(

5、有效度）A：表示对系统故障的平均修复时间的要求，即对维护时间的限定。MTBFA＝*100%MTBF＋MTTR§6.1控制系统可靠性概述三、可靠性设计原则(１)简化系统方案只要能满足系统的性能和功能指标，就尽可能地简化系统结构。避免一个元件失效的最好办法就是在系统中省去它。(２)避免片面追求高性能指标和过多的系统功能(３)合理划分软硬件的功能在CPU资源允许的前提下，尽量用软件实现。§6.1控制系统可靠性概述三、可靠性设计原则(４)防热设计温度的升高元器件性能将下降，防热设计是影响系统工作稳定性及可靠性的重要因素之一，设计中通常作如下考虑：１）

6、对功率器件使用散热器。２）合理安排元器件的布局，特别是功率发热器件。３）对大功率器件设置散热风扇。４）选择低功耗器件。§6.1控制系统可靠性概述三、可靠性设计原则(５)电气互连的可靠性设计主要是元器件、功能模块及总线之间的互连，也是系统故障发生率较高的地方。(６)机械防震设计震动会对系统造成损害，重点是系统的固定。(７)气候环境防护设计一般考虑温度、湿度、气压、腐蚀性放射性气体、雨、雪、盐雾等。第六章计算机控制系统的可靠性§6.2硬件系统的可靠性技术一、元器件级的可靠性设计技术二、部件及系统级的可靠性设计技术三、抗干扰技术1.CPU抗干扰技术

7、２.过程通道抗干扰技术３.电源抗干扰技术第六章计算机控制系统的可靠性§6.2硬件系统的可靠性技术一、元器件级的可靠性设计技术（1）严格管理元器件的购置、储运（2）老化、筛选和测试（3）降额使用（4）选用集成度高的元器件λ0t初始失效期偶然失效期耗损失效期需老化处理第六章计算机控制系统的可靠性§6.2硬件系统的可靠性技术二、部件及系统级的可靠性设计技术（1）采用高质量的主机（2）采用模块化、标准化、积木化结构（3）采用冗余技术（4）采用双机系统（5）电磁兼容性设计（6）故障自动检测与诊断技术（7）其他措施第六章计算机控制系统的可靠性§6.2硬件

8、系统的可靠性技术采用冗余技术：冗余有两种方式：工作冗余和备用冗余。S1S2SｎS1S2SｎMS1S2SｎKS1S2Sｎ常用的冗余系统按结构可分为：并联系统备用系统表