集散控制与现场总线 第2版 教学课件 作者 刘国海 第6章.ppt

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1、6.1DCS的性能指标6.2集散控制系统工程设计规范6.3集散控制系统的评价与选择第6章集散型控制系统性能指标与工程设计规范6.1.1集散控制系统的可靠性DCS的可靠性主要体现在以下个方面：可靠度R（t）可靠度即是用概率来表示的零件、设备和系统的可靠程度。一个复杂系统的可靠度除了与构成系统的子系统及其元器件的可靠度有关外，还与系统的结构形式有关。失效率λ（t）失效率是指系统运行到t时刻后，单位时间内可靠度的下降与t时刻可靠度之比。λ（t）与时间t的关系即为浴盆曲线，该曲线可分为3个部分：初期失效区、偶然失效区、耗损失效区。失效率浴盆曲线平均故障间隔时间(MTBF)(MeanTim

2、eBetweenFailure，MTBF)是指各次故障间隔时间的平均值，平均故障间隔时间即各段连续工作时间的平均值。MTBF是一个通过多次采样检测，长期统计后求出的平均数值。平均故障修复时间(MTTR)平均故障修复时间(MeanTimeToRepair，MTTR)是指设备或系统经过维修，恢复功能并投入正常运行所需要的平均时间。MTTR也是一个统计值，它远小于MTBF。MTBF越大，MTTR越小的系统可靠性越高。平均寿命m如果产品出现故障后无法修复，则其寿命m又可称作平均无故障时间(MeanTimeToFailure，MTTF)；如果故障后可以修复，则其寿命m代表的是平均故障间隔时

3、间(MTBF)。集散控制系统的故障应是可修复的，所以可将平均寿命m称为MTBF。利用率A利用率是可修复产品的一个可靠性指标，又称有效率或有效度，它表征了产品正常工作时间和总时间的比率。有效度有三种形式：瞬时有效度、平均有效度和极限有效度。6.1.2提高系统利用率的措施提高元器件和设备的可靠性硬件质量的好坏是系统可靠与否的基础，必须加强对硬件的质量管理。提高系统对环境的适应能力提高系统的环境适应能力，也是提高集散控制系统可靠性的一个重要方面。集散控制系统中的控制单元或接口单元，有时甚至是操作站也要置于现场，因此必须要采取严格的抗干扰措施，防止电磁耦合、空间传输或导线传输引入干扰信号

4、。容错技术的应用容错技术是指当系统出现错误或故障时，仍能正确执行全部程序。容错技术可分成局部容错技术和完全容错技术。要达到容错目标的根本办法是采用冗余技术，就是采用多余的资源来换取系统的可靠性。一般包括硬件冗余技术、软件冗余技术、信息冗余技术和时间冗余技术。硬件冗余技术工作冗余后备冗余表决系统冗余系统的选择系统硬件可靠性设计一般采用以下方法：根据系统元器件的失效率，计算系统的可靠度，同时考虑经济性、可维护性、操作性等，以确定最佳方案。在元器件可靠度不符合要求时，实行降额使用，即让元器件工作在规定的环境条件及负载条件1/2或以下的数值，以降低使用要求来换取可靠性的提高。当单个元器件

5、达不到要求的可靠度时，应考虑采用冗余结构。几种冗余系统可靠度比较设单元的可靠度均为单个设备的可靠度，曲线2为两设备并联时的可靠度，曲线3为1∶1后备冗余的可靠度，曲线4为3取2表决系统的可靠度。信息冗余技术信息冗余技术是利用增加的多余信息位提供检错甚至纠错的能力。增加多余的信息位后，能实现检错还是纠错，主要取决于出错后的数据相对于原数据怎样分布，如果原数据的出错码相互之间并不重复，则能根据出错数据判定原数据是什么，因此能纠错，这样的代码称作“纠错码”。另一种情况是原数据的出错码之间互相重复，根据接收的错误码不能判断其发送的原码，这样的代码只能称作检错码。循环码的编码方式有以下两种

6、：第一种把n位信息的代码多项式F(x)乘以(m为冗余位的数目)除以某个m次生成多项式G(x)(模2除法)，得到的余数R(x)另加在F(x)上，作冗余位一起发送。接收方收到循环码后，用已知的G(x)去除，若不能整除，即表示出错。第二种是发送F(x)与G(x)的乘积。这样接收方只需判断所得代码是否能被G(x)整除，若不能就是出错。而且所得的商就是信息位。检错码实例在差错控制系统中所采用的检错码种类很多，常用的有奇偶检验码和循环码。奇偶校验码是最简单的检错码，它是使代码(包括n位信息位和1位校验位)中含“1”的个数保持奇数或偶数，前者称为奇数校验，后者称为偶数校验。时间冗余技术通过消耗

7、时间资源达到容错的目的。这种错误都带有瞬时性和偶然性，过一段时性可能不再出现。指令复执方法程序卷回方法冗余传送方式全系统的多级操作控制集散控制系统除了横向的分散控制、分散显示、分散数据库外，还具有纵向的分级控制特性，使得上位机、操作站、控制器甚至手操单元，都可直接控制现场执行机构，实现了纵向冗余。自诊断技术要缩短系统的平均故障修复时间，延长平均故障间隔时间，一个有效的措施就是采用自诊断技术，包括离线诊断和在线诊断。常用的自检方法有方格图形法、指令代码求和法、程序时间监视法等。6.