集散控制系统性能指标的评估共60页

22
（3）迅速排除故障硬件设计 4)售后服务和备品备件：通常，集散控制系 统制造和销售商会给买方提供一定的人员培 训。但为了使集散控制系统能正常运行，及 时得到售后维修、升级及备品备件的服务， 在国内设有相应产品维修中心是十分必要的。
23
3．提高集散控制系统软件可靠性的措施 （1）分散结构设计 如把整体设计分为控制器模件、历史数据模件、 打印模件、报警事件模件等子系统的软件设计。 （2）容错技术 在软件设计中的容错技术是指在软件设计时， 对误操作不予响应的技术。 （3）标准化 采用标准化软件可以提高软件运行的可靠性。
27
与操作透明度有关的性能
提供的系统画面，包括用户画面、概貌画面、 组画面、趋势画面等的数量； 每幅画面中动态更新的数据点的数量； 更新的速率； 画面切换的速率 所采用的CPU、内存、CRT分辨率
28
二、易操作性
定义：易操作性指集散控制系统所提供的操作环境 操作环境容 操作环境 易为操作员接受，并根据所提供的信息对生产全过程 进行操作 操作。 操作 内容： 1．操作环境 操作员的操作环境是操作员的工作场所，它应使操作 员能舒服地工作。 ① 操作数据、状态等信息易于辨认； ② 报警或事件发生的信息能引起操作员注意； ③ 开关和操作便于操作，使操作员最快地达到所需要的 操作要求。
22 M （ 60） = × 100% = 88% 25
10
第一节 集散控制系统的可靠性
（2） MTTR（Mean Time To Repair） 平均修复时间是故障发生后，需事后维修的时间的平 平均修复时间 均值。
总维修时间 MTTR ≈ 总维修件数
11
第一节 集散控制系统的可靠性
三、提高可靠性的途径
14
2．提高集散控制系统硬件可靠性的措施

(7)控制功能
包括连续控制功能、顺序控制功能和批量控制
功能。
(6)冗余与自诊断
第七章 DCS的设计应用 8
技术性能评价(2)
2.人机接口的评价 指对操作员站和工程师站进行评价。 (1)操作员站 对操作员站的操作可归纳为如下几方面： 操作员站的自主性 操作员站的硬件配置 操作站的性能 (2)工程师站 工程师站除应具有操作站的所有功能外，还应评价它 是否能进行离线/在线组态；是否有专家系统、优化控 制；系统能否在PC机上进行系统组态等。
第七章 DCS的设计应用 10
技术性能评价(4)
4.系统软件评价 评价集散型控制系统的软件包括：
(1)多任务实时操作系统 (2)组态及控制软件 (3)作图软件 (4)数据库管理软件 (7)报表生成软件 (6)系统维护软件 对这些软件应从成熟程度、更新情况、软件升级的方便
程度、软件使用中出现的问题及如何解决等方面加以评价。
TDC3000的LCN网上挂接的模块(2)
3.应用模块(Application Module，AM)
它是用控制语言(Control Language，CL)来完成UCN和HW网络上所 连接的模块不能实现的高级控制功能、复杂及多变量运算功能等，并 可提高过程控制及管理水平。
4.历史模块(History Module：HM)
第七章 DCS的设计应用 9
技术性能评价(3)
3.通信系统评价 应考虑以下几方面 ： 1)线路成本与通信介质和通信距离的关系； 2)通信系统的网络结构； 3)网络的控制方法； 4)节点之间允许的最大长度； 7)通信系统的容量； 6)数据校验方式，对通信规约有无明确要求； 7)通信网络的传输速率； 8)实时性、冗余性和可靠性； 9)全系统的网络布局； 10)信息传递协议等。

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本地级电路 2×1.5%
2×0.015% 2×1.2%
HRDS高级电路误码率指标
误码率参数 DM SES ES
1km 1.6×10－4% 1.6×10－6% 1.28×10－4%
280km 6.7×10－2% 6.7×10－4% 5.4×10－2%
420km 4.5×10－2% 4.5×10－4% 3.6×10－2%
第二十讲 系统的性能指标
主要内容
• 一、系统的参考模型 • 二、系统的主要性能指标 • 三、指标的测试方法
一、系统的参考模型
• 假设参考连接HRX（Hypothesis Reference Connection）
• 假设参考数字链路HRDL(Hypothesis Reference Digital Link）
• 输入抖动容限是系统能容忍的输入信号中引入的抖动最 大值。该参数反映系统对抖动的承受能力。
• 输出抖动容限是系统在无输入抖动的条件下允许输出信 号中产生的抖动最大值。该参数反映了系统本身引入的 抖动程度。
系统各次群输入抖动容限
参 (kb/s)
2048
A0
A1
A2
36.9 1.5 0.2
• 假设参考数字段HRDS(Hypothesis Reference Digital Section）
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！

第三章
集散控制系统
性能指标的评估
第三章 集散控制系统性能指标的评价
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
招标文件的编制 集散系统的可靠性 集散系统的易操作性 集散系统的可组态性
集散控制系统的其他性能指标
第一节 招标文件的编制
重要性：制造商、设计及使用部门 招标文件的编制好坏直接影响到集散控制系
（2）过程监视功能
运行人员对全过程的被控变量（控制、
监视）有全面的监视，掌握设备的开 停等信息。
概貌显示画面：过程变量的位号、过
程变量与设定值的偏差、过程变量的 棒图、报警限值、报警信息等。
运行人员定性了解过程变量是否超过
它的规定值，与极限值的偏离程度
评价： 根据系统提供的概貌画面、运行人员
统的评估、选型，直至今后的使用。
原则：
符合招标文件的性能要求，价格又较低的集
散控制系统理应中标。
一、编制前的准备工作
参与人员：
自控专业设计人员、工艺专业设计人员、用户单
位技术人员
1、确定自动化水平及控制策略，参数汇总； 2、对检测元件、变送器、执行器等仪器仪表
进行选型；
3、调研、收集资料：制造商、供应商、使用
2、提高分布式系统硬件可靠性的措施
（1）冗余结构设计（Redundant
Structure）
按冗余部件、装臵或系统的工作状态分为：
工作冗余（热备用） 后备冗余（冷备用）

设计冗余结构的范围与系统的可靠性、 自动化水平以及经济性一起考虑。

越是处于下层的部件、装臵或系统越需
要冗余，而且冗余度越高。
系统输入输出信号的插卡部件的冗余

集散控制系统的发展历史 第三代产品开发了高一层次的信息管 理系统。其共同特点是: 理系统。其共同特点是:实现了开放式的系 统通信, 向上能与MAP和Ethernet接口 接口, 统通信, 向上能与MAP和Ethernet接口,或 者通过网间连接器与其它网络联系, 者通过网间连接器与其它网络联系,构成复 合管理系统;向下支持现场总线, 合管理系统;向下支持现场总线,它使得过程 控制或车间的智能变送器、 控制或车间的智能变送器、执行器和本地 控制器之间实现可靠的实时数据通信。 控制器之间实现可靠的实时数据通信。过 程控制组态采用CAD方法 使其更直观方便, 方法, 程控制组态采用CAD方法,使其更直观方便, 实现自整定功能。 实现自整定功能。
分散控制系统（DCS）是采用标准化、模块化和系列化的设计， 分散控制系统 （ DCS ） 是采用标准化 、 模块化和系列化的设计 ， 具有 以下特点： 以下特点： 自主性 协调性 在线性与实时性 高可靠性 适应性、 适应性、灵活性和可扩充性 友好性
集散控制系统的特点
集散控制系统的组成
分散过程控制级（DDC） 分散过程控制级（DDC） 计算机监督控制级（SCC） 计算机监督控制级（SCC） 生产管理级（MIC） 生产管理级（MIC） 管理 计算机 局部网络（LAN） 局部网络（LAN） 工程师 操作站 操作员 操作站 通信联络 监督 计算机 网间 联络站 至其他局域网 网间 连接器
集散控制系统的发展历史
第二代产品在原来产品的基础上, 第二代产品在原来产品的基础上,进一步提高 了可靠性,新开发的多功能过程控制站、 了可靠性,新开发的多功能过程控制站、增强型操 作站、光纤通信等更完善了DCS。 作站、光纤通信等更完善了DCS。其基本结构由 六部分组成,即局域网络、多功能现场控制站、 六部分组成,即局域网络、多功能现场控制站、增 强型操作站、主计算机、 强型操作站、主计算机、网络连接器和系统管理 站等。第二代产品的特点是采用模块化、 站等。第二代产品的特点是采用模块化、标准化 设计,数据通信向标准化迁移,板级模块化, 设计,数据通信向标准化迁移,板级模块化,单元结 构化,使之具有更强适应性和可扩充性。 构化,使之具有更强适应性和可扩充性。控制功能 更加完善,它能实现过程控制、数据采集、 更加完善,它能实现过程控制、数据采集、顺序控 制和批量控制功能。 制和批量控制功能。

操作透明度： 操作透明度：操作信息和更新速度 易操作性：方便地达到所需要的操作，不易 易操作性：方便地达到所需要的操作， 发生误操作 容错技术： 容错技术：发生误操作时不影响正常运行 安全性： 安全性：进入相应操作环境的安全许可措施
一、操作透明度
操作透明度：生产过程的操作信息是否清 操作透明度：生产过程的操作信息是否清 操作信息 晰地为操作员所接受和理解， 晰地为操作员所接受和理解，并被应用于 为操作员所接受和理解 生产过程的操作中去的能力。 生产过程的操作中去的能力。 检测仪表使用初期：现场工作、 （1）检测仪表使用初期：现场工作、有实 感的理解过程（真实、形象） 感的理解过程（真实、形象）
过程操作画面的切换比重大（过程之间相互耦 过程操作画面的切换比重大（ 合、联系等） 联系等）
减少工作量、提高可靠性，减少过程操作画面的切 减少工作量、提高可靠性，减少过程操作画面的切 过程操作画面的 换操作
切换画面的方法：固定键、动态键、下拉菜单、 切换画面的方法：固定键、动态键、下拉菜单、 画面编号、 画面编号、页面切换等 评价过程显示功能的优劣： 评价过程显示功能的优劣： 过程显示功能的优劣 画面显示全面、切换方法简易、 画面显示全面、切换方法简易、调用的快捷性
控制点的操作：设备的开停、正反转、 控制点的操作：设备的开停、正反转、控制 方式、连锁状态、报警限制等。 方式、连锁状态、报警限制等。 评价：专用键的多少、动态键能否使用、 评价：专用键的多少、动态键能否使用、调 整参数是否方便 组态操作：为系统、回路、 ②组态操作：为系统、回路、报警等组态时 进行的操作，有离线组态和在线组态之分。 进行的操作，有离线组态和在线组态之分。 离线组态有利于和安装时间同步进行， 离线组态有利于和安装时间同步进行，可缩 短投产时间。 短投产时间。 在线组态不影响生产的正常运行， 在线组态不影响生产的正常运行，进行回路 结构等的改动。 结构等的改动。

要求掌握内容：
1. 了解提高计算机控制系统可靠性的方法有哪些 2. 了解干扰的来源与种类，干扰的特性 3. 掌握交流、直流电源抗干扰方法，掌握过程通道的抗干扰 方法，掌握地的种类及各种地的处理 4. 掌握软件抗干扰方法、故障自诊断技术、冗余及后备技术。
第一节 概述
控制系统的可靠与否，通常包含两重意思：其一，是指产品 在规定的时间内，完成规定功能的能力，即可使用性；其二， 是指故障发生后通过维修使系统恢复的能力，即可维修性。 两者统称为可靠性。
水泥厂集散控制系统 葛运旺
第六章 计算机控制系统的可靠性技术
本章主要内容：
1. 提高计算机控制系统可靠性的方法 2. 干扰的来源与种类 3. 硬件抗干扰技术，包括电源系统抗干扰方法，过程 通道抗干扰方法、接地技术等 4. 软件抗干扰技术 5. 故障自诊断技术、冗余及后备技术
第六章 计算机控制系统的可靠性技术
第一节 概述
一、提高控制系统利用率的措施
2. 提高控制系统的抗干扰性能 控制系统要用在条件恶劣的工业环境之中，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。提高系统的环境适应能力也是提高 控制系统可靠性的一个重要方面。 控制系统的抗干扰技术包括硬件抗干扰和软件抗干扰 两个方面，硬件抗干扰包括：电源系统的抗干扰、模拟量 输入/输出通道抗干扰、开关量输入/输出通道抗干扰以及 接地技术对；软件抗干扰包括：Watchdog技术、数字滤 波技术和控制器抗干扰技术。
tx
t
第一节 概述
一、控制系统可靠性指标
2. 失效率λ(t)
失效率λ(t)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，用公式表示为：
( t )

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过程操作画面的切换比重大（过程之间相互耦合、联 系等）
减少工作量、提高可靠性，减少过程操作画面的切换操作
切换画面的方法：固定键、动态键、下拉菜单、画面 编号、页面切换等。
评价过程显示功能的优劣： 固定健、动态键的数量； 画面显示全面；切换方法简 易；调用的快捷性。
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（2）过程监视功能
集散控制系统的操作功能主要通过操作站 实施。从易操作性来分析操作功能的实施， 其判别准则是：
如何获得所需信息 经过多少项操作达到能提供信息的画面 如何对过程实施操作
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（1）显示功能
显示画面： ① 过程操作画面：概貌画面、过程画面、 组画面、回路画面、历史趋势画面、报警 画面等 ② 维修和组态画面：系统维修、系统组态、 回路组态、报警组态、趋势组态等
R(t) N0 N f (t) Ns (t)
N0
N0
6
MTBF 平均故障间隔时间（平均无故障时间）
设备或系统各次故障间隔时间的平均值， 也就是各段连续工作时间的平均值。
n
ti
MTBF(h) i1 n

MTBF 0 R(t)dt
7
MTTF 到发生故障的平均时间
指不能修理的设备或系统，到发生故障为 止的工作时间的平均值，即不可修理产品 的平均寿命。
14
冗余系统的可靠度
工作冗余（使若干同样装置并联运行，只有全部 失效，系统才停止工作）
Rp 1 (1 R1)(1 R2 )
R（p t） e1t e2t e(12 )t MTBF 1 1 1
1 2 1 2
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冷后备系统
n个相同部件，一个部件工作，其余备用，第一 件失效后启动第二部件，直到全部部件失效。

集散控制系统的数据库多数采用分布式数据 库结构。
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6.2实时信息系统
6.2.3 数据分析工具
数据分析工具是实时数据库的客户端应用 程序和工具软件，可使存储于数据库中的 数据发挥最大的价值。他允许信息通过网 络来传播。数据分析工具可以通过简单的 单击对话框即可容易的访问工厂数据，可 提供随时间的数据趋势分析、查询，基于 微软OFFICE的综合性的数据报表，通过公 司的网络访问工厂的历史和实时信息。
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6.4 设备维护管理系统
响维护机构的所有任务：故障 报告、准备、计划和最终报告。对所有报告的完整追踪 为后续工作和分析提供了全面的历史记录。
工单是企业进行设备维护、检修及操作等工作的任 务书，使开展工作的凭证。以工单为中心载体，可以实 现设备技术信息、安全信息、维修物资、专用工具、人 力及维修成本等信息的关联。工单管理可以对工单从生 成到注销的全过程进行监督和控制。
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6.2实时信息系统
6.2.4 生产过程可视化工具
主要的功能如下所述 （1）利用图形方式直观而醒目的向生产管 理人员提供信息，对生产过程直观监控，实 时监控设备运行状况和主要参数的变化。主 要是工艺流程图显示，可以由总貌、局部、 单元和装置流程图。 （2）通过设置报警条件，当生产异常时系 统可自动报警，并提供注释。
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6.5 能源管理系统
6.5.1 数据收集和处理 6.5.2 电力消耗短期预测 6.5.3 电力计划
电力计划实际上也是一种预测。
6.5.4 统计功能
电力能源管理系统的统计功能包括如下内容： （1）能耗统计 （2）成本计算和分析 （3）各种电能消耗指标统计