03 分布式控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的評估

1、分布式控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的評價(jià)13 分布式控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的評價(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23.1 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。3 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。

2、（包含可維修性）4二衡量可靠性的指標(biāo)（1）可靠度（2）平均故障時(shí)間MTBF（Mean Time Between Failure）（3）到發(fā)生故障的平均時(shí)間MTTF（Mean Time To Failure）（4）（瞬時(shí)）故障率FR（Failure Rate）5（1）可靠度：機(jī)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(dá)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(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。6（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)

3、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。73.1.2 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8二提高分布式系統(tǒng)硬件可靠性的措施（1）冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（Redundant Structure）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、多級操作方式9同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式讓兩臺或兩臺以上的裝置以相同的方式同步運(yùn)轉(zhuǎn)，輸入相同

4、的信號，進(jìn)行相同的處理，然后對輸出進(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合10待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式采用N臺同類設(shè)備，采用一臺后備設(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(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11后退運(yùn)轉(zhuǎn)方式正常時(shí)，N臺設(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(bào)警）12多級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能夠

5、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)13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。14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；15操作站的冗余：23臺操作站并聯(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)

6、來提高系統(tǒng)的可靠性。16（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)動部件：由于電子元器件的使用壽命比機(jī)械運(yùn)動部件的使用壽命長，因此，運(yùn)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(jì)采用先進(jìn)的制造工藝17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、多級控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)）18（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

7、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)是對檢測值與故障限值進(jìn)行比較并發(fā)出信號。19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、升級及備品備件的服務(wù)。20三提高分布式系統(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)工作的開展，也有利于軟件的調(diào)試。如

8、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)。21（2）容錯技術(shù) 在設(shè)計(jì)軟件時(shí)，對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(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。223.2 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(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23一操作透明度 操作透明度：

9、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(shí)感的理解過程：真實(shí)、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。 24 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(jìn)行操作。 25（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(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。26宜人學(xué) 宜人學(xué)：也叫人機(jī)工程學(xué)，是“人體科

10、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、健康等問題提供理論與方法的一門新興邊緣科學(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”。 27操作臺適宜的尺寸28 （二）操作功能分布式控制系統(tǒng)的操作功能主要通過運(yùn)行員站實(shí)施。從易操作性來分析操作功能的實(shí)施，其判別準(zhǔn)則是：如何獲得所需信息經(jīng)過多少項(xiàng)操作達(dá)到能提供信息的畫面如何對過程實(shí)施操作 29（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(bào)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(bào)警組態(tài)、趨

11、勢組態(tài)等30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(jià)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31（2）過程監(jiān)視功能運(yùn)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(bào)警限值、報(bào)警信息等。32運(yùn)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(jià)：根據(jù)系統(tǒng)提供的概貌畫面、運(yùn)行人員的要求、畫面提供的信息等進(jìn)行綜合評價(jià)。33（3）操作功能分布式控制系統(tǒng)的操作：過程操

12、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(diǎn)的操作控制回路的操作：控制方式、設(shè)定值、手動輸出值、報(bào)警限制值、控制器作用方式、調(diào)整參數(shù)等。34控制點(diǎn)的操作：設(shè)備的開停、正反轉(zhuǎn)、控制方式、連鎖狀態(tài)、報(bào)警限制等。評價(jià)：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(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。35評價(jià)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(jìn)行故障定位，讀取硬件配置的

13、有關(guān)參數(shù)。評價(jià)：顯示畫面的內(nèi)容是否有利于維修定位。36（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(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)行或降級運(yùn)行。37（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(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，如果沒有硬件保護(hù)，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(hù)措施。 38（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。對于

14、誤操作，如按動與操作無關(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)行員站只對所管轄的生產(chǎn)過程實(shí)施過程操作，對非管轄范圍只有監(jiān)視和顯示功能。39（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(jìn)行保護(hù)，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)。40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

15、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）。41（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42（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(hù)方法： 數(shù)據(jù)加密 分組交換433.3 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 443.3.1 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(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(jìn)行參數(shù)填寫、圖形連接

16、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。45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46一.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)。 47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)

17、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)48（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)庫編制程序法：（高級）編程語言、計(jì)算模塊49（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(shí)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(yùn)行情況50先進(jìn)性:采用分布式控制系統(tǒng)的目的就是提高系統(tǒng)的自動化水平。對于先進(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

18、求設(shè)置專用功能模塊、擴(kuò)大功能，簡化組態(tài)操作。51（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(bào)警界限比較、超限報(bào)警、事故報(bào)警信號故障報(bào)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(bào)警及手自動切換時(shí)的跟蹤處理52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(jìn) 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53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)信號發(fā)生類：階躍、斜波、正弦、方波

19、、非線性轉(zhuǎn)換類整形、延時(shí)脈沖記數(shù)、方波信號用于信號翻轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)集（data set）的傳送54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(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55二過程顯示畫面 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(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(diǎn)畫面、趨勢畫面和各種畫面一覽表、報(bào)警與事件一覽表等。56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

20、點(diǎn)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。57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(jì)算機(jī)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583.3.2 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(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，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。

21、兩種類型：小功能塊語言和大功能塊語言59（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(jì)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(jìn)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。60 （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(shí)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(jìn)行評估，是否具有高級語言編程是一個(gè)重要指標(biāo)。613.4 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；

22、（2）通過通信系統(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。62二從網(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?？偩€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)接口比較簡單，增刪節(jié)點(diǎn)十分方便，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來說，容易滿足系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,實(shí)時(shí)性較好。 63三.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)是否是開放式系統(tǒng)，符合什

23、么通信協(xié)議等。 64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)）65a 星型/總線型； b 總線/總線型；66c 星型/星型； d 總線/環(huán)型673.5 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)。68一.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

24、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。 69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70二.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。71實(shí)時(shí)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(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

25、詢及限定每次通信時(shí)間的方法。（2）對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)間長度，限制總時(shí)間周期的長度。 72（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(gè)節(jié)點(diǎn)都不會失去通信機(jī)會。加上限制每站的通信時(shí)間，可以設(shè)置優(yōu)先等級等，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。73三.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

26、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； 74（2）減小無效通信量的另一個(gè)途徑是對數(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。75四.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)存放的方式來分： （1）集中式 （2）復(fù)制式 （3）分布式76（1）集中式數(shù)據(jù)庫：把數(shù)據(jù)集中在某一點(diǎn)上，它的儲存代價(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)會造成瓶頸。77（2）復(fù)制式數(shù)據(jù)庫：在網(wǎng)

27、絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)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(jià)較高，在冗余系統(tǒng)中才有采用。78（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(diǎn)上。由于在各節(jié)點(diǎn)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(shí)時(shí)性。792.在實(shí)時(shí)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(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來完成實(shí)時(shí)任務(wù)。803.6 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

28、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。813.6.1 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)823.6.2 抗電磁干擾的能力(電磁兼容性)所謂電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，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(jì)要求

29、正常工作的能力。 83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。84(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。 85三個(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

30、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。86（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。87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。88一.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

31、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。89二.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(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“看門狗”技術(shù)等。 903.6.3 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(shí)變性）；在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，過程特性也會呈現(xiàn)非線性特性；若工藝過程擴(kuò)建或放大，工藝流程未發(fā)生變化

32、，但因設(shè)備加大，特性也可能發(fā)生變化。91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923.6.4 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，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。93（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94（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(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：選購備件95（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)96（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97（5）自啟動系統(tǒng)和設(shè)備在