第3章集散测系统性能指标的评估

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第一节招标文件的编制第二节集散系统的可靠性第三节集散系统的易操作性第四节集散系统的可组态性第五节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、使用部门、维修部门二、招标文件的编制（一）编制招标文件应遵循的原则1、技术的先进性（1）在招标文件中所列出的技术性能应具有一定的先进性。至少应是次优的（2）技术的先进性是指允许投标商提出技术性能更先进的产品。2、性能指标定量性根据制造商、供应商提供的技术数据和性能指标：详细的定量的技术指标；温度等．确定是否需要；通信速率等．不能定量衡量的技术性能也应明确要求。算法等．3、竞争的公正性招标文件不应具有倾向性。4、语言的简练和确定性不应在招标文件中存在模棱两可、容易误解的词句。如“保修期１２个月”．（二）招标文件的内容1、总则;2、工作条件(包括环境条件);3、技术指标或规格(包括培训);4、附件和备件;5、文件(包括技术、培训、维修、操作手册及验收议定书);6、技术服务(包括安装、维修及售后服务);7、订购数量;8、交货地点及交货时间。第二节集散系统的可靠性一、可靠性1、可靠性机器、零件或系统在规定的工作条件下，在规定的时间内具有正常工作性能的能力。广义可靠性和狭义可靠性：狭义可靠性:一次性使用的机器、零件或系统的使用寿命。灯泡．广义可靠性：可修复的机器、零件或系统，在使用中不发生故障，一旦发生故障又易修复，使之具有经常使用的性能。（包含可维修性）2、衡量可靠性的指标（1）可靠度（2）平均故障时间MTBF（MeanTimeBetweenFailure）．（3）到发生故障的平均时间MTTF（MeanTimeToFailure）．（4）（瞬时）故障率FR（FailureRate）（1）可靠度：机器、零件或系统，从开始工作起，在规定的工作条件下的工艺周期内，达到所规定的性能，也是无故障正常工作的概率。R(t)=P(Xt)（下面分两种类型的机器、零件或系统设置指标）（2）平均故障时间（MTBF）：可以边修理边使用的机器、零件或系统，相临故障时间的正常时间的平均值。（3）到发生故障的平均时间（MTTF）：不能修理的机器、零件或系统，至发生故障为止的工作时间的平均值。（4）故障率：通常指瞬时故障率，能工作到某个时间的机器、零件或系统，在连续单位时间内发生故障的比率，又称失效率或风险率。二、提高可靠性的途径从可靠性设计和维修性两方面分析1、可靠性设计的准则（1）有效地利用以前的经验（2）尽可能减少零件数（3）采用标准化产品（4）检查、调试及互换容易实现（5）零件互换性好（6）可靠性特殊设计方法2、提高分布式系统硬件可靠性的措施（1）冗余结构设计（RedundantStructure）按冗余部件、装置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、装置或系统越需要冗余，而且冗余度越高。供电系统的冗余：外部双重化供电、内部大容量电池供电保护数据；过程控制装置的冗余：装置冗余（n：1）和CPU冗余（双重化冗余、热后备方式）；通信系统的冗余：双重化冗余，智能变送器、数据通信采用现场总线；操作站的冗余：2—3台操作站并联运行，组成双重化冗余或（2，3）表决系统冗余；系统输入输出信号的插卡部件的冗余以及上位机冗余等。冗余设计是以投入相同的装置、部件为代价来提高系统的可靠性。（2）不易发生故障的硬件设计为了提高使用寿命，从下面几个方面考虑硬件是设计和系统的选型：运动部件：由于电子元器件的使用寿命比机械运动部件的使用寿命长，因此，运动部件的寿命就成为衡量系统可靠性的指标。接插部件：卡件本身、卡件和卡件座接触部分的设计——采用先进的制造工艺,镀金，元器件：机械与电子器件。选用名牌生产厂家高性能、规格化、系列化的元器件，严格预处理和筛选。电路优化设计：采用大规模和超大规模的集成电路芯片，尽可能减少焊点；采用电路优化设计（连接线优化布置、优化性能的元器件、多级控制系统总体设计）（3）迅速排除故障的硬件设计为迅速排除故障，减小MTTR，除了具有足够的备品备件以及提高维修人员技能外，在硬件设计方面采取以下措施：自诊断：硬件和软件结合共同完成。硬件设计使系统发生故障时引起标志位的变化；软的设计是对检测值与故障限值进行比较并发出信号。硬件设计：硬件机械部件和电子部件的设计应易检修、更换、不易发生故障。专用诊断检修设备：为便于诊断和检修，大多数分布式控制系统厂家制造专用设备，用于在线和离线检查和修理，甚至可以进行仿真运行。售后服务和备品备件：人员培训、售后维修、升级及备品备件的服务。三．提高分布式系统软件可靠性的措施（1）分散结构设计把整体的软件设计分散成各子系统的设计，各自独立，共享资源，不仅有利于设计工作的开展，也有利于软件的调试。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在设计软件时，对操作人员的误操作不予响应，即如不按设计顺序则软件不会去输出操作指令，或者输出提示操作出错的信息。（3）标准化采用标准化的软件可以提高软件运行的可靠性，还为其他软件公司的软件移植、应用提供条件。第三节集散控制系统的易操作性集散控制系统的操作包括生产过程操作、组态和编程操作以及维护修理操作。操作透明度：操作信息和更新速度易操作性：方便地达到所需要的操作，不易发生误操作容错技术：发生误操作时不影响正常运行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晰地为操作员所接受和理解，并被应用于生产过程的操作中去的能力。（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）（2）CRT集中显示和操作：操作员对生产过程的状态的认识和实感变淡薄。需要操作员的经验、知识和思维方式对信息进行处理和理解，从而降低操作透明度。（3）集散控制系统：建立与生产过程、模拟仪表及其相似的趋势显示画面、面板，实时更新等。用来提高操作透明度。二．易操作性易操作性：分布式系统所提供的操作环境容易为操作员所接受，并根据提供的信息对生产的全过程进行操作。操作环境、操作功能、容错技术、安全性（一）操作环境：舒适地进行工作数据、状态等信息易于辨认；报警或事件等信息能引起注意；长期工作不感到疲劳；开关和设备便于操作；以最快的速度达到所需要的操作。涉及宜人学、系统的组态、结构方面的知识。宜人学宜人学（人机工程学）：“人体科学”与“工程技术”的结合，研究“人-机-环境”系统中人、机、环境三大要素之间的关系和相互作用的规律，为解决和优化系统中人的效能、健康等问题提供理论与方法的一门新兴边缘科学。人机工程学的基本理论是“产品设计要适合人的生理，心理因素”。操作台适宜的尺寸（二）操作功能分布式控制系统的操作功能主要通过运行员站实施。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（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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：画面显示全面、切换方法简易、调用的快捷性（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、运行人员的要求、画面提供的信息等进行综合评价。（3）操作功能分布式控制系统的操作：过程操作、组态操作和维修操作①过程操作：对控制回路的操作、对各控制点的操作控制回路的操作：控制方式、设定值、手动输出值、报警限制值、控制器作用方式、调整参数等。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。评价：专用键的多少、动态键能否使用、调整参数是否方便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。离线组态有利于和安装时间同步进行，可缩短投产时间。在线组态不影响生产的正常运行，进行线路结构等的改动。评价组态操作：组态软件、组态工具、编程语言、图形编辑方式、工作的难易、快慢。③维修操作主要是画面的调用。分级画面显示，进行故障定位，读取硬件配置的有关参数。评价：显示画面的内容是否有利于维修定位。（三）容错技术注意区别提高易操作性的容错技术与提高可靠性的容错技术前者：系统在正常运行中由于误操作时，系统仍能正常运行。后者：系统中某部分发生故障时，系统仍能正常运行或降级运行。（1）多重确认对于重要操作步骤，采用双重或多重确认，对操作环境设置口令（Password）。（2）硬件保护（电路）安装接线和调试或者误操作，把高电平的电源线引入接线板，如果没有硬件保护，就会引起输入单元或过程控制装置损坏。对于可能引起误动作的各类电磁干扰也要采取硬件和软件的保护措施。（3）不予响应软件编制时：采用不予响应的方法防止误操作影响生产运行。对于误操作，如按动与操作无关的键时，不发生操作指令或者在显示的警告区提示和发出警告声响。（4）分工管理对于多个运行员站，给予各运行员站不同的分工范围，每个运行员站只对所管辖的生产过程实施过程操作，对非管辖范围只有监视和显示功能。（5）数据保护采用存取控制和数据变换的方法来防止非法手段存取和修改数据。分布式控制系统通过数据网络传送数据，对数据进行保护，存取控制是用存取矩阵的方法，控制用户对共享数据的存取，防止非法盗取或更改数据。存取矩阵：一个存取矩阵可以被看作一个状态，状态转换需要一定的权限。数据变换则用变换的方法，把数据进行变换，使合法用户才能读到数据。普通用户所读到的数据并不是真实值，二者之间存在一定转换的关系（例如：函数关系、码制关系等）。（四）安全性防止非法操作、非法存取所采取的措施（1）用户识别和确认（2）通信网络的安全（1）用户识别和确认硬件密钥、口令、通行字；用户的语言、指纹（2）网络的安全性网络的数据保护方法：数据加密、分组交换第四节集散系统的可组态性一、组态二、组态语言一、组态“组态”的概念来自英文configuration。使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行待定任务，满足使用者要求的目的。通过软件采用非编程的操作方式，进行参数填写、图形连接和文件生成等，使得软件乃至整个系统具有某种指定的功能。分布式控制系统的组态：系统组态：组成系统的各设备间的连接画面组态：操作站的各种画面、画面间连接控制组态：完成各控制器、过程控制装置结构连接、参数设置等1、功能块或算法功能块或算法：控制系统结构中的基本单元。（1）组成：功能块是由分布式系统制造商提供的系统应用程序，由不同需功能的子程序组成，主要包括结构参数、设置参数和可调整