第三章集散控制系统性能指标.ppt
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1、第三章 集散控制系统性能指标的评估,第一节 集散控制系统的可靠性 第二节 集散控制系统的易操作性 第三节 集散控制系统的可组态性 第四节 集散控制系统的其他性能指标,1,1可靠性定义 (1)指机器、零件或系统,在规定工作条件下,在规定的时间内具有正常工作性能的能力。 (2)狭义的可靠性指一次性使用的机器、零件或系统的使用寿命。 (3)集散控制系统可靠性是指广义的可靠性。它是可修复的机器、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。因此,它还包含了可维修性。,第一节 集散控制系统的可靠性,一、可靠性,2,2、衡量可靠性的指标 可靠度、MTBF、MTTR及故障率。
2、 (1)可靠度(Reliability) 用概率来表示零件、设备和系统的可靠程度,具体定义是:指机器、零件或系统,从开始工作起,在规定的使用条件下的工作周期内,达到所规定的性能,即无故障正常状态的概率,用R(t)表示即:,第一节 集散控制系统的可靠性,3,(2)MTBF(Mean Time Between Failures):平均无故障时间指可以边修理边使用的机器、零件或系统,相邻故障期间的正常工作时间的平均值。(正常运行时间) 选择MTBF值高的产品,将给我们带来更高的竞争力。 (3) MTTR(Mean Time To Repair) 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
3、均时间。 (故障时间),第一节 集散控制系统的可靠性,4,(4)故障率(Fai1ure Rate) 通常指瞬时故障率。它是指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例,用(t)表示。又称失效率、风险率。 故障率等于 t以后的单位时间内失效元件数与t时刻仍然有效的元件数之比。 例如:正在运行中的100只硬碟,一年之内出了2次故障,则每个硬碟的故障率为0.02次/年。,第一节 集散控制系统的可靠性,5,例3-1,(1)6000台产品,每天工作10小时,工作一个月后有6台失效,MTBF是多少? (2)1000台产品,每天工作24小时,工作一个月后有0.5台失效,MTBF是多少
4、? (3)那当1000台产品,每天工作24小时,连续工作一个月,要使其MTBF为第一种情况时的值时,需使其失效低于多少台?,6,假定:寿命服从指数分布,1)6000台*10小时*30天=1800000台时,一个月内坏了6台 =6/180W MTBF=180W/6=30W小时 2)1000台*24小时*30天=720000台时,一个月内坏了0.5台 =0.5/72W MTBF=72W/0.5=144W小时 3) 6/180=2.4/72 也就是说180W台时内坏了6台 与 72W 内坏了2.4台是等效的,答案,7,1、维修性(Maintenance)定义 指可修复的机器、零件或系统,发生故障后进
5、行维修,使其恢复正常工作的能力。 2、维修的三要素 机器、零件或系统是否被设计得容易维修; 进行维修的技术人员技能; 维修所需的备品备件、设备。 这三者之间的相互联系关系到维修的速度快慢。,第一节 集散控制系统的可靠性,二、可维修性,8,3、在集散控制系统中,采用接插板的方法使零件易于维修,通过自诊断系统的诊断及面板故障显示使对维修人员的技能要求降低,必需的备品贮备使更换变得方便,这些措施使集散控制系统的维修性大大改善。,第一节 集散控制系统的可靠性,9,4、衡量维修性的指标 常用的有维修度和平均修复时间 (1)维修度(Maintenabi1ity) 可修复的机器、零件或系统,在规定的条件(指
6、维修三要素)下,在规定时间(0,)内完成维修的概率。用M()表示。,第一节 集散控制系统的可靠性,【例3-2】某插接卡在运行中发生故障25件,其修复时间分别为:18,20,21,23,24,27,30,35,37,37,38,41,42,44,45,46,48,49,51,52,55,60,62,67,72(分)。则1小时维修度可由:,10,(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均值。,第一节 集散控制系统的可靠性,11,三、提高可靠性的途径,集散控制系统的可靠性是评估集散控制系统的一个重要性能指标。通常,制造厂商提供的可靠度
7、数据都在99.99至99.9999。因此,在评估系统可靠性时,可以采用那些提高系统可靠性的措施来分析。除了系统制造时应该保证符合设计要求外,通常可以从可靠性设计和维修性两方面进行分析。,第一节 集散控制系统的可靠性,12,1可靠性设计的准则 2提高集散控制系统硬件可靠性措施 3提高集散控制系统软件可靠性措施,第一节 集散控制系统的可靠性,13,1可靠性设计的准则,在可靠性设计时,遵循下列准则: 有效地利用以前的经验; 尽可能减少零件件数,尤其是故障率高的零件数; 采用标准化的产品; 检查、调试和互换容易实现; 零件互换性好; 可靠性特殊设计方法,例如,冗余设计、安全装置设计、及安全设计、可靠性
8、预测等。,可靠性设计是完全新型的一种设计。采用了可靠性设计,就能设计出在使用过程中不易发生故障、即使发生故障也容易修复的产品。,14,2提高集散控制系统硬件可靠性的措施,(1)冗余结构设计 (2)不易发生故障的硬件设计 (3)迅速排除故障的硬件设计,15,(1)冗余结构设计,冗余结构设计可以保证系统运行时不受故障的影响。 按冗余部件、装置或系统的工作状态,可分为工作冗余(热后备)和后备冗余(冷后备)两类。 按冗余度的不同,可分为双重化冗余和多重化(n:1)冗余。,16,设计冗余结构的范围应与系统的可靠性要求、自动化水平及经济性一起考虑。为了便于多级操作,实现分散控制、集中管理的目标,在集散系统
9、的应用时,越是处于下层的部件、装置或系统越需要冗余,而且冗余度也越高。 供电系统冗余、过程装置的冗余(分为装置冗余和CPU插板冗余两类)、通信系统冗余、操作站冗余。,(1)冗余结构设计,17,(2)不易发生故障的硬件设计,为了提高使用寿命,可从下述几方面考虑硬件的设计和系统的选型。 1)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。 例如,集散控制系统的组态和编程数据可以放在内存,也可以存放在硬盘。由于硬磁盘存在机械运动部件,因此,选用的集散控制系统应采用内存储器存取,以提高可靠性。 例如,鼠标的检测有光线直接反射和经球面反射的,
10、由于球面的运动易引起故障,因此,可选用直接反射式的鼠标。,18,2)接插卡件:接插卡件在集散控制系统组成中占很大比重。它的可靠性会直接影响全系统的正常运行。接插卡件的可靠性设计包括卡件本身的设计以及卡件和卡件座的接触部件设计。 集散控制系统中的接插卡件是在计算机控制的自动化流水线上生产的,采用了先进的制造工艺,例如波峰焊接、多层印刷板、镀金处理等。还采用了可靠性测试和检验,提高了接插卡件的可靠性。 卡件和卡件座的接触部位的设计既要有可靠性、又要有维修性的要求,通常采用插接、压接、螺丝固定、插脚和插座接触部位镀金等措施。,(2)不易发生故障的硬件设计,19,3)元器件:包括机械与电子元器件。选用
11、名牌工厂生产的高性能、规格化、系列化的元器件,如大规模集成电路、超大规模集成电路、微处理器芯片、耐磨损传动器件等。 4)电路优化设计:采用大规模和超大规模的集成电路芯片,尽可能减少焊接点。,(2)不易发生故障的硬件设计,20,(3)迅速排除故障硬件设计,1)自诊断:集散控制系统中的自诊断功能通常由硬件和软件共同完成。硬件的设计是使系统发生故障时引起标志位的变化,并激励相应故障显示发光二极管。软件的设计是对检测值与故障限值进行比较,并据此发出信号。一个性能良好的集散控制系统应具有很强的自诊断功能,它能够对各种接插卡件进行诊断,并显示故障。,21,2)硬件设计:易检修、更换、不易发生故障的硬件设计
12、包括机械部件和电子线路的设计。通常,对需要常检修和更换的部件采用接插卡件的机械设计。在电子线路设计方面,采用各卡件自成系统,它的插入和拔出不影响其他卡件的运行,保险丝安装部件易于更换等措施。 3)专用诊断、检修设备:为了便于诊断和检修,大多数集散控制系统制造厂商还制造了专用设备,用于在线和离线检查和修理,有些设备还可以进行仿真运行。,(3)迅速排除故障硬件设计,22,4)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。,(3)迅速排除故障硬件设计,23,
13、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。,24,思考题,1、试述可靠性的定义。广义可靠性和狭义可靠性的主要区别在哪里? 2、用于衡量可靠性的指标有哪些?,25,第二节 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和修理操作。 易操作性包括: 操作透明度:集散控制系统提供的操作信息量和更新速度等; 易操作性:方便地达到所需的
14、操作要求,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。 易操作性是一个使用性能指标,它与集散系统的整体性能有密切关系!,26,一、操作透明度,操作透明度(Operating Transparency)指生产过程的操作信息量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。 为了增强操作员的实感,在集散控制系统的设计中普遍建立了与模拟仪表面板相类似的面板或组显示画面,建立了与模拟记录仪表相类似的趋势显示画面,建立了报警和警告(事件)的一览报表等。 此外,对于二位式的开关信号,如阀门、泵、马达的启停,开关、信号灯的开、关等采用
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