分布式控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的評(píng)估課件

1、分布式控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的評(píng)估分布式控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的評(píng)估3.3.1 組態(tài)“組態(tài)”的概念最早來(lái)自英文configuration，含義是使用軟件工具對(duì)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(dòng)執(zhí)行待定任務(wù)，滿足使用者要求的目的。也就是通過(guò)軟件采用非編程的操作方式，進(jìn)行參數(shù)填寫、圖形連接和文件生成等，使得軟件乃至整個(gè)系統(tǒng)具有某種指定的功能。3.3.1 組態(tài)“組態(tài)”的概念最早來(lái)自英文configur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(guò)程控制裝置結(jié)構(gòu)連接、參數(shù)設(shè)置等分布式控制系統(tǒng)的組態(tài)：一.功能

2、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)。 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。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(hào)；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)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)結(jié)構(gòu)參數(shù)：（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(kù)編制程序法：（高級(jí)）

3、編程語(yǔ)言、計(jì)算模塊（2）信息的輸入方法：（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(guò)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(dòng)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（3）根據(jù)可組態(tài)性判斷功能塊的質(zhì)量：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(dòng)化水平。對(duì)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、批量控制的要求設(shè)置專用功能模塊、擴(kuò)大功能，簡(jiǎn)化組態(tài)操作。先進(jìn)性:（4）功能塊按功能劃分：輸入與輸出類模塊：按信號(hào)的類型：模

4、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(hào)故障報(bào)警）輸出功能塊：自動(dòng)切換、手動(dòng)信號(hào)輸出、控制方式選擇、輸出信號(hào)限值比較、超限報(bào)警及手自動(dòng)切換時(shí)的跟蹤處理（4）功能塊按功能劃分：控制算法類功能模塊:常規(guī)控制算法和高級(jí)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(cè)控制算法控制算法類功能模塊: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(hào)發(fā)生類：階躍、斜波、正弦、方波、非線性轉(zhuǎn)換類整形、延時(shí)脈沖記數(shù)、方波信號(hào)用于信號(hào)翻轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)集（dat

5、a set）的傳送運(yùn)算類：信號(hào)選擇和狀態(tài)類功能塊信號(hào)的多路切換(多路開關(guān))、信號(hào)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)表顯示模塊信號(hào)選擇和狀態(tài)類功能塊二過(guò)程顯示畫面 過(guò)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(guò)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(guò)程操作畫面：用戶過(guò)程畫面、概貌畫面、儀表面板畫面、檢測(cè)和控制點(diǎn)畫面、趨勢(shì)畫面和各種畫面一覽表、報(bào)警與事件一覽表等。二過(guò)程顯示畫面 過(guò)程顯示畫面是操作站顯示屏所顯示的畫面，包顯示畫面的組態(tài)： 用戶過(guò)程畫面的分頁(yè) 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)畫面的繪制及合成 各畫面間的連接等從可組態(tài)

6、性的觀點(diǎn)來(lái)看，分頁(yè)少有利于減少組態(tài)工作量，但從可操作性看，過(guò)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。顯示畫面的組態(tài)：用戶過(guò)程畫面的組態(tài):用過(guò)程顯示圖形符號(hào)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(kù)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(dòng)、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(shì)的方法用戶過(guò)程畫面的組態(tài):3.3.2 組態(tài)語(yǔ)言（1）功能塊語(yǔ)言 功能塊語(yǔ)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(cè)，填寫控制框圖和有關(guān)參數(shù)，然后通

7、過(guò)軟件連接把相應(yīng)的功能塊連接起來(lái)。兩種類型：小功能塊語(yǔ)言和大功能塊語(yǔ)言3.3.2 組態(tài)語(yǔ)言（1）功能塊語(yǔ)言 功能塊語(yǔ)言相當(dāng)于單（2）面向問(wèn)題的語(yǔ)言 面向問(wèn)題的語(yǔ)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(wèn)題，用戶根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的要求，對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行回答，并完成相應(yīng)組態(tài)的語(yǔ)言。面向問(wèn)題的語(yǔ)言主要包括填表式語(yǔ)言和指令集的批量處理語(yǔ)言等。（2）面向問(wèn)題的語(yǔ)言 面向問(wèn)題的語(yǔ)言是由制造廠商在集散控制系 （3）高級(jí)語(yǔ)言 高級(jí)語(yǔ)言作為組態(tài)語(yǔ)言主要用于分布式控制系統(tǒng)提供的組態(tài)語(yǔ)言不能實(shí)施某些功能的場(chǎng)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(jí)語(yǔ)言的接口軟件。對(duì)于

8、分布式系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，是否具有高級(jí)語(yǔ)言編程是一個(gè)重要指標(biāo)。 （3）高級(jí)語(yǔ)言 高級(jí)語(yǔ)言作為組態(tài)語(yǔ)言主要用于分布式控制系統(tǒng)3.6 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，分布式控制系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性還包括對(duì)使用環(huán)境場(chǎng)所的適應(yīng)能力，包括對(duì)環(huán)境場(chǎng)所的有害氣體、溫度、濕度等因素的適應(yīng)能力以及對(duì)環(huán)境電磁干擾的適應(yīng)能力等。3.6 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3.6.1 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)3.6.1 抗環(huán)境干擾和侵蝕的能力（1

9、）采用密閉的部件結(jié)構(gòu)3.6.2 抗電磁干擾的能力(電磁兼容性)所謂電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，簡(jiǎn)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(chǎng)的影響，也不影響周圍環(huán)境，不發(fā)生性能變異或誤動(dòng)，而按設(shè)計(jì)要求正常工作的能力。 3.6.2 抗電磁干擾的能力(電磁兼容性)所謂電磁兼容性（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(guò)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。電磁兼容性三方

10、面的含義 (1) 電磁環(huán)境應(yīng)是給定的或可預(yù)期的(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。 (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(jí)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

11、媒介。三個(gè)基本要素 （1）電磁干擾源（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(huì)受到傷害的人或其它生物，以及會(huì)發(fā)生電磁危害、導(dǎo)致性能降級(jí)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。（3）敏感設(shè)備抗干擾措施系統(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(lái)防止電磁干擾的影響?？垢蓴_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

12、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。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，它二.軟件方面軟件抗干擾技術(shù)措施主要是針對(duì)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。 二.軟件方面軟件抗干擾技術(shù)措施主要是針對(duì)由于干擾而使運(yùn)行程序3.6.3 抗本身性能變化的能力 生產(chǎn)過(guò)程本身的性能會(huì)隨工況變化而發(fā)生變化（過(guò)程的模型具有時(shí)變性）；在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，過(guò)程特性也會(huì)呈現(xiàn)

13、非線性特性；若工藝過(guò)程擴(kuò)建或放大，工藝流程未發(fā)生變化，但因設(shè)備加大，特性也可能發(fā)生變化。3.6.3 抗本身性能變化的能力 生產(chǎn)過(guò)程本身的性能會(huì)隨工況研制適應(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(cè)控制研制適應(yīng)這些變化的產(chǎn)品：3.6.4 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(dòng)，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。3.6.4 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（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(dòng)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(kù)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，

14、其他正常運(yùn)行（1）供電故障和通信故障：（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(chǔ)器板：歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）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(gòu)備件（2）插件板故障或I/O板故障（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)（3）意外故障：（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(lái)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(jí)、設(shè)備級(jí) 診斷的顯示方式各不相同（4）自診斷

15、：（5）自啟動(dòng)系統(tǒng)和設(shè)備在發(fā)生故障后，需要恢復(fù)到正常工況，有些系統(tǒng)提供了故障發(fā)生后的再啟動(dòng)功能。系統(tǒng)具有記憶功能，把故障前的各種參數(shù)儲(chǔ)存起來(lái)，再啟動(dòng)后時(shí)可以很快投入正常運(yùn)行，縮短恢復(fù)時(shí)間。（5）自啟動(dòng)3.7 分布式控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性：在符合性能要求的前提下，選用價(jià)格低的產(chǎn)品。經(jīng)濟(jì)性包括: 初始投資費(fèi)用 維修費(fèi)用 擴(kuò)展投資費(fèi)用3.7 分布式控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性：在符合性能要求的前提一.初始投資費(fèi)用初期投資費(fèi)用指為本工程投產(chǎn)所需要的自控總投資費(fèi)用，在計(jì)算時(shí)有時(shí)要與相應(yīng)的儀表投資費(fèi)用結(jié)合起來(lái)，作為總投資費(fèi)用來(lái)衡量。一.初始投資費(fèi)用初期投資費(fèi)用指為本工程投產(chǎn)所需要的自控總投資二.維修費(fèi)用維護(hù)和維

16、修費(fèi)用除了維修人員的各項(xiàng)費(fèi)用之外，主要是備品備件的費(fèi)用。維修人員費(fèi)用： （1）系統(tǒng)維修所需要的技術(shù) （2）系統(tǒng)的可維修性二.維修費(fèi)用維護(hù)和維修費(fèi)用除了維修人員的各項(xiàng)費(fèi)用之外，主要是備品備件費(fèi)用注意：（1）銷售整套系統(tǒng)，優(yōu)惠折扣，但備品備件單價(jià)較高；（2）備品備件費(fèi)用：?jiǎn)蝺r(jià)、數(shù)量，平均壽命。備品備件費(fèi)用注意：備品備件一覽表備品備件一覽表三.擴(kuò)展投資費(fèi)用規(guī)模方面：擴(kuò)展總點(diǎn)數(shù)15%20%、50%、80%85%時(shí)所需要增加的費(fèi)用與估計(jì)可能達(dá)到相應(yīng)點(diǎn)數(shù)的概率相乘并相加，有時(shí)要考慮擴(kuò)展到全廠或全公司的管理調(diào)度系統(tǒng)的可能性而進(jìn)行的估算。三.擴(kuò)展投資費(fèi)用規(guī)模方面：擴(kuò)展總點(diǎn)數(shù)15%20%、50%、保證經(jīng)濟(jì)性費(fèi)用

17、預(yù)估（1）全系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)間從系統(tǒng)設(shè)計(jì)開始，系統(tǒng)的組建、安裝、調(diào)試、開工直到投產(chǎn)的全部時(shí)間。一個(gè)好的分布式控制系統(tǒng)。由于它的組態(tài)、設(shè)計(jì)和操作方便，可以大大縮短該時(shí)間，從而提高回收效率。保證經(jīng)濟(jì)性費(fèi)用預(yù)估（1）全系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)間（2）用戶熟練掌握系統(tǒng)需要的時(shí)間系統(tǒng)投產(chǎn)后，若用戶能熟練掌握系統(tǒng)的操作，就能增加系統(tǒng)的總的經(jīng)濟(jì)效益，減少運(yùn)行費(fèi)用。該時(shí)間的長(zhǎng)短除了與系統(tǒng)本身有關(guān)外，還與系統(tǒng)組態(tài)工作的好壞、操作人員的技術(shù)水平有關(guān)。（2）用戶熟練掌握系統(tǒng)需要的時(shí)間（3）系統(tǒng)功能與生產(chǎn)過(guò)程的適用程度系統(tǒng)功能強(qiáng)、適應(yīng)性好，則在生產(chǎn)過(guò)程中運(yùn)用后就能發(fā)揮效益。這與系統(tǒng)本身具有的功能是否被用足、用好有關(guān)： 系統(tǒng)要適應(yīng)過(guò)程的功能 經(jīng)過(guò)組態(tài)來(lái)發(fā)揮這些功能（3）系統(tǒng)功能與生產(chǎn)過(guò)程的適用程度（4）系統(tǒng)的可維修性由于系統(tǒng)的運(yùn)行中，大量的費(fèi)用是維修費(fèi)用，因此，減少維修費(fèi)用的支出是衡量系統(tǒng)成功與否的重要標(biāo)志?？删S修性三要素： 機(jī)器、零件或系統(tǒng)設(shè)計(jì)的很容易被維修； 維修人員技術(shù)水平的高低； 維修所需的備品備件、設(shè)備。 （4