03 分布式控制系统性能指标的评估

3.3分布式控制系统的可组态性3.3.1组态3.3.2组态语言3.3.1组态“组态”的概念最早来自英文configuration，含义是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。也就是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、参数设置等一.功能块或算法功能块或算法是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、设置参数和可调整参数。从可组态性的要求出发，功能块的参数应具有易设置、易调整的特点。结构参数：功能参数——子功能、不同数据类型、多输入信号；充分利用内存、减少消耗。连接参数——功能参数与外部的连接；软连接设置参数：系统设置参数和用户设置参数可调整参数：运行元可调参数和工程师可调参数（2）信息的输入方法：功能表格：机器码、助记符、菜单功能图法：填表发、建立数据库编制程序法：（高级）编程语言、计算模块（3）根据可组态性判断功能块的质量：灵活性：功能块代替仪表的部分功能满足过程控制的要求，专用功能块，功能参数的设置，灵活组合成各种功能。实施功能块组态方便：提示信息、参数默认值、自动建立连接参数。维修和调试：软接线方式、检查模块运行情况先进性:采用分布式控制系统的目的就是提高系统的自动化水平。对于先进的控制算法、采用仪表时投资较大的计算指标的控制算法，功能块能否实现。完善性：适应常规控制、顺序控制、批量控制的要求设置专用功能模块、扩大功能，简化组态操作。（4）功能块按功能划分：输入与输出类模块：按信号的类型：模拟量、数字量、脉冲量输入功能块：预处理（数字滤波、线性化、开方处理、工程单位转换、报警界限比较、超限报警、事故报警信号故障报警）输出功能块：自动切换、手动信号输出、控制方式选择、输出信号限值比较、超限报警及手自动切换时的跟踪处理控制算法类功能模块:常规控制算法和高级控制算法P、I、D及其组合、改进超前滞后控制算法开关控制算法自整定PID控制算法纯滞后的Smith预估控制算法预测控制算法运算类：数学运算和逻辑运算(顺序功能模块、比较模块)信号发生类：阶跃、斜波、正弦、方波、非线性转换类整形、延时脉冲记数、方波信号用于信号翻转、数据集（dataset）的传送信号选择和状态类功能块信号的多路切换(多路开关)、信号的高、低限以及报警状态其它：时钟同步模块打印模块报表显示模块二．过程显示画面过程显示画面是操作站显示屏所显示的画面，包括系统画面和过程操作画面。系统画面：用于系统维护，通常由系统的结构、通信网络和各组成设备及运行状态等信息组成。过程操作画面：用户过程画面、概貌画面、仪表面板画面、检测和控制点画面、趋势画面和各种画面一览表、报警与事件一览表等。显示画面的组态：用户过程画面的分页静态和动态画面的绘制及合成各画面间的连接等从可组态性的观点来看，分页少有利于减少组态工作量，但从可操作性看，过多的设备和变量显示集中在一幅画面，容易造成操作的失误。用户过程画面的组态:用过程显示图形符号和数据显示组合的工作，是操作员与计算机联系的界面。标准化：图形标准化、图库协调性：排列位置、尺寸大小、颜色分配、数据显示刷新速率等内容的协调。操作灵活性：动、静态画面绘制合成、画面编辑、画面调用直观性：颜色填充、棒图升降等直观显示变化趋势的方法3.3.2组态语言（1）功能块语言功能块语言相当于单元组合仪表所实现的功能。通常是个子程序，用户根据集散系统制造厂商所提供个组态手册，填写控制框图和有关参数，然后通过软件连接把相应的功能块连接起来。两种类型：小功能块语言和大功能块语言（2）面向问题的语言面向问题的语言是由制造厂商在集散控制系统软件中设计了一系列的问题，用户根据生产过程的要求，对这些问题进行回答，并完成相应组态的语言。面向问题的语言主要包括填表式语言和指令集的批量处理语言等。（3）高级语言高级语言作为组态语言主要用于分布式控制系统提供的组态语言不能实施某些功能的场合。分布式系统制造厂商为了让第三方的软件能在其产品中得到应用，使系统真正开放，完成了高级语言的接口软件。对于分布式系统进行评估，是否具有高级语言编程是一个重要指标。3.6分布式控制系统的环境适应性除了可扩展性之外，分布式控制系统的环境适应性还包括对使用环境场所的适应能力，包括对环境场所的有害气体、温度、湿度等因素的适应能力以及对环境电磁干扰的适应能力等。3.6.1抗环境干扰和侵蚀的能力（1）采用密闭的部件结构（2）采用低功耗的元器件、加大散热面积（3）采用风冷、水冷措施降温（4）减少接触部件，加大接触面积（5）采用薄膜式键盘（6）采用正压送风3.6.2抗电磁干扰的能力(电磁兼容性)所谓电磁兼容性（ElectromagneticCompatibility，简称EMC，俗称抗电磁干扰或抗干扰）是指电子装置在预定的工作环境下，既不受周围电磁场的影响，也不影响周围环境，不发生性能变异或误动，而按设计要求正常工作的能力。电磁兼容性三方面的含义(1)电磁环境应是给定的或可预期的；(2)设备、分系统或系统不应产生超过标准或规范所规定的电磁干扰发射（EMI）限值的要求；电磁干扰发射就是从干扰源向外发射电磁干扰能量的现象，它是引起电磁干扰的原因。(3)设备、分系统或系统应满足标准或规范所规定的电磁敏感性（EMS）限值或抗扰度（Immunity）限值的要求；电磁干扰的情况下，设备、分系统或系统不能避免性能降低的能力；抗扰度即设备、分系统或系统面临电磁干扰不降低运行性能的能力。三个基本要素（1）电磁干扰源任何形式的自然现象或电能装置所发射的电磁能量，能使共享同一环境的人或其他生物受到伤害，或是其他设备、分系统或系统发生电磁危害，导致性能降级或失效，这种自然现象或电能装置即为电磁干扰源。（2）耦合途径耦合途径即传输电磁干扰的通路或媒介。（3）敏感设备敏感设备是指当受到电磁干扰源所发射的电磁能量的作用时，会受到伤害的人或其它生物，以及会发生电磁危害、导致性能降级或失效的器件、设备、分系统或系统。许多器件、设备、分系统或系统可以既是电磁干扰源又是敏感设备。抗干扰措施系统的抗电磁干扰能力，也称为电磁兼容能力。硬件和软件两方面都采取一系列的措施来防止电磁干扰的影响。一.硬件方面硬件抗干扰技术是设计系统时首选的抗干扰措施，它能有效地抑制干扰源，阻断干扰传输通道。只要合理地布置与选择有关参数，硬件抗干扰措施就能抑制系统的绝大部分干扰。硬件抗干扰措施主要包括：滤波技术、去耦技术、屏蔽技术、隔离技术及接地技术等。二.软件方面软件抗干扰技术措施主要是针对由于干扰而使运行程序发声混乱，导致程序乱飞或陷入死循环的情况，采取把程序纳入正规的措施，如软件冗余、软件陷阱、检查程序计数器PC的值是否超出程序区、校验程序代码的正确性、校验RAM的正确性、软硬件结合的“看门狗”技术等。3.6.3抗本身性能变化的能力生产过程本身的性能会随工况变化而发生变化（过程的模型具有时变性）；在负荷发生变化时，过程特性也会呈现非线性特性；若工艺过程扩建或放大，工艺流程未发生变化，但因设备加大，特性也可能发生变化。研制适应这些变化的产品：自适应控制模块自整定专家系统基于模型的预测控制3.6.4故障发生时的适应能力系统发生故障时，尽快恢复正常工作并自启动，尽量减小影响范围，以及能够自我诊断出故障部位的能力和范围。（1）供电故障和通信故障：冗余保护：冗余供电和冗余通信系统自动切换掉电保护：锂电池、大容量电容，保护程序和数据库节点旁路：通信故障未设置冗余，把故障节点旁路，其他正常运行（2）插件板故障或I/O板故障引起局部系统不能正常工作（CPU板：与之有关的系统不能工作、外存储器板：历史数据存储）选择时注意尽可能减少影响范围排除故障：必须停机：冗余系统；带电操作：选购备件（3）意外故障：例如：高压线与输入线相接触造成输入端引入高压。保险丝或隔离装置选择：分析故障造成的影响范围、可能的故障进行，选择性能良好的系统（4）自诊断：发生故障时，系统具有多大的能力和范围来诊断出故障的部位，在多大的程度上俩显示发生的故障。自诊断功能：软件和硬件插板级、设备级诊断的显示方式各不相同（5）自启动系统和设备在发生故障后，需要恢复到正常工况，有些系统提供了故障发生后的再启动功能。系统具有记忆功能，把故障前的各种参数储存起来，再启动后时可以很快投入正常运行，缩短恢复时间。3.7分布式控制系统的经济性经济性：在符合性能要求的前提下，选用价格低的产品。经济性包括:初始投资费用维修费用扩展投资费用一.初始投资费用初期投资费用指为本工程投产所需要的自控总投资费用，在计算时有时要与相应的仪表投资费用结合起来，作为总投资费用来衡量。二.维修费用维护和维修费用除了维修人员的各项费用之外，主要是备品备件的费用。维修人员费用：（1）系统维修所需要的技术（2）系统的可维修性备品备件费用注意：（1）销售整套系统，优惠折扣，但备品备件单价较高；（2）备品备件费用：单价、数量，平均寿命。备品备件一览表三.扩展投资费用规模方面：扩展总点数15%—20%、50%、80%—85%时所需要增加的费用与估计可能达到相应点数的概率相乘并相加，有时要考虑扩展到全厂或全公司的管理调度系统的可能性而进行的估算。保证经济性费用预估（1）全系统实现时间从系统设计开始，系统的组建、安装、调试、开工直到投产的全部时间。一个好的分布式控制系统。由于它的组态、设计和操作方便，可以大大缩短该时间，从而提高回收效率。（2）用户熟练掌握系统需要的时间系统投产后，若用户能熟练掌握系统的操作，就能增加系统的总的经济效益，减少运行费用。该时间的长短除了与系统本身有关外，还与系统组态工作的好坏、操作人员的技术水平有关。（3）系统功能与生产过程的适用程度系统功能强、适应性好，则在生产过程中运用后就能发挥效益。这与系统本身具有的功能是否被用足、用好有关：系统要适应过程的功能经过组态来发挥这些功能（4）系统的可维修性由于系统的运行中，大量的费用是维修费用，因此，减少维修费用的支出是衡量系统成功与否的重要标志。可维修性三要素：①机器、零件或系统设计的很容易被维修；②维修人员技术水平的高低；③维修所需的备品备件、设备。第一部分第三章复习题1.冗余方式有哪几种?各自的含义是什么?2.分布式控制系统的各部分主要采用哪些冗余方式?3.易操作性的容错技术与提高可靠性的容错技术有什么区别?4.什么是组态?分布式控制系统的组态分为哪几种?5.何为实时性?系统的实时性主要与那些因素有关?6.系统的速率主要余那些因素有关?7.数据存放的方式有哪些?各有什么特点?8.何谓电磁兼容性?提高系统电磁兼容能力的方法有哪些?9.电磁干扰的三各基本要素是什么?