畢業(yè)設(shè)計(jì)--dcs可靠性設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)</p><p>　　作 者： 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　院 系： 自動(dòng)化工程學(xué)院控制科學(xué)與工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 自動(dòng)化 </p><p>　　題 目：

2、 DCS可靠性設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與發(fā)展 </p><p>　　指導(dǎo)者： 副教授 </p><p>　　評(píng)閱者： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　分散控制系統(tǒng)（DCS）是生產(chǎn)過

3、程監(jiān)視、控制技術(shù)發(fā)展和計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)物。其主要作用是對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制、監(jiān)視、管理和決策,因此要求它必須具有很高的可靠性,這樣才能保證工廠的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。</p><p>　　分散控制系統(tǒng)的安全性和可靠性已經(jīng)成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。關(guān)于可靠性技術(shù)的研究?jī)?nèi)容大致可以分為四個(gè)方面：可靠性設(shè)計(jì)、可靠性分析、可靠性試驗(yàn)和可靠性管理。</p><p>　　在我國(guó)，暫時(shí)還沒有針對(duì)工業(yè)過程的

4、安全等級(jí)評(píng)價(jià)和相關(guān)可靠性標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn)是IEC60300。對(duì)于系統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)及分析方法，本文介紹了應(yīng)力試驗(yàn)方法和故障模式與效應(yīng)分析方法。這兩種方法在實(shí)際可靠性工程中應(yīng)用最廣，效果最好。</p><p>　　目前，分散控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)還處于起步階段，我們可以借鑒其他系統(tǒng)的可靠性分析方法和指標(biāo)，逐步建立和完善分散控制系統(tǒng)的可靠性研究方案。</p><p>　　分散控制系統(tǒng)(DCS

5、)可靠性設(shè)計(jì)旨在按照一定的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)和制造出可靠性高、不易損壞的產(chǎn)品?？偨Y(jié)DCS可靠性設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與發(fā)展，對(duì)于DCS系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析、可靠性試驗(yàn)和可靠性管理指導(dǎo)。</p><p><b>　　本論文主要目標(biāo)：</b></p><p>　　1.學(xué)習(xí)可靠性設(shè)計(jì)的國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　2.掌握DCS可靠性設(shè)計(jì)的基本要求、現(xiàn)狀與發(fā)展&

6、lt;/p><p>　　3.探討如何分析DCS系統(tǒng)可靠性途徑</p><p>　　4.探討如何進(jìn)行DCS系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)的方法</p><p>　　5.探討制定DCS系統(tǒng)可靠性管理的規(guī)程</p><p>　　在文章的最后，對(duì)于本人所作的工作進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)后續(xù)工作進(jìn)行了展望。</p><p>　　關(guān)鍵詞：集散控制系統(tǒng);可靠性

7、;性能指標(biāo)；可靠性標(biāo)準(zhǔn)；通信技術(shù)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Distributed Control System (DCS) is the product of process monitoring, development of control technology and application of compute

8、r and network technology. Its main role is to control, monitor and manage the production process and make decisions, so it must have high reliability in order to guarantee plant safe and economical operate. </p>&

9、lt;p>　　The safety and reliability of DCS has become an important indicator of system design. The research on reliability technology can be roughly divided into four areas: reliability design, reliability analysis, and

10、 reliability test and reliability management. </p><p>　　In our country, there are not safety grade evaluation and related reliability standard for the time being and IEC60300 is the international general pro

11、fession standard. In this paper, for system reliability test and analysis methods, stress test methodology and failure mode and effect analysis are studied. Both of these methods are used in practical application of reli

12、ability engineering in the broadest and best. </p><p>　　At present, the reliability design of DCS is still in its initial stage; we can draw on the other systems' reliability analysis methodologies and i

13、ndicators, and gradually establish and improve the reliability research programs of DCS. </p><p>　　The reliability design of DCS aims to design and manufacture products with high reliability and uneasy broke

14、n, according to certain technical requirements. This paper sums up the status and development of DCS reliability design, for the DCS system reliability analysis, reliability testing and reliability management guidance. &

15、lt;/p><p>　　The main targets of this paper are as follows: </p><p>　　1. To study the international and domestic reliability design standards </p><p>　　2. To master the basic requiremen

16、ts of reliability design, current status and development of DCS </p><p>　　3. To explore ways to analyze the reliability of DCS system </p><p>　　4. To explore approach to test the reliability of

17、 DCS systems</p><p>　　5. To explore the reliability management regulations of DCS system </p><p>　　Finally, the work I have made is summarized and the follow-up work is prospected.</p>&l

18、t;p>　　Keywords: Distributed control system; Reliability; Performance indicators; Reliability standards; Communication technology</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</

19、b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1 課題背景與意義1</p><p>　　1.2 可靠性的重要性1</p><p>　　第2章 分散控制系統(tǒng)概論3</p><p>　　2.1 分散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生

20、3</p><p>　　2.2 分散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)4</p><p>　　2.2.1現(xiàn)場(chǎng)級(jí)5</p><p>　　2.2.2 控制級(jí)5</p><p>　　2.2.3 監(jiān)控級(jí)5</p><p>　　2.2.4 管理級(jí)5</p><p>　　2.3 分散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)6</p&

21、gt;<p>　　2.4 分散控制系統(tǒng)的分散方式6</p><p>　　2.5 分散控制系統(tǒng)在發(fā)電廠中的應(yīng)用8</p><p>　　2.5.1 發(fā)電廠的控制功能8</p><p>　　2.5.2 DCS在發(fā)電廠中的應(yīng)用9</p><p>　　2.5.3 發(fā)電廠主要的關(guān)鍵技術(shù)9</p><p>　

22、　第3章 提高分散控制系統(tǒng)可靠性措施11</p><p><b>　　3.1 定義11</b></p><p>　　3.2 淺談分散控制系統(tǒng)可靠性11</p><p>　　3.2.1 國(guó)外可靠性的發(fā)展概況12</p><p>　　3.2.2 我國(guó)可靠性發(fā)展概況12</p><p>　　

23、3.3 提高可靠性措施12</p><p>　　3.3.1 硬件的可靠性設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.3.2 軟件可靠性設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.3.3 采用后備措施14</p><p>　　3.3.4 提高系統(tǒng)可維修性15</p><p>　　第4章 可靠性設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)16</p

24、><p>　　4.1 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)16</p><p>　　4.2可靠性設(shè)計(jì)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)16</p><p>　　4.2.1 前言16</p><p>　　4.2.2 系統(tǒng)可靠性分析的基本途徑17</p><p>　　4.2.3 不同可靠性分析方法的特點(diǎn)19</p><p>　　4.2.4 常用

25、分析方法的優(yōu)缺點(diǎn)21</p><p>　　第5章 分散控制系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)25</p><p>　　5.1 可靠性試驗(yàn)分類25</p><p>　　5.2 可靠度應(yīng)力篩選的基本原理25</p><p>　　5.3 執(zhí)行可靠度應(yīng)力篩選的效益27</p><p>　　5.4 可靠度應(yīng)力篩選方法與規(guī)格28<

26、/p><p>　　5.4.1 制程環(huán)境應(yīng)力篩選28</p><p>　　5.4.2 成品可靠度保證試驗(yàn)31</p><p>　　5.4.3 篩選應(yīng)力的有效性32</p><p>　　5.5 建立有效率的應(yīng)力篩選制度32</p><p>　　5.5.1 應(yīng)力篩選制度的特質(zhì)與工作內(nèi)容32</p><

27、;p>　　5.5.2 制定應(yīng)力篩選程序的流程33</p><p>　　5.5.3 執(zhí)行應(yīng)力篩選與精進(jìn)篩選作法33</p><p>　　第6章 失效模式與效應(yīng)分析可靠性途徑35</p><p><b>　　6.1 前言35</b></p><p>　　6.2 FMEA技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用35</p>

28、;<p>　　6.3 FMEA作業(yè)程序35</p><p>　　6.3.1 先期規(guī)劃35</p><p>　　6.3.2 過程FMEA作業(yè)程序37</p><p>　　6.4 FMEA結(jié)果的應(yīng)用40</p><p>　　第7章 提出適合我國(guó)的DCS可靠性管理規(guī)程42</p><p>　　7.

29、1 系統(tǒng)選型及配置42</p><p>　　7.2 系統(tǒng)抗干擾措施42</p><p>　　7.3 程序設(shè)計(jì)、邏輯組態(tài)和調(diào)試驗(yàn)收43</p><p>　　7.4 電子設(shè)備間管理44</p><p>　　7.5 人員培訓(xùn)與管理制度44</p><p><b>　　結(jié) 論46</b>&l

30、t;/p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)47</p><p><b>　　致 謝50</b></p><p>　　第1章 緒 論</p><p>　　1.1 課題背景與意義</p><p>　　現(xiàn)代化工業(yè)的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程的控制規(guī)模不斷擴(kuò)大，復(fù)雜程度不斷增加，工藝過程不斷強(qiáng)化，因而對(duì)過程

31、控制和生產(chǎn)管理系統(tǒng)提出了越來越高的要求。面臨著日益激烈的的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，我們的工業(yè)生產(chǎn)過程正處于一個(gè)由勞動(dòng)力密集型、設(shè)備密集型、信息密集型到知識(shí)密集型的轉(zhuǎn)變過程。在這一過程中，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)而構(gòu)成的控制、管理、決策系統(tǒng)無疑起著非常重要的作用[1]。而分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，簡(jiǎn)稱DCS），正是在這種背景下產(chǎn)生的，它是繼直接作用式氣動(dòng)儀表、氣動(dòng)單元組合儀表、電動(dòng)單元組合儀表和組件組裝式儀表之后的新一代

32、控制系統(tǒng)。</p><p>　　可靠性是集散控制系統(tǒng)(DCS)最重要的技術(shù)指標(biāo)之一?，F(xiàn)代生產(chǎn)的連續(xù)性、系統(tǒng)化和高效率對(duì)DCS的可靠性提出了很高的要求[2]。由于DCS軟硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其可靠性涉及多個(gè)層面，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)進(jìn)行討論和研究。</p><p>　　世界范圍內(nèi)的制造廠相繼推出了許多類型的集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的技術(shù)和類型各不相同，應(yīng)用行業(yè)和產(chǎn)品規(guī)模各不相同。但是他們的基本組成和功能、操

33、作方法和外部的連接要求等具有一致性。</p><p>　　現(xiàn)在，世界上大約有十幾個(gè)國(guó)家，共有六十多家公司推出自己開發(fā)的DCS產(chǎn)品，型號(hào)很多，也不統(tǒng)一，用途各有側(cè)重。集散控制系統(tǒng)適用于固體廢物焚燒發(fā)電、電力、化工、石油、造紙等流程工業(yè)，也用于冶金、食品、玻璃等間隙過程工業(yè)。</p><p>　　1.2可靠性的重要性</p><p>　　我國(guó)機(jī)電產(chǎn)品可靠性水平在“科技為

34、先導(dǎo)，質(zhì)量為主線”的工作方針指導(dǎo)下，經(jīng)過各主管部門研究院和企業(yè)的共同努力，有了一定程度的提高，但是從總體上來看，與工業(yè)先進(jìn)國(guó)家的同類產(chǎn)品相比，普遍偏低[3]。</p><p>　　提高產(chǎn)品可靠性的重要性可以從兩方面來看。</p><p><b>　　對(duì)社會(huì)和用戶</b></p><p>　?。?）由于產(chǎn)品設(shè)備的可靠性的提高，防止了事故和故障的發(fā)

35、生，尤其是避免災(zāi)難性的故障，可保證用戶的安全和社會(huì)的穩(wěn)定。</p><p>　　（2）設(shè)備可靠性提高后，全壽命周期成本下降，用于維修的費(fèi)用將大大減小，減輕了用戶的負(fù)擔(dān)。</p><p>　?。?）設(shè)備的可靠性提高，停機(jī)時(shí)間減少，可用率提高，一臺(tái)設(shè)備可以頂上幾臺(tái)的工效，這樣在投資成本相近的情況下，可以發(fā)揮幾倍的效益。</p><p><b>　　2.對(duì)企業(yè)自

36、身</b></p><p>　?。?）由于產(chǎn)品可靠性提高后，企業(yè)信譽(yù)改善，競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)，銷路擴(kuò)大，從而獲得經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　（2）由于產(chǎn)品可靠性提高，減少了產(chǎn)品責(zé)任賠償案件的發(fā)生，以及其他處理產(chǎn)品事故費(fèi)用的支出，避免了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。</p><p>　　第2章 分散控制系統(tǒng)概論</p><p>　　2.1分散控制

37、系統(tǒng)的產(chǎn)生</p><p>　　分散控制系統(tǒng)是生產(chǎn)過程監(jiān)視、控制技術(shù)發(fā)展和計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)物。</p><p>　　50年代末期，計(jì)算機(jī)開始進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，數(shù)字控制技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。此后，微處理機(jī)技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致了1975年分散控制系統(tǒng)的誕生。二十多年來，分散控制系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中迅速普及，成為過程控制系統(tǒng)的核心[4]。分散控制系統(tǒng)的應(yīng)用大幅度地提

38、高了生產(chǎn)過程的安全性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和可靠性。</p><p>　　分散控制并不是一個(gè)全新的概念，早期的過程控制系統(tǒng)就采用分散控制方式。當(dāng)時(shí)，控制裝置是被安裝在被控過程附近的，而且每個(gè)控制回路都有一個(gè)單獨(dú)的控制器。這些控制裝置就地測(cè)量出過程變量的數(shù)值，并把它與給定值相比較而得到偏差值，然后按照一定的控制規(guī)律產(chǎn)生控制作用，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制生產(chǎn)過程，運(yùn)行人員分散在全廠各處，分別管理著自己所負(fù)責(zé)的那一部分生產(chǎn)過程。這

39、種分散控制方式適用于那些生產(chǎn)規(guī)模不太大，工藝過程不太復(fù)雜的企業(yè)。30年代初期使用的直接作用式啟動(dòng)控制器就是這種控制方式的產(chǎn)物?，F(xiàn)在，在那些比較簡(jiǎn)單過程控制領(lǐng)域中仍然使用它們，如連續(xù)排污闊容器、生水加熱器等容器的水位控制就常常采用這種類型的控制器。</p><p>　　到了30年代末期，被控過程的生產(chǎn)規(guī)模和復(fù)雜程度不斷增加，單靠那些相互獨(dú)立的控制回路來保持整個(gè)生產(chǎn)過程的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)和協(xié)調(diào)變得越來越困難了，因?yàn)檫@

40、時(shí)的生產(chǎn)過程已經(jīng)成為一個(gè)各部分相互關(guān)聯(lián)的有機(jī)整體。隨著生產(chǎn)過程的不斷強(qiáng)化，這個(gè)有機(jī)整體中各個(gè)部分的相互作用和相互影響愈加強(qiáng)烈，如不能及時(shí)地協(xié)調(diào)和很好地處理各部分之間的關(guān)系，在幾秒鐘之內(nèi)整個(gè)生產(chǎn)過程就可能癱瘓。因此，人們不得不探索更為先進(jìn)的控制方式—集中控制。</p><p>　　集中控制的問題之一就是信息的遠(yuǎn)距離傳輸。要想在中央控制室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的控制，就必須把反應(yīng)過程變量的信號(hào)傳送到中央控制室，同時(shí)還要

41、把控制變量傳送到現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此變送器、控制器和執(zhí)行器是分離的，變送器、執(zhí)行器安裝在現(xiàn)場(chǎng)，控制器安裝在中央控制室[5]。集中控制方式的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行人員在中央控制室獲得整個(gè)生產(chǎn)過程中的相關(guān)信息，能夠及時(shí)、有效地進(jìn)行各部分之間的協(xié)調(diào)控制，這有利于安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。</p><p>　　值得注意的是，這種所謂的集中控制方式只是控制儀表和運(yùn)行人員在地理位置上的集中，而就整個(gè)控制系統(tǒng)的控制任務(wù)而言，仍然保留著分散控制系統(tǒng)的特

42、征。</p><p>　　這一時(shí)期的集中控制主要采用模擬控制儀表，開始是大型汽動(dòng)控制儀表，后來逐漸發(fā)展到啟動(dòng)單元組合儀表、電動(dòng)單元組合儀表和組件組裝式儀表?，F(xiàn)在我國(guó)有些電廠仍然采用這種方式。</p><p>　　50年代末，計(jì)算機(jī)開始進(jìn)入過程控制領(lǐng)域。最初它用于生產(chǎn)過程的安全監(jiān)視和操作指導(dǎo)，后來用于實(shí)現(xiàn)監(jiān)督控制，這時(shí)計(jì)算機(jī)還沒有直接用來控制生產(chǎn)過程。</p><p>

43、;　　到了60年代初，計(jì)算機(jī)開始用于生產(chǎn)過程的直接數(shù)字控制。由于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)造價(jià)提高，所以常常用一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制全廠所有的生產(chǎn)過程，這樣，就造成了整個(gè)控制任務(wù)的集中。由于受當(dāng)時(shí)硬件水平的限制，計(jì)算機(jī)的可靠性水平較低，一旦計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，全廠的生產(chǎn)就陷于癱瘓，因此，這種大規(guī)模集中式的直接數(shù)字控制系統(tǒng)基本上宣布失敗[6]。但人們從中認(rèn)識(shí)到，直接數(shù)字控制系統(tǒng)卻有許多模擬數(shù)字控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，只要解決了可靠性問題，計(jì)算機(jī)用于閉環(huán)控制是大有希

44、望的。</p><p>　　60年代中期，控制系統(tǒng)工程師分析了集中控制失敗的原因，提出了分散控制系統(tǒng)的概念。他們?cè)O(shè)想像模擬控制系統(tǒng)那樣，把控制功能分散在不同的計(jì)算機(jī)中完成，并且采用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)各部分之間的聯(lián)系和協(xié)調(diào)。但遺憾的是當(dāng)時(shí)要實(shí)現(xiàn)這些設(shè)想還有很多困難，直到70年代初，微處理機(jī)和固態(tài)存儲(chǔ)器的出現(xiàn)，才使得這些想法付諸實(shí)踐。</p><p>　　綜上所述，控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史實(shí)際上經(jīng)歷了一個(gè)

45、由控制分散、管理分散；控制分散、管理集中；控制集中、管理集中到控制分散、管理集中的過程。這個(gè)過程經(jīng)歷了一個(gè)循環(huán)，但這個(gè)循環(huán)絕不是簡(jiǎn)單的重復(fù)[7]。今天的控制系統(tǒng)已經(jīng)不是過去的那種模擬控制系統(tǒng)，而是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)字控制系統(tǒng)。今天的集中管理手段不僅僅是依靠指示儀表、記錄儀表和操作開關(guān)，而是采用先進(jìn)的CRT顯示設(shè)備、打印機(jī)和鍵盤。</p><p>　　國(guó)外稱分散控制系統(tǒng)為4C技術(shù)的產(chǎn)物。這4C技術(shù)就是指控制（Con

46、trol）技術(shù)、計(jì)算機(jī)（Computer）技術(shù)、通信(Communication)技術(shù)和CRT顯示技術(shù)。分散控制系統(tǒng)就是以大型工業(yè)生產(chǎn)過程及其相互關(guān)系日益復(fù)雜的控制對(duì)象為前提，從生產(chǎn)過程綜合自動(dòng)化的角度出發(fā)，按照系統(tǒng)工程中分解與協(xié)調(diào)的原則研制開發(fā)出來的，以微處理機(jī)為核心，結(jié)合了控制技術(shù)、通信技術(shù)和CRT顯示技術(shù)的新型控制系統(tǒng)。</p><p>　　最近幾年，在分散控制系統(tǒng)日益成熟的基礎(chǔ)上，以新的控制和管理理論為基

47、礎(chǔ)的運(yùn)行優(yōu)化軟件，在生產(chǎn)過程中逐漸推廣使用，使分散控制系統(tǒng)逐漸變成一個(gè)集安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，控制和管理的綜合網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　2.2 分散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　分散控制系統(tǒng)是縱向分層、橫向分層的大型綜合控制系統(tǒng)[8]。它以多層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為依托，將分布在全廠范圍內(nèi)的各種控制設(shè)備和數(shù)據(jù)處理設(shè)備連接在一起，實(shí)現(xiàn)各部分的信息共享和協(xié)調(diào)工作，共同完成各種控制管理和決策功能。<

48、/p><p>　　一個(gè)分散控制系統(tǒng)所有的設(shè)備分別處于四個(gè)不同的層次，自下而上分別是：現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、控制級(jí)、監(jiān)控級(jí)和管理級(jí)。對(duì)應(yīng)著這四層結(jié)構(gòu)，分別由四層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)即現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)把相應(yīng)的設(shè)備聯(lián)系在一起。</p><p><b>　　2.2.1現(xiàn)場(chǎng)級(jí)</b></p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備一般位于被控生產(chǎn)過程的附近。典型的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備是

49、各類傳感器、變送器和執(zhí)行器，它們將生產(chǎn)過程中的各種物理量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。</p><p>　　目前現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的信息傳遞有三種方式，一種是傳統(tǒng)的4-20mA模擬量傳輸方式；另一種是現(xiàn)場(chǎng)總線的全數(shù)字量傳輸方式；還有一種是在4-20mA模擬量信號(hào)上，疊加調(diào)制后數(shù)字量信號(hào)的混合傳輸方式?，F(xiàn)場(chǎng)信息以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字傳輸是今后的發(fā)展方向。</p><p><b>　　2.2.2 控制級(jí)<

50、;/b></p><p>　　控制級(jí)主要有過程控制站和數(shù)據(jù)采集站構(gòu)成。過程控制站接收有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如傳感器、變送器傳來的信號(hào)，按照一定控制策略計(jì)算出所需的控制量，并送回到現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行器中去。過程控制站可以同時(shí)完成連續(xù)控制、順序控制或邏輯控制功能，也可能僅完成其中的一種控制功能。</p><p><b>　　2.2.3 監(jiān)控級(jí)</b></p><p

51、>　　監(jiān)控級(jí)的主要設(shè)備有運(yùn)行員操作站、工程師工作站和計(jì)算站。其中運(yùn)行員操作站安裝在中央控制室，工程師工作站和計(jì)算站一般安裝在電子設(shè)備室。</p><p>　　運(yùn)行員操作站是運(yùn)行員與分散性控制系統(tǒng)相互交換信息的人機(jī)接口設(shè)備。</p><p>　　工程師站是為了控制工程師對(duì)分散控制系統(tǒng)進(jìn)行配置、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)所設(shè)置的工作站。工程師站另一個(gè)作用是對(duì)各種設(shè)計(jì)文件進(jìn)行歸類和管理，形成各種設(shè)計(jì)

52、文件。它一般由PC機(jī)配置一定量的外部設(shè)備所組成，例如打印機(jī)、繪圖機(jī)等。</p><p>　　計(jì)算站的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制。對(duì)它的要求主要是運(yùn)算能力和運(yùn)算速度。一般，計(jì)算站由超級(jí)微型機(jī)和小型機(jī)構(gòu)成。</p><p><b>　　2.2.4 管理級(jí)</b></p><p>　　管理級(jí)包括的內(nèi)容廣泛，一般說來，它可能是一個(gè)發(fā)電廠的廠級(jí)管

53、理計(jì)算機(jī)，也可能是若干個(gè)機(jī)組的管理計(jì)算機(jī)。它所面向的使用者是廠長(zhǎng)、經(jīng)理、總工程師、值長(zhǎng)等行政管理和運(yùn)行管理人員。廠級(jí)管理級(jí)的主要任務(wù)是監(jiān)視企業(yè)各部分的運(yùn)行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)輔助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其規(guī)劃目標(biāo)。</p><p>　　2.3 分散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)</p><p><b>　　1.適應(yīng)性和擴(kuò)展性</b

54、></p><p>　　分散控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用了常規(guī)控制系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)方法，無論是硬件還是軟件都可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要去靈活的加以組合[9]。</p><p>　　模塊化設(shè)計(jì)方法帶來的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)擴(kuò)展性。分散控制系統(tǒng)可以隨著生產(chǎn)過程的不斷發(fā)展，逐漸擴(kuò)充系統(tǒng)的硬件和軟件，以致達(dá)到更大的控制范圍和更高的控制水平。擴(kuò)展性具有兩個(gè)特征：遞進(jìn)性和整體性。</p><

55、p><b>　　2.控制功能</b></p><p>　　主要有軟件實(shí)現(xiàn)的。不僅能實(shí)現(xiàn)常規(guī)控制系統(tǒng)各種控制功能，而且能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的優(yōu)化算法和邏輯推理及邏輯判斷[10]。</p><p><b>　　3.人機(jī)聯(lián)系手段</b></p><p>　　分散控制系統(tǒng)具有比常規(guī)控制系統(tǒng)更先進(jìn)的人機(jī)聯(lián)系手段，其中最重要的手段是采

56、用CRT圖形顯示和鍵盤操作。</p><p><b>　　4.可靠性</b></p><p>　　分散控制系統(tǒng)可靠性的提高主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　?。?）由于系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個(gè)控制站僅控制幾個(gè)控制回路，而且元器件的高度集成化和嚴(yán)格的篩選，有效的保證了控制系統(tǒng)的可靠性[11]。</p><p>　

57、　（2）采用各種冗余技術(shù)。</p><p>　?。?）分散控制系統(tǒng)采用軟件模塊組態(tài)方法形成各種控制方案，大大減少了連接端子和連接導(dǎo)線所造成的故障。</p><p><b>　　5.可維修性</b></p><p>　　可維修性反映了系統(tǒng)部件發(fā)生故障后對(duì)其進(jìn)行維修的難易程度。分散控制系統(tǒng)的可維修性明顯優(yōu)于常規(guī)控制系統(tǒng)和集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它采用

58、少數(shù)幾種統(tǒng)一設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)模件，每一種模件包含的硬件比較簡(jiǎn)單，因此對(duì)它的要求并不高。另外，分散控制系統(tǒng)采用了比較完善的在線故障診斷技術(shù)。</p><p><b>　　6.安裝費(fèi)用</b></p><p>　　節(jié)省了導(dǎo)線、電纜的安裝敷設(shè)費(fèi)用，而且減少了控制系統(tǒng)在中央控制室所占用的空間。</p><p>　　2.4 分散控制系統(tǒng)的分散方式</p&

59、gt;<p>　　分散控制系統(tǒng)包含了功能分散、物理分散與地理分散三個(gè)不同的概念。深入理解這三個(gè)概念，對(duì)于了解分散控制系統(tǒng)的本質(zhì)是非常重要的。</p><p><b>　　1.功能分散</b></p><p>　　火力發(fā)電廠的熱力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，為了便于理解、分析、控制和管理這樣一個(gè)系統(tǒng)，常把它劃分為若干個(gè)子系統(tǒng)，例如制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)等

60、等。同樣，一個(gè)大系統(tǒng)的控制功能也要分解為一些基本的控制功能，這就是系統(tǒng)的功能分散。</p><p>　　一個(gè)單元機(jī)組的控制功能在縱向上可以分為四個(gè)級(jí)，即單元機(jī)組級(jí)、功能組級(jí)、子功能組級(jí)和過程I/O級(jí)[12]。</p><p>　　每一級(jí)在縱向上根據(jù)被控生產(chǎn)過程的特點(diǎn)分成若干個(gè)快。每塊對(duì)應(yīng)著一部分生產(chǎn)過程，這樣就形成了下圖金字塔式的系統(tǒng)功能分層分塊結(jié)構(gòu)。</p><p&g

61、t;　　圖2-1 系統(tǒng)功能分塊圖</p><p>　　（1）單元機(jī)組級(jí) 主要實(shí)現(xiàn)與機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、高層控制任務(wù)有關(guān)的控制功能，如單元機(jī)組主控指令的形成、單元機(jī)組負(fù)荷給定值的形成、單元機(jī)組負(fù)荷給定值的控制、單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制，以及單元機(jī)組的負(fù)荷能力計(jì)算和機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)和停止的順序控制等。</p><p>　?。?）功能組級(jí) 主要實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)中較高層次的順序控制和連續(xù)控制。對(duì)于順序控制，在功能組

62、級(jí)形成控制字功能組的啟動(dòng)或停止命令。對(duì)于連續(xù)控制，功能組級(jí)完成某些控制回路的主控任務(wù)，向下一級(jí)控制器發(fā)出主控信號(hào)。功能組級(jí)往往對(duì)應(yīng)某些子系統(tǒng)，如燃燒系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、過熱蒸汽系統(tǒng)、再熱蒸汽系統(tǒng)、高低壓旁路系統(tǒng)等。</p><p>　?。?）子功能組級(jí) 主要實(shí)現(xiàn)每個(gè)被控對(duì)象的順序控制和連續(xù)控制。許多基本的控制作用均在這一級(jí)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　（4）過程I/O級(jí) 是分散控制系統(tǒng)

63、與被控生產(chǎn)過程之間的橋梁，是每一個(gè)模擬量或開關(guān)量的入口或出口，他們直接與現(xiàn)場(chǎng)的變送器、執(zhí)行器、繼電器、電動(dòng)裝置等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連。</p><p><b>　　2.物理分散</b></p><p>　　分散控制系統(tǒng)中多個(gè)以微處理機(jī)為核心的基本控制單元可實(shí)現(xiàn)直接控制系統(tǒng)中的一臺(tái)計(jì)算機(jī)所執(zhí)行的控制任務(wù)，這種控制分散的思想證實(shí)分散控制系統(tǒng)的可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于直接控制系統(tǒng)的主要原因。

64、物理分散是指整個(gè)系統(tǒng)所要完成的控制功能，是由許多不同的物理實(shí)體分散地實(shí)現(xiàn)的[13]。就分散控制系統(tǒng)而言，它有兩種分散方式：一種是層次分散型；另一種是水平分散型。層次分散型系統(tǒng)的控制分為兩層（或多層）：上層控制器用于實(shí)現(xiàn)較高級(jí)的控制功能；下層控制器用來實(shí)現(xiàn)一些基本的控制功能。水平分散型系統(tǒng)的各個(gè)控制器在硬件結(jié)構(gòu)上均處于平等地位。</p><p>　　層次分散型系統(tǒng)的特點(diǎn)是：硬件結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的功能分散相適應(yīng)，因此控制系

65、統(tǒng)的每一部分都有比較強(qiáng)的自治性，在上層控制器失效的情況下，下層控制器可維持基本控制功能，即控制系統(tǒng)可降級(jí)運(yùn)行；合理的進(jìn)行功能分配，可以使每個(gè)控制器的功能負(fù)荷比較均勻，因而可降低對(duì)硬件技術(shù)指標(biāo)的要求；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的通信是多層次的，直接與控制有關(guān)的信息在底層通信總線上高速傳播，監(jiān)督和管理信息通過高層通信網(wǎng)絡(luò)傳播，因此通信系統(tǒng)的信息流分布合理，不會(huì)造成通信網(wǎng)絡(luò)上的信息擁擠。</p><p>　　水平分散系統(tǒng)的特點(diǎn)：硬件結(jié)

66、構(gòu)清晰，控制器的形式統(tǒng)一，便于維護(hù)和備份；但通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比層次分散型系統(tǒng)要簡(jiǎn)單些。</p><p><b>　　3.地理分散</b></p><p>　　功能分散是由被控生產(chǎn)過程的特點(diǎn)決定的；物理分散是由控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)所決定的。后者在系統(tǒng)制作出來之后，是不能輕易改變的。但對(duì)于分散控制系統(tǒng)的安裝布置方式而言，這有兩種不同的選擇：一種是地理集中式；另一種是地理分散式

67、。</p><p>　　所謂地理集中式，就是把所有的基本控制單元集中安裝在中央控制室或附近的電子設(shè)備室內(nèi)；而所謂的地理分散，就是把基本控制單元安裝在被控生產(chǎn)過程的附近，即在整個(gè)廠房?jī)?nèi)分散布置。目前，電廠中實(shí)際應(yīng)用的分散控制系統(tǒng)大都采用地理集中的布置方式。</p><p>　　2.5 分散控制系統(tǒng)在發(fā)電廠中的應(yīng)用</p><p>　　2.5.1 發(fā)電廠的控制功能<

68、;/p><p>　　發(fā)電廠的熱工過程自動(dòng)控制主要包括以下幾方面的內(nèi)容：</p><p>　　（1）自動(dòng)檢測(cè) 自動(dòng)的檢查和測(cè)量反映生產(chǎn)過程進(jìn)行情況的各種物理量、化學(xué)量以及生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)，以監(jiān)視生產(chǎn)過程的進(jìn)行情況和趨勢(shì)。</p><p>　?。?）順序控制 根據(jù)預(yù)先擬定的程序和條件，自動(dòng)地對(duì)設(shè)備進(jìn)行一系列操作，例如對(duì)輔機(jī)的自動(dòng)控制。</p><p

69、>　?。?）自動(dòng)保護(hù) 在發(fā)生事故時(shí)自動(dòng)采取保護(hù)措施，以防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。</p><p>　?。?）自動(dòng)控制 自動(dòng)地維持生產(chǎn)過程在規(guī)定的工況下進(jìn)行，又稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)。</p><p>　　火力發(fā)電機(jī)組是一個(gè)典型的多變量被控對(duì)象，由于電廠的被控對(duì)象的高度復(fù)雜性、時(shí)變性和非線性。因此，在這個(gè)領(lǐng)域中廣泛地采用集散型控制系統(tǒng)是必然的[14]。</p><p>　　多級(jí)

70、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分為四級(jí)；廠級(jí)是管理級(jí)，采用大型計(jì)算機(jī)，根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷要求及全廠的各機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)調(diào)各機(jī)組運(yùn)行，使全廠處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)；單元機(jī)組級(jí)根據(jù)廠級(jí)計(jì)算機(jī)命令，對(duì)本單元機(jī)組的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，保證機(jī)組處于最佳運(yùn)行狀態(tài)；功能群控級(jí)，包括了機(jī)組各局部控制系統(tǒng)或輔機(jī)控制系統(tǒng)，主要采用微處理器或常規(guī)控制儀表控制，它們既能獨(dú)立完成控制功能，又能接受單元機(jī)組級(jí)的監(jiān)控信號(hào)；執(zhí)行級(jí)，為各被控對(duì)象的控制系統(tǒng)。</p><

71、p>　　2.5.2 DCS在發(fā)電廠中的應(yīng)用</p><p>　　下面以日立公司的HIACS-3000系統(tǒng)為例，介紹分散控制系統(tǒng)在熱工自動(dòng)控制中的應(yīng)用。現(xiàn)代分散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在火力發(fā)電自動(dòng)控制中的實(shí)施過程如下所述。</p><p>　?。?）單元機(jī)組級(jí) 由單元機(jī)組、協(xié)調(diào)控制器、操作員工作臺(tái)、管理計(jì)算機(jī)、工程師工作臺(tái)等組成，完成單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制和人-機(jī)界面通信。</p>

72、<p>　　（2）系統(tǒng)控制級(jí) 按照電廠物理過程劃分為燃料、燃燒系統(tǒng)，水-蒸氣系統(tǒng)，汽機(jī)-發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。</p><p><b>　?。?）機(jī)器群控制器</b></p><p>　?。?）驅(qū)動(dòng)控制級(jí) 一個(gè)群級(jí)控制器要控制若干個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一個(gè)精心設(shè)計(jì)的DCM模塊板完成驅(qū)動(dòng)控制。</p><p>　　HIACS-3000軟件系

73、統(tǒng)的功能有數(shù)據(jù)采集和報(bào)警[15]；數(shù)據(jù)記錄；性能計(jì)算；控制功能；計(jì)算機(jī)顯示。</p><p>　　因此，對(duì)電廠機(jī)組的整個(gè)受控過程，在工程師工作站上就可以全部完成，從工程師工作站的鍵盤上，發(fā)出一條過程指令，這個(gè)指令下傳，通過由總線連接的系統(tǒng)控制級(jí)、機(jī)器群控制器、驅(qū)動(dòng)控制器到受控裝置，受控裝置的動(dòng)作表示這條指令的完成；反過來，手控裝置的反饋信號(hào)上傳，通過由總線連接的各級(jí)，最后反映到工程師的工作臺(tái)上，使操作人員能及時(shí)了

74、解受控過程的實(shí)際情況，如有錯(cuò)誤出現(xiàn)，能夠在中心集中處理、維護(hù)[16,17]。</p><p>　　2.5.3 發(fā)電廠主要的關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　根據(jù)火力發(fā)電過程的實(shí)際要求，一個(gè)好的分散控制系統(tǒng)必須具備如下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)性能（以日立HIACS-3000系統(tǒng)為例）：</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)的靈活性和擴(kuò)展能力</p><p>　　（2

75、）高度的自治能力</p><p><b>　?。?）冗余設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?）分散的供電方式</p><p>　　（5）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸能力</p><p>　?。?）維護(hù)、使用方便</p><p>　?。?）完善的自診斷、互診斷措施</p><p>　　分

76、散控制系統(tǒng)是一個(gè)強(qiáng)有力的自動(dòng)化工具，它可以把火電廠全部監(jiān)視和控制功能覆蓋在內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，軟件和硬件配合得當(dāng)，功能劃分合理，可靠性高，目前已是熱工自動(dòng)化控制發(fā)展的主流和必然趨勢(shì)。</p><p>　　第3章 提高分散控制系統(tǒng)可靠性措施</p><p><b>　　3.1 定義</b></p><p>　　可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完

77、成規(guī)定功能的能力[18]。或者按照工程應(yīng)用中通常使用的產(chǎn)品再給定條件下和給定時(shí)間間隔（t1.t2）內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率，通常用字母R或R(t)表示，其中t表示時(shí)間間隔t1到t2。它所包含的可靠性指標(biāo)：可靠度、失效率、平均故障間隔時(shí)間、平均故障修復(fù)時(shí)間、利用率。</p><p>　　可靠度：可靠性的概率量度，可靠度是以時(shí)間為變量的概率函數(shù)，用R(t)表示0~t時(shí)刻內(nèi)系統(tǒng)正常工作的概率。設(shè)有N0個(gè)同樣的產(chǎn)品，在同樣

78、的條件下同時(shí)開始工作，經(jīng)t時(shí)間運(yùn)行后有Nf（t）個(gè)產(chǎn)品發(fā)生故障，則其可靠度：R(t)=Nf（t）/N0（0<R(t)<1）[19]。</p><p>　　失效：產(chǎn)品喪失完成規(guī)定功能能力的事件。對(duì)于不可修復(fù)產(chǎn)品，失效指產(chǎn)品完成規(guī)定能力的終止。</p><p>　?。ㄋ矔r(shí)）失效率：產(chǎn)品可靠性的一種基本參數(shù)。其度量方法為，在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)品的故障總數(shù)與壽命單位總數(shù)之比

79、。失效率通常以每百萬小時(shí)失效數(shù)為單位給出；然而一些企業(yè)使用另外一種被稱為菲特FIT的每十億小時(shí)失效率作為單位給出。</p><p>　　平均故障間隔時(shí)間(MTBF)：對(duì)于DCS系統(tǒng)來說故障時(shí)刻修復(fù)性的，MTBF來表示其可靠性參數(shù)，它指系統(tǒng)每次修復(fù)后正常運(yùn)行時(shí)間的數(shù)學(xué)期望值。</p><p>　　平均恢復(fù)時(shí)間或平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）：產(chǎn)品維修性的一種基本參數(shù)。其度量方法為在規(guī)定的條件下和規(guī)

80、定的的時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)品在任一規(guī)定的維修級(jí)別上，修復(fù)性維修總時(shí)間與在該級(jí)別上被修復(fù)產(chǎn)品的故障總數(shù)之比。</p><p>　　利用率：是可修復(fù)系統(tǒng)的一個(gè)可靠性指標(biāo)，它表征了系統(tǒng)正常工作時(shí)間和總時(shí)間的比率。用公式表示：A=MTBF/（MTBF+MTTR）,為提高系統(tǒng)的利用率一方面就要提高系統(tǒng)的MTBF，另一方面縮短系統(tǒng)的MTTR。</p><p>　　3.2 淺談分散控制系統(tǒng)可靠性</p>

81、;<p>　　所謂DCS的可靠性，是指可修復(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。具體內(nèi)涵如下：（1）DCS系統(tǒng)必須保證能長(zhǎng)周期連續(xù)地?zé)o故障運(yùn)行，即裝置生產(chǎn)期間運(yùn)行率要達(dá)到100%；（2）系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，必須具有故障自檢功能、報(bào)警功能及安全保護(hù)功能；（3）故障可在線修復(fù)，其平均修復(fù)時(shí)間MTTR越短越好。</p><p>　　3.2.1 國(guó)外可靠性的發(fā)展

82、概況</p><p>　　可靠性作為一門工程學(xué)，它是孕育、誕生于本世紀(jì)40年代，即第二次世界大戰(zhàn)中。然而，真正為可靠性發(fā)展奠定基礎(chǔ)的是美國(guó)。在50年代初為了解決面臨的可靠性問題，美國(guó)軍方、制造公司及學(xué)術(shù)界都投入了人可靠性的研究[20]。在50年代后期，原蘇聯(lián)也開始了可靠性及壽命試驗(yàn)工作，日本企業(yè)界也認(rèn)識(shí)到要在國(guó)際市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)必須開展可靠性研究。到了60年代，可靠性工程進(jìn)入全面發(fā)展階段。70年代，盡管美國(guó)出現(xiàn)嚴(yán)重的經(jīng)

83、濟(jì)蕭條，但人們不斷認(rèn)識(shí)到可靠性工程是減少壽命周期費(fèi)用的重要工具，它仍然得到了深入的發(fā)展，并日趨成熟。80年代以后，可靠性工作繼續(xù)在廣度和深度方面發(fā)展，中心內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)可靠性保證。</p><p>　　綜上所述，可靠性工程的誕生、發(fā)展是社會(huì)的需要，與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其與電子技術(shù)的發(fā)展是分不開的，雖然可靠性工程起源于軍事領(lǐng)域，但從它的推廣、應(yīng)用給企業(yè)和社會(huì)帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益的事實(shí)中，人們更加認(rèn)識(shí)到提高可靠性必要性。&

84、lt;/p><p>　　3.2.2 我國(guó)可靠性發(fā)展概況</p><p>　　我國(guó)可靠性工作的開端與發(fā)展與國(guó)際上一樣，起源于電子產(chǎn)品。50年代在廣州籌建的亞熱帶環(huán)境適應(yīng)基地，從事電子與電工產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)和熱帶防護(hù)措施研究。60年代我國(guó)在雷達(dá)通信及電子計(jì)算機(jī)等方面提出了可靠性問題。70年代由于國(guó)家重點(diǎn)工程的需要以及消費(fèi)者的強(qiáng)烈要求，對(duì)各行各業(yè)開展可靠性工作起到了巨大的推動(dòng)作用。80年代末90年代初原

85、機(jī)械電子工業(yè)部提出了“以科技為先導(dǎo)，以質(zhì)量為主線” ，沿著管起來-控制好-上水平的發(fā)展模式開展可靠性的工作，興起了我國(guó)第二次可靠性工作的高潮，取得了較大的成績(jī)。1990年2月原機(jī)械電子部又頒發(fā)了《機(jī)械電子產(chǎn)品可靠性指標(biāo)考核評(píng)定管理辦法》，通過對(duì)機(jī)電產(chǎn)品分期分批下達(dá)可靠性指標(biāo)限期考核的“行政干預(yù)，逆向推動(dòng)”的管理辦法，促進(jìn)企業(yè)建立產(chǎn)品的可靠性保證體系。</p><p>　　為盡快改變我國(guó)可靠性工作落后的局面，各級(jí)領(lǐng)

86、導(dǎo)和各類人員首先應(yīng)從認(rèn)識(shí)上轉(zhuǎn)變觀念，樹立當(dāng)代質(zhì)量觀，把產(chǎn)品性能和可靠性同等看待，這也是推動(dòng)可靠性發(fā)展的關(guān)鍵。</p><p>　　3.3 提高可靠性措施</p><p>　　3.3.1 硬件的可靠性設(shè)計(jì)</p><p>　　1.嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量管理和提高系統(tǒng)的硬件水平</p><p>　　1）對(duì)元器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和老化</p>&

87、lt;p>　　所謂篩選，就是將不符合使用條件的元器件，通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄓ枰蕴蕹?。所謂老化就是在元器件投入使用之前，將其置于一定的工作條件下，使用可能發(fā)生漂移的元器件逐步穩(wěn)定。</p><p>　　2）元器件的降額使用</p><p>　　實(shí)踐證明，當(dāng)元器件的工作條件低于額定值時(shí)，其工作比較穩(wěn)定，發(fā)生故障的機(jī)會(huì)也比較少。所以為了提高可靠性，往往將元器件降額使用[21]。降額的幅度要從可靠

88、性和經(jīng)濟(jì)性兩方面綜合考慮，因?yàn)樵骷慕殿~參數(shù)越高，價(jià)格也越高。</p><p>　　3）充分考慮到參數(shù)變化的影響</p><p>　　為了是元器件在各種情況下都能正常工作。</p><p><b>　　4）采用低功耗元件</b></p><p>　　低功耗元件的發(fā)熱量比較少，他們的故障率相對(duì)來說比較低。另外，普遍采用低

89、功耗元件可以大大減輕電源的負(fù)擔(dān)，提高電源的可靠性</p><p>　　5）采用噪聲抑制技術(shù)</p><p>　　在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，各種各樣的干擾脈沖常常是造成控制系統(tǒng)硬件故障的原因。</p><p><b>　　6）耐環(huán)境技術(shù)</b></p><p>　　采用適當(dāng)?shù)睦鋮s、抗震、防塵、防爆、防腐等技術(shù)措施，以提高系統(tǒng)抵御外部

90、環(huán)境侵襲的能力[22]。</p><p>　　2.使系統(tǒng)故障時(shí)處于安全狀態(tài)</p><p><b>　　1）限制故障范圍</b></p><p>　　系統(tǒng)在工作中不斷地進(jìn)行在線故障檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)故障，就將故障設(shè)備與系統(tǒng)隔離，使它不致于影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。</p><p>　　2）“凍結(jié)”CPU輸出</p>

91、<p>　　如果系統(tǒng)檢測(cè)到CPU故障。則立即“凍結(jié)”控制系統(tǒng)的輸出信息，以免造成輸出混亂。</p><p>　　3.3.2 軟件可靠性設(shè)計(jì)</p><p>　　1）建立以可靠性為核心的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　在軟件項(xiàng)目計(jì)劃和需求分析階段就要建立以可靠性為核心的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)包括實(shí)現(xiàn)的功能可靠性、可維護(hù)性、可移植性、安全性及吞吐率等。雖然還

92、沒有一個(gè)衡量軟件質(zhì)量的完整體系，但還是可以通過一定的指標(biāo)來制定標(biāo)準(zhǔn)基線。</p><p>　　2）采用容錯(cuò)技術(shù)與故障安全</p><p>　　容錯(cuò)技術(shù)是系統(tǒng)可靠性的另一種技術(shù)，與冗余技術(shù)不同的是，容錯(cuò)不僅要求系統(tǒng)在某個(gè)部分出現(xiàn)故障時(shí)仍可完成預(yù)期的功能，即實(shí)現(xiàn)“不停機(jī)運(yùn)行”，還要求系統(tǒng)在某個(gè)部分出現(xiàn)故障時(shí)能夠輸出正確結(jié)果[23]。與容錯(cuò)相近的概念是故障安全，故障安全專門強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)在規(guī)定的故障

93、情況下保證輸出正確或?qū)虬踩哪芰?。輸出正確就是指系統(tǒng)能夠自我屏蔽故障的影響，不會(huì)導(dǎo)致停機(jī)，而且還能正確的輸出控制命令。導(dǎo)向安全就是指如果系統(tǒng)無法判斷輸出何種指令是正確的，就輸出預(yù)先設(shè)定的安全值，這種情況包括停機(jī)。</p><p><b>　　3）模塊化</b></p><p>　　將程序劃分為若干模塊，相當(dāng)于把一個(gè)復(fù)雜問題劃分為若干易于處理的子問題，能降低程序的復(fù)雜

94、性?？梢杂行У販p少開發(fā)工作量。運(yùn)用模塊化技術(shù)，可以將錯(cuò)誤局限在各個(gè)模塊內(nèi)部，防止錯(cuò)誤蔓延，提高系統(tǒng)可靠性。</p><p><b>　　4）層次化</b></p><p>　　層次化結(jié)構(gòu)是一種公認(rèn)的、合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以極大地減少系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p><b>　　5）軟件重用</b>&l

95、t;/p><p>　　最大限度地重用現(xiàn)有的成熟軟件，不僅能夠縮短開發(fā)周期，提高開發(fā)效率，也能提高軟件可維護(hù)性和可靠性。因?yàn)楝F(xiàn)有的成熟軟件，已經(jīng)過嚴(yán)格的運(yùn)行檢測(cè)，大量的錯(cuò)誤已在開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)過程中排除，應(yīng)該是比較可靠的。</p><p><b>　　6）標(biāo)準(zhǔn)化</b></p><p>　　在軟件開發(fā)過程中，應(yīng)該按規(guī)范化要求編寫好各種開發(fā)文檔。各種文

96、檔的編制要求具有針對(duì)性、精確性、清晰性、完整性、靈活性及可塑性。為了提高軟件開發(fā)質(zhì)量，降低開發(fā)周期，增強(qiáng)代碼的可重用和易讀性，使軟件便于維護(hù)，開發(fā)人員間便于交流和協(xié)作，每個(gè)軟件項(xiàng)目必須規(guī)定相應(yīng)的開發(fā)規(guī)范。</p><p>　　3.3.3 采用后備措施</p><p><b>　　1）手動(dòng)后備</b></p><p>　　分散控制系統(tǒng)有三種處于不

97、同層次上的手動(dòng)操作方式</p><p>　　在運(yùn)行操作站上進(jìn)行手動(dòng)操作 這種手動(dòng)操作要求運(yùn)行員操作站、通信網(wǎng)絡(luò)、基本控制單元、過程輸出通道都能夠正常工作時(shí)才能進(jìn)行，因此具有一定的局限性。</p><p>　　用手動(dòng)操作站通過I/O模件進(jìn)行操作 這種手動(dòng)操作方式所經(jīng)歷的環(huán)節(jié)較少，因此具有較高可靠性。但它仍然要求I/O模件正常工作。</p><p>　　用手動(dòng)操作站直接

98、進(jìn)行操作 在這種情況下，手動(dòng)操作站直接輸出4-20mA或1-5V的模擬量信號(hào)區(qū)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此即使I/O模塊發(fā)生故障手動(dòng)操作仍然可以進(jìn)行[24]。</p><p><b>　　2)自動(dòng)后備</b></p><p>　　自動(dòng)后備是采用冗余的方式設(shè)置另外一套或幾套備用控制裝置。當(dāng)處于運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)控制裝置發(fā)生故障時(shí)，備用控制裝置自動(dòng)投入，維持系統(tǒng)的自動(dòng)控制。</p

99、><p>　　冗余技術(shù)就是為克服、完善設(shè)計(jì)無法解決這類高可靠性要求的困難發(fā)展起來的，其設(shè)計(jì)思想是允許故障存在，并能自動(dòng)地消除其影響。所謂冗余是指系統(tǒng)無故障時(shí)取消這些冗余措施不會(huì)影響系統(tǒng)正常運(yùn)行[25]。常用的冗余方法有硬件冗余、軟件冗余、信息冗余、時(shí)間冗余、解析冗余及幾種冗余技術(shù)的綜合應(yīng)用。</p><p>　　3.3.4 提高系統(tǒng)可維修性</p><p><b&

100、gt;　　1）自診斷</b></p><p>　　診斷系統(tǒng)可以向運(yùn)行維修人員說明哪一個(gè)機(jī)柜中哪一個(gè)基本控制單元的哪一塊插件發(fā)生了故障，因此大大地縮短了平均故障維修時(shí)間，提高了系統(tǒng)的可用率。</p><p><b>　　2）自恢復(fù)</b></p><p>　　自恢復(fù)技術(shù)主要針對(duì)程序出現(xiàn)“飛掉”或出現(xiàn)“死循環(huán)”的現(xiàn)象</p>

101、<p>　　3）提供完善的診斷信息</p><p>　　在分散控制系統(tǒng)中，高層人機(jī)接口可以提供各種診斷畫面，其中包括通信系統(tǒng)狀態(tài)、基本控制單元、過程接口狀態(tài)、外部設(shè)備狀態(tài)等。</p><p><b>　　4）插件在線維修</b></p><p>　　分散控制系統(tǒng)中的插件一般都可以帶電拔插。因此更換插件的過程中，不需要中斷其它插件的

102、正常運(yùn)行，這顯著地提高了系統(tǒng)的可用率。</p><p>　　5）提供預(yù)防性維修信息</p><p>　　自行記錄某些偶然性故障的發(fā)生次數(shù)，并據(jù)此提供一些預(yù)防性維修信息。</p><p>　　6）提供遠(yuǎn)程維修服務(wù)信息</p><p>　　它可以通過網(wǎng)間連接器與更高一級(jí)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)路連接起來向幾千里之外甚至其他國(guó)家的專家提出請(qǐng)求，以幫助協(xié)助檢查和處

103、理故障。</p><p>　　第4章 可靠性設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)</p><p><b>　　4.1 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　由于我國(guó)可靠性起步比較晚，根據(jù)我查找的部分資料，針對(duì)工業(yè)過程的安全等級(jí)評(píng)價(jià)和可靠性標(biāo)準(zhǔn)中國(guó)還沒有。</p><p>　　4.2可靠性設(shè)計(jì)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)</p><p&

104、gt;　　目前通用的可靠性的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是IEC60300，由IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）制定，內(nèi)容包含現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集、軟件可靠性分析、壽命成本分析、硬件可靠性分析、可維護(hù)性等部分。</p><p><b>　　4.2.1前言</b></p><p>　　1）IEC技術(shù)事務(wù)方面的正式?jīng)Q定和批準(zhǔn)意見由技術(shù)委員會(huì)準(zhǔn)備，該委員會(huì)代表了所有國(guó)家委員會(huì)的利益，將盡可能考慮相關(guān)主題的國(guó)際間

105、的一致觀點(diǎn)。</p><p>　　2）所形成文件采用國(guó)際間使用的推薦格式，在此方面，得到了各國(guó)家委員會(huì)的采納。</p><p>　　3）為了促使國(guó)際間的一致性，IEC 期望所有的國(guó)家委員會(huì)制訂各自國(guó)家規(guī)程時(shí)，在國(guó)家具體條件允許時(shí)，采納 IEC 推薦的格式。在 IEC 標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)應(yīng)的國(guó)家或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)之間的任何分歧也應(yīng)清楚地標(biāo)記出來。</p><p>　　本國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)由 IE

106、C 技術(shù)委員會(huì)56：可靠性部起草。</p><p>　　本標(biāo)準(zhǔn)的文本基于下列文獻(xiàn)：</p><p>　　從上面的表格中，可以看到有關(guān)本標(biāo)準(zhǔn)投票通過的完整信息。</p><p>　　可靠性分析技術(shù)用來對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的可靠性、可用性、可維護(hù)性及安全性指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估及預(yù)測(cè)。</p><p>　　可靠性分析主要發(fā)生在不同系統(tǒng)級(jí)別和具體細(xì)節(jié)的不同程度的概念和

107、定義階段、設(shè)計(jì)與研制階段、操作與維修階段，以對(duì)一個(gè)系統(tǒng)或一個(gè)安裝指標(biāo)的可信性指標(biāo)評(píng)價(jià)與確定。該分析也用于將分析結(jié)果與規(guī)定要求進(jìn)行比較[26]。</p><p><b>　　1 適用范圍</b></p><p>　　本指南是可使用方法的一個(gè)介紹，旨在為分析者提供必要的信息，以便針對(duì)具體系統(tǒng)選擇最合適的分析方法。</p><p><b>

108、　　2 引用標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　下列標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)中包含的規(guī)定，經(jīng)本文的引用，構(gòu)成 IEC 300-3 的本部分規(guī)定。在本標(biāo)準(zhǔn)出版之時(shí)，這些版本是有效的。所有的標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)都可以修訂，并且鼓勵(lì)單位對(duì)基于 IEC 60332 本部分的最新版本的下列的引用標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)進(jìn)行嘗試。對(duì)于未過期的標(biāo)準(zhǔn)，需要使用標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)的最新版本。IEC和ISO成員維持當(dāng)前有效國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的注冊(cè)[27]。 </p>&l

109、t;p>　　IEC 50（191）：1990，國(guó)際電技術(shù)詞匯（IEV）—第 191 章：服務(wù)的可靠性與質(zhì)量 </p><p>　　IEC 812：1985，系統(tǒng)可靠性分析技術(shù) — 故障模式影響分析程序（FMEA）。 </p><p>　　IEC 1025：1990，故障樹分析（FTA）。 </p><p>　　IEC 1078：1991，可信性分析技術(shù)—可靠性

110、方框圖方法。</p><p><b>　　3 定義 </b></p><p>　　國(guó)際電技術(shù)詞匯中191章節(jié)中的術(shù)語(yǔ)和定義適用于IEC 300-3系列標(biāo)準(zhǔn)的本部分[28]。 </p><p>　　此外，下列定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)： </p><p>　　3.1 系統(tǒng)：分析過程中所考慮的最高級(jí)別項(xiàng)目。 </p>

111、<p>　　3.2 部件：分析過程中所考慮的最低級(jí)別的項(xiàng)目。 </p><p>　　3.3 分配：依據(jù)給定的邊界條件，把對(duì)項(xiàng)目的性能要求分配給子項(xiàng)目時(shí)設(shè)計(jì)所應(yīng)用的程序。 </p><p>　　注釋—“系統(tǒng)”在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候可以被替換為“子系統(tǒng)” 。 </p><p><b>　　4 概述 </b></p><p&g

112、t;　　該分析方法允許對(duì)用來描述一個(gè)系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)預(yù)測(cè)行為指標(biāo)（如故障率、MTTF、MTBF、可靠性、穩(wěn)定狀態(tài)可用性）的估計(jì)和定性指標(biāo)的評(píng)價(jià)。為了系統(tǒng)的和可重復(fù)的進(jìn)行系統(tǒng)分析，使用一致性的程序是十分重要的。 對(duì)于評(píng)價(jià)實(shí)際系統(tǒng)（硬件和軟件、復(fù)雜的功能結(jié)構(gòu)、各種各樣的技術(shù)、可修理和可維修的結(jié)構(gòu)等）所需要的模型而言，任何一種可信性分析方法都不足以十分全面和靈活，處理所有可能的復(fù)雜模型。因此，有必要考慮幾種附加的分析方法以保證對(duì)復(fù)雜的或多變量的