第1页：第七章DCS的性能及选型封面
本章为《集散控制系统》第七章，围绕 DCS 性能的概念、特点和类别，DCS 重要性能指标的设计，DCS 性能指标评估要素，DCS 的选型方法，以及 DCS 安装调试验收的基本方法展开。
第2页：知识点与学习目标
知识点
- 了解 DCS 性能的概念、特点和类别
- 掌握 DCS 重要性能指标的设计
- 掌握 DCS 性能指标评估要素
- 掌握 DCS 的选型方法
- 掌握 DCS 安装调试验收的基本方法
第3页：集散控制系统的性能（一）
- （1）可靠性
- 应用集散控制系统，安全可靠是头等重要的；对于连续运行的生产过程，可靠性就更为重要，一旦出现故障，其损失有时甚至大大超过 DCS 本身的价值。
- （2）可操作性
- 指集散控制系统所提供的操作环境能够被操作员接受，并且操作员能够根据所提供的信息对生产全过程进行操作，主要包括操作环境、操作功能、容错技术、安全性。
第4页：集散控制系统的性能（二）
- （3）实时性
- 由于操作站和现场之间的信息传递需要通过通信网络完成，要保证现场设备运行信息最快到达操作站、操作员发布的命令最快到达现场执行机构，就必须要求集散控制系统的通信网络具有极高的实时性。
- （4）环境适应性
- 指集散控制系统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，对环境中电磁干扰的适应能力，对生产过程本身性能变化的能力，以及对事故突发的适应能力。
第5页：集散控制系统的性能（三）
- （5）经济性
- 包括初期投资费用、维修费用和扩展投资费用。
- （6）可扩展性
- 由于集散控制系统价格较贵，初期投资一般不会很大，只是建立一个平台，随着生产的发展还需要进一步扩展，这就要求初期建立的系统必须具有良好的可扩展性。
系统的可扩展性主要表现为：过程控制装置机柜是否有足够的空间可继续增加输入输出卡件；通信网络是否能够方便地增加和删除设备；通信设备是否能够扩展延伸；是否能够与其他厂商的集散控制系统互相连接。
第6页：集散控制系统重要性能指标的设计
可靠性是指机器、零件、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。
集散控制系统的可靠性是指广义的可靠性，是指可修复的机器、零件、系统在使用中不发生故障，即便发生故障又容易修复，使之具有经常使用的性能。集散控制系统的可靠性包含了可维修性。
第7页：可靠性的度量指标
常采用可靠度、MTBF、MTTF、故障率衡量可靠性。
- 可靠度（Reliability）
- 是指机器、零件、系统从开始工作起，在规定适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。
- MTBF（Mean Time Between Failures）
- 平均故障间隔时间，是指各次故障间隔时间的平均值，即各段连续工作时间的平均值。
- MTTF（Mean Time To Failures）
- 发生故障的平均时间，是指不能修理的机器、零件、系统，从工作至发生故障为止的工作时间的平均值，即不可修理产品的平均寿命。
第8页：MTTR与故障率
- MTTR
- 是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均时间。
- 故障率（Failure Rate）
- 通常指瞬时故障率，表征产品正常工作时间和总时间的比率。
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。
第9页：可靠性设计的三个准则
日本横河公司对集散控制系统的可靠性设计提出了三个准则：
- 系统运行不受故障影响的准则：一是冗余设计，使系统某一部件发生故障时能自动切换；二是多级操作，使系统某一部件发生故障时能够旁路或者降级使用。
- 系统不易发生故障的准则：从系统的基本部件着手，提高系统的 MTBF。
- 迅速排除故障的准则：包括故障诊断、系统运行状态监视、部件更换等设计，用于缩短系统的 MTTR。
第10页：提高集散控制系统硬件可靠性
提高集散控制系统的整体可靠性，进行可靠性设计，需要分别考虑如何提高其硬件和软件的可靠性。
1、冗余结构设计：供电系统的冗余、过程控制装置的冗余、通信系统的冗余、操作站的冗余。
第11页：2、不易发生故障的硬件设计
不易发生故障的硬件设计：
- 考虑运动部件：机械运动部件的使用寿命比电子元器件短，系统中使用的运动部件的寿命就成为衡量系统可靠性的指标；
- 接插卡件的可靠性设计，包括卡件本身的设计、卡件与卡件座的接触部件的设计；
- 对元器件（机械和电子元器件）都应选用高性能、规格化、系列化的元器件；
- 采用电路优化设计方法，采用大规模和超大规模集成电路芯片，尽可能减少焊接点，连接线优化布置、选用优化性能的元器件等。
第12页：3、迅速排除故障的硬件设计
- 自诊断设计：集散控制系统的自诊断硬件设计是使系统在发生故障时能够使标志位发生变化，并激励相应故障显示灯亮；自诊断软件设计是能够将检测值与故障限值进行比较，并依据比较结果发出信号。
- 实用的硬件措施设计：主要针对需要经常检修、更换的部件所采用的硬件设计措施，以及保证部件不易发生故障的硬件设计措施，包括机械部件设计和电子线路的设计；对于需要经常检修和更换的部件，需要采用接插卡件的机械设计。
第13页：提高集散控制系统的软件可靠性
提高集散控制系统的软件可靠性的措施：
- 分散结构软件设计：将整体的软件结构分散成各子系统的设计，各自独立，共享资源；
- 软件容错技术设计：指对误操作不予响应的软件设计，不予响应是指对于操作人员的误操作；
- 采用标准化软件：也可以提高软件运行的可靠性，避免许多软件运行问题。
第14页：集散控制系统的实时性设计
集散控制系统的实时性设计主要从以下方面考虑：
- 通信速率
- 媒体存取控制
- 减少无效通信量
- 实时控制的数据结构和多任务应用软件
第15页：集散控制系统的抗干扰设计
干扰信号主要来自于以下几个方面：
- 传导：集散控制系统和计算机的输入端，由于滤波二极管等元器件的特性变差，引入传导感应电势；
- 静电：动力线路或者动力源产生电场，通过静电感应到信号线，引入干扰；
- 电磁：在动力线周围的信号线，受电磁感应产生感应电势；
- 信号线耦合：信号线因位置排列紧密，通过线间的耦合感应电势并引入干扰；
- 接地不妥：当两个或两个以上的接地点存在时，由于接地点电位不等或其他原因引入不同的电位差；
- 连接电势：不同金属在不同的温度下产生热电势。
第16页：集散控制系统的评估
DCS 的性能评估应考虑多种因素：首先要达到过程控制与管理的实际要求，包括技术、使用等方面；其次考虑系统的价格问题。
第17页：
第18页：集散控制系统的选型
DCS 选型时，首先要确定是选用成型的集散控制系统产品，还是采用 PLC 搭建集散控制系统；另外也可根据投资预算决定。
第19页：确定具体型号产品的考虑因素
确定了选用成型的集散控制系统产品，还要选择具体什么型号的产品，一般需要考虑以下因素：
- DCS 的软件、硬件逐渐由专用型向通用型发展；
- 选型时，应该针对所应用的行业、领域的具体实际来决定；
- 根据工艺流程当前需要的输入输出点数，以及将来生产规模扩大以后系统扩容所能达到的最大规模，选择规模相匹配的 DCS 产品；
- 认真考察 DCS 产品的开放性、兼容性，尽量选择开放性较好的产品；
- 认真考察 DCS 产品的编程组态环境，尽量选择各种先进控制算法皆能够使用且容易编程实现的产品。
第20页：DCS选型中的几个问题
工艺流程确定以后，控制系统的被控制对象也就确定，选用什么样的控制系统就成为重要问题。这主要是根据项目规模和投资预算来考虑的，项目规模对于控制系统来说就是输入/输出的点数和所要达到的控制性能。
