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1、DCS的主要技术指标解读DCS规范,史洪源2003.9,DCS的主要技术指标,系统容量系统实时性I/O指标环境适应性可靠性和可用性,DCS的系统容量,机柜容量电源容量网络容量主控容量计算DCS系统容量时，必须同时满足上述限制条件,机柜空间容量,机柜空间上可容纳IO模块数量机柜空间可容纳端子板数量机柜空间上进线容量,机柜空间上可容纳IO模块数量,最少300mm,最多1500mm,机柜,可安装IO模块区,机柜空间上可容纳端子板数量,最少300mm,最多1500mm,机柜,可安装IO模块区,端子板,信号电缆,最少50mm,机柜空间上可进线容量,走线槽截面图,8045型,80mm,45mm,要求：（1
2、）电缆截面积按正方型计算（2）上述电缆截面积之和小于走线槽截面积的60%,机柜底部俯视图,电源容量,非冗余电源容量，按标称容量的70%计算。1:1非均流冗余电源的容量，按单电源标称容量的70%计算。1:1均流冗余电源的容量，可按单电源标称容量计算。但要求其中一个电源损坏后尽快更换上新电源。2:1冗余电源，可按2个电源标称容量之和计算。但要求其中一个电源损坏后尽快更换上新电源。N:1冗余（N2）电源，按N个电源标称容量之和的70%计算。,机柜热容量,在结构确定的情况下，有两个因素决定了机柜内部的温度：机柜内电源总消耗机柜风扇通风流量要求电源的配置不导致柜内温度过高。一般的经验值，800*650*
3、2200的机柜，要求机柜内外温差小于10C时，容许的电源消耗为400W-600W之间。一般可以通过实验得到机柜的温升功耗曲线，作为精确的热容量计算依据。,网络容量的基本概念：波特率,波特率(Baud Rate)也称位速率，是描述通讯线路上位流（0/1流）速度的指标。波特率定义：波特率等于一段连续的比特流的比特数除以该比特流的持续时间。波特率的单位：bits/s(比特每秒），即Bits per Second,缩写为bps,网络容量的基本概念：吞吐率,网络吞吐率用于衡量计算机能通过网络接收或发送数据信息的最快速度。网络吞吐率的定义：单位时间片内计算机能接收或发送位信息的数量。网络吞吐率的单位：一般
4、也为bps,网络容量：波特率与吞吐率的关系,吞吐率一般小于波特率：多任务计算机一般不能处理连续位流丢包或包冲突重发降低有效速率,T,T,吞吐率,波特率,非连续位流,连续位流,0/1位流,线路空闲,0/1位流,主控制器网络容量计算,先明确4个基本配置参数：T1:设定的主控制器与IO通讯的时间（秒）B1:该主控制器与IO通讯的位流量（位）T2:设定的主控制器与其它站通讯的时间（秒）B2:该主控制器与其它站通讯的位流量（位）要求：B1/T1 控制网吞吐率*0.4 控制网波特率*0.4B2/T2 系统网吞吐率*0.2 控制网波特率*0.2,主控制器容量：程序容量和控制周期,程序容量一般用控制方案页数量
5、来大致描述，它由固态盘容量、SRAM容量和内存容量决定。控制周期根据工艺要求确定，当控制周期在200mS以下时，数字控制系统的采样延迟导致对控制品质的影响可忽略不计，即数字系统几乎可以等价于模拟系统。对于大多数工艺过程，500mS或1S的控制周期就完全满足要求。,主控容量：控制周期和负荷率,控制周期控制周期的定义单一控制周期复合控制周期负荷率,实时性（Real-time)：基本定义,实时性的概念错误的理解：实时就是“快”。正确的理解：在预先设定的时间内完成规定的任务能力。如果在一定条件下能确保在预先设定的时间内完成规定的任务，系统就可称为确定性系统，这是确定性实时（Deterministic)
6、。与确定性系统相对（不能确保）的是非确定性（Non-deterministic)系统。,实时性（Real-time)：相关定义,硬实时（Hard real-time):确定性（Deterministic)实时的同义词。软实时（Soft real-time):非确定性实时的同义词。,确定性实时和非确定性实时的对比,tA,确定性实时,非确定实时,延迟,deadline,概率,tmin,tmax,tdl,tA,deadline,tmin,tmax,tdl,无边界!,在正常运行条件及可恢复故障条件下，任务延迟超过最后期限（deadline)的概率为零。,有边界!,概率,延迟,在正常运行条件及可恢复故障
7、条件下，任务延迟超过最后期限（deadline)的概率很小，但不为零。,实时性：典型任务的响应时间要求,200 ms:,操作人员的手感（接近硬接线般的感觉）,10 ms:,流程工业中的事件分辨率（但目前很多招标书都要求2ms),1 s:,操作员站画面上的数据刷新速度,3 s:,操作员站画面翻页速度,1 s:,控制器执行一个加法运算的典型时间,10 s:,控制器执行一个PID运算的典型时间,30 s:,通讯信号传输9km的时间延迟（信号速度30万公里/秒）,100 s:,多任务实时系统任务切换时间,200 s:,从实时数据库（内存）中访问获取一个数据对象的时间,1 ms:,在两个任务之间通过邮箱
8、发送消息的时间,2 ms:,在局域网中发送一个报文的时间,50 ms:,控制器中通讯任务的执行时间,什么情况下需要确定性实时？,滚筒式印刷机：在手工清洗过程中，操作人员右手持毛巾清洗转动的滚筒，左手按下“转动”按钮，当毛巾被卡住时，左手立即送开“转动”按钮，滚筒必须在0.5s内停止转动，否则,紧急停止,实时性的例子：滚筒印刷机信号延迟,控制台处理（周期40ms),紧急按钮,IBS(2 ms,500 kbps),IBS-M,BA,DIO,MCU,LBA,Display,IO总线,IBS-S,IO,loop,BA,AIO,MCU,LBA,IO,IO,IO,IO,IO,IO,IO,主控制器（控制周期
9、30ms),马达控制(周期40ms),系统总线(1.5 Mbps,32 ms),控制台总线(1.5 Mbps,32 ms),马达控制,安全控制器,SERCOS总线(4 ms),从紧急按钮到马达的总延迟:2+30+32+40+32+40+4=180 ms!,IBS(2 ms,500 kbps),冗余IO,实时性：信号延迟的后果,很多安全系统按反逻辑优先运行：即优先要求条件不成立时系统倒向安全状态。比如前面的印刷机就是按钮“按下”转动，而不会设计成弹起按钮转动。马达控制要求对“紧急按钮未按下”这一状态最迟3 x 180=540 ms刷新一次检测，其中360ms作为连续两次通讯失败的保留时间，第三次
10、通讯必须成功，如果第三次通讯仍不成功，系统将无条件停止马达。超过规定条件的信号延迟将会导致误报警，从而使系统停运（一般来说，可接受的误报警停车每年最多1-2次）。因此，控制信号的延迟将对系统的下列2个重要性能带来影响：安全性可用性,实时性：确定性与通讯延迟的关系,通讯主站,轮询周期,时间 ms,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,响应时间,概率,决不允许通讯延迟超过规定时间，否则停车。,1,2,3,4,5,6,举例:设每轮询周期丢包的概率=0.001,三次发送均失败的概率=10-9,设硬件故障的概率也在10-9量级，则三次发送失败就停机是合理的。,TD,轮询
11、周期,什么因素使实时性成为一个系统问题,一片CPU芯片同一时刻只能做一件事。一条通讯线路同一时刻只能供一个设备发送信息。研究实时性，就是设法保证多种任务在公共的硬件资源上得到很好的调度执行。,确定性实时的特征：周期运行,任务性质周期任务：确保关键的周期任务得到及时执行。异步事件：确保关键的异步事件得到及时处理。虽然很多确定性系统都采用了抢占式(Preemptive)实时操作系统，但抢占式调度使用不当却是很多系统无法实现确定性的原因之一。周期循环执行是实现确定性实时的有效方法。但周期调度的方法对硬件系统的速度要求较高。,非确定性实时的特征：事件驱动,系统响应时间非确定的原因外部异步事件中断系统任
12、务访问计算机公共资源：CPU，内存，网络使用了时间不确定的设备：如硬盘访问任务属于抢占式操作系统中的低优先级任务使用了时间不够确定的通讯网络：如以太网使用了队列事件驱动的任务调度是非确定性实时的主要途径。事件驱动的调度方法可以有效降低系统对硬件速度的要求。,实时性：事件驱动型系统雪崩分析,事件/秒,模拟信号（死区0.5%）,开关信号,现场设备电源失电后的情况,开关量事件：状态变化（0变1，或1变0）模拟量事件：幅度变化超过满量程的0.5%AI:2200 1s,300 0.1 s=5200/sDI:3700 1s,300 0.1 s=6700/sSOE:400 0.1 s=4000/s,失电时间
13、 s,开关信号,模拟信号,失电后的1s内，每秒约2500个开关量事件产生，但随后几乎没有开关量事件，当电源恢复，再产生一个同样的尖峰。失电后的1s内，每秒约有200个模拟量事件，在以后的40s内每秒约40个事件。,2500尖峰,实时性评价的要点：系统的观点,实时性：小结,确定性是联锁保护等关键应用的基本特性，但其它很多场合下非确定性系统也可满足需要。确定性系统能确保所有关键数据在规定的时间内传送，如不能就倒向安全态。确定性系统即使在系统雪崩等最差工况下也能保证系统稳定运行，硬件资源的闲置较多。系统的各环节都必须是确定性的，才能得到真正的确定性系统。非确定性系统在进行充分的工况分析和非确定性概率
14、分析的基础上，也是不错的选择。,精度,精密度（Precision)：表示测量结果的随机（偶然）误差的大小正确度(Correctness)：表示测量结果的系统误差大小准确度(Accuracy)：是系统误差和随机误差的综合表示测量结果阈真值的一致程度,也称精确度或精度。,图(c)：精确度(准确度)较高，即精密度和正确度都较高。,图(a)：正确度较高、精密度较差,图(b)：精密度较高、正确度较差,精度是仪表多因素的综合体现,温度漂移时间漂移抗干扰能力分辨率灵敏度稳定时间（响应时间）带宽,分辨率,分辨率（Resolution):测量装置能感知和区分的最小变化量，通常以A/D转换器的位数和量程表示，比如
15、用12位量程为0-5V的A/D，其分辨率为：5V/4096=1.22mV,分辨率,采样数据最低位所代表的模拟量的值Nbit:8bit/12bit/16bit电压表示：输入范围/2n举例：假如10V的输入信号用12位数据来表示，则最小可分辨的电压为10/212=0.224mV,灵敏度（Sensitivity),灵敏度 Sn（或 K）Sn 的定义是输出增量与输入增量的比值。即,图 1灵敏度,灵敏度 Sn（或 K）Sn 的定义是输出增量与输入增量的比值。即,纯线性传感器灵敏 度为常数。非线性传感器灵敏 度S n与x有关。,有的厂家将灵敏度定义为测量死区，比如测量装置只有信号大于15mV才能测量时，称
16、其灵敏度为15mV。,稳定度,稳定度（Stability):分为短时间稳定度（Short-time Stability)和长时间稳定度（Long-time Stability)。短时间稳定度：对于同一被测量值，测量值的波动范围（即最大值减最小值）与量程之比。通常以百分比表示。长时间稳定度：对于同一被测量值，相隔较长时间（比如说1年）用同一测量装置进行测量，其误差漂移量与时间之比。通常单位为ppm/年。,采样率,采样率（Sampling Rate):测量设备每秒钟对输入信号的采集次数，单位为 次/秒。,过低的采样率将导致信号失真,足够的采样率下的采样结果,过低采样率下的采样结果,采样定理,能够正
17、确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做Nyquist频率，它是采样频率的一半信号中所包含的频率高于Nyquist频率的成分，将在直流和Nyquist频率之间发生畸变，称为混叠（Aliasing）混频偏差（alias frequency）ABS（采样频率的最近整数倍输入频率）解决方案在A/D前加入低通滤波器，将信号中高于Nyquist频率的信号成分滤去称为抗混叠滤波器,信号带宽,测量设备允许通过并能不失真测量的信号频率范围。一般情况下是低通滤波器的截止频率。为有效过滤50Hz工频干扰，工业控制领域的一般带宽在10Hz以下。,隔离电压,隔离方式：光电隔离、变压器隔离、电容隔离。隔离电压：一般以交流有
18、效值表示，如500Vrms.过低的隔离电压将导致高压击穿。,带负载能力,对于AO电路，指的是在确保最大能输出20mA的条件下，AO的最大电阻负载。对于以24VDC为驱动电源的AO，其理论最大负载为24/0.02=1200欧姆。对于DO电路，指的是输出开关触点的最大通流能力和最大耐压。比如5A220VAC。,输入阻抗,AI输入电路的输入端等效阻抗。过低的输入阻抗将导致输入电压信号在信号源端的压降增大到不可忽略。一般要求100K以上.,阶跃响应时间,阶跃响应时间（Step Response Time):由于其输入发生阶跃变化，使输出由起始值在无过冲的情况下达到稳定变化值的某一规定百分比(DCS系统
19、通常为90%)所需的时间。,阶跃响应,给原来处于静态状态传感器输入阶跃信号，在不太长的一段时间内，传感器的输出特性即为其阶跃响应特性。,输入量 x(t)一般可表示为：,a.最大超调量pb.延滞时间 tdc.上升时间 trd.峰值时间 tpe.响应时间 ts,引用误差,定义：满量程内的最大绝对误差除以满量程。GB/T 13283-91 工业过程测量和控制用检测仪表和显示仪表精确度等级,真值,测量值,实际测量分布值,理想测量值分布,满量程点（Full ScaleF.S.),Emax,引用误差=,F.S.,Emax,x 100%,常见的引用误差等级有0.1%,0.2%,0.5%，分别简称为0.1级，
20、0.2级，0.5级仪表或设备。,温度漂移,温漂量纲：ppm/C,即百万分之一每摄氏度温度变化可能导致的误差增大=温度变化量*温漂指标。例：在环境温度25C条件下标称引用误差为0.1%的仪表，如果其温漂指标为100ppm/C,则当环境温度变化到35C时，其引用误差将可能达到:0.1%+(35-25)*100*10-6=0.2%,共模和差模干扰,在工业应用中，共模电压是个经常存在的威胁。通常需要测量含有大的共模成份的微弱差模信号。这些远距离信号和内部固有的50Hz/60Hz的电网干扰往往对测量造成相当的困难。直流共模信号的进入也会形成干扰。电网工频信号以差模形式叠加到输入信号，也会形成干扰。,抑制
21、比的含义,“一群坏人堵在大门口，有多少会混进去？”1000个坏人堵在大门口，有1个人混进去，则抑制比=1000：1，用分贝表示就是20log1000=60dB（也就是说有千分之一混进去）；如果1000个坏人中有10人混进去，抑制比=1000：10，用分贝表示就是20log（1000/10）=40dB（也就是说有百分之一混进去）。共模抑制比或差模抑制比的含义与上述比喻类似，只是“坏人”的定义不一样而已。,共模抑制比CMRR,共模抑制比（Common Mode Rejection Ratio):用于衡量信号放大处理环节衰减共模信号的能力。理想放大器：差模信号放大，共模输入信号的输出为零。实际放大器
22、：共模输入信号的输出不为零，等效为有一定的差模输入信号,二者之比即为CMRR.实际计算时注意正弦信号峰峰值、峰值、有效值间关系,Kd:差模放大倍数，即通道增益。Kc:共模放大倍数Vic:共模输入峰值，设Vic为50Hz正弦信号Voc:共模输出峰值Voc/Kd:共模输入Vic等效的差模输入，所以CMRR值表征了共模“抑制”能力。Vicrms:Vic的有效值Vocpp:Voc的峰峰值,仪表放大器的差模放大倍数和共模抑制比,CMRR的物理含义,CMRR衡量了系统对共模信号转换为等效差模信号的衰减程度：Vd:等效差模输入信号Vc:输入共模信号假如CMRR=120dB，共模信号为5V，则其相当于引入了5
23、/10（120/20）=5/1000000=5uV的差模干扰输入信号。,差模抑制比NMRR,实际上，在电子学的教科书中是没有差模抑制比（Normal Mode Rejection Ratio)这一提法的，因为对于一般仪表系统，50Hz的差模信号不能被定性为干扰信号。但在实际应用中，我们往往需要将串联叠加到输入端的电网工频信号（50Hz或60Hz)定义为干扰信号。仿照CMRR的定义和物理意义，工业测量领域定义了NMRR，用于衡量系统对50Hz/60Hz差模信号的抑制能力。,Kd:直流差模放大倍数，即通道增益。Kn:50Hz差模信号放大倍数Vi:50Hz差模输入峰值Vo:输出波动交流峰值Vo/Kd
24、:50Hz输入Vi等效的有效差模输入，NMRR值表征了差模“抑制”能力。Virms:Vi的有效值Vopp:Vo的峰峰值,NMRR的物理意义,NMRR衡量了系统对50Hz输入差模干扰信号转的衰减程度：Vd:衰减后进入系统的差模信号Vn:输入的50Hz差模信号假如NMRR=60dB，50Hz差模信号峰值为5V，则5/10（60/20）=5/1000=5mV的差模干扰进入了系统。没有滤波器的测量系统，NMRR为零。1阶滤波约贡献20dB NMRR，60dB需要3阶以上滤波。,电磁兼容性的定义,EMC:Electromagnetic Compatibility电磁兼容性：设备在其电磁环境中能正常工作，
25、且不对该环境中其它设备构成不能承受的电磁骚扰的能力。,产品电磁兼容性的两个方面,骚扰（Disturbance)：专指本产品对别的产品的造成的电磁影响“我捣乱你，祸根”。干扰（Interference)：或称为抗干扰，专指本产品抵抗别的产品的电磁影响“我抵抗你,免疫”。,电磁兼容的三个要素,骚扰源：危害性电磁信号的发射（Emission)者。传播途径：电磁信号的传播途径。辐射（Radiated Emission)：通过空间发射。传导(Conducted Emission)：沿着导体发射。注意：不要将发射和辐射混淆，辐射和传导都统称为发射。接收器：收到电磁信号的电路。,消除上述三要素之一，产品间电
26、磁干扰就不存在。,电磁骚扰的种类,自然噪声：宇宙射线和太阳辐射（频率大于10MHz）。雷电（频率小于10MHz）。人为噪声：故意行为：雷达、电子战发射装置。无意行为：电焊机、电源、继电器、静电等。,骚扰信号被接收：形成干扰,通过天线或等效于天线的结构接收通过机箱接收通过导线接收对于上述三种基本的信号传播机构，可构成9种可能的耦合，其中，天线天线，天线导线，导线导线，是三种最主要的耦合方式，所以电磁兼容性的研究和标准也主要是围绕这三种模式进行的。机箱机箱模式除低频磁场外，一般不是主要的。,电磁兼容性标准主要研究机构,1934：IEC成立“国际无线电干扰特别委员会”（法文缩写为CISPR)，开始制
27、定一系列的电磁兼容标准。1979:IEC在TC65专业（工业过程测量和控制设备专业委员会）下成立WG4工作组，专门研究该领域的电磁兼容性问题，并于1984年提出了IEC801系列标准。1990：IEC TC77(专门研究电气设备电磁兼容的委员会）认为IEC801的成果与其工作重叠，决定采纳IEC801为基础标准，改标准号为IEC61000-4系列。1989：欧共体发布89/336/EEC产品指令，规定到1995年底为过渡期，之后凡未达到改指令中电磁兼容标准的产品，不得进入欧盟市场。FCC：美国联邦通信委员会也制定了EMC标准。,电磁兼容性标准的分类方法一,发射(Emission/Disturb
28、ance)标准：用于表述产品发出电磁信号骚扰别的产品的具体规定。如：IEC61000-6-4:工业环境中的发射标准抗扰度(Immunity)标准：用于表述产品抵抗电磁骚扰信号的具体规定。如：IEC61000-6-2:工业环境中的抗扰度要求,DCS作为工业控制产品，其首要关心的是抗扰度！,EMC标准的分类方法二,基础标准：只阐述测量和试验方法，不规定环境，不规定何种产品应达到什么等级的要求。如IEC61000-4系列，规定了基础性抗扰度标准。通用标准：对规定的某类环境中的产品提出一系列最低的电磁兼容性要求。如IEC61000-6系列，规定了住宅和工业环境的电磁兼容标准。产品簇标准：在通用标准和基
29、础标准的基础上，具体规定了某类产品的电磁兼容要求和测试方法。如：GB/T17618-1998(idt CISPR 24:1997)信息技术设备抗扰度限值和测量方法。专用产品标准：具体规定某一型号产品的电磁兼容要求，一般不单独编制某产品的电磁兼容标准，而只是将其电磁兼容的要求编写在该产品的通用技术条件或产品标准中，以引用其它电磁兼容标准的条款的形式表达。,国际电磁兼容性标准体系,基础标准,通用标准,产品簇标准,专用产品标准,基础发射标准,通用发射标准,A类：商业环境发射标准,B类：工业环境发射标准,基础抗扰度标准,通用抗扰度标准,A类：商业环境抗扰度标准,B类：工业环境抗扰度标准,发射,抗扰度,
30、IEC61000电磁兼容标准组成,IEC61000-1:总论，一般性的讨论和定义，术语。IEC61000-2:环境，环境分类及描述。IEC61000-3:限值，发射和抗扰度限值。IEC61000-4:测试技术，测量和试验技术。IEC61000-5:安装于调试指南，安装指南，调试方法与设备。IEC61000-6:通用标准，规定不同环境下的抗扰度和发射要求。,工业控制中常用的IEC61000-4系列标准,标准内容IEC61000-4标准对应原IEC801标准(GB/T17626系列）（GB/T13926系列）,抗扰度试验综述 IEC61000-4-1 IEC801-1,静电放电抗扰度 IEC610
31、00-4-2 IEC801-2,辐射电磁场抗扰度 IEC61000-4-3 IEC801-3,快速瞬变脉冲群抗扰度IEC61000-4-4 IEC801-4,浪涌抗扰度IEC61000-4-5 IEC801-5,射频场传导骚扰抗扰度IEC61000-4-6IEC801-6,电压瞬时跌落和中断抗扰度IEC61000-4-11,IEC61000-4-2：静电放电抗扰度试验,试验目的：模拟操作人员或物体在接触或靠近设备时的放电。试验方法：高压电源+150pF储能电容，尖端放电。试验等级：接触放电：2kV(1级）,4kV,6kV,8kV.气隙放电：2kV(1级）,4kV,8kV,15kV.,IEC61
32、000-4-3：辐射电磁场抗扰度试验,试验目的：考察设备抗移动电话、对讲机等连续波发射设备干扰的能力。试验方法：电波室，频率可达150MHz-5GHz试验等级（场强）：1V/m(1级):低强度电磁辐射，如1km远的电视台3V/m:中等强度的电磁辐射，如1-2m远的手持式1W步话机。10V/m:严重的电磁辐射，如与设备靠近的大功率步话机(5W以上）。,IEC61000-4-4：快速瞬变脉冲群抗扰度试验,试验目的：考察小电感负载（如继电器）的切换及高压真空开关的切换对设备的干扰。试验方法：在设备电源线和I/O线上输入脉冲宽度50ns30%，重复频率为2.5kHz/5kHz,持续时间15ms，脉冲群
33、周期300ms的共模脉冲电压。试验等级(电源线/IO线,未注明的为5kHz）0.5kV/0.25kV(1级):计算机房1kV/0.5kV:主控室2kV/1kV:变电站4kV,2.5kHz/2kV:采用气体绝缘开关的变电站,IEC61000-4-5：浪涌抗扰度试验,试验目的：考察us级电压电流波动对系统的影响。100/1300us电压或电流浪涌（指上升时间100us,持续时间1300us）：大容量熔断器烧毁的瞬间。1.2/50us电压8/20us电流：电网开关动作或雷击10/700us电压：Modem等通讯设备的雷击放电 试验方法：电压或电流跌加到电源线或IO线。试验等级（电压）浪涌电压500V
34、p(1级):电站控制室浪涌电压1kVp:无强干扰的工厂浪涌电压2kVp:变电站浪涌电压4kVp:民用架空线环境,IEC61000-4-6：射频场传导骚扰抗扰度试验,试验目的：考察设备对射频骚扰的抵抗能力试验方法：采用电缆耦合传导输入的方式，分为连续波和脉冲波两种型式。可以等效取代辐射骚扰抗扰度试验(IEC61000-4-3)。试验等级（150kHz-80MHz干扰,并用1kHz正弦波调幅后通过耦合器加入）1V(1级):低强度电磁辐射，如1km远的电视台3V:中等强度的电磁辐射，如1-2m远的1W手持式步话机。10V:严重的电磁辐射，如与设备靠近的大功率步话机(5W以上)。,IEC61000-4
35、-11：电压瞬间跌落或中断抗扰度试验,试验目的：考察电源电压瞬间跌落或中断的影响，如误动、数据丢失等。电压跌落：跌落大于10%以上，持续时间0.5-50个周波电压中断：电压跌落到0。试验方法：电压切换装置。试验等级跌落30%,持续0.5-50个周波跌落60%,持续0.5-50个周波电压中断，持续0.5-50个周波,DCS的电磁兼容性的一般要求:控制柜设备,IEC61326-1-1997（等效GB/T18268-2000）测量,控制和实验室用电气装置 电磁兼容性要求 第1部分:基本要求,DCS的电磁兼容性的一般要求:信息设备,CISPR24标准为国际无线电干扰标准化委员会制定，标准名称为信息技术
36、设备抗扰度限值和测量方法GB/T17618-1998(idt CISPR 24:1997)，它的测量方法引用基础标准IEC61000-4系列（“电磁兼容 试验和测量技术”即GB/T17626系列：1998）,CISPR24:1997(GB/T17618-1998)分级准则,A级：产品在试验中和试验后都能正常工作，且无性能下降。B级：产品在试验后能正常工作，且无性能下降；产品在试验中允许性能有降低，但不允许实际工作状态或存储数据有变化。C级：产品在试验中或试验后有暂时的性能下降或状态变化，但可以通过控制操作来自行恢复或人工恢复（比如重新上电复位）。,防护等级,常用标准IEC529(等同采用国家标
37、准为GB/T 4208-1993):外壳防护等级。其它标准有NEMA250,UL50和508，CSA C22.2 No.94-M91上述标准规定了设备外壳的防护等级，包含两方面的内容：防固体异物进入防水,IEC529 IP等级,IEC529采用 IP编码代表防护等级，在IP字母后跟两位数字，第1位表示防固体异物的能力，第2位数字表示防水能力，如IP55.,各种防护等级之间的近似对应,温度、湿度和气压,工作环境温度：设备能正常工作时，其外壳以外的空气温度，如果设备装于机柜内，指机柜内空气温度。存储环境温度：指设备无损害保存的环境温度。工作环境湿度：设备能正常工作时，其外壳以外的空气湿度，如果设备
38、装于机柜内，指机柜内空气湿度。存储环境湿度：指设备无损害保存的环境湿度。IEC60654-1-1993（等同GB/T17214.1-1998）工业过程测量和控制装置的工作条件 第1部分:气候条件,商业级、工业级和军用级温度,一般的器件温度分为商业级、工业级和军用级三种：商业级070工业级-4085军用级-55125（不同厂家的划分标准可能不同）。作为设备，由于必须考虑外壳的存在，所以整机的工作环境温度常用的范围有0-40、0-55、0-60、-2570等。ISA-71.01-1985-Environmental Conditions for Process Measurement and Co
39、ntrol Systems:Temperature and Humidity式中Tc、Tf及Tk分别为摄氏温度、华氏温度及绝对温度的数值。,低温对设备的影响,低温指低于0C的温度。我国境内的最低温度为黑龙江漠河-52.3 C低温的危害：电子元器件参数变化低温冷脆低温凝固（如液晶的低温不可恢复性凝固）低温严酷等级：-5C，-15C，-25C，-40C，-55C，-65C，-80C。,高温对设备的影响,一般指高于40C以上的温度。我国境内的最高温度为吐鲁番47.6 C高温的危害：电子元器件性能破坏高温变形高温老化高温严酷等级：40C，55C，60C，70C，85C，100C，125C，150C，2
40、00 C。,相对湿度,混合比：是水汽质量与同一容积中于空气质量的比值。相对湿度：相对湿度是空气中实际混合比（r）与同温度下空气的饱和混和比（rs）之百分比。相对湿度的大小可以直接表示空气距饱和的程度。在描述设备的相对湿度时，往往还附加一个条件不凝结（Non-condensing)，指的是不结露。因为当温度降低时，湿空气会饱和结露，所以不凝结实际上是对温度的附加要求。,露点温度,在空气中水汽含量和气压不变的条件下，当气温降低到使空气达到饱和时的那个温度称为露点温度，简称为露点。在气压不变的条件下，露点温度的高低只与空气中的水汽含量有关。水汽含量越多，露点温度越高，所以露点温度也是表示水汽含量多少
41、的物理量，当空气处于未饱和状态时，其露点温度低于当时的气温；当空气达到饱和时，其露点温度就是当时的气温，由此可知，气温与露点温度之差，即温度露点差的大小也可以表示空气距离饱和的程度。,湿度对设备的影响,相对湿度超过65%，就会在物体表面形成一层水膜，使绝缘劣化。金属在高湿度下腐蚀加快。相对湿度的严酷等级：10%，50%，75%，95%。,气压,一个标准大气压=气温在0 及标准重力加速度（g980665米秒2）下760毫米水银柱所具有的压强，即1 个大气压135951 1049.806650.76=101.325kPa。海拔每升高100米，气压就下降5mmHg（0.67kPa）,气压对设备的影响
42、,空气绝缘强度随气压降低而降低（1%每100米升高）。散热能力随气压降低而降低（海拔每升高100米，元器件的温度上升0.21C)气压的严酷等级常用海拔表示,比如海拔3000米。,防腐蚀,腐蚀环境的等级主要由H2S,SO2,NH3(氨）,HCl,Cl2以及盐雾等腐蚀性气体的浓度决定,将环境分为几个等级。IEC60654-4-1987（等效JB/T9237.1-1999）工业过程测量和控制装置的工作条件 第4部分:腐蚀和浸蚀影响 ISA-71.04-1985-Environmental Conditions for Process Measurement and Control Systems:A
43、irborne Contaminants,振动（Vibration),指设备受连续交变的外力作用。可导致设备紧固件松动或疲劳断裂设备安装在转动机械附近，即是典型的振动环境。IEC60654-3-1983（等效GB/T17214.3-2000）工业过程测量和控制装置的工作条件 第3部分:机械影响 控制设备的振动分为低频振动（8-9Hz)和高频振动（48-62Hz)两种，严酷等级一般以加速度表示：0.1g,0.2g,0.5g,1g,2g,3g,5g.振动的位移幅度一般分0.35mm-15mm等级。,冲击(Shock),短时间的或一次性的施加外力。跌落就是典型的冲击。IEC60654-3-1983（
44、等效GB/T17214.3-2000）工业过程测量和控制装置的工作条件 第3部分:机械影响冲击的严酷等级以自由跌落的高度来表示，一般分25mm,50mm,100mm,250mm,500mm,1000mm,2500mm,5000mm,10000mm.,可靠性与可用性,可靠性（Reliabilty):产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。主要用产品的无故障运行寿命来衡量。常用的指标是平均故障间隔时间(MTBF),单位是小时。可用性（Availability):含义为某一时刻系统无故障工作的概率MTTF/(MTTF+MTTR)。MTBF值的计算方法，目前最通用的权威性标准是MIL-H
45、DBK-217、GJB/Z299B和Bellcore，分别用于军工产品和民用产品。其中，MIL-HDBK-217是由美国国防部可靠性分析中心及Rome实验室提出并成为行业标准，专门用于军工产品MTBF值计算，GJB/Z 299B是我国军标；而Bellcore是由AT&T Bell 实验室提出并成为商用电子产品MTBF值计算的行业标准。,MTTF,MTBF,MTTR,系统正常,MTTF,系统正常,MTTF,MTTR,MTTR,修复,维修,MTBF,MTBF=MTTF+MTTR如果 MTTR MTTF:MTBF MTTF,time,故障,MTTF:Mean Time to Failure平均无故障
46、时间MTBF:Mean Time Between Failures平均故障间隔时间MTTR:Mean Time to Repair平均维修时间,可靠度和失效率,可靠度R(t):0-t时刻内系统正常工作的概率。失效率:单位时间内发生失效的概率。当为常数时：,R(t),t,失效率“浴盆”曲线,开始投运,成熟期,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1,t,R(t)=bathtub,R(t)=e-0.001 t(=0.001/h),MTTF,(t),退役,R(t)=e-t,MTTF计算方法,1,2,3,4,nR total=R1*R2*.*Rn=P(Ri)I=1,R total=e-Si t,tota
47、l=Si,MTTF=1/total,MIL-HDBK-217F中典型器件的失效率,FIT(Failures in Time),1 fit=10-9/h.,MIL HDBK-217F,ElementRatingfailure rateresistor 0.25 W0.1 fitcapacitor100 nF 0.5 fitcapacitor100 F10 fitprocessor486500 fitRAM4MB1 fitFlash4MB12 fitFPGA80 fitPLCcompact6500 fitdigital I/O32 points2000 fitanalog I/O8 points1
48、000 fitbatteryper element400 fitVLSIper package100 fit,安全性和可靠性之间的关系,安全性（Safety)：系统故障情况下不对财产和生命带来危害的性能。可靠性注重于考虑系统能连续正常工作的程度。安全性注重于考虑系统故障的防范和处理措施，并不会为了连续工作而冒风险。可靠性高并不意味着安全性肯定高。安全性总是要依靠一些永恒的物理外力作为最后一道屏障，比如利用重力不会因停电而消失，往往用于紧急情况下关闭设备。,通讯编码的可靠性：检错和纠错,数字通讯也会收干扰发生错误，比如1变0或0变1，但通过一定的编码方法可以实现检错或纠错。检错：接收端知道收到的
49、数据不对，但无法知道错在哪里，只好要求发送端重发。比如用00表示开，用11表示关，01和10为禁用码，则收到01或10时就可实现检错。纠错：接收端不仅知道收到的数据不对，还知道错在哪里，并自动修复，不要求发送端重发。比如用000表示开，用111表示关，其它为禁用码，则收到001时就几乎可以肯定是000，可实现纠错。无论是检错还是纠错，都是以增加一定量的监督位为代价来实现的。,通讯编码的可靠性：汉明距离,汉明距离的定义：两个状态码之间的对应位取值不同的总位数。举例1：00和11之间的汉明距离为2举例2:000和111之间的汉明距离为3举例3:01010101(55)和10101010(AA)之间
50、的汉明距离为8.应用1:计算机BIOS用户自扩展程序的头就是靠连续两次55 AA 55 AA来识别的。应用2:铁路信号计算机联锁系统中55和AA分别表示道岔的两个位置。思考：为什么不用00和FF来表示道岔位置呢？,防爆：标准,中国：强制性标准GB3836系列欧洲：EN50014系列IEC:IEC79系列北美：国家防火协会的国家电气代码标准（NEC-National Electrical Code National Fire Protection Association）,防爆：等级划分,场所分类I类：有甲烷等气体的煤矿井下II类：各种易燃易爆气体的工业场所III类：有易燃易爆粉尘的场所易爆等级
