DCS硬件系统原理、指标、试验和应用课件.ppt

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 轮询周期 AI信号的输入处理过程 热电阻（RTD） （Resistor Temperature Detector） 热电偶（TC） （Thermal Couple） 变送器（4－20mA） （温度，压力，流量，物位） 电桥变换 滤波 信号放大 滤波 电流－电压变换 滤波 模数转换 （A/D） 模数转换 （A/D） 模数转换 （A/D） 工业现场的 传感器或变送器 采用的信号调理技术 （Signal Conditioning） 数字化处理 Analog Input-AI 双积分型A/D转换器 双积分型A/D转换器波形 逐次比较型A/D转换器 逐次比较型A/D转换逼近过程 Sigma-Delta型A/D转换器 Sigma-Delta型A/D转换原理 AI的几种输入型式 单端输入(Single Ended Input) 共地型单端输入 共参考点单端输入 差分输入(Differential Input) 非通道隔离型差分输入 通道间隔离型差分输入 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 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 Scale—F.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，0.2级，0.5级仪表或设备。 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 振幅 分辨率 时间 0 20 100 120 1