第三章集散控制系统性能评估

集散控制系统原理及应用第三版何衍庆黄海燕黎冰编著化学工业出版社北京普通高等教育“十一五”国家级规划教材集散控制系统原理及应用第1章概述第2章集散控制系统构成第3章集散控制系统性能评估第4章集散控制系统的控制算法和控制组态第5章集散控制系统的工程设计第6章集散控制系统的人机界面第7章集散控制系统的数据通信第8章集散控制系统应用实例……热工过程DCS系统开发与应用（一、二、三、四）第三章集散控制系统性能评估一、可靠性二、易操作性三、可组态性四、集散控制系统的其他性能指标

（可扩展性、实时性、环境适应性、开放性、经济性）第三章集散控制系统性能评估一、可靠性1.可靠性（1）可靠性和可靠性指标可靠性指机器、零件或系统，在规定工作条件下，在规定时间内具有正常工作性能的能力。

狭义的可靠性指一次性使用的机器、零件或系统的使用寿命。例如灯泡的使用寿命是狭义的可靠性。

广义的可靠性指可修复的机器、零件或系统，在使用中不发生故障，一旦发生故障又易修复，使之具有经常使用的性能，因此，广义可靠性包含可维修性。集散控制系统的可靠性指广义可靠性。常用的可靠性指标有可靠度、MTBF、MTTF及故障率。电子产品的故障率可用浴盆曲线描述。该曲线分为三段。初始段故障率随时间的增大快速下降，引起产品失效的主要原因是产品在生产过程中造成的缺陷。稳定段故障率几乎不变，其持续时间也较长。失效段故障率随时间增大快速上升，产品达到其使用寿命。图3—l是典型故障率随时间变化的浴盆曲线。第三章集散控制系统性能评估一、可靠性1.可靠性（2）可靠性计算集散控制系统由大量设备、元器件组成。它的可靠性由组成系统的各部件通过串联、并联、旁路、桥接和分解的各子系统可靠性计算，然后按全概率法则求得。第三章集散控制系统性能评估一、可靠性1.可靠性（3）可维修性可维修性的规定条件是维修三要素。即：①机器、零件或系统是否被设计得很容易维修；②进行维修的技术人员的维修和判断技能；③维修所带的备品备件供应情况。集散控制系统中，采用接插板的安装方法有利于板卡的更换和维修；通过自诊断系统的诊断及面板故障显示，使对维护人员的技能要求降低；必需的备品储备使更换时间缩短。这些措施使集散控制系统的可维修性大大改善。衡量可维修性的指标有维修度和平均修复时间。第三章集散控制系统性能评估一、可靠性2.提高可靠性的措施集散控制系统的可靠性是评估集散控制系统的重要性能指标。通常，制造商提供的可靠度数据都在99.99％一99.9999％。评估系统可靠性时，除了系统制造时应保证符合设计要求外，通常可从可靠性设计和维修性两方面进行分析。（1）可靠性设计准则采用可靠性设计能设计出可靠性高的产品，它在使用过程中不易发生故障，即使发生故障也易于修复，并使故障影响尽量小。

可靠性设计遵循下列准则:①有效地利用以前的经验；②尽可能减少零件件数，尤其是故障率高的零件数；③采用标准化的产品；④检查、调试和互换容易实现；⑤零件的互换性好；⑥采用可靠性特殊设计方法，例如可靠度分配技术、冗余设计技术、漂移设计技术、极安全设计技术、可靠性预测等。第三章集散控制系统性能评估一、可靠性2.提高可靠性的措施（2）集散控制系统可靠性设计三准则

1）系统运行不易发生故障的设计

它是故障预防准则，是—项重要的可靠性设计准则。即从系统的基本部件着手，提高系统MTBF。在集散控制系统中采用下列措施使系统运行不易发生故障：

①运动部件；②接插卡件；③元器件；④电路优化设计；⑤其他不易发生故障的设计。例如，机柜优化设计、操作台优化设计、重要的操作设置操作权限或口令等。⑥降低负荷的设计。降低CPU负荷、降低现场总线的通信量等设计是不易发生故障的设计内容。为此，在设计时可降低采样周期、减少输入输出卡件上连接的输入输出点数、减少现场总线上挂接的现场总线设备数、在现场总线控制系统中合理设置PID模块位置、采用例外报告等。此外，降低供电电源的负荷是保证系统正常运行的基础。

2）系统运行不受故障影响的设计该准则是故障容错设计准则，包括冗余设计和降级操作两项设计堆则。冗余设计在系统某一部件发生故障时能自动切换到备用部件，使系统运行不受故障影响；

降级操作设计是系统某一部件故障时能够旁路或降级操作，从而降低故障影响的设计。容错设计是错误操作时，系统不予响应的设计。例如，只有某操作权限的操作员才能进行特定操作，其他操作员输入同样操作指令时系统不会执行特定操作。按冗余部件、装置或系统的工作状态，分工作冗余(热后备)和后备冗余（冷冗余）两类。按冗余度，分双重冗余(1：1)和多重冗余(N：1)。设计冗余结构的范围需与系统可靠性要求、自动化水平及经济性一起考虑。为便于多级操作，实现分散控制、集中管理的目标，集散控制系统的应用中，越是处于下层的部件、装置或系统越需要冗余，其冗余度也越高。①供电系统的冗余；②过程控制装置的几余；③现场总线链路主设备的冗余；④通信系统的冗余；⑤操作站的冗余；⑥输入输出卡件的冗余；⑦检测和执行仪表的冗余。

3）能迅速排除故障的设计该设计准则包括故障的弱化和故障的在线维修准则。为了迅速排除故障，减小MTTR，除了具有足够的备品备件及提高维修人员技能外，集散控制系统还采用下列措施。①自诊断。集散控制系统的自诊断功能由硬件和软件共同完成。硬件设计是当系统发生故障时，引起某标志位变化，并激励相应故障显示发光二极管。软件设计是将检测值与故障限值比较，并据此发出信号。一个性能良好的集散控制系统应具有很强的自诊断功能，能够对各种接插卡件进行诊断，并显示故障②硬件设计。易检修、更换、迅速排除故障的硬件设计包括机械设计和电子线路设计。对需经常检修和更换的部件采用接插卡件。采用镀金插脚、易于接插的把手、插卡滑轨等设计，保证器件的良好接触和易于维修和更换。一些系统还采用螺丝固定接插卡件，防止卡件松动。电子线路设计方面，采用各卡件自成系统，它的插入和拔出不影响其他卡件运行；可带电插拔；设置熔丝管或二极管等，使故障影响不扩大；检查部位和调整电位器设计在易于操作的位置等。③专用诊断、检修设备。为便于对故障诊断和检修，大多数集散控制系统制造商还可提供专用检测和维修设备，用于在线和离线检查和修理，一些设备还可进行仿真运行。④售后服务和备品备件。第三章集散控制系统性能评估一、可靠性3.冗余技术冗余技术是高级的可靠性设计技术。冗余设计并不是简单地从故障设备切换到冗余设备，它需要硬件、软件和通信等部件的相互协调才能实现。要将冗余部件构成一个有机整体，需要下列技术支持。（1）信息同步技术信息同步技术是工作部件和冗余部件之间实现无扰动切换技术的集成。根据控制系统实时性的要求，信息同步技术需要进行高速的信息同步，保证工作部件和冗余部件的同步协调工作，实现工作部件故障时及时的无扰动切换。工作部件和冗余的备用部件之间通过高速通信通道实现运行状态的互检和控制状态的同步、使用户端看到的各种组态信息、输出信息和控制参数等如同是一个部件所有。（2）故障检测技术工作部件的故障需要及时被检测、隔离，因此，在冗余系统中需要采用故障检测技术。故障检测技术包括故障检测、故障定位、故障隔离和故障报警等。故障检测是采用一定的检测电路对工作部件的供电电源、微处理器、输入输出部件和数据通信链路等进行检测，发现故障。故障定位用于确定故障的位置，便于故障隔离对其处理，减少故障的影响。在故障定位的同时，故障报警将提示操作员故障已经发生的部位。故障的诊断包括故障的硬件和软件的自诊断和故障的互检。（3）故障仲裁和切换技术故障发生后，要对故障进行判别，分析故障的部位和故障的严重性．对故障进行分析、比较和仲裁，确定工作部件和备用部件是否需要进行切换。工、备部件的切换应高速、安全、正确和无扰动，即一旦发现工作部件发生故障(例如掉电、软件故障、硬件故障或复位操作等)或工作部件故障比备用部件故障的危害更高时，就需要及时、快速、无扰动地用备用部件替代工作部件，实现工作部件的所有功能，使对生产过程的影响减到最小。同时，应及时将故障信息显示报警，使操作员能够了解故障部位、故障目前状态、处理情况，以有利于对系统的维护和管理。（4）热插拔技术热插拔技术要求部件可以在带电状态下进行插拔，而不影响系统运行。它要求部件被计成自治的小系统，它的插拔对系统运行的影响最小。热插拔技术是降低系统平均修复时间的重要技术，是实现故障部件快速修复的技术。（5）故障隔离技术故障隔离技术是使工作和备用部件的故障相互不影响或影响最小的技术，它是保证冗系统有效性的技术。当工作部件或备用部件发生故障时，该技术保证故障的部件对其他部件的正常运行不影响或影响最小。第三章集散控制系统性能评估二、易操作性集散控制系统的操作包括生产过程操作、组态和编程操作及维护和修理操作。集散控制系统的易操作性包括操作透明度、易操作性、容错技术、安全性。集散系统易操作性是一个使用性能指标，它与集散系统的整体性能有密切关系。1.操作透明度操作透明度(OperatingTransparency)指生产过程的操作信息是否清晰地为操作员所接受和理解，并被应用于生产过程操作中去的能力。操作透明度与集散控制系统提供的画面类型和数量、每幅画面中动态更新数据点的数量、数据更新速率、画面切换速率等有关，与所采用的CPU、内存、CRT分辨率等有关。第三章集散控制系统性能评估二、易操作性2.易操作性（1）操作环境（2）操作功能

通过操作站实施操作功能。1）显示功能2）过程监视功能3）操作功能：①过程操作，主要是对各个控制回路的操作和对各个控制点的操作；②组态操作，组态操作是为系统、回路、报警、趋势等组态时进行的操作；⑦维护操作，维护操作主要是画面的调用操作。（3）容错技术这里讨论的容错技术与为提高系统可靠性采用的容错技术稍有区别。后者主要指系统中某部分故障时，系统仍能够正常运行或降级运行。前者则指系统运行中由于误操作时，系统仍能正常运行。（4）安全性集散控制系统的安全性是指防止非法操作、非法存取所采取的防护措施，与计算机、微处理器对安全性的防护措施类似。集散控制系统最常用的防护措施如下：1）用户识别和确认；2）通信网络的安全性；3）功能安全；第三章集散控制系统性能评估三、可组态性集散控制系统的可组态性是使用性能指标。它与集散控制系统本身具有的组态软件、高级控制算法的特点、采用的共享数据库性能、系统程序、应用程序和运算速度等有关，也与组态人员的操作技能有关。对已给定的控制系统结构，所选集散控制系统能否实施这样的系统结构；当控制方式、控制方案变化时，该系统能否按照需要的方式过渡，这些都是可组态性应考虑的问题。1.组态组态(Configuration)是用集散控制系统本身所提供的功能模块或控制算法组成所需的系统结构，完成所需功能。操作站的显示组态是用集散控制系统提供的组态编辑软件组成所需的各种操作显示画面。为完成某些特定功能，采用集散控制系统提供的组态语言编写有关程序也属于组态操作的范围。集散控制系统的组态内容有系统组态、画面组态和控制组态：

系统组态完成组成系统的各设备间的硬件连接，是用软件方式描述集散控制系统的硬件构成；

画面组态完成操作站的各种操作画面、画面之间的连接等；

控制组态完成各分散过程控制装置和控制器的控制结构连接、参数设置等。

趋势显示、历史数据压缩、数据报表打印及画面拷贝等组态内容常作为画面组态或控制组态的一部分，也可分开单独进行组态。（1）功能模块或算法功能模块或算法是控制系统结构的基本单元。不同的集散控制系统产品可有不同的名称，例如，功能模块(Functionmodel)、控制算法(Controlalgorithm)、内部仪表(InternalInstrument）、程序元素（Programelement）等。从可组态性观点出发，产品提供的功能模块数量是一个评估指标，但不是主要指标。1）功能模块的参数功能模块是集散控制系统制造商提供的系统应用程序，它由不同功能的子程序组成。功能模块通常由结构参数、设置参数和可调整参数组成。结构参数(StructureParameter)包括功能参数和连接参数；设置参数(SetParameter)包括系统设置参数和用户设置参数。可调整参数(AdjustableParameter)分操作员和工程师可调整参数。2）组态数据输入：功能表格法；功能块图法；编程语言输入和程序输入法。3）可组态性的评估：功能模块的灵活性、先进性和完善性。4）功能模块分类：输入输出类、控制算法类、运算类、信号发生器类、转换类、信号选择和状态类；同步功能模块、打印功能……（2）过程显示画面过程显示画面(Processdisplay)是操作站显示屏所显示的画面，它包括系统画面、过程操作画面等。

1）系统画面系统画面用于系统维护，通常由系统结构、通信网络、各组成设备运行状态等信息组成。系统结构画面由用户根据应用项目的不同，输入有关硬件型号等数据后系统生成。系统维护画面一般由系统自己生成。

2）过程操作画面过程操作画面是操作员与集散控制系统之间的人机界面。随着窗口技术的应用，过程操作画面已经从原来的字符方式转为图形方式。过程操作画面包括用户过程画面、概貌画面、仪表面板画面、检测和控制点画面、趋势画面及各种画面编号一览表、报警事件一览表等。3）用户过程画面的分页4）用户过程操作画面的组态：用户过程操作画面的组态是用集散控制系统提供的过程显示图形库图形符号、图形绘制工具和数据显示工具绘制用户操作画面。5）趋势画面；6）管理画面；7）优化控制画面；8）回路控制器的画面组态第三章集散控制系统性能评估三、可组态性2.组态语言组态语言用于集散控制系统的控制组态。不同集散控制系统的组态语言不同。早期的组态语言大多数由制造商自行开发，近年来，组态语言和编程组态软件的标准化使用户学习更容易，操作更灵活。（1）功能块组态语言1）功能块组态语言分类功能块语言实现类似于单元组合仪表实现的功能。它通常是一个子程序，用户根据集散控制系统制造商提供的组态手册，填写功能块的有关参数，通过软连接的方法将各功能块连接，实现所需功能。其组态方法类似于IEC61131-3标准编程语言的编程。功能块处理方法有两种。一种方法称为小功能块语言，它将功能块的功能尽量分解，例如PID控制、加、减、乘、除等功能块。另一种方法是大功能块语言，它将功能块的功能尽量地全面，例如，PID控制功能块包含常规PID控制、前馈—反馈PID控制等，还考虑各种故障时控制器输出脱落和跟踪。2）功能块组态语言的性能功能块组态语言的性能包括功能块类型、功能、占用存储容量、执行速度等功能块类型有输入输出、控制运算、数学和逻辑运算、信号发生、信号转换、信号选择和状态显示等。不同集散控制系统制造商提供的功能块类型名称不同，功能也有差别。随着标准化的进程，对功能块标推化的呼声越来越高，现场总线控制系统已经采用标准的功能块实现，集散控制系统的功能块标准IEC61804也被广泛采纳。功能块的功能是选型时需要重点考虑的。对集散控制系统功能的评价，通常是通过对典型过程的评估实现的。例如，根据集散控制系统对简单回路控制、串级控制或前馈—反馈控制、选择性控制和顺序逻辑控制组合的过程控制性能进行评估，选用高性价比的产品。（2）面向对象的语言面向对象的语言(ProblemOrientedLanguage)是制造商在集散控制系统软件中先设计一系列问题，用户根据生产过程要求，对这些问题进行回答，并完成相应组态工作的语言。填表式语言是最常用的面向对象的语言；采用指令集的批量控制语言是另一种面向对象的组态语言。（3）高级语言第三章集散控制系统性能评估三、可组态性3.标准化编程语言为加强编程语言和组态的标准化工作，集散控制系统制造商在现有IEC61804-2的基础上开发出通用规范，满足较复杂功能模块的要求。例如，实现阀门特征、传感器校验曲线、运行趋势曲线等功能。该通用规范分为两部分。第一部分以IEC61804-1《过程控制功能块》第一部分为基础制订，称为“系统全貌”；第二部分以IEC61804-2《过程控制模块》第二部分为基础制订，称为“功能块概念和电子设备描述语言规范”。电子设备描述语有(EDDL)是一种通过工厂主机从1500多万种现场设备获得诊断、实时和资产管理信息的通用界面。有了EDDL，用户能够对仪表进行组态、故障诊断，在用户界面上显示数据，确定过程报警，获得用于诸如MES、UI／SCADA、工厂历史、资产管理以及ERP等上层软件的信息。全球所有过程控制系统都支持EDDL。第三章集散控制系统性能评估四、集散控制系统的其他性能指标1.可扩展性良好的可扩展性是集散控制系统的一个重要性能。随着生产的发展而扩展，如果选用的集数控制系统有良好的可扩展性，系统就能适应生产发展的需要。（1）可扩展性的含义集散控制系统的可扩展性表现在下列几方面：①集散控制系统分散过程控制装量的机柜或机架内有足够空间增加输入输出卡件。这些卡件是同一系统产品。此外，CPU应有能力对增加的卡件和相应的控制算法进行处理。②集散控制系统的许多设备通过通信网络进行联系，在生产发展需要时应能方便地增加设备或删除设备。③集散控制系统通信网络可随生产的发展或联网的要求而扩展延伸。④集散控制系统是全开放结构，它允许符合开放系统互联网络协议的其他厂商集散控制系统与其通信，也允许其本身连接到其他厂商的集散系统中。这里，包括现场总线上挂接的现场智能仪表。第三章集散控制系统性能评估四、集散控制系统的其他性能指标1.可扩展性（2）从网络拓扑结构分析可扩展性集散控制系统的通信网络大多属于局域网，它的拓扑结构主要有总线型、星形、环形等。

下面从这些网络结构在增删通信设备时的难易程度分析系统的可扩展性：①总线型网络结构。这种结构设有中继节点，信道是共享的，任意两个节点之问均可通信。它的网络接口比较简单，增删节点十分方便，例如，增加一个节点时，只需把带有网络接口的工作站(节点)通过T形接头插入总线，并将地址通知其他节点即可。增加节点过程中，不影响其他节点的通信，一旦接入后即可进行通信。删除节点只需把相应地址清除即可，连原有的这接线都不必拆除。②主从式星形网络结构。为在星形网络增加节点，必须建立一条主站到该新增节点的专用信道，主站接口也需扩充。此外，软件也需相应更改，网络通信必须中断才能完成这些工作，工作量也较大。③环形网络结构。分为物理环网和总线环网。物理环网的各节点在物理上组成环形，每个节点都承担中继转发工作，为增删节点，必须把环的连接打开，因此，网络通信中断。在增删节点时受到地域和设备等限制。一些新的环网也有采用旁路线的方法来删除节点。初始安装时，先安排若干旁路线以便增加节点；总线环网是逻辑上各节点组成环形，物理连接是总线型的网络。它与总线型网络结构类似，增删节点比较方便，但由于通信是环形的，因此，增加节点时，除了把带网络接口的节点挂到总线上以外，还需停止网络通信。利用建帧命令，把新增节点加入逻辑环中。它的优点是实时性强。从网络拓扑结构分析集散控制系统的可扩展件，总线型结构具有较好的特性，是目前集散控制系统的主要网络拓扑结构。随着总线逻辑环网技术的发展，为获得良好的实时性，总线型逻辑环网的集散控制系统会有发展第三章集散控制系统性能评估四、集散控制系统的其他性能指标1.可扩展性（3）通信网络的扩展通信网络扩展有两种情况。同类型通信网络扩展可通过网桥连接。不同类型通信网络的扩展需要通过网间连接器(Gateway)实现。从通信协议看，它们应符合网间互联协议。同类型或不同类型通信网络的连接可组成复合型网络拓扑结构。如果把基本拓扑结构的网络作为一个节点，把它接入另一个基本拓扑结构的网络中，就组成复合型网络拓扑结构。下图为几种典型的复合型网络拓扑结构：在集散控制系统中，常见的复合型网络拓扑结构是星形／总线型、总线／总线型结构。现场总线通信网络中常采用星形、树形(星形／星形)拓扑结构。现场总线控制网络与分散过程控制装置、操作站的总线型网络结构相结合组成星形／总线型拓扑结构。各上位管理站之间通常是总线型结构，它们与下层网络可组成总线／总线型网络拓扑结构。随着生产规模的扩大，管理和控制的结合，组成全厂或全公司的计算机集成系统己成为可能，这也为不同集散控制系统的集成提供了途径，为此，在集散控制系统选型时需要了解所选系统是否是开放系统，符合什么通信协议等。第三章集散控制系统性能评估四、集散控制系统的其他性能指标2.实时性与一般的办公室自动化所采用的通信网络不同，集散控制系统通信网络要求有快速的实时响应能力。例如，办公室自动化通信网络的响应时间可在数秒范围内，而集散控制系统通信网络的响应时间常需要在数毫秒到数百毫秒。为此，选择集散控制系统时需要考虑其实时性能。（1）通信速率通信的实时性表现为通信负荷的不确定性，即过程操作正常时，通信量少，一旦运行不正常，通信量反而增大。因此，只有高通信速率才能满足实时性的要求。通信速率与很多因素有关：选用的网络拓扑结构、通信媒体和网络接口的传送速率、存取控制和通信管理的方法等。当传输距离增加时，为保证通信质量，通信速率要下降。如何确定通信速率是否符合工业生产需要？从理论上讲，应分析通信过程及通信负荷的分布，找出通信高峰时生产过程对通信速率的要求，同时对通信网络进行分析，找出其最低能够提供的通信速率，若提供的通信速率高于所需的通信速率，则该通信网络可以选用。实际选用通信网络时，因无法找到最高通信速率，为此，选用集散控制系统的通信系统时，应在相同传输距离下比较它们的通信速率，选用具有较高通信速率的集散控制系统。（2）媒体存取控制通信网络中，为了控制和管理通信网络，避免发生通信的碰撞和冲突，采用了媒体存取控制方式来管理通信。

实时性常用响应时间来定量描述（响应时间：指某一系统响应输人数据所需的时间）。当某节点向通信网络提出通信要求时，由于通信网络是共享的，因此，可能这时有另一节点正在通信，为此，需要对共享资源进行合理调度，这将影响所提出的通信请求在系统中响应的快慢。

媒体存取控制：指节点在向通信媒体存信息或从通信媒体取信息时的控制规则。存取控制的总目标是保证通信能够正确和快捷地进行。因此，如果某存取控制方法有较高通信信道利用率，它就是较好的，可选用的。但在实时性要求较高时，为保证实时性，只能通过降低信道利用率来满足实时性的要求。例如，集散控制系统中采用CSMA／CD媒体存取控制方式时，为保证实时性，常常大幅减少信道吞吐量。集散控制系统中，采用的媒体存取控制方式有总线型CSMA／CD、令牌总线及令牌环媒体存取控制方式等。

总线型CSMA／CD媒体存取控制方式具有算法简单、可靠性高、各节点存取平等、在低中负荷时通信性能好等优点，其缺点是实现冲突检测比较复杂、重负荷下性能急剧下降、访问时间不确定等，因此，适用于低中负荷通信量的场合；

令牌总线媒体存取控制方式是最有希望用于实时环境的局域网络，优点是可设置优先级、吞吐量高和对负荷变化不敏感，缺点是算法较复杂、价格较贵、存在令牌丢失和维护问题。为此，一些集散控制系统中采用轻负荷时按CSMA/CD方式，重负荷时按令牌总线方式的存取控制；

令牌环媒体存取控制方式具有在轻负荷时效率低、重负荷时效率高的优点，但需要复杂的管理和优先级支持，因此，集散控制系统中主要用于高层管理和优化层的存取控制。为评价集散控制系统在存取控制方式上的实时性，可比较集散控制系统采用了哪些提高实时性的措施。这些措施包括下列方面：①对于总线型网络的主从式存取控制方式，可采用请求选择法、点名探询法和它们的结合方法，如优先存取、周期探询及限定每次通信时间的方法。②对于总线上挂接的各节点地位平等的系统，常采用时间片存取控制方式。为保证各节点的实时性，限制每个节点取得的时间片长度，限制总时间周期长短。这样，在一个时间周期内，每个节点总有一个时间片内可以通信。当某节点有较高实时性要求时，也可分配两个或两个以上时间片。③对于环形网络，不论是物理环或逻辑环，都采用令牌存取控制。这种存取控制保证每个节点都不会失去通信机会。加上限制每站的通信时间，设置优先级等，使通信实时性得到保证。④对于采用总线CSMA/CD)存取控制方式的网络，低、中负荷时具有较高实时性，为此，常采用降低节点数的方法。第三章集散控制系统性能评估四、集散控制系统的其他性能指标2.实时性（3）减小无效通信量减小无效数据的通信量是提高通信实时性的另一措施。无效数据包括正式通信前的呼叫、应答，通信后的回答，数据包装及过程中未发生变化的数据的例外报告等。例外报告是提高集散控制系统实时性的有效途径。生产过程中，过程变量的变化通常较慢，而集散控制系统通信周期在几十到几百毫秒，这样，在两次通信间隔时间内，过程变量几乎未发生变化，如果将这些毫无变化的数据一次次都传送，必然会加重通信负荷。因此，例外报告规定过程变量有一个死区，当过程变量的变化量未超过该死区时，过程变量数据不传送，而将上次传送的数据作为本次的传送结果(即数据库内容不更新)。只有当变化量超过死区时，才把该过程变量数据传送，并作为新的基准比较值，这就构成例外报告。这种例外报告的方式也被用于数据显示和数据采样等过程。在生产过程平稳运行时，为避免长期无例外报告的发生和通信网络故障相混淆，集散控制系统中，对例外报告规定最长不应期〔不传送数据的时间)。超过不应期时，某过程变量仍没有例外报告发生、则系统自动进行一次通信传送，以检查通信网络是否有故障。减小无效数据通信量的另一个途径是数据包装时，减小包装的有关数据段。例如，将7层标准的通信模型压缩为3层，采用小MAP协议等。（4）实时控制的数据结构和多任务应用软件集散控制系统在软件设计方面考虑了实时性要求。采用实时控制的数据结构和多任务的实时应用和操作系统是其特征。采用分布式数据库结构是提高实时性的一种方法。从数据存放方式分类，有集中式、复制式和分布式三类。集中式数据库把数据库集中在某一节点，它的存储代价小，修改方便，但危险集中，需要有良好的通信支持才能使通信网络上所有节点都能共享该节点的数据资源，当通信量大时会造成通信瓶颈。复制式数据库在网络上的各节点均复制系统的完整数据库，它有很高的可靠性，检索方便，但修改数据、保持同步使数据库一致等都较复杂，且代价较高。在冗余系统才有应用。分布式数据库是一组数据，它在逻辑上属于同一系统，在物理上则分散在通信网络的不同节点上。由于在各个节点建立了分布式数据库，在数据库内的数据可以为其他节点共享，它有作为自治的专用数据资源，大大减小了在通信网络中传送的信息量，提高了实时性。实时数据库中采用数据目标管理软件，它对系统中数据目标的存取与位置无关，大大提高了实时性。根据任务对实时性的要求，把任务分为对实时性要求高的前台任务和对实时性要求低或没有实时性要求的后台任务。对前台任务采用中断方式或根据时间调度程序定时执行。对后台任务采用顺序执行或采用先进先出的调度策略。近年来，以客户机／服务器结构组成的数据库管理系统已在一些集散控制系统获得应用。与分布式数据库比较，客户机／服务器结构只有一个客户机、一个数据库和一个数据管理系统，而分布式数据库结构需要多个服务器、多个分布在不同节点上的数据库和多个数据库管理系统。内于客户机／服务器系统的存取无需知道数据资源的物理和／或逻辑位置，用户可透明地访问程序和数据，因此，明显提高系统的实时性。第三章集散控制系统性能评估四、集散控