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二、冗余方式的可靠性分析

从以上介绍可以看到，集散型控制系统采用了冗余之后，大大提高了运行可靠性。但是，不能就此以为可以不加分析地任意选取某种冗余方式或在选定冗余之后忽略其它可能影响系统可靠性的因素。在系统设计时，一定要对不同的对象作具体分析，选取最为合适的冗余方式，并综合考虑各种因素，否则将事与愿违。下面通过实际碰到的一些问题，谈点看法，仅供参考。

1、集散型控制系统电源的冗余保证了供电的可靠性。但是，对于输入的两种交流电源一定要取之于不同的电源母线段，而且还要慎重考虑该电源母线段上的负载分布情况，用作控制系统的电源不得有过大的冲击负载。对某些重要控制系统的引入电源应采用不问断电源（UPS）供电。
电源单元本身的负载能力不应小于正常运行负载的50%为宜。因为电源单元除受负载影响之外，还要受到诸如环境温度，通风装置等其它因素的影响。所以，电源单元带负载的富裕量太小，会造成意想不到的损失。
2、控制模件的1∶1冗余，于控制模件一级的可靠性有了很大提高。但值得引起注意的是，通常集散型控制系统的I／O模件的接点容量不会做得很大，特别是对开关量信号的输出模件而言，就有输出接点容量的要求。若其控制对象为电动机或动作频繁的电磁开关，输出接点容量过小就易损坏I／O模件，造成控制系统运行故障。所以要注意使用环境的合理性。我厂采用的解决方法是加装隔离元件，对于开关量输出可增加中间继电器，以满足其输出接点的容量，避免不必要的系统故障。
3、控件模件的N∶1冗余与控制模件1∶1冗余相比，在价格和所占机架的空间位置上都略胜一筹，但从整体的可靠性方面来看要差一些。在控制模件的N∶1冗余系统中，当同时（或先后）有2个以上主控制模件发生故障时，控制系统就不能提供热备控制要求。对于这种冗余系统，一旦有1个主控制模件故障应立即进行处理，恢复系统正常工作状态。所以，在安全监控、设备保护等重要控制系统中，一般不宜采用控制模件的N∶1冗余方式。
4、控制系统的互为冗余若不考虑价格因素，单从可靠性方面来看似乎是很合理的，其控制模件和I／O模件都采用了2套相同的配置。以美国ABB-CE公司用Modicon984为我厂300MW单元机组设计的FSSS为例，图6是该控制系统互为冗余连接的示意图。从图中可见，2套I／O模件同时输出作用于一个受控设备，任意一个控制系统故障，都不会影响系统的输出。所以，这种冗余方式常被用于安全保护系统。但是，它也有不尽人意之处，通过分析可以看出，两个控制系统的输出模件实际上处于“并联”关系，即逻辑“或”状态。由于输出模件的接点通常为固态继电器或双向可控硅，一旦其中一个输出模件的接点故障“闭合”，做为逻辑“或”就意味着封闭了另一个输出端，另一个控制系统就不能正常工作，从而失去了安全保护作用，这种情况在实际应用中曾发生过，应引起注意。
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图6　Modicon984控制系统互为冗余连接示意框

5、关于通信电缆，在工厂级的通信网络的设计和配置中，不论制造厂还是用户，都是非常重视的，一般均采用冗余的方式。但是，对于控制模件与I/O模件一级的通信网络往往会被人们疏忽。尤其是某些以75Ω同轴电缆作为通信网络的控制系统，如Modicon984系统，由于其接头连接处容易松动，必须采用冗余方式，否则会造成信息丢失。如我厂300MW机组的FSSS，由于工程设计时，对该控制系统不太了解，未采用冗余方式，在5年多的运行时间内曾多次发生由于该级通信网络故障而引起机组跳闸的故障。

三、结束语

集散型控制系统的冗余方式是多种多样的，这给系统设计带来了许多方便和选择余地。采用冗余方式之后，使系统的可靠性得到了提高，平均故障时间（MBTF）得到了延长。但是，系统的成本也将相应增加。在工程设计时，一定要根据生产过程和控制对象的实际情况，在保证系统应有的可靠性的前提下，合理考虑系统的性价比，选取合适的冗余方式。在数据通信、计算机网络以及分布式工业控制系统中，经常采用串行通信来交换数据和信息。1969年，美国电子工业协会(EIA)公布了RS-232C作为串行通信接口的电气标准，该标准定义了数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)间按位串行传输的接口信息，合理安排了接口的电气信号和机械要求，在世界范围内得到了广泛的应用。但它采用单端驱动非差分接收电路，因而存在着传输距离不太远(最大传输距离15m)和传送速率不太高(最大位速率为20Kb/s)的问题。远距离串行通信必须使用Modem，增加了成本。在分布式控制系统和工业局部网络中，传输距离常介于近距离(＜20m)和远距离(＞2km)之间的情况，这时RS-232C（25脚连接器)不能采用，用Modem又不经济，因而需要制定新的串行通信接口标准。
　　1977年EIA制定了RS-449。它除了保留与RS-232C兼容的特点外，还在提高传输速率，增加传输距离及改进电气特性等方面作了很大努力，并增加了10个控制信号。与RS-449同时推出的还有RS-422和RS-423，它们是RS-449的标准子集。另外，还有RS-485，它是RS-422的变形。RS-422、RS-423是全双工的，而RS-485是半双工的。
　　RS-422标准规定采用平衡驱动差分接收电路，提高了数据传输速率(最大位速率为10Mb/s)，增加了传输距离(最大传输距离1200m)。
　　RS-423标准规定采用单端驱动差分接收电路，其电气性能与RS-232C几乎相同，并设计成可连接RS-232C和RS-422。它一端可与RS-422连接，另一端则可与RS-232C连接，提供了一种从旧技术到新技术过渡的手段。同时又提高位速率(最大为300Kb/s)和传输距离(最大为600m)。

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　　因RS-485为半双工的，当用于多站互连时可节省信号线，便于高速、远距离传送。许多智能仪器设备均配有RS-485总线接口，将它们联网也十分方便。
　　串行通信由于接线少、成本低，在数据采集和控制系统中得到了广泛的应用，产品也多种多样一、开放系统工程互连（OSI）参考模型

1、OSI的由来

进入70年代以后，计算机工业有了迅速的发展。世界上各个主要的计算机生产厂家都分别开发出各自的计算机系列产品。它们各自拥有自己的操作系统和其它系统软件，以保证同一系列内各种计算机的兼容性。随着互连通信要求的提出，这些主要厂商又开始研究开发各自的计算机通信网络设备、通信网络协议和通信网络体系结构，如IBM公司SNA和DEC公司的DNA。这些通信网络系统的硬件和软件，可实现本公司生产的计算机系列的互连，以组成计算机网络完成远程文件传送、远程批作业处理和远程终端等功能。但是，由于这些特定厂家的通信网络所使用的信息格式、协议和控制的互连设备（网关）。这种自成体系的计算机通信网络。称之为“封闭的”网络或系统。随着计算机应用的日益普及，对于不同的控制子系统和信息子系统工程，引入不同计算机厂商的软、硬件设备和网络。由于缺乏一个通用的通信网络体系结构，使得各种计算机互连变得既复杂又昂贵。因此，人们迫切希望建立一系列的国际标准或国家标准确，以试图达到下述两个目标：

计算机动性和通信设备制造商感到只有执持这些标准才能有利于使他们的产品具有广阔的市场前景；
用户可以从不同的制造厂商那里获得兼容的通信和网络设备。
出于这种动机，开始有关“开放系统互连”的研究，出现“开放系统互连”参考模型，即“OSI”参考模型。1978年国际标准化组织（ISO）第97技术委员会（TC97），建立一个新的“开放系统工程”分技术委员会，当时称为SC16，后于1985年2月改称为SC21。1979年SC16提出“开放系统互连基本参考模型”的建议草案，1984年该参考模型成为正式国际标准（ISO7498）。然而，随着计算机网络技术和应用的日益发展，这个OSI参考模型还在不断发展之中，ISO又为ISO7498提出几个补篇，包括列连接服务、安全体系结构、命名与寻址及网络管理等内容。

所谓“开放”，是强调对OSI标准的遵从，“开放”并不是指定的系统实现具体的互连技术或手段落，而是对可使用的标准的共青团同认识的支持。从OSI的观点来看，一个系统是开放的，是指它可与世界上任何地方的遵守同标准的其他任何系统进行通信。

OSI参考模型之目的，是为协调系统互连标准的开展提供于一个共同基础，而不是现有计算通信网络体系结构的一个集合；它将引导计算机网络和数据通信系统工程产品的发展，并对技术的发展起着一定的指导作用。在该模型中，提供的将是概念性的功能性结构，而不是互连结构建设施和协议细节的精确定义。由于OSI参考模型的提出并不是对某个和某几个商业产品的抽象，仍要解决一些基础研究的问题，因此必须考虑如何将新技术带来变化的影响减少到最低限度，从而使该参考型具有较好的稳定性，能够作为较长一个时期内使用标准。

2、开放系统互连环境

在“开放系统互连”（OSI）中，一个重要概念就是实系统是一个能够执行信息处理和（或）信息传送的自治整体，它是一台或多台计算机、相关的软件、外围设备、终端、操作员、物理过程和信息传送手段等的集合。从网络通信的角度看，网络是由实系统互连构成的，实系统内部的处理被认为是本地处理，网络通信指的是实系统之间能信，如果一个实系统采用OSI方式与其它实系统进行通信，并在该系统内已实现了有关OSI协议，则该系统可称为“开放实系统”。因此，OSI环境是实系统互连通信环境的抽象。通过这个抽象，可以舍去实系统内部与通信 无关的功通报，而集中一在实和经纬度之间互连通信的有关问题。在OSI环境中，将不考虑各个互连开放系统的实际背景； 所涉及的系统处理、软件功能等都用抽象的概念予以表述，使之具有一般性。

OSI环境中另一个重要概念“应用进程”它是实系统处理功能的抽象形字是开放实系统中的一个元素。一个应用进程为一特定的应用完成信息处理功能。它是通们要求的提出者，也是OSI环境中通信服务的使用者，提供OSI环的目的，就是使用不同开放实系统中的应用进程之间能实现通信，在实系统环境中，应用进程可代表：（a）人工进程。；(b)计算机进程；(c)物理进程。

在OSI环境中，与信息交我胡关原方面大致有：(a)进程间的通信；(b)数据表示；(c)数据存储；(d)进程和资源管理；(e)信息完整性和安全性；(f)程序支持。

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