第八章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性保證

1、第八章第八章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性保證計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性保證 8.1 控制系統(tǒng)可靠性的基本概念控制系統(tǒng)可靠性的基本概念控制系統(tǒng)可靠性：在規(guī)定的工作條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，這個(gè)控制系統(tǒng)可靠性：在規(guī)定的工作條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，這個(gè)系統(tǒng)正確完成規(guī)定功能的能力。系統(tǒng)正確完成規(guī)定功能的能力。 一、可靠性的基本概念一、可靠性的基本概念某時(shí)刻完好的系統(tǒng)數(shù)某時(shí)刻完好的系統(tǒng)數(shù)系統(tǒng)數(shù)系統(tǒng)數(shù)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的失效率失效率 固有可靠性固有可靠性工作可靠性工作可靠性可靠度可靠度失效率失效率 平均壽命平均壽命 產(chǎn)品的可靠性包括產(chǎn)品的可靠性包括 ：二、系統(tǒng)故障的來源二、系統(tǒng)故障的來源造成計(jì)算機(jī)控

2、制系統(tǒng)故障的因素：造成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)故障的因素： 內(nèi)部因素和環(huán)境因素。內(nèi)部因素和環(huán)境因素。三、提高系統(tǒng)可靠性的措施三、提高系統(tǒng)可靠性的措施提高硬件可靠性的措施：提高硬件可靠性的措施：1、改進(jìn)元、部件的可靠性、改進(jìn)元、部件的可靠性 老化篩選老化篩選 選用優(yōu)質(zhì)器件選用優(yōu)質(zhì)器件 按照器件手冊所提供的參數(shù)、指標(biāo)設(shè)計(jì)、使按照器件手冊所提供的參數(shù)、指標(biāo)設(shè)計(jì)、使用集成電路芯片。用集成電路芯片。 適當(dāng)?shù)亟导壥褂迷?。適當(dāng)?shù)亟导壥褂迷?2、低使用應(yīng)力水準(zhǔn)、低使用應(yīng)力水準(zhǔn) 3、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4采用冗余設(shè)計(jì)采用冗余設(shè)計(jì) 冗余設(shè)計(jì)的形式：冗余設(shè)計(jì)的形式： 熱備份熱備份 冷備份冷備份 5提高維護(hù)技術(shù)提高

3、維護(hù)技術(shù) 提高軟件可靠性的措施：提高軟件可靠性的措施： 1、分析掌握軟件設(shè)計(jì)要求、分析掌握軟件設(shè)計(jì)要求 2、選擇合適的程序設(shè)計(jì)語言及其開發(fā)軟件、選擇合適的程序設(shè)計(jì)語言及其開發(fā)軟件 3、采用正確的編程方法、采用正確的編程方法 采用模塊化結(jié)構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu) 盡量避免程序結(jié)構(gòu)語句、語法上的錯(cuò)誤。盡量避免程序結(jié)構(gòu)語句、語法上的錯(cuò)誤。 程序應(yīng)有詳盡的注釋程序應(yīng)有詳盡的注釋 調(diào)試程序應(yīng)有完整的記錄，便于發(fā)現(xiàn)潛在問題。調(diào)試程序應(yīng)有完整的記錄，便于發(fā)現(xiàn)潛在問題。 程序應(yīng)具有良好的抗干擾能力。程序應(yīng)具有良好的抗干擾能力。 4、仔細(xì)檢查，測試，試運(yùn)行。、仔細(xì)檢查，測試，試運(yùn)行。 5、正確選用軟件的存儲介質(zhì)、正確選

4、用軟件的存儲介質(zhì) 。 8.2 電磁干擾的屏蔽與濾除電磁干擾的屏蔽與濾除系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的三個(gè)原則：系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的三個(gè)原則： 抑制干擾源，直接消除干擾產(chǎn)生的原因；抑制干擾源，直接消除干擾產(chǎn)生的原因； 切斷或衰減電磁干擾的傳遞途徑，以消除干擾源切斷或衰減電磁干擾的傳遞途徑，以消除干擾源和受擾系統(tǒng)之間的耦合；和受擾系統(tǒng)之間的耦合； 加強(qiáng)受擾系統(tǒng)抵抗電磁干擾的能力，降低系統(tǒng)對加強(qiáng)受擾系統(tǒng)抵抗電磁干擾的能力，降低系統(tǒng)對干擾信號的敏感度。干擾信號的敏感度。 一、干擾源及其和電路間的耦合一、干擾源及其和電路間的耦合 經(jīng)常遇到的干擾源有：經(jīng)常遇到的干擾源有： 工業(yè)電器設(shè)備產(chǎn)生的電火花工業(yè)電器設(shè)備產(chǎn)生的電火花

5、各種半導(dǎo)體變流電路各種半導(dǎo)體變流電路 大功率電力負(fù)荷在電流發(fā)生變化時(shí)，引起的周圍磁場的變化。大功率電力負(fù)荷在電流發(fā)生變化時(shí)，引起的周圍磁場的變化。 電源自身產(chǎn)生的干擾。電源自身產(chǎn)生的干擾。 電路之間通過分布電容的耦合產(chǎn)生的干擾。電路之間通過分布電容的耦合產(chǎn)生的干擾。 設(shè)備的機(jī)械振動產(chǎn)生的干擾。設(shè)備的機(jī)械振動產(chǎn)生的干擾。 不同金屬接觸或聯(lián)結(jié)，因熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電壓干擾。不同金屬接觸或聯(lián)結(jié)，因熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電壓干擾。 接頭間接觸不良。接頭間接觸不良。 電阻器的熱噪聲。電阻器的熱噪聲。常見的電路耦合形式：常見的電路耦合形式：1、阻容耦合、阻容耦合 2、磁耦合、磁耦合 電感耦合電感耦合 3、靜電耦合、靜

6、電耦合 電容耦合電容耦合 二、系統(tǒng)抗電磁干擾的措施二、系統(tǒng)抗電磁干擾的措施1、 電源電路的抗干擾措施電源電路的抗干擾措施 采用交流穩(wěn)壓器采用交流穩(wěn)壓器 采用電源濾波器采用電源濾波器 電源變壓器一次側(cè)、二次側(cè)間應(yīng)采用靜電屏蔽措施電源變壓器一次側(cè)、二次側(cè)間應(yīng)采用靜電屏蔽措施 采用高性能的穩(wěn)壓電源采用高性能的穩(wěn)壓電源 執(zhí)行元件供電變壓器和計(jì)算機(jī)供電變壓器分開執(zhí)行元件供電變壓器和計(jì)算機(jī)供電變壓器分開 供電系統(tǒng)的配線采取防干擾措施供電系統(tǒng)的配線采取防干擾措施 電源部分應(yīng)盡可能安放在距電源引進(jìn)口很近的地方。電源部分應(yīng)盡可能安放在距電源引進(jìn)口很近的地方。 電源引進(jìn)線盡量選用粗導(dǎo)線。電源引進(jìn)線盡量選用粗導(dǎo)線。

7、 電源后面的一段布線的距離盡可能短且應(yīng)采用扭絞線。電源后面的一段布線的距離盡可能短且應(yīng)采用扭絞線。 交流線、直流穩(wěn)壓電源線、邏輯信號線和模擬信號線、交流線、直流穩(wěn)壓電源線、邏輯信號線和模擬信號線、繼電器等感性負(fù)載的驅(qū)動線、非穩(wěn)壓的直流線均應(yīng)分開布繼電器等感性負(fù)載的驅(qū)動線、非穩(wěn)壓的直流線均應(yīng)分開布線。線。2、 良好的接地措施良好的接地措施1）放大器與信號源的接地）放大器與信號源的接地接地措施：采取單端接地方式。接地措施：采取單端接地方式。 當(dāng)單端接地點(diǎn)在信號源端時(shí)，放大器電源不接地；當(dāng)單端接地點(diǎn)在信號源端時(shí)，放大器電源不接地；當(dāng)單端接地在放大器端時(shí)，信號源端不接地。當(dāng)單端接地在放大器端時(shí)，信號源

8、端不接地。 2）電路及電路板的接地）電路及電路板的接地 接地措施：信號線的接地方式采用一點(diǎn)接地接地措施：信號線的接地方式采用一點(diǎn)接地 。串聯(lián)接地：串聯(lián)接地： 并聯(lián)接地：并聯(lián)接地：3）系統(tǒng)的接地）系統(tǒng)的接地 接地措施：整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用一點(diǎn)接地法接地措施：整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用一點(diǎn)接地法 。3、 信號線的屏蔽信號線的屏蔽 1）對靜態(tài)耦合的屏蔽）對靜態(tài)耦合的屏蔽降低靜電耦合的措施：降低靜電耦合的措施： 加大電路和干擾源的距離，信號線選用屏蔽線或雙絞線。加大電路和干擾源的距離，信號線選用屏蔽線或雙絞線。 2）對磁耦合的屏蔽）對磁耦合的屏蔽減小磁耦合影響常用的方法：減小磁耦合影響常用的方法： 信號線使用雙

9、絞線信號線使用雙絞線 對信號線加以屏蔽對信號線加以屏蔽 有屏蔽層的導(dǎo)線有屏蔽層的導(dǎo)線 金屬導(dǎo)線管金屬導(dǎo)線管 設(shè)備屏蔽設(shè)備屏蔽 部件屏蔽部件屏蔽 4、 印刷電路板的抗干擾措施印刷電路板的抗干擾措施1）引線阻抗）引線阻抗 應(yīng)盡量加粗并縮短引線。應(yīng)盡量加粗并縮短引線。2）地線設(shè)計(jì)）地線設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)多層電路板時(shí)，可把一層或幾層平面整個(gè)作為地在設(shè)計(jì)多層電路板時(shí)，可把一層或幾層平面整個(gè)作為地線。線。 在單面或雙面電路板中，可以把地線設(shè)計(jì)成網(wǎng)格狀。在單面或雙面電路板中，可以把地線設(shè)計(jì)成網(wǎng)格狀。3）濾波）濾波 電源進(jìn)入電路板時(shí)，加濾波電容，可以消除各板之間的相電源進(jìn)入電路板時(shí)，加濾波電容，可以消除各板之間的相互干擾。互干擾。4）抑制引線間的相互干擾）抑制引線間的相互干擾 避免線與線之間長距離平行走線；避免線與線之間長距離平行走線； 加大線間距離；加大線間距離； 對一些敏感的信號線，可在其兩側(cè)設(shè)置地線以屏蔽對一些敏感的信號線，可在其兩側(cè)設(shè)置地線以屏蔽干擾。干擾。 8.3 控制系統(tǒng)的故障診斷控制系統(tǒng)的故障診斷 控制系統(tǒng)故障診斷研究包括如下五個(gè)方面：控制系統(tǒng)故障診斷研究包括如下五個(gè)方面： 故障建模故障建模 故障檢測故障檢測 故障分離故障分離 故障評定故障評定 故障補(bǔ)償故障補(bǔ)償 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在線故障檢測方法：計(jì)算