串联系统可靠度
n
Rs R1R2 R3 Rn Ri i 1
注：在串联系统中只要有一个可靠度等于0， 那整个系统的可靠度就为0。
13
并联系统可靠度
Rp 1 (1 R1)(1 R2 )(1 Rn )
n
1 (1 Ri ) i 1
注：在并联系统中，并联的子系统越多，可靠性 越高。
工作时间 A 工作时间 不工作时间
A
MTBF
MTBF MTTR
21
MTTF
MTBF MTTR
MTBF越大,MTTR越小的系统可靠性越高.
22
二、提高可靠性的途径
从可靠性设计和维修性两方面分析
1、可靠性设计的准则
（1）有效地利用以前的经验 （2）尽可能减少零件数 （3）采用标准化产品 （4）检查、调试及互换容易实现 （5）零件互换性好 （6）可靠性特殊设计方法
27
供电系统的冗余：外部双重化供电（交流供电或干 电池\不间断电源等）、内部大容量电池供电保护 RAM数据；自动化水平高的集散系统中，冗余供电 系统也可采用多级并联供电。
过程控制装置的冗余：装置冗余（N：1）和CPU冗 余（双重化冗余、热后备方式）；
通信系统的冗余：双重化冗余，智能现场总线设备 进行数据通信； 现场总线链路主设备的冗余。至少设置一个链路主 设备的后备。
M (60) 22 100% 88% 25
19
例3：某机器在某年的维修时间和件数统计如 下：
维修完
时间，h
1
2
3
4
5
6
维修完
件数
20
15
5
3
1
1
MTTR
总维修时间 总维修件数

78 40
1.95h
20
可修复系统的可靠性
有效度：可修复的机器、零件或系统，在某 特定的瞬间内维持其性能的概率。
操作两项设计准则。 冗余设计：系统某一部件故障时自动切换到
备用部件，使系统不受故障影响。 降级操作：系统某一部件故障时能旁路或
降级操作，从而降低故障影响的设计。
26
设计冗余结构的范围与系统的可靠性、 自动化水平以及经济性一起考虑。
越是处于下层的部件、装置或系统越需 要冗余，而且冗余度越高。
第三章 集散控制系统性能指标的评估
1
第一节 集散系统的可靠性
一、可靠性
1、可靠性 机器、零件或系统在规定的工作条 件下，在规定的时间内具有正常工 作性能的能力。
2
广义可靠性和狭义可靠性： 狭义可靠性:一次性使用的机器、零件或系
统的使用寿命。 广义可靠性：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。（包含 可维修性）
Rp
n1eti0(t)ii!MTBF n

16
维修性及维修性指标
维修的三要素： 1、机器、零件或系统是否被设计得容
易维修； 2、进行维修人员的技能； 3、维修所需的备品备件、设备。
17
维修性指标
维修度：可修复的机器、零件或系统，在规 定的条件下，在规定时间内完成维修的概率
t
R(t
)


e
0

(t
) dt
9
偶然失效期
3 初期失效期
失
效 率
2
1
耗损失效期
200
寿 命 /h
1000
失效率浴盆曲线
10
电子产品可靠度的计算
一般在分析电子产品的可靠性指标时，都是 产品在偶然失效期的可靠性。
R(t) et
注：利用上式可以求取不同工作时间内的可靠 度,但计算时t不得超出偶然失效期.
14
冗余系统的可靠度
工作冗余（使若干同样装置并联运行，只有全部 失效，系统才停止工作）
Rp 1 (1 R1)(1 R2 )
R（p t） e1t e2t e(12 )t MTBF 1 1 1
1 2 1 2
15
冷后备系统
n个相同部件，一个部件工作，其余备用，第一 件失效后启动第二部件，直到全部部件失效。
售后服务和备品备件：人员培训、售后维 修、升级及备品备件的服务。
31
冗余技术
信息同步技术： 工作部件和冗余部件之间实现无扰动切换 技术的集成。
故障检测技术：工作部件需要及时被检测、隔离。包括故 障检测、故障定位、故障隔离和故障报警等。
故障仲裁和切换技术。对故障进行分析、比较和仲裁，确 定是否需要切换。切换时需高速、安全、正确和无扰动。
运行人员对全过程的被控变量（控制、 监视）有全面的监视，掌握设备的开 停等信息。
概貌显示画面：过程变量的位号、过 程变量与设定值的偏差、过程变量的 棒图、报警限值、报警信息等。
42
运行人员定性了解过程变量是否超过它 的规定值，与极限值的偏离程度。
评价： 根据系统提供的概貌画面、运行人员的
23
2、提高集散系统可靠性的措施
（1）不易发生故障的硬件设计 故障预防准则。为了提高MTBF，从下面
几个方面考虑硬件的设计和系统的选型： 运动部件：由于电子元器件的使用寿命比机
械运动部件的使用寿命长，因此，运动部件 的寿命就成为衡量系统可靠性的指标。 接插部件：卡件本身、卡件和卡件座接触部 分的设计——采用先进的制造工艺
薄。 需要操作员的经验、知识和思维方式对信息
进行处理和理解，从而降低操作透明度。 （3）集散控制系统： 建立与生产过程、模拟仪表及其相似的趋势
显示画面、面板，实时更新等。用来提高操 作透明度。
35
二．易操作性
易操作性：集散系统所提供的操作环境容易 为操作员所接受，并根据提供的信息对生产 的全过程进行操作。
28
操作站的冗余：2—3台操作站并联运行， 组成双重化冗余或（2，3）表决系统冗余；
系统输入输出信号的插卡部件的冗余以及 上位机冗余等。
冗余设计是以投入相同的装置、部件为代 价来提高系统的可靠性。
29
（3）能迅速排除故障的硬件设计
为迅速排除故障，减小MTTR，除了具有足够的备 品备件以及提高维修人员技能外，在硬件设计方
要求、画面提供的信息量等进行综合评 价。
43
（3）操作功能
集散控制系统的操作：过程操作、组 态操作和维修操作 ①过程操作：对控制回路的操作、对 各控制点的操作
控制回路的操作：控制方式、设定值、 手动输出值、报警限制值、控制器作 用方式、调整参数等。
44
控制点的操作：设备的开停、正反转、控制 方式、连锁状态、报警限制等。

M ( ) P(T ) 0 m(t)dt
MTTR平均修复时间：故障发生后，需事后维 修的时间平均值。
18
例2：某插接卡在运行中发生故障25件，其 修复时间分别为：18，20，21，23，27， 30，35，37，37，38，41，42，44，45， 46，48，49，51，52，55，60，62，67， 72(分),则一小时维修度：
2) lim R(t) 0 t
3) 0 R(t) 1 4) R(t) 是时间t的单调递减函数
5
如果从统计学的角度来看，可靠度是一个 定量的指标，可以通过抽样统计来确定
设有N0个同样的产品，在同样的条件下 同时开始工作，经过t时间以后有Nf(t)个 产品发生故障，那么该产品的可靠度为
11
例1
已知某电子元件的 1/1000，求该元
件工作50h、1000h的可靠度。
R(50) exp( 50 ) 0.951 1000
R(1000) exp(1) 0.368
12
串并联情况下的可靠度
一个复杂系统的可靠度除了与构成系统的子 系统及其元器件的可靠度有关，还与系统的 结构形式有关。
如果某产品的可靠度为 R(t),该产品的 平均寿命m可用可靠度的数学期望来表达:

m 0 R(t)dt
8
失效率（故障率）
指系统运行到t时刻后，单位时间内可 靠度的下降与t时刻可靠度之比
R (t )R(t t )
(t) t
R(t )
(t) 1 dR(t)
R(t) dt
3
2、衡量可靠性的指标
（1）可靠度 （2）平均故障间隔时间MTBF（Mean Time
Between Failure） （3）到发生故障的平均时间MTTF（Mean
Time To Failure） （4）（瞬时）故障率FR（Failure Rate）
4
可靠度
无故障正常状态下的概率，用R(t)表示，即： R(t) = P(X>t) 性质：1) R(0)=1
分级画面显示，进行故障定位，读取硬 件配置的有关参数。
评价：显示画面的内容是否有利于维修 定位。
46
（三）容错技术
注意区别提高易操作性的容错技术与提 高可靠性的容错技术
发生误操作 容错技术：发生误操作时不影响正常运行 安全性：进入相应操作环境的安全许可措施
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一．操作透明度
操作透明度：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 生产过程的操作中去的能力。
（1）检测仪表使用初期：现场工作、有实感 的理解过程（真实、形象）
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（2）CRT集中显示和操作： 操作员对生产过程的状态的认识和实感变淡
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过程操作画面的切换比重大（过程之间相互耦合、联 系等）
减少工作量、提高可靠性，减少过程操作画面的切换操作
切换画面的方法：固定键、动态键、下拉菜单、画面 编号、页面切换等。
评价过程显示功能的优劣： 固定健、动态键的数量； 画面显示全面；切换方法简 易；调用的快捷性。