自控系统冗余与可靠性设计

📚 共计 30 章节

冗余设计基础

冗余定义与分类 · 评价指标 (可靠性/可用性/MTBF/MTTR)

硬件冗余软件冗余信息冗余

可靠性数学基础

概率论 · 可靠度R(t) · 失效率λ(t) · 指数/威布尔分布

MTTF条件概率

系统可靠性模型

串联/并联/混联 · k/n(G)表决 · 可靠性框图

表决系统复杂系统

冷备冗余系统

冷备定义 · 开关完美/不完美建模 · 平均寿命计算

待机开关切换

温备冗余系统

温备工作模式 · 部分负载失效率 · 与冷/热备对比

降级负载共享

热备冗余系统

同步机制 · 主备切换/负载共享 · 可用度计算

主备热切换

2oo3 (三取二) 表决系统

结构与原理 · 独立/不同分布可靠性 · 与2oo2/1oo2对比

多模冗余系统 (NMR)

NMR架构 · 可靠性增益 · 成本/功耗/体积权衡

N模设计权衡

软件冗余设计

N版本编程 · 恢复块 · 多样性设计 · 局限性

NVPRecovery Block

信息冗余与纠错码

奇偶校验 · 海明码 · CRC · 自控应用场景

时间冗余与故障检测

指令复执 · 程序卷回 · WATCHDOG · 代价收益

定时器卷回

故障检测与诊断技术

解析模型 · 信号处理 · 知识方法 (专家系统/神经网络)

状态估计小波

故障树分析 (FTA)

故障树构建 · 最小割集 · 顶事件概率计算

失效模式与影响分析 (FMEA)

实施步骤 · RPN计算 · 自控设计案例

马尔可夫过程在可靠性中的应用

马尔可夫链 · 状态转移图 · 可用度计算

随机过程状态转移

Petri网在可靠性建模中的应用

库所/变迁/令牌 · 冗余系统建模实例

离散事件图形化

双机热备系统设计

主从/对等 · 心跳检测 · 数据同步 · 切换策略

主备同步复制

双机冷备系统设计

工作流程 · 切换延迟 · 数据一致性保障

冷切换一致性

DCS冗余设计

控制器/网络/电源/I/O冗余 · 典型配置方案

分布式层次冗余

PLC冗余设计

硬件/软件冗余 · 切换时序 · 可靠性评估

可编程时序

现场总线与工业网络冗余

PROFIBUS/PROFINET/EtherCAT · 环网/星型 · 切换时间

网络拓扑实时

电源系统冗余设计

N+1冗余 · UPS串联/并联/双总线 · 可靠性计算

传感器冗余与数据融合

同构/异构冗余 · 加权平均/卡尔曼/贝叶斯 · 故障隔离

融合卡尔曼

执行器冗余设计

并联/串联/旁路 · 控制重构 · 可靠性分析

安全仪表系统 (SIS) 冗余

SIL等级 · 1oo1/1oo2/2oo3 · 可靠性验证

功能安全SIL

冗余系统的切换机制

冷/温/热切换 · 切换时间影响 · 无扰动切换

Bumpless切换策略

冗余系统的同步技术

时钟同步(NTP/PTP) · 数据同步 · 失败处理

时钟增量同步

冗余系统的维护与测试

在线维护 · 定期测试 · 退化与寿命管理

冗余系统的成本效益分析

全生命周期成本(LCC) · 可靠性增益量化 · 最优权衡

冗余系统设计案例综合

化工/电力/石油天然气案例 · 未来趋势 (云/边缘/AI)