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集散控制的软件系统

来源:上仪销售网 编辑:上仪销售网 发布时间:2014-12-21 文章点击数:2075

1.概述

一个基本的过程控制计算机系统的软件可以分成两个部分:系统软件(即计算机系统软件)和应用软件(即过程控制软件)。集散控制系统的软件体系中包括了上述两种软件,但由于其分布式结构,所以又增加了诸如通信管理软件、组态生成软件及诊断软件等。

根据DCS系统中各个站的不同功能,可以分析得知每个站上的应用软件的功能,如现场控制站上的软件主要完成各种控制功能,包括回路控制、逻辑控制、顺序控制以及这些控制 所必需的现场I/O处理;操作员站上的软件主要完成运行操作人员所发出的各个命令的执行、 图形与画面的显示、报警的处理、对现场各类检测数据的集中处理等;工程师站软件则主要 完成系统的组态功能和系统运行期间的状态监视功能。

按照软件运行的时机和环境,可将DCS软件划分为在线运行(RunTime)软件和离线应用开发工具软件(即组态软件)两大类,其中控制站软件、操作员站软件、各种功能站上的软件及工程师站上在线的系统状态监视软件等都是运行软件,而工程师站软件(除在线的系统状态监视软件外)则属于离线软件。

2.现场控制站软件

现场控制站软件的最主要功能是完成对现场的直接控制,这里面包括了回路控制、逻辑 控制、顺序控制和混合控制等多种类型的控制。为了实现这些基本功能,在现场控制站中应 该包含以下主要的软件

(1)现场I/O驱动,其功能是完成过程量的输入/输出。其动作包括对过程输入/输出设备实施驱动,以具体完成输入输出工作。

(2)对输入的过程量进行预处理,如工程量的转换、统一计量单位、剔除各种因现场设 备和过程I/O设备引起的干扰和不良数据和对输入数据进行线性化补偿及规范化处理等,总之是要尽量真实地用数字值还原现场值并为下一步的计算做好准备。

(3)实时采集现场数据并存储在现场控制站内的本地数据库中,这些数据可作为原始数 据参与控制计算,也可通过计算或处理成为中间变量,并在以后参与控制计算。所有本地数 据库的数据(包括原始数据和中间变量)均可成为人机界面、报警、报表、历史、趋势及综合分析等监控功能的输入数据。

(4)进行控制计算,就是根据控制算法和检测数据、相关参数进行计算,得到实施控制的量。

(5)通过现场I/O驱动,将控制量输出到现场。

为了实现现场控制站的功能在现场控制站中建立与本站的物理I/O和控制相关的本地 数据库,这个数据库中只保存与本站相关的物理I/O点及与这些物理I/O点相关的,经过计算得到的中间变量。本地数据库可以满足本现场控制站的控制计算和物理I/O对数据的需求, 有时除了本地数据外还需要其他节点上的数据,这时可从网络上将其他节点的数据传送过来,这种操作被称为数据的引用。

3.操作员站软件

操作员站软件的主要功能是人机界面,即HMI的处理,其中包括图形画面的显示、对操作员操作命令的解释与执行、对现场数据和状态的监视及异常报警、历史数据的存档和报表处理等。为了上述功能的实现,操作员站软件主要由以下几个部分组成。

a.图形处理软件,该软件根据由组态软件生成的图形文件进行静态画面(又称为背景画面)的显示和动态数据的显示及按周期进行数据更新。

b.操作命令处理软件,其中包括对键盘操作、鼠标操作、画面热点操作的各种命令方式的解释与处理。

c.历史数据和实时数据的趋势曲线显示软件。

d.报警信息的显示、事件信息的显示、记录与处理软件。

e.历史数据的记录与存储、转储及存档软件。

f.报表软件。

g.系统运行日志的形成、显示、打印和存储记录软件。

为了支持上述操作员站软件的功能实现,在操作员站上需要建立一个全局的实时数据库,这个数据库集中了各个现场控制站所包含的实时数据及由这些原始数据经运算处理所得到的中间变量。这个全局的实时数据库被存储在每个操作员站的内存之中,而且每个操作员站的 实时数据库是完全相同的副本,因此每个操作员站可以完成相同的功能,形成一种可互相替代的冗余结构。当然各个操作员站也可根据运行的需要,通过软件人为地定义其完成不同的功能,而成为一种分工的形态。

4.工程师站软件

工程师站软件可分为两个大部分,其中一部分是在线运行的,主要完成对DCS系统本身 运行状态的诊断和监视,发现异常时进行报警,同时通过工程师站上的CRT屏幕给出详细的异常信息,如出现异常的位置、时间、性质等。

工程师站软件的最主要部分是离线态的组态软件,这是一组软件工具,是为了将一个通 用的、对多个应用控制工程有普遍适应能力的系统,变成一个针对某一个具,应用控制工程的专门系统。为此,系统要针对这个具体应用进行一系列定义,如系统要进行什么样的控制;系统要处理哪些现场量,这些现场量要进行哪些显示、报表及历史数据存储等功能操作;系统的操作员要进行哪些控制操作,这些控制操作具体是如何实现的,等等。在工程师站上,要做的组态定义主要包括以下方面。

a.系统硬件配置定义,包括系统中各类站的数量、每个站的网络参数、各个现场I/O 站的I/O量配置(如各种I/O模块的数量、是否冗余、与主控单元的连接方式等)及各个站 的功能定义等。

b.实时数据库的定义,包括现场物理I/O点的定义(该点对应的物理I/O位置、工程量转换的参数、对该点所进行的数字滤波、不良点剔除及死区等处理)以及中间变量点的 定义。

c.历史数据库的定义,包括要进入历史数据库的实时数据、历史数据存储的周期、各个数据在历史数据库中保存的时间及对历史库进行转储(即将数据转存到磁带、光盘等可移动介质上)的周期等。

d.历史数据和实时数据的趋势显示、列表及打印输出等定义。

e.控制算法的定义,其中包括确定控制目标、控制方法、控制周期及定义与控制相关

的控制变量、控制参数等。

f.人机界面的定义,包括操作功能定义(操作员可以进行哪些操作、如何进行操作^)、 现场模拟图的显示定义(包括背景画面和实时刷新的动态数据)及各类运行数据的显示定义等。

g.报警定义,包括报警产生的条件定义、报警方式的定义、报警处理的定义(如对报 警信息的保存、报警的确认、报警的清除等操作)及报警列表的种类与尺寸定义等。

h.系统运行日志的定义,包括各种现场事件的认定、记录方式及各种操作的记录等。

i.报表定义,包括报表的种类、数量、报表格式、报表的数据来源及在报表中各个数据项的运算处理等。

j.事件顺序记录和事故追忆等特殊报告的定义。

以上列出了主要的组态内容,对组态的具体操作将进行详细描述。组态后形成的文件被 称为定义文件,或组态源文件,这是一种便于阅读、检查、修改的文件格式,但还不能被DCS 系统执行。这些定义文件还必须经过工程师站上的编译软件将其转换成系统可执行的数据文件,然后经过下装软件对各个在线运行的节点进行下装,这样在实际运行时才可以按照组态 的定义完成相应的控制和监视功能。

5.集散控制系统的组态

利用工作站来组合集散控制系统中所提供的控制算法或画面符号,不是编制具体的计算 机程序或软件,也不是用来描述制造或安装用的图样,这种设计过程习惯上称作组态或组态设计。

集散控制系统的组态功能的支持情况(如应用的方便程度、用户界面的友好程度、功能 的齐全程度等)是影响集散控制系统是否受到用户欢迎的重要因素。几乎所有的集散控制系

统都在不同程度上支持组态功能,但是不同的集散控制系统的组态方法均不相同。

集散控制系统组态功能包括很广泛的范畴。从大的方面讲,可以分为两个主要方面:硬件组态(又叫配置)和软件组态。

集散控制系统的软件一般是较为成熟的模块化结构。系统的图形显示功能、数据库管理功能、控制运算功能、历史存储功能等全都有成熟的软件模块,但通常不同的应用对象,对这些内容的要求有较大的区别。所以,一般的集散控制系统具有一个(或一组)功能很强的 软件工具包(即组态软件),该组态软件具有一个友好的用户界面,使用户在不需要什么代码程序的情况下便可以生成自己需要的应用“软件”。

软件组态的内容一般包括基本配置组态和应用软件的组态。基本配置的组态是给系统一个配置信息 如系统的各个站的个数、它们的索引标志、每个现场控制站的最大点数、最短执行周期、最大内存配置、每个操作员站的内存配置信息、磁盘容量信息等。而应用软件的组态则具有更丰富的内容,如数据库的生成、历史库(包括趋势图)的生成、图形生成、控制组态等。

DCS控制回路组态就是利用DCS系统提供各种控制算法模块,依靠软件组态构成各种各样的实际控制系统。目前各种不同的DCS提供的组态方法各不相同,如和利时公司生产的中小型集散控制系统MACS,它提供了顺序功能表(SFC)、结构化文本(ST)、功能块图(FBD)、 梯形图(LD)、计算公式(FM)和用户自定义功能块(UDFB)等6种方案语言,而工程新建的方案页只能是用户自定义功能块(UDFB),只可选择ST或FBD方案语言。


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