集散控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu).ppt

第4章,集散控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu),現(xiàn)場控制站軟件主要完成各種控制功能，包括回路控制、邏輯控制、順序控制，以及所需要的現(xiàn)場I/O處理； 操作員站的軟件主要執(zhí)行操作人員所發(fā)出的各個(gè)命令、圖形與畫面的顯示、報(bào)警的處理、對現(xiàn)場各種檢測數(shù)據(jù)的集中處理等； 工程師站的軟件主要完成系統(tǒng)的組態(tài)功能和系統(tǒng)運(yùn)行期間的狀態(tài)監(jiān)視功能。,軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分。 其中系統(tǒng)軟件包括：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、組態(tài)軟件和各種高級(jí)語言； 應(yīng)用軟件包括：輸入輸出信號(hào)模塊、控制模塊、邏輯控制模塊、通信模塊、報(bào)警處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊或數(shù)據(jù)庫、顯示模塊、打印模塊等。,4.1 DCS現(xiàn)場控制站的軟件 4.2 DCS操作員站的軟件 4.3 DCS工程師站的軟件,4.1 DCS現(xiàn)場控制站的軟件,1. 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是整個(gè)現(xiàn)場控制站軟件系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)。 主要任務(wù)：將各部分信息（狀態(tài)、控制、數(shù)據(jù)）從一個(gè)執(zhí)行模塊傳到另一個(gè)執(zhí)行模塊，將各通道采集來的數(shù)據(jù)，以及網(wǎng)絡(luò)上傳給現(xiàn)場控制站的數(shù)據(jù)存在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中。別的模塊需要數(shù)據(jù)時(shí)，直接從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中獲得，運(yùn)算的中間結(jié)果也存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中；另一個(gè)作用是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。,2. 功能模塊分類 (1)輸入輸出功能模塊：模擬量、數(shù)字量、脈沖量三大類。 (2)控制算法模塊: P、I、D、前饋、三位、二位開關(guān)、smith預(yù)估補(bǔ)償?shù)取?(3)運(yùn)算類模塊：數(shù)學(xué)、邏輯、運(yùn)算、順控功能 (4)信號(hào)發(fā)生器類功能模塊：產(chǎn)生階躍、斜坡、正弦、方波、非線性信號(hào)。 (5)轉(zhuǎn)換類功能模塊：對信號(hào)整形延時(shí)輸出另一相應(yīng)信號(hào) (6)信號(hào)選擇和狀態(tài)類功能模塊：信號(hào)的多路切換、高低限以及報(bào)警狀態(tài)。,(1). 輸入輸出模塊 輸入與輸出類模塊： 按信號(hào)的類型：模擬量、數(shù)字量、脈沖量 輸入功能塊：預(yù)處理（數(shù)字濾波、線性化、開方處理、工程單位轉(zhuǎn)換、報(bào)警界限比較、超限報(bào)警、事故報(bào)警信號(hào)故障報(bào)警） 輸出功能塊：自動(dòng)切換、手動(dòng)信號(hào)輸出、控制方式選擇、輸出信號(hào)限值比較、超限報(bào)警及手自動(dòng)切換時(shí)的跟蹤處理,(2). 控制算法模塊 常規(guī)控制算法和高級(jí)控制算法 P、I、D及其組合、改進(jìn) 超前滯后控制算法 開關(guān)(邏輯)控制算法 自整定PID控制算法 純滯后的Smith預(yù)估控制算法 預(yù)測控制算法,(3). 運(yùn)算類模塊 代數(shù)運(yùn)算 信號(hào)選擇 數(shù)據(jù)選擇 數(shù)據(jù)限制 報(bào)警檢查 計(jì)算公式 傳遞函數(shù)模塊等,4.2 DCS操作員站的軟件,操作員站的軟件運(yùn)行于系統(tǒng)人-機(jī)界面工作站、服務(wù)器等設(shè)備，它主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和事件分析處理、信息存儲(chǔ)和管理、二次計(jì)算、人機(jī)界面監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制操作及其他的應(yīng)用功能。 軟件包括：實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，面向過程的編程語言，工具軟件，與顯示和管理相關(guān)的功能模塊等。,1 操作系統(tǒng),操作系統(tǒng)是一組程序的集合，它用來控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的用戶程序的執(zhí)行次序，為用戶程序與系統(tǒng)硬件提供接口軟件，并允許這些程序之間交換信息。 （1）操作系統(tǒng)的基本組成 命令解釋程序、系統(tǒng)核心、I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件 （2）操作系統(tǒng)的功能軟件 操作系統(tǒng)提供的功能軟件與它的應(yīng)用領(lǐng)域和所應(yīng)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有關(guān)。,2 面向過程語言,（1）FORTRAN語言 廣泛應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算，是第一個(gè)高級(jí)編程語言。 （2）BASIC語言 廣泛應(yīng)用于科學(xué)和工程計(jì)算的面向問題的編程語言。 （3）PASCAL語言 為教學(xué)和開發(fā)新的編譯器的需要。 （4）C語言 實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域中最流行的編程語言。,3 操作員站的功能,（1）通用顯示畫面 通用顯示 系統(tǒng)總貌顯示、分組顯示功能、回路顯示、詳細(xì)顯示、報(bào)警顯示、趨勢顯示、系統(tǒng)狀態(tài)顯示 自定義顯示 生產(chǎn)流程模擬顯示、批控制流程圖 （2）輸出打印功能 操作信息打印、系統(tǒng)狀態(tài)信息打印、生產(chǎn)記錄和統(tǒng)計(jì)報(bào)表的打印。,概貌顯示畫面,儀表面板顯示畫面,趨勢曲線顯示畫面,報(bào)警顯示畫面,故障診斷畫面,調(diào)整畫面,4.3 DCS工程師站的軟件,工程師站的功能：進(jìn)行組態(tài)，建立DCS系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人機(jī)界面。 操作員站的人機(jī)界面首先在工程師站上組態(tài)生成，然后下載到操作員站運(yùn)行。當(dāng)DCS系統(tǒng)正常運(yùn)行并達(dá)到操作控制目標(biāo)后，工程師站的功能更多是實(shí)現(xiàn)操作員站的各種顯示和操作功能，除非在需要修改系統(tǒng)時(shí)，才會(huì)重新應(yīng)用工程師站的組態(tài)功能。 DCS的組態(tài)功能是影響一個(gè)DCS是否受用戶歡迎的重要因素。幾乎所有DCS都不同程度支持組態(tài)功能。但不同DCS組態(tài)方法均不相同。,組態(tài)及組態(tài)軟件的概念 “組態(tài)”的概念最早來自英文configuration，含義是使用軟件工具對計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置，達(dá)到使計(jì)算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置，自動(dòng)執(zhí)行待定任務(wù)，滿足使用者要求的目的。也就是通過對軟件采用非編程的操作方式，進(jìn)行參數(shù)填寫、圖形連接和文件生成等，使得軟件乃至整個(gè)系統(tǒng)具有某種指定的功能。,組態(tài)二次開發(fā)監(jiān)控組態(tài)軟件 開發(fā)商事先開發(fā)好一套具有一定通用性的軟件開發(fā)平臺(tái)，生產(chǎn)若干種規(guī)格的硬件模塊（如I/O模塊、通信模塊、控制模塊），然后，再根據(jù)用戶的要求在軟件平臺(tái)上進(jìn)行二次開發(fā)以及硬件模塊的連接。這種軟件的二次開發(fā)工作就稱為“組態(tài)”，相應(yīng)的軟件開發(fā)平臺(tái)就稱為“監(jiān)控組態(tài)軟件”，簡稱“組態(tài)軟件”。 “組態(tài)”一詞既可以用做名詞也可以用做動(dòng)詞。,二次開發(fā)人員根據(jù)具體的系統(tǒng)要求，建立模塊（創(chuàng)建對象）然后定義參數(shù)（對象屬性），最后生成可供運(yùn)行的應(yīng)用程序。 組態(tài)實(shí)際上是生成一系列可以直接運(yùn)行的程序代碼，這些程序代碼可以在用于組態(tài)的計(jì)算機(jī)上直接運(yùn)行，也可以下裝到其他的計(jì)算機(jī)上。 組態(tài)可以分為離線組態(tài)和在線組態(tài)兩種。,1 軟件,工程師站主要功能：組態(tài)、繪圖和編程。除系統(tǒng)軟件外，應(yīng)用軟件分為組態(tài)軟件、繪圖軟件和編程軟件。 （1）組態(tài)軟件 分為系統(tǒng)組態(tài)和應(yīng)用組態(tài)，相應(yīng)的有系統(tǒng)組態(tài)軟件和應(yīng)用組態(tài)軟件。 系統(tǒng)組態(tài)軟件包括建立網(wǎng)絡(luò)、定義設(shè)備、定義系統(tǒng)信息和分配系統(tǒng)功能。 應(yīng)用組態(tài)軟件用來建立功能模塊，并將其構(gòu)成控制回路，從而實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 應(yīng)用組態(tài)方式可分為：填表式、圖形式、窗口式和混合式。,（2）繪圖軟件 供用戶繪制專用操作畫面，它提供了多種繪圖工具和各類標(biāo)準(zhǔn)圖素。圖形和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)配合使用來模擬實(shí)際的物理裝置、測控點(diǎn)和控制回路，再配置聲光音響效果、工業(yè)電視畫面和多媒體功能，給人以直觀形象和身臨其境的感覺。,（3）編程軟件 目前DCS大多采用梯形圖和功能塊編程語言。 除此之外，在許多DCS中還支持面向問題的語言POL(Problem Oriented Language)和通用的高級(jí)語言，如BASIC、Fortran和C的編程，實(shí)現(xiàn)一些特殊的控制算法。,2 控制功能組態(tài),幾乎所有DCS都配置了十分齊全的控制功能，并以獨(dú)立的控制算法模塊的形式提供給用戶，這些算法模塊一般存儲(chǔ)在現(xiàn)場控制站的EPROM中。要實(shí)現(xiàn)一個(gè)具體的應(yīng)用控制，必須用某種方式將所用到的控制算法模塊按照控制要求連成合適的結(jié)構(gòu)，并用合適的參數(shù)值初始化任務(wù)控制模塊，才能實(shí)現(xiàn)一個(gè)具體的控制回路。,（1） 控制功能算法 功能塊是一種預(yù)先編好程序的軟件模塊，用戶確定它的參數(shù)，并且通過組態(tài)將其連接在一起。 每個(gè)功能塊完成一種或幾種基本的控制功能，如PID控制、開方運(yùn)算、乘除運(yùn)算等。 功能塊的描述方法一般歸納為以下幾個(gè)要點(diǎn)： * 矩形框表達(dá)一個(gè)功能塊； * 功能塊的輸入、輸出信號(hào)用有向線段來表示； * 矩形框內(nèi)的符號(hào)代表功能塊所實(shí)現(xiàn)的功能。,功能塊的應(yīng)用實(shí)例,一個(gè)采用常規(guī)儀表組成的流量控制系統(tǒng)，由變送器、執(zhí)行器、開方器、調(diào)節(jié)器、操作儀表等設(shè)備組成。如果采用DCS的基本控制單元來實(shí)現(xiàn)流量控制，則只需要選用適當(dāng)?shù)墓δ軌K，通過組態(tài)把它們連接在一起即可。,（2）控制回路組態(tài),利用某種方法將適當(dāng)?shù)目刂扑?