DCS及現(xiàn)場總線技術(shù)第3章

會(huì)計(jì)學(xué)1DCS及現(xiàn)場總線技術(shù)第3章3.1DCS的軟件體系

DCS軟件分系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分：DCS系統(tǒng)軟件由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)、面向過程的編程語言和工具軟件等3個(gè)主要部分組成。DCS應(yīng)用軟件主要由控制層軟件、監(jiān)控層軟件、組態(tài)軟件和通信軟件組成。本章只介紹DCS的應(yīng)用軟件，通信軟件本書第5章介紹。

第1頁/共21頁DCS軟件體系結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：第2頁/共21頁3.2DCS的控制層軟件DCS控制層軟件指運(yùn)行于現(xiàn)場控制站中軟件?？煞譃閳?zhí)行代碼部分和數(shù)據(jù)部分：

1、執(zhí)行代碼：如數(shù)據(jù)采集、輸入輸出和有關(guān)控制軟件都固化在現(xiàn)場控制站的EPROM中。執(zhí)行代碼分周期性和隨機(jī)性兩部分。周期性代碼：數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換處理、越限檢查、控制算法、網(wǎng)絡(luò)通信和狀態(tài)檢測等，這部分是由硬件時(shí)鐘定時(shí)激活的。隨機(jī)執(zhí)行部分：系統(tǒng)故障信號處理、事件順序信號處理和實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接收等，是由硬件中斷激活的。

2、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)部分存放在RAM中，在系統(tǒng)復(fù)位或開機(jī)時(shí)，這些數(shù)據(jù)的初始值從網(wǎng)絡(luò)上裝入。第3頁/共21頁3.2.1控制層軟件的功能控制層軟件主要完成PID回路控制、邏輯控制、順序控制和混合控制等多種類型的控制功能，而控制運(yùn)算數(shù)據(jù)必須首先經(jīng)過現(xiàn)場設(shè)備連接的I/O通道處理。DCS控制層軟件還要完成一些輔助功能，如控制器和重要I/O模塊的冗余功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能及自診斷功能等。其功能流程見教材圖3-2所示。

第4頁/共21頁控制層軟件功能流程簡圖：第5頁/共21頁3.2.2控制層軟件的組成1．現(xiàn)場I/O驅(qū)動(dòng)軟件主要完成I/O模件驅(qū)動(dòng)，完成過程量輸入/輸出，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，輸出處理后的控制信號數(shù)據(jù)。2．輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件主要完成如濾波處理、除去不良數(shù)據(jù)、工程量轉(zhuǎn)換、統(tǒng)一計(jì)量單位等工作，以便用真實(shí)地?cái)?shù)字值還原現(xiàn)場值，為下步計(jì)算做準(zhǔn)備。3．實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫中的軟件主要完成將原始數(shù)據(jù)參與控制計(jì)算，或?qū)⒃紨?shù)據(jù)通過計(jì)算處理成為中間變量，并參與控制計(jì)算及存儲(chǔ)。4．完成組態(tài)功能的控制軟件按照組態(tài)好的控制程序進(jìn)行控制計(jì)算，根據(jù)控制算法、檢測數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到實(shí)施控制量。第6頁/共21頁3.2.3控制編程語言IEC61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)編程語言包括圖形化編程語言和文本化編程語言。圖形化編程語言包括：梯形圖（LadderDiagram，LD）功能塊圖（FunctionBlockDiagram，F(xiàn)BD）順序功能圖（SequentialFunctionchart，SFC）文本化編程語言包括：指令表（InstructionList，IL）結(jié)構(gòu)化文本（StructuredText，ST）第7頁/共21頁典型的五種編程語言簡介1．結(jié)構(gòu)化文本語言結(jié)構(gòu)化文本（ST）是一種高級的文本語言，與PASCAL語言很相似。2．指令表IEC61131-3的指令表（IL）語言是一種低級語言，與匯編語言很相似。3．功能塊圖功能塊圖（FBD）是一種圖形化的控制編程語言，它通過調(diào)用函數(shù)和功能塊來實(shí)現(xiàn)編程。（功能塊用矩形塊來表示，每一功能塊的左側(cè)有不少于一個(gè)的輸入端，在右側(cè)有不少于一個(gè)的輸出端。)4．梯形圖梯形圖（LD）是IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)中邏輯控制常用的圖形化編程語言。5．順序功能流程圖順序功能流程圖（SFC）是IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)中邏輯控制常用的圖形化語言中的一種。第8頁/共21頁3.3DCS的監(jiān)控層軟件DCS監(jiān)督控制層軟件指運(yùn)行于操作員工作站、工程師工作站、服務(wù)器等節(jié)點(diǎn)中的軟件，它提供人機(jī)界面監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制操作、數(shù)據(jù)采集、信息存儲(chǔ)和管理的應(yīng)用功能。DCS監(jiān)督控制層集中了全部工藝過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)除了提供給DCS的操作員監(jiān)視外，還應(yīng)該滿足外部應(yīng)用需要——全廠調(diào)度管理，材料成本核算等，第9頁/共21頁3.3.1監(jiān)控層軟件的功能DCS監(jiān)控層軟件包括人機(jī)操作界面、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理、歷史數(shù)據(jù)管理、報(bào)警監(jiān)視、日志管理、事故追憶及事件順序記錄等功能。分布式服務(wù)器結(jié)構(gòu)中，各種功能可分散在不同的服務(wù)器中，也可集中在同一臺(tái)服務(wù)器中，組織靈活方便、功能分散，可提高系統(tǒng)的可靠性。監(jiān)控層軟件也由組態(tài)工具組態(tài)而成。第10頁/共21頁3.3.2監(jiān)控層軟件的組成1．圖形處理軟件：顯示工藝流程和動(dòng)態(tài)工藝參數(shù)，由組態(tài)生成并且按周期進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。2．操作命令處理軟件：包括對鍵盤操作、鼠標(biāo)操作、畫面熱點(diǎn)操作的各種命令解釋與處理。3．歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的趨勢曲線顯示軟件。4．報(bào)警信息的顯示、事件信息的顯示、記錄與處理軟件。5．歷史數(shù)據(jù)的記錄與存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)儲(chǔ)及存檔軟件。6．報(bào)表軟件。7．系統(tǒng)運(yùn)行日志的形成、顯示、打印和存儲(chǔ)記錄軟件。第11頁/共21頁3.4DCS的組態(tài)軟件組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件。它是過程控制與數(shù)據(jù)采集的專用軟件，在DCS系統(tǒng)形成的軟件開發(fā)平臺(tái)。它具有方便靈活的組態(tài)方式，用戶通過組態(tài)設(shè)計(jì)及操作能夠快速構(gòu)建控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)控制和監(jiān)控功能。第12頁/共21頁3.4.1組態(tài)軟件的概念DCS組態(tài)軟件是一個(gè)便捷的應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)——通常不必關(guān)心軟件程序如何編寫，采用模塊選擇、定義、連接以及監(jiān)控界面定義等的組態(tài)方法，來實(shí)現(xiàn)所要求的控制和顯示等功能。從而完成各種針對性的控制系統(tǒng)工程項(xiàng)目的開發(fā)。組態(tài)不僅減輕了應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工作量，而且提高了軟件的應(yīng)用水平，保證了系統(tǒng)的可靠性。第13頁/共21頁控制系統(tǒng)組態(tài)流程應(yīng)包括以下方面：（1）系統(tǒng)配置組態(tài)；（2）數(shù)據(jù)庫組態(tài)；（3）控制算法組態(tài)；（4）流程顯示及操作畫面組態(tài)；（5）報(bào)表組態(tài)；（6）編譯和下裝等。第14頁/共21頁建立目標(biāo)工程設(shè)備組態(tài)數(shù)據(jù)庫組態(tài)前期準(zhǔn)備工作圖形組態(tài)設(shè)備編譯事故庫組態(tài)報(bào)表組態(tài)報(bào)表檢查數(shù)據(jù)庫基本編譯算法組態(tài)編譯數(shù)據(jù)庫聯(lián)編下裝服務(wù)器、操作員站進(jìn)入在線運(yùn)行第15頁/共21頁3.4.2組態(tài)軟件的功能1．實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫組態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的組態(tài)一般分為兩部分：控制采集測點(diǎn)的配置組態(tài)和中間計(jì)算點(diǎn)的組態(tài)。

2．控制組態(tài)控制組態(tài)采用內(nèi)部功能模塊的軟連接來實(shí)現(xiàn)?？梢杂脠D形或文字的方式表示他們的連接關(guān)系，各模塊的內(nèi)部參數(shù)可以直接輸入或填表輸入。３．流程畫面組態(tài)DCS提供了豐富的畫面顯示功能，流程畫面生成是DCS組態(tài)中很重要的工作。４．歷史數(shù)據(jù)和報(bào)表組態(tài)DCS作為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有集中的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理功能。第16頁/共21頁3.4.3組態(tài)軟件的特點(diǎn)（1）延續(xù)性和可擴(kuò)充性：采用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及用戶需求發(fā)生改變時(shí)，不需作很多修改而能方便地完成軟件的更新和升級。（2）封裝性：組態(tài)軟件所能完成的功能通常用一種方便用戶使用的方法包裝起來，用戶不需掌握太多的編程語言技術(shù)，就能很好地完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的所有功能。（3）通用性：根據(jù)工程實(shí)際情況，利用組態(tài)軟件、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、控制功能組態(tài)、數(shù)據(jù)曲線監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)功能的工程項(xiàng)目，并且不受行業(yè)限制。第17頁/共21頁3.4.4組態(tài)軟件的發(fā)展和變化DCS和PLC廠家主動(dòng)公開通信協(xié)議，加入“PC監(jiān)控”的陣營。幾乎所有的PLC和DCS都使用PC做為操作站。由于PC監(jiān)控大大降低了系統(tǒng)成本，使得市場空間得到擴(kuò)大，從遠(yuǎn)程監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集與計(jì)量、數(shù)據(jù)分析到過程控制，幾乎無處不用。各類智能儀表、調(diào)節(jié)器和PC設(shè)備可與組態(tài)軟件構(gòu)筑完整的低成本自動(dòng)化系統(tǒng)，具有廣闊的市場空間。各類嵌入式系統(tǒng)和現(xiàn)場總線的異軍突起，把組態(tài)軟件推到了自動(dòng)化系統(tǒng)主力軍的位置，組態(tài)軟件越來越成為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的靈魂。第18頁/共21頁1．組態(tài)軟件的