第五章 工程师工作站与组态软件

1、第五章工程师工作站分散控制系统与现场总线控制系统课件 工程工作站 (EWS) 是DCS中用于系统设计的工作站，它的主要功能是为系统设计工程师提供各种设计工具，使工程师利用它们来组合、调用DCS的各种资源。工程师工作站v系统组态设计v系统调试与设计更改v运行记录v文件管理工程师工作站的作用工程师工作站的作用系统组态设计n系统硬件构成的总体设计系统硬件构成的总体设计nDCS中使用的所有硬件设备，它们之间的电电气、通信上的联系，逻辑上的关系气、通信上的联系，逻辑上的关系等设计，都可以在EWS上完成。工程师工作站的作用系统组态设计n系统硬件构成的总体设计系统硬件构成的总体设计工程师工作站的作用系统组态

2、设计n系统的硬件设计系统的硬件设计n硬件设计的结果是安装、接线和组装所用的工程图纸。这通常包括过程控制单元中的模件布置、电源分配、现场I/O的连接方法、屏蔽与接地等方面的设计，使用EWS应可以很方便地根据DCS的设计规范和过程控制的具体要求设计出这些接线图、配置图。工程师工作站的作用系统组态设计n控制逻辑设计控制逻辑设计n控制逻辑的设计过程是根据DCS中给出的控制元件（算法，或称功能块）组成控制方案的过程。简单说来，它包括采集现场信号的设计、控制运算、决策的设计、控制输出的设计、通信与传递信号的设计、系统诊断与处理方面的设计等。这方面的功能设计可以包括很多内容。工程师工作站的作用系统组态设计n

3、运行员站组态设计运行员站组态设计n包括画面设计、报警设计、数据库设计、记录设计、帮助指导设计等。与过程控制的组态不同的是，运行员站的组态的逻辑性不那么强，因此这部分设计常常得不到控制工程师的重视，然而事实上这部分设计是不能忽视的，从信息的组织方法这个意义上说，运行员站系统设计得好坏，体现了设计者是否了解自己的DCS，是否了解过程。工程师工作站的作用系统组态设计n文件组态文件组态n这部分组态指的是为使DCS正常运行而编制的各种说明指导性文件。DCS应是自我完善的，DCS的安装、使用、应用方法，故障处理方法都应该在DCS中提供，根据问题性质的不同，或者在人机接口站上提供，或者在工程师工作站上提供，

4、而不应让使用者再“离线”查阅资料。工程师工作站的作用系统组态设计n系统运行之后的维护管理系统运行之后的维护管理n用户在使用DCS的过程中会发现很多问题，有些是DCS的问题报告，有些是对DCS改进的设想，有些是对设计更改的要求，这些问题都是围绕DCS发生的，应通过DCS本身提供的手段来记录维护这些信息。DCS的组态任务中应包括设计一套管理这些信息的系统，虽然在DCS的设计过程中这些问题可能尚未发生，但如果有了这样的一种信息结构，对运行过程中的维护是很有用的。工程师工作站的作用系统调试与设计更改nEWS作为DCS的设计中心，在系统调试与设计更改过程中，EWS发挥最重要的作用。调试过程中，可通过EW

5、S来确认控制组态是否执行得正确，这需要在线运行EWS，以实时监视过程中的动态数据，发现问题后，修改组态。工程师工作站的作用系统调试与设计更改n虽然在运行员站上可以看到一些问题，但是，对组态的调整应在一个点进行，应在工程师站上完成。在下载了运行员站的组态之后，如果有问题，也要在EWS上修改。所以在调试过程中，EWS显得最“忙”，这时尤其要注意的是EWS上的文件的管理。工程师工作站的作用运行记录nEWS的另一项作用是在调试结束之后，系统进入正常运行时，对某些特殊的过程参数做记录。这些特殊的参数包括:一些操作员并不关心而对系统的控制效果很重要的参数，尤其是一些控制回路之间相交联的变量的耦合程度;系统

6、运行过程中DCS的负荷参数、通信负荷率、运算负荷率等。工程师工作站的作用运行记录n这些参数一方面对控制系统的整定很有必要，同时，它们又不是在较短期的调试过程中可以看得出来的，需要用相对长一些的时间来观察，所以在EWS上监视这些参数很有必要。工程师工作站的作用文件整理nEWS既然作为设计中心而存在，那么，EWS上的文件对于DCS来说就非常重要了。同时，按照前面提到的DCS应“自我完善”的概念，EWS也应作为向用户提供DCS全部设计文件与系统说明文件的中心。实际上，如果EWS管理得好，利用得有效的话，它还应提供系统调试、运行、管理过程中相关的全部文件，使得与DCS相关的文件都可以在EWS上找到。这

7、样会促使我们把有关的问题与DCS的设计、应用联系起来，也便于获得解决问题的信息。工程师工作站的组成工程师站由以下部分组成:nPC机硬件及操作系统n一台完整的PC机是工程师站的基本设备，有的工程师站是用“工作站”式的PC，有的工程师站采用服务器-客户机结构。n工程设计软件n各DCS都有自己进行工程组态的软件，它们只适用于自己的系统。n其他辅助性通用软件n如办公软件、数据库软件等。工程师工作站的地位n从硬件上或者说从通信的逻辑关系上，EWS并不比其他节点高级。n从设计上看，过程控制站和运行员站上的控制与运行方案，都是来自EWS的，在实时控制过程中，一般不能规定EWS有更高的控制优先级，因为设计工程

8、师的任务是设计，而运行员的责任是运行整个过程，设计人员没有权力越过运设计人员没有权力越过运行人员去操作现场的设备行人员去操作现场的设备。工程师工作站的地位n一些控制工程师常常出于调整系统的愿望与责任感，在EWS上做修改，甚至越过运行员，在EWS上操作设备，这是非常不可取的。并不是因为他们的想法有错，而是因为他们忽视了统一指挥对象的重要性。就像控制回路中的切换扰动一样，从不同的地方控制一个过程常常带来对过程的扰动。系统组态的一般概念系统配置的设计n根据控制应用要求提出对根据控制应用要求提出对DCSDCS本身的要求本身的要求n工艺过程的划分。n根据工艺过程的物理位置，确定DCS的控制站的分布。nI

9、/O点的要求n根据每个子系统的I/O种类与数量，裕量要求及今后可能进行的扩充，确定每个子系统所需要的I/O数量与类型。系统组态的一般概念系统配置的设计n根据控制应用要求提出对根据控制应用要求提出对DCSDCS本身的要求本身的要求n控制处理器的要求n提出每个子系统的控制方面的大致要求，在这个阶段，这些要求不应以DCS的控制处理器的数量来表达，而应以控制回路数、重要程度、设备数控制回路数、重要程度、设备数量、其他控制任务数量的形式量、其他控制任务数量的形式来表达，因为选择多少处理器，什么样的处理对于各种DCS来说是不一样的。系统组态的一般概念系统配置的设计n根据控制应用要求提出对根据控制应用要求提

10、出对DCSDCS本身的要求本身的要求n人机接口数量n根据工艺过程覆盖面的大小、运行的要求确定运行员的数目，进而确定运行员站的数目。n其它方面n如工程师站的数量、打印机、SOE设备、远程I/O等。系统组态的一般概念系统配置的设计n根据对根据对DCSDCS的要求选择的要求选择DCSDCS设备设备n选择什么样的DCS设备去完成应用的要求不仅仅是一个技术问题技术问题，还要考虑商业方面商业方面的问题，无论作为DCS供货商还是用户都要寻求一种最理想的配置方案，只是在追求这个最佳方案时，双方采取的准则不尽相同。n这个过程同样应看作是一个设计过程，EWS应在其中发挥作用，有些DCS中配有这样的软件，可以自动地

11、从应用要求中产生DCS的设备清单，然后由人工根据某种原则做适当调整。系统组态的一般概念系统配置的设计n根据根据DCSDCS设备进行系统组成的设计设备进行系统组成的设计n所谓系统组成的设计是指对系统硬件连接的设计，它不是设计控制逻辑而是画出系统的配置或硬接线图。由于系统中采用的绝大部分设备都是DCS的设备，所以它们之间的联系图应由EWS来生成。这时系统组态的概念是指硬件配置，目前很多DCS的这部分工作不是通过EWS本身的软件完成，而是通过另外的绘图软件完成的。系统组态的一般概念系统配置的设计n根据根据DCSDCS设备进行系统组成的设计设备进行系统组成的设计n这里的组态任务包括以下方面。n系统中各

12、主要设备的通信网络图，图上要表明设备的物理位置、逻辑地址、名称、连线方式等信息。nDCS设备的组装图，表明设备的安装、组装方法。n电气电缆、信号的处理，接地、屏蔽、配电的处理。n特殊接线或外部设备的组装方法。系统组态的一般概念系统配置的设计n根据根据DCSDCS设备进行系统组成的设计设备进行系统组成的设计n上述组态图纸的详细程度应能够使系统组装，安装人员根据图纸将DCS组装起来，这是硬件配置的根本任务。工程师站应借助DCS的组态软件完成这些设计。系统组态的一般概念过程控制的组态n过程控制组态是根据控制要求将DCS中的控制算法组合控制算法组合起来，形成完整的控制方形成完整的控制方案案的过程。通常

13、是，设计人员在了解了控制要求之后，在EWS上将DCS中的功能块逐一调出来，连好线或填好数据表格以明确它们之间的关系，就组成了一个个的可以在DCS中执行的控制方案。系统组态的一般概念运行员站功能的设计n运行员站功能的设计是指对运行员站上的全部功能组合应用的设计。n在运行员站上建立数据库以采集过程控制站中的变量数据；n设计运行员站上的画面和画面之间的关系，从那幅画面可以调用那幅画面；n怎样管理所有的报警；n怎样产生记录等工作。系统组态的一般概念运行员站功能的设计n这些设计的结果通常不是图纸，而是一幅幅工业画面或各种形式的数据库，这些数据库表明了运行员站处理过程变量时的方式。系统组态的一般概念系统组

14、态与其他设计方法的区别nDCS的组态是组合DCS中的元素n完善的DCS组态软件应提供DCS本身设计的全部元素。nDCS组态的逻辑性nDCS中的逻辑性表现在控制不同事件的时间与配合关系上。n这里的控制既包括针对过程的控制，也包括运行员接口处理过程事件的控制。系统组态的一般概念系统组态与其他设计方法的区别nDCS组态的多样性n硬件设计n主要是画连线图要求准确、清晰、全面，使别人可以据此组装系统，不涉及控制逻辑本身n控制逻辑设计n要求了解工艺过程，了解控制的一般原理，有逻辑设计的能力，在画图方面几乎没什么要求。系统组态的一般概念系统组态与其他设计方法的区别nDCS组态的多样性n画面设计n要求深入了解

15、工艺过程，要决定什么样的工艺过程画到画面上，什么不画，如何画；要了解画面设计的一般规律，如颜色对人的影响，人们判断事物重要性的习惯等。n数据库相关的设计n要求了解计算机处理数据的特点、方法，使用类似数据库管理的软件。系统组态的一般概念系统组态与其他设计方法的区别nDCS组态的多样性n文件管理n一定程度上熟悉计算机的文件管理方法，组织文件。 要求设计工程师全面掌握这些知识，有些是属于技巧，是不容易熟练的，而只有完全掌握了这些内容，才能充分发挥DCS的作用。控制系统的组态控制系统组态的范围n系统配置的组态n系统硬件的组态。n控制算法的组态。n控制与通信接口方面的组态。 控制系统的组态控制系统组态的

16、范围 通过这些组态设计，首先确定了DCS中所用到的具体的系统硬件，并定义了它们之间的连线，即在硬件方面全面定义了控制系统； 其次确定了系统与外部的联系方式，无论是通信的还是硬接线的，使进出系统的信号有了明确的意义； 第三个方面是确定了控制逻辑，控制方案，按照这样的设计，使用者就可以把过程控制站中以产品形式表示的模件组成一个完成指定功能的系统了控制系统的组态EWS上的基本元素n表示模件外观的符号。n表示模件接线的符号与图纸。n表示算法的符号。n表示组态约定的符号 控制系统的组态EWS上的基本元素控制系统的组态EWS提供的组态手段nEWS作为组态的工具为设计者提供了丰富的组态手段，概况说来包括以下

17、几个方面：n项目管理n工程画图n资源使用n在线调试n帮助指导控制系统的组态EWS提供的组态手段控制系统的组态用EWS组态的设计过程n首先，要确定EWS资源的使用原则，特别是当多个工程师针对一个项目甚至多个项目同时进行组态设计时更是如此。n第二，根据应用要求确定系统的组成，并设计主要的硬件图纸。n第三，控制功能的组态。n第四，组态的编译修改。n第五，在线调试。控制系统的组态组态过程的管理n组态过程的管理是一个设计管理问题。除了组态的正确性以外，组态图的一致性是管理的重要内容之一。n在EWS中要规定一般性资源的来源，如来自哪个目录、由谁负责更新等。n有些EWS提供了一些一致性的检查工具，如标签形式

18、的一致性、图框的一致性、传递信号的一致性等。在这种情况下，应该在设计步骤中明确使用这种一致性检查之后的标识，通过了一致性检查，组态才算编译成功，才可以下载。控制系统的组态组态过程的管理n组态过程的管理是一个设计管理问题。除了组态的正确性以外，组态图的一致性是管理的重要内容之一。n为了使一致性得到贯彻，应尽量使用EWS中自动化的组态工具，如自动赋标签、自动填写图纸之间传递的信号标识等。这种功能的使用要尽量在整个项目的范围内进行，而不是只分别在子系统内进行，尽管从完成控制运算的角度上说，组态形式的不一致并不一定是组态错误，但是有些不一致所造成的以后在时间和精力上的浪费都是不能容忍的。控制系统的组态

19、组态过程的管理n过程管理的另一方面是组态图的维护问题，这里主要是指组态图的版本控制。nEWS提供了标识、控制版本的工具。比如，编译的时候可以选择针对哪个版本进行编译。由于设计是由多个人员进行的，因此，统一的版本控制原则对最终使用图纸的用户来说很重要。图纸的版本不是以图纸文件存盘的时间来表示的，要充分利用EWS提供的功能去控制版本，使用户随时都了解当前使用的图纸状态。控制系统的组态工程师站为控制回路组态提供的工具n这类工具往往包括组态过程的控制、典型的组态设计、调试的统一工具等几个方面。组态过程工具是为了加快组态设计而提供的。n通常是编辑方面的工具，如拷贝、剪切、粘贴、移动等。n典型的设计则根据

20、系统的不同而有很大差异，一个功能码或控制算法就是一个典型的设计。n调试工具是根据在线调试的要求而设计的，把通常的调试操作以批处理的形式组成，用一个命令就可以完成很多任务。运行员操作站的组态运行员站的设计范围n运行员站硬件设计n设计运行员站的布置形式，固定方式、电源连线，与外部系统的通信线的连接，键盘、鼠标、打印机等所有外部设备的连接，使用户可以完全按图纸组装成运行员站，而不会产生差错。n运行员站系统参数设计n系统参数是指为了使运行员站运行在适当的方式或模式下面应设置的参数。运行员操作站的组态运行员站的设计范围n运行员站数据库n运行员站在过程与人之间的接口工作是通过数据库的传递、转换、缓存而实现

21、的。过程数据放到数据库中，运行员站上显示的信息来自数据库。因此，数据库的完善程度在一定意义上反映了运行员站能力的大小。n运行员站应用设计n如画面设计、报警设计、记录设计等。运行员操作站的组态组态的手段n数据库的设计主要是填表格，这其中通常可以使用类似数据库操作的很多指令或手段，如自动填数据、排序、查找、拷贝、移动、粘贴等。n画面设计是做图及动态项调用设计。运行员操作站的组态组态设计的过程n运行环境的定义n画面颜色、形式布局、调用方式都应在设计之前定义清楚。这些方面设计的不一致会导致很多潜在的错误，颜色上的不一致则会出更大的问题。因此，在开始设计之前，定义好所有的系统环境参数、形式是设计的第一步。n数据库定义n数据库规定