DCS及现场总线技术

会计学1DCS及现场总线技术3.1DCS的软件体系

DCS软件分系统软件和应用软件两大部分：DCS系统软件由实时多任务操作系统、面向过程的编程语言和工具软件等3个主要部分组成。DCS应用软件主要由控制层软件、监控层软件、组态软件和通信软件组成。本章只介绍DCS的前三种应用软件，通信软件本书第5章介绍。

第1页/共23页DCS软件体系结构图如下图所示：DCS软件系统

控制层应用软件系统软件应用软件1.报警检测、输入、输出2.实时数据库3.连续过程控制4.顺序控制通信软件组态软件监控层应用软件1.过程画面显示、操作和管理2.日志管理、历史数据存储3.报表打印4.人机接口第2页/共23页3.2DCS的控制层软件DCS控制层软件指运行于现场控制站中软件。可分为执行代码部分和数据部分：

1、执行代码：如数据采集、输入输出和有关控制软件都固化在现场控制站的EPROM中。执行代码分周期性和随机性两部分。周期性代码：数据采集、转换处理、越限检查、控制算法、网络通信和状态检测等，这部分是由硬件时钟定时激活的。随机执行部分：系统故障信号处理、事件顺序信号处理和实时网络数据的接收等，是由硬件中断激活的。

2、实时数据部分存放在RAM中，在系统复位或开机时，这些数据的初始值从网络上装入。第3页/共23页3.2.1控制层软件的功能控制层软件主要完成PID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功能，而控制运算数据必须首先经过现场设备连接的I/O通道处理。DCS控制层软件还要完成一些辅助功能，如控制器和重要I/O模块的冗余功能、网络通信功能及自诊断功能等。其功能流程见教材图3-2所示。

第4页/共23页控制层软件功能流程简图：数据采集现场信号数据处理数据运算I/O输出执行机构第5页/共23页3.2.2控制层软件的组成1．现场I/O驱动软件主要完成I/O模件驱动，完成过程量输入/输出，采集现场数据，输出处理后的控制信号数据。2．输入数据预处理软件主要完成如滤波处理、除去不良数据、工程量转换、统一计量单位等工作，以便用真实地数字值还原现场值，为下步计算做准备。3．实时采集现场数据并存储在本地数据库中的软件主要完成将原始数据参与控制计算，或将原始数据通过计算处理成为中间变量，并参与控制计算及存储。4．完成组态功能的控制软件按照组态好的控制程序进行控制计算，根据控制算法、检测数据和相关参数进行计算，得到实施控制量。第6页/共23页3.2.3控制编程语言IEC61131-3国际标准编程语言包括图形化编程语言和文本化编程语言。图形化编程语言包括：梯形图（LadderDiagram，LD）功能块图（FunctionBlockDiagram，FBD）顺序功能图（SequentialFunctionchart，SFC）文本化编程语言包括：指令表（InstructionList，IL）结构化文本（StructuredText，ST）第7页/共23页典型的五种编程语言简介1．结构化文本语言结构化文本（ST）是一种高级的文本语言，与PASCAL语言很相似。2．指令表IEC61131-3的指令表（IL）语言是一种低级语言，与汇编语言很相似。3．功能块图功能块图（FBD）是一种图形化的控制编程语言，它通过调用函数和功能块来实现编程。（功能块用矩形块来表示，每一功能块的左侧有不少于一个的输入端，在右侧有不少于一个的输出端。)4．梯形图梯形图（LD）是IEC61131-3标准中逻辑控制常用的图形化编程语言。5．顺序功能流程图顺序功能流程图（SFC）是IEC61131-3标准中逻辑控制常用的图形化语言中的一种。第8页/共23页功能块图第9页/共23页梯形图第10页/共23页语句表第11页/共23页3.3DCS的监控层软件DCS监督控制层软件指运行于操作员工作站、工程师工作站、服务器等节点中的软件，它提供人机界面监视、远程控制操作、数据采集、信息存储和管理的应用功能。DCS监督控制层集中了全部工艺过程的实时数据和历史数据。这些数据除了提供给DCS的操作员监视外，还应该满足外部应用需要——全厂调度管理，材料成本核算等，第12页/共23页3.3.1监控层软件的功能DCS监控层软件包括人机操作界面、实时数据管理、历史数据管理、报警监视、日志管理、事故追忆及事件顺序记录等功能。分布式服务器结构中，各种功能可分散在不同的服务器中，也可集中在同一台服务器中，组织灵活方便、功能分散，可提高系统的可靠性。监控层软件也由组态工具组态而成。第13页/共23页3.3.2监控层软件的组成1．图形处理软件：显示工艺流程和动态工艺参数，由组态生成并且按周期进行数据更新。2．操作命令处理软件：包括对键盘操作、鼠标操作、画面热点操作的各种命令解释与处理。3．历史数据和实时数据的趋势曲线显示软件。4．报警信息的显示、事件信息的显示、记录与处理软件。5．历史数据的记录与存储、转储及存档软件。6．报表软件。7．系统运行日志的形成、显示、打印和存储记录软件。第14页/共23页3.4DCS的组态软件组态软件，又称组态监控软件。它是过程控制与数据采集的专用软件，在DCS系统监控层形成的软件开发平台。它具有方便灵活的组态方式，用户通过组态设计及操作能够快速构建控制系统结构，实现控制和监控功能。第15页/共23页3.4.1组态软件的概念DCS组态软件是一个便捷的应用开发平台——通常可以不关心软件程序如何编写，采用模块选择、定义、连接以及监控界面定义等的组态方法，来实现所要求的控制和显示等功能。从而完成各种针对性的控制系统工程项目的开发。组态不仅减轻了应用系统的开发工作量，而且提高了软件的应用水平，保证了系统的可靠性。第16页/共23页控制系统组态应包括以下方面：（1）系统配置组态；（2）数据库组态；（3）控制算法组态；（4）流程显示及操作画面组态；（5）报表组态；（6）编译和下装等。第17页/共23页3.4.2组态软件的功能1．实时数据库组态两部分：控制采集测点的配置组态和中间计算点的组态。

2．控制组态控制组态采用内部功能模块的软连接来实现。可以用图形或文字的方式表示他们的连接关系，各模块的内部参数可以直接输入或填表输入。３．流程画面组态DCS提供了丰富的画面显示功能，流程画面生成是DCS组态中很重要的工作。４．历史数据和报表组态DCS作为计算机控制系统具有集中的历史数据存储和管理功能。第18页/共23页3.4.3组态软件的特点（1）延续性和可扩充性：采用组态软件开发的应用程序，当现场硬件设备或系统结构以及用户需求发生改变时，不需作很多修改而能方便地完成软件的更新和升级。（2）封装性：组态软件所能完成的功能通常用一种方便用户使用的方法包装起来，用户不需掌握太多的编程语言技术，就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能。（3）通用性：根据工程实际情况，利用组态软件、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成实时数据处理、控制功能组态、数据曲线监控和网络功能的工程项目，并且不受行业限制。第19页/共23页3.4.4组态软件的发展和变化DCS和PLC厂家主动公开通信协议，加入“PC监控”的阵营。几乎所有的PLC和DCS都使用PC做为操作站。由于PC监控大大降低了系统成本，使得市场空间得到扩大，从无人值守的远程监视、数据采集与计量、数据分析到过程控制，几乎无处不用。各类智能仪表、调节器和PC设备可与组态软件构筑完整的低成本自动化系统，具有广阔的市场空间。各类嵌入式系统和现场总线的异军突起，把组态软件推到了自动化系统主力军的位置，组态软件越来越成为工业自动化系统中的灵魂。第20页/共23页1．