面向多类DCS工程师站的通用组态环境设计及实现

第1章绪论

1.1分散控制系统

分散控制系统,英文简称; DCS(Distributed Control System)。它是综合自动控制技术、计算机技术、网络技术和人机显示技术于一体的高科技产物。分散控制系统的实质是应用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理,而将对现场执行器的控制分散开来实现。它采用分布式的层次结构,反映了集中管理、分散控制的理论,实现了控制系统的功能分散、风险分散,具有通用性强、操作简单,功能完善,可靠性高的特点。分散控制系统可以很方便地用于生产过程的控制,在电力、化工、造纸、冶金等领域的过程自动化应用已经非常普及。它不但与分散的仪表控制系统不同,而且也同集中式计算机控制系统的不同。分散控制系统集中了二者的优点,能显著提高生产自动化水平、降低能耗、提高产品水平和生产率。
世界上第一套分散控制系统是1975年由美国最大的仪表控制公司Honeywell公司推出的TDC-2000(To'tal Distributed Control-2000)分散控制系统,这一系统的发布,立即引起全球工业控制界的高度评价⑴。随后,相继有几十家美国、欧洲和日本的仪表公司也推出自己的系统,如FOXBORO公司的SPECTRUM系统、Siemens公司的Teleperm M系统、Taylor公司的MOD300系统、Fisher公司的PROVOX系统、Bailey公司的Network 90系统,同时日本日立、横河、东芝和富士等也推出自己的系统。而国内的系统最早来源于国外进口,这些DCS软件经过国内使用者的消化吸收,得以在更多的领域推广,并且通过国内开发人员的改进,适应了国内的需求。同时国内的开发人员基于这些进口 DCS软件,并结合中国国情,自主开发了一系列国产DCS软件。这些软件经过不断地完善,已经趋于成熟,在DCS市场上也占有举足轻重的地位。目前国内DCS主要有:新华公司的XDPS,鲁能公司的LN2000,和利时公司的HOLLiAS系统等。
...........................

1.2组态软件

组态的概念最先出现于英文“Configuration”,意思是使用工具软件对计算机及其软件的各种资源进行配置后,可以使计算机或软件根据预先的设置,自动去执行任务,从而满足使用者的某种要求。也就是说,组态就足通过应爪软件中提供的工具和方法,完成具体任务的过程。组态软件是面向客户的组态工具,具有多样化的设置项目,功能强大且使用方式灵活。组态软件出现之初,其主要内容是实现人机接口,就足主要解决人机界面的问题。随着其快速发展,实时控制、实时数据库、通信及联网、监控与数据采集、对I/O设备的广泛支持和开放数据接口也成为组态软件的主要内容。而且随着科技的进步,组态软件还将会被不断赋予新的内容。
具体到工程师站来讲,工程师站软件主要可以分为两个部分,一部分是在线运行的,另一部分是离线状态的。在线运行的软件主要功能是对DCS的运行状态进行监视,如有异常进行报警,并可以通过工程师站的显示屏幕给出详细的异常信息。
另一部分也是最主要的部分就是离线状态的组态软件,通过组态软件,可以针对一个具体的工程应用来进行定义。比如有哪些现场变量要处理,对这个控制系统要进行什么样的控制,等等。这是整个DCS的核心部分,生产过程自动化程度的高低、控制效果的好坏、运行是否安全可靠,均取决于组态逻辑的设计和运行情况。
在通过组态定义完成组态内容后,生成一种方便阅读、检查、修改的文件格式,叫做定义文件或者叫做组态源文件,但是这种文件尚不能被DCS所执行。这些源文件还需要通过工程师站上的编译软件转换成为可被系统执行的可执行数据文件,然后再通过下装软件进行下装,这样才能完成所需要的控制和监视功能。
.........................

第2章工程师站组态工具Composer

工程师站组态工具Composer是ABB公司Symphony系统的一个集成的可视化的工程师站组态工具,Composer组态环境极大的简化了 Symphony系统的配置和维-护。本章主要介绍Composer的组态环境、组成部分和组态的操作步骤。

2.1 Composer组态环境

Composer组态环境可以提供开发和维护控制系统的所有必要功能,其中主要由交换窗口(Exchange Window)、系统架构窗口(System Architecture Window)和信息输出窗口(Output Window)这三个窗口组成。
交换窗口提供控制逻辑文件的资源库并且显示组态信息。这个窗口罗列出了一些文件夹,这些文件夹里包含着用于创建逻辑组态文件的各种组成模块,包括-些控制逻辑模板、功能码、宏、形状和图纸模板。同时还有文件夹中包含了用于创建人机显示界面的各种符号。这些文件夹主要分为两类,一类是由ABB公司提供的那些标准项目组成的系统文件火,另一类是用于存储用户自己建立的项目的用户文件夹。在交换窗口里所有需要的对象都可以通过拖放的方法来复制到控制逻辑图里,并且在不同的项目之间也可以进行剪切、复制、粘贴。
系统架构窗口的功能与微软的资源管理器相似。窗口的左侧显示了一个树状结构,代表了 Symphony系统架构,这个树结构与实际控制系统的结构直接对应。系统架构窗口有两种视图方式:文档视图和数据浏览器视图。在文档视图下,窗口右侧显示了所选的对象和与所选对象关联的所有文件。这些文件可以通过双击打开,相应的软件也会随之启动。在数据浏览器视图下,窗口右侧显示与所选对象关联的标签数据。
信息输出窗口提供了Composer所有操作的文本化的反馈信息。在默认情况下,这个窗口处于整个Composer的底端,但是可以将它拖动到窗口的任意部分。在信息输出窗口中有五个选项卡,通过这些选项卡有组织的分类,可以更容易的查询所需要的信息。在信息输出窗口中这些内容可以通过右键菜单的选项进行清空、打印和保存。
..........................

2.2 Composer控制结构

项目(Project)是Composer控制策略结构中的最高一级,通常控制了整个过程或者至少是一个过程的主要的部分一个项目的结构与实际控制系统架构是一致的,由项目来代替控制系统极大方便了对控制系统的组态。一个控制系统所需要的所有信息都包含在项目中。
控制网络(Control Network)是用來高速传递信息的通道,这些网络可以被用来将复杂的过程分为更小、史易于管理的群集。控制网络是包括所符的人机接口、Harmony控制单元和控制器的一种结构。在Composer控制结构中,控制网络在项目的下一级。
在控制网络的下一级就是上文提到的Hamiony控制中.元(Harmony ControlUnit) Harmony控制单元是包念若控制器和其它相关硬件例如I/O模块、电源等的机箱。
控制器(Controller)是Harmony控制单元的核心组成部分,位于Harmony控制单元的下一级。控制器通过控制逻辑文件的组态用来实现实际控制功能的执行。
控制逻辑文件(Control Logic Document)是形成过程控制系统的基础。这些逻辑控制文件包含了控制器对过程进行控制的功能码逻辑。当选中某一控制器的时候,这个控制器里的控制逻辑文件将显示在项目系统结构窗口的右侧。
在打开一个控制逻辑文件的时候会自动启动Composer的工程师站组态组件,这个组件可以提供编辑逻辑控制文件所需要的所有功能。在工程师站组态组件中打开的控制逻辑文件。控制逻辑文件在文件视图和数据浏览器视图两种方式下都可以打开。
在控制逻辑文件的组态过程中,需要建立和跟踪标签,标签连接着各种异常报告功能码。这些标签可以通过数据浏览器视图查看到,为了节省组态显示,这些标签存储于一个全系统的数据库。
.......................

第3章面向多种DCS工程师站的通用组态环境的设计..........12
3.  1通用组态环境概述.........................................................12
3.2通用组态环境的特点.......................................................13
3.3通用组态环境的实现方法................................................13
3. 3. 1面向对象的设计方法...................................................13
3.  3.2 C++ Builder 编程工具...............................................14
3.  4本章小结..........................................................................15
第4章面向多种DCS工程师站的通用组态环境的实现..........16
4.1通用组态平台的设计与实现.............................................16
4.1.1通用组态平台综述........................................................16
4. 1.2通用平台存储结构.......................................................18
4.1.3通用平台逻辑组态的实现..............................................26
4.2功能模块定义平台的设计与实现......................................28
4. 3数据通讯的设计与实现..................................................31
4.4木章小结..........................................................................38
................................

第4章面向多种DCS工程师站的通用组态环境的实现

前文提到,面向多种DCS工程师站的通用组态环境主要分为五个部分。本课题主要目的是设计与实现通用组态平台、功能模块定义平台和OPC客户程序这三个部分。
当用户进入通用组态环境,首先映入眼帘的主界面就是通用组态平台。用户所有的组态配置过程都要在通用组态平台中进行,通用组态平台相当于一套完整的DCS工程师站组态软件,它帮助用户设计和构造自己的组态逻辑。用户通过通用组态平台组态,生成数据库文件,通过数据转换,下装到Ovation DPU中运行。
功能模块定义平台是一个相对独立却又依附于通用组态平台的系统。功能模块定义平台可以实现的功能是按照用户的意愿,定义出个性化的模块,包括各个不同公司DCS产品中的各种模块。通过自定义模块,用户可以实现通用组态的目的。
功能模块定义平台是可以脱离通用组态平台而独立运行的,所以说它是一个相对独立的系统。而功能模块定义平台本身没有任何意义,必须与通用组态平台配合形成一个整体,才能构成整套通用组态环境,所以说它又依附于通用组态平台。
OPC客户程序的作用是与Ovation系统OPC服务器连接进行实时数据通讯。OPC客户端可以对Ovation系统控制器中正在运行的点和模块进行访问,并可以动态修改点的值以及模块的参数,从而改变组态逻辑的运行状态。因此,在通用组态环境运行过程中,通过OPC技术可以实现将用户想要的组态逻辑在Ovation系统的控制器中运行。
..........................

结论与展望

本论文的研究工作是以面向多种DCS工程师站的通用组态环境图形组态系统设计与实现为中心,以数据通讯为支撑,目前此系统已通过验收。面向多种DCS工程师站的通用组态环境S经能够仿真Symphony系统Composer组态界面(如图5-1)和XDPS工程师逻辑组态(如图5-2)。同时平台支持用户完成逻辑组态、编译、下装、运行、监视、在线修改等过程,并与真实系统相差无几。
本课题所作的面向多种DCS工程师站的通用组态环境具有以下特点:
1.系统结构设计合理、扩展性强。
2.逻辑组态画面逼真。
3.图元定义工具灵活方便。
4.由于采用了    OPC数据通讯技术,大大提高了数据通讯处理能力。
由于国内外各种DCS产品繁多,DCS工程师站组态环境又不尽相同,涉及到的算法逻辑复杂,所以本系统需要不断扩展和完善。具体工作可以从以下角度开展:深入研究市场主流DCS系统工程师站组态画面,争取实现更多DCS系统工程师站的模拟组态;深入研究各品牌DCS系统功能模块特点和组态各,在逻辑组态的实现上扩充和丰富,从而使面向多种DCS工程师站的通用组态环境具有更加广泛的应用。
作为实现面向多种DCS工程师站的通用组态环境的核心环节,本章主要设计与实现通用组态平台、功能模块定义平台和OPC客户程序这三个部分。通用组态平台是用户用來定义和实现组态逻辑的窗口,功能模块定义平台用户按照自己的意愿定义所需要的功能模块,OPC客户程序的目的是实现面向多种DCS工祝师站的通用组态环境与Ovation系统DPU的数据交换,最终达到通用组态坏境可以逻辑组态、下装运行和数据监视的效果。
总之, 发而向多种DCS工程师站的通用扣态环境具有广泛的实际应用意义和良好的应用前景。

参考文献（略）