第4章,集散控制系統的軟件結構,現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，以及所需要的現場I/O處理； 操作員站的軟件主要執行操作人員所發出的各個命令、圖形與畫面的顯示、報警的處理、對現場各種檢測數據的集中處理等； 工程師站的軟件主要完成系統的組態功能和系統運行期間的狀態監視功能。,軟件分為系統軟件和應用軟件兩大部分。 其中系統軟件包括：計算機操作系統、數據庫、組態軟件和各種高級語言； 應用軟件包括：輸入輸出信號模塊、控制模塊、邏輯控制模塊、通信模塊、報警處理模塊、數據處理模塊或數據庫、顯示模塊、打印模塊等。,4.1 DCS現場控制站的軟件 4.2 DCS操作員站的軟件 4.3 DCS工程師站的軟件,4.1 DCS現場控制站的軟件,1. 實時數據庫 實時數據庫是整個現場控制站軟件系統的中心環節。 主要任務：將各部分信息（狀態、控制、數據）從一個執行模塊傳到另一個執行模塊，將各通道采集來的數據，以及網絡上傳給現場控制站的數據存在實時數據庫中。別的模塊需要數據時，直接從實時數據庫中獲得，運算的中間結果也存入實時數據庫中；另一個作用是實現數據共享。,2. 功能模塊分類 (1)輸入輸出功能模塊：模擬量、數字量、脈沖量三大類。 (2)控制算法模塊: P、I、D、前饋、三位、二位開關、smith預估補償等。 (3)運算類模塊：數學、邏輯、運算、順控功能 (4)信號發生器類功能模塊：產生階躍、斜坡、正弦、方波、非線性信號。 (5)轉換類功能模塊：對信號整形延時輸出另一相應信號 (6)信號選擇和狀態類功能模塊：信號的多路切換、高低限以及報警狀態。,(1). 輸入輸出模塊 輸入與輸出類模塊： 按信號的類型：模擬量、數字量、脈沖量 輸入功能塊：預處理（數字濾波、線性化、開方處理、工程單位轉換、報警界限比較、超限報警、事故報警信號故障報警） 輸出功能塊：自動切換、手動信號輸出、控制方式選擇、輸出信號限值比較、超限報警及手自動切換時的跟蹤處理,(2). 控制算法模塊 常規控制算法和高級控制算法 P、I、D及其組合、改進 超前滯后控制算法 開關(邏輯)控制算法 自整定PID控制算法 純滯后的Smith預估控制算法 預測控制算法,(3). 運算類模塊 代數運算 信號選擇 數據選擇 數據限制 報警檢查 計算公式 傳遞函數模塊等,4.2 DCS操作員站的軟件,操作員站的軟件運行于系統人-機界面工作站、服務器等設備，它主要實現數據采集和事件分析處理、信息存儲和管理、二次計算、人機界面監視、遠程控制操作及其他的應用功能。 軟件包括：實時多任務操作系統，面向過程的編程語言，工具軟件，與顯示和管理相關的功能模塊等。,1 操作系統,操作系統是一組程序的集合，它用來控制計算機系統中的用戶程序的執行次序，為用戶程序與系統硬件提供接口軟件，并允許這些程序之間交換信息。 （1）操作系統的基本組成 命令解釋程序、系統核心、I/O設備驅動軟件 （2）操作系統的功能軟件 操作系統提供的功能軟件與它的應用領域和所應用的計算機系統有關。,2 面向過程語言,（1）FORTRAN語言 廣泛應用于科學計算，是第一個高級編程語言。 （2）BASIC語言 廣泛應用于科學和工程計算的面向問題的編程語言。 （3）PASCAL語言 為教學和開發新的編譯器的需要。 （4）C語言 實時應用領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 系統總貌顯示、分組顯示功能、回路顯示、詳細顯示、報警顯示、趨勢顯示、系統狀態顯示 自定義顯示 生產流程模擬顯示、批控制流程圖 （2）輸出打印功能 操作信息打印、系統狀態信息打印、生產記錄和統計報表的打印。,概貌顯示畫面,儀表面板顯示畫面,趨勢曲線顯示畫面,報警顯示畫面,故障診斷畫面,調整畫面,4.3 DCS工程師站的軟件,工程師站的功能：進行組態，建立DCS系統、控制系統和人機界面。 操作員站的人機界面首先在工程師站上組態生成，然后下載到操作員站運行。當DCS系統正常運行并達到操作控制目標后，工程師站的功能更多是實現操作員站的各種顯示和操作功能，除非在需要修改系統時，才會重新應用工程師站的組態功能。 DCS的組態功能是影響一個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功能。但不同DCS組態方法均不相同。,組態及組態軟件的概念 “組態”的概念最早來自英文configuration，含義是使用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置，達到使計算機或軟件按照預先設置，自動執行待定任務，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，進行參數填寫、圖形連接和文件生成等，使得軟件乃至整個系統具有某種指定的功能。,組態二次開發監控組態軟件 開發商事先開發好一套具有一定通用性的軟件開發平臺，生產若干種規格的硬件模塊（如I/O模塊、通信模塊、控制模塊），然后，再根據用戶的要求在軟件平臺上進行二次開發以及硬件模塊的連接。這種軟件的二次開發工作就稱為“組態”，相應的軟件開發平臺就稱為“監控組態軟件”，簡稱“組態軟件”。 “組態”一詞既可以用做名詞也可以用做動詞。,二次開發人員根據具體的系統要求，建立模塊（創建對象）然后定義參數（對象屬性），最后生成可供運行的應用程序。 組態實際上是生成一系列可以直接運行的程序代碼，這些程序代碼可以在用于組態的計算機上直接運行，也可以下裝到其他的計算機上。 組態可以分為離線組態和在線組態兩種。,1 軟件,工程師站主要功能：組態、繪圖和編程。除系統軟件外，應用軟件分為組態軟件、繪圖軟件和編程軟件。 （1）組態軟件 分為系統組態和應用組態，相應的有系統組態軟件和應用組態軟件。 系統組態軟件包括建立網絡、定義設備、定義系統信息和分配系統功能。 應用組態軟件用來建立功能模塊，并將其構成控制回路，從而實現各種控制功能。 應用組態方式可分為：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準圖素。圖形和實時數據配合使用來模擬實際的物理裝置、測控點和控制回路，再配置聲光音響效果、工業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)和通用的高級語言，如BASIC、Fortran和C的編程，實現一些特殊的控制算法。,2 控制功能組態,幾乎所有DCS都配置了十分齊全的控制功能，并以獨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在現場控制站的EPROM中。要實現一個具體的應用控制，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構，并用合適的參數值初始化任務控制模塊，才能實現一個具體的控制回路。,（1） 控制功能算法 功能塊是一種預先編好程序的軟件模塊，用戶確定它的參數，并且通過組態將其連接在一起。 每個功能塊完成一種或幾種基本的控制功能，如PID控制、開方運算、乘除運算等。 功能塊的描述方法一般歸納為以下幾個要點： * 矩形框表達一個功能塊； * 功能塊的輸入、輸出信號用有向線段來表示； * 矩形框內的符號代表功能塊所實現的功能。,功能塊的應用實例,一個采用常規儀表組成的流量控制系統，由變送器、執行器、開方器、調節器、操作儀表等設備組成。如果采用DCS的基本控制單元來實現流量控制，則只需要選用適當的功能塊，通過組態把它們連接在一起即可。,（2）控制回路組態,利用某種方法將適當的控制算