集散控制系统与现场总线技术-2008-4-软件.ppt

1、集散控制系统与现场总线技术,孙进生sunjinsheng2009.3,第4章DCS的软件结构,DCS的功能、体系结构和组成硬件的设计目标是实现分散控制和集中管理，这一方面需要利用通信网络将各类设备连接起来，另一方面需要功能强大、性能可靠的软件模块和系统的支持，最终组成管控一体化的测控系统。,第4章DCS的软件结构,DCS的软件采用模块化结构，为用户提供界面友好且使用简单的开发环境分为几大部分（和硬件结构相对应）：现场控制站软件操作员站软件工程师站软件,第4章DCS的软件结构,DCS的软件体系包括两大部分：系统软件和应用软件（与软件功能相对应）应用软件包括：过程控制软件、通信管理软件、组态软件及

2、诊断软件等系统软件指通用的、面向计算机的软件，如实时多任务操作系统软件等,第4章DCS的软件结构,4.1现场控制站软件4.2操作员站软件4.3工程师站软件4.4典型示例PCS7的软件系统,4.1现场控制站软件,现场控制站软件指运行于现场控制站的控制器中的软件现场控制站软件的功能：数据采集、控制运算、决策输出网络通信自诊断I/O模块的冗余,4.1现场控制站软件,现场控制站软件是专用的，一般不包括操作系统，或只使用简单的实时多任务操作系统分为可执行代码和数据部分可执行代码分为：周期性执行和随机执行部分，前者由硬件时钟定时激活，后者由硬件中断方式激活,4.1现场控制站软件,现场控制站软件采用模块化结

3、构，可分为以下几个部分：数据库输入/输出模块控制模块运算模块,4.1现场控制站软件,数据库现场控制站的数据库不采用商用数据库，如Oracle、Sybase、SQLServer等，而是采用实时数据库实时数据库注重数据访问的实时性，建立在内存中，容量较小，结构简单，多数为二维表格方式,4.1现场控制站软件,数据库的主要任务将各部分的信息（包括状态、控制、数据）从一个执行模块传到另一个执行模块，数据可以从实时数据库读取，不必直接访问硬件设备数据共享功能：某个点数据输入并转换处理后存入数据库，控制、运算模块需要该数据只需在数据库中获取,4.1现场控制站软件,输入/输出模块与硬件相对应，包括：模拟量输入

4、模块模拟量输出模块开关量输入模块开关量输出模块,4.1现场控制站软件,模拟量输入模块AI模块功能数字滤波数据处理采样周期选择量程转换,4.1现场控制站软件,模拟量输入模块的功能模拟（硬件）滤波：为了抑制来自传感器、变送器的干扰信号，在硬件上通常加入RC滤波器数字滤波采用某种计算方法对输入信号进行数学处理，以减小干扰信号在有用信号中的比重，提高信号的真实性数字滤波的优点：不增加硬件设备、稳定性高、参数修改方便，可重复多回路使用常用滤波算法：平均值、中值、限幅等,4.1现场控制站软件,模拟量输入模块的功能数据处理信号转换线性变换、流量信号的采集转换、热电偶插值运算等,4.1现场控制站软件,模拟量输

5、入模块的功能采样周期的选择香农采样定理信号采样频率应恰当,4.1现场控制站软件,模拟量输入模块的功能量程转换将模拟量（4-20mA）转换为对应的数字量，如0-65536，再变换为实际的工程量，如0-1000M3/h、0-5KPa、0-200A等,4.1现场控制站软件,模拟量输出模块AO模块功能输出执行驱动变量，常用4-20mA、1-5V信号,4.1现场控制站软件,开关量输入模块开关量输出模块,4.1现场控制站软件,控制模块包括：连续控制模块逻辑控制模块顺序控制模块,4.1现场控制站软件,连续控制模块PID调节模块DCS、PLC的基本配置以PID控制为核心，可构成单回路、串级、前馈、比值、纯滞后

6、补偿等多种控制回路可实现理想PID、积分分离PID、不完全微分PID、带死区PID等多种算法,4.1现场控制站软件,逻辑控制模块用于控制设备的启/停、联锁保护等输入输出为开或关、On或Off、1或0使用逻辑运算：与、或、非、异或、定时器、触发器、计数器等编程（组态）方法：梯形图、逻辑图、逻辑指令表,4.1现场控制站软件,逻辑控制模块基本的逻辑元素和运算1/0：开/停、开/关、闭合/断开等3种基本逻辑运算：AND、OR、NOR，能产生多种组合关系,4.1现场控制站软件,逻辑控制模块定时器和计数器移位寄存器,4.1现场控制站软件,顺序控制模块顺序控制的功能各工序的控制、与其他工序的同步等联锁保护、

7、紧急停车、阀门的动作等控制设备切换、安全互锁等步进电机控制与连续控制结合，实现组合控制功能,4.1现场控制站软件,顺序控制模块顺序控制的实现方法顺序表法：日立、横河产品；梯形图法：西门子产品；程序式法：Honeywell、Rosemount产品（SequenceOrientedProcedureLanguage）,4.1现场控制站软件,运算模块包括：代数运算信号选择数据选择超前-滞后补偿其他DDC算法,4.2操作员站软件,运行于HMI、服务器等设备中功能：数据采集和分析处理、信息存储管理、二次计算、人机界面监视、过程控制操作等显示形式：丰富多彩、图文并茂、形象直观的动态画面包括：实时多任务操作

8、系统、面向过程的编程语言、工具软件等,4.2操作员站软件,操作员站的显示画面系统总貌显示分组（按工艺流程或车间）显示控制回路显示采集信息详细显示报警、事件显示历史、实时趋势显示系统状态显示,4.3工程师站软件,工程师站的功能：组态、绘图、编程组态系统组态和应用组态系统组态：建立网络、定义设备、定义系统信息、分配系统功能，将物理的DCS系统构成逻辑的DCS系统，便于管理和维护应用组态：建立各种功能模块并构成控制回路，实现要求的控制功能,4.3工程师站软件,工程师站的功能：组态、绘图、编程绘图绘制操作画面操作画面：工艺流程图、操作面板、控制回路等绘图软件有各种图库可供调用,4.3工程师站软件,工程师站的功能：组态、绘图、编程编程实现先进控制算法提供专用控制语言（CL）和通用算法语言，如Basic、C等，实现用户开发的控制算法或顺序控制,4.4典型示例-PCS7软件,PCS