第五章-工程師工作站和組態(tài)軟件課件

1、第五章工程師工作站分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)課件 工程工作站 (EWS) 是DCS中用于系統(tǒng)設(shè)計的工作站，它的主要功能是為系統(tǒng)設(shè)計工程師提供各種設(shè)計工具，使工程師利用它們來組合、調(diào)用DCS的各種資源。工程師工作站系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計系統(tǒng)調(diào)試與設(shè)計更改運行記錄文件管理工程師工作站的作用工程師工作站的作用系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計系統(tǒng)硬件構(gòu)成的總體設(shè)計DCS中使用的所有硬件設(shè)備，它們之間的電氣、通信上的聯(lián)系，邏輯上的關(guān)系等設(shè)計，都可以在EWS上完成。工程師工作站的作用系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計系統(tǒng)硬件構(gòu)成的總體設(shè)計工程師工作站的作用系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計系統(tǒng)的硬件設(shè)計硬件設(shè)計的結(jié)果是安裝、接線和組裝所用的工程圖紙。這通常包括過程控制單元中

2、的模件布置、電源分配、現(xiàn)場I/O的連接方法、屏蔽與接地等方面的設(shè)計，使用EWS應(yīng)可以很方便地根據(jù)DCS的設(shè)計規(guī)范和過程控制的具體要求設(shè)計出這些接線圖、配置圖。工程師工作站的作用系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計控制邏輯設(shè)計控制邏輯的設(shè)計過程是根據(jù)DCS中給出的控制元件（算法，或稱功能塊）組成控制方案的過程。簡單說來，它包括采集現(xiàn)場信號的設(shè)計、控制運算、決策的設(shè)計、控制輸出的設(shè)計、通信與傳遞信號的設(shè)計、系統(tǒng)診斷與處理方面的設(shè)計等。這方面的功能設(shè)計可以包括很多內(nèi)容。工程師工作站的作用系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計運行員站組態(tài)設(shè)計包括畫面設(shè)計、報警設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、記錄設(shè)計、幫助指導(dǎo)設(shè)計等。與過程控制的組態(tài)不同的是，運行員站的組態(tài)的邏輯性

3、不那么強，因此這部分設(shè)計常常得不到控制工程師的重視，然而事實上這部分設(shè)計是不能忽視的，從信息的組織方法這個意義上說，運行員站系統(tǒng)設(shè)計得好壞，體現(xiàn)了設(shè)計者是否了解自己的DCS，是否了解過程。工程師工作站的作用系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計文件組態(tài)這部分組態(tài)指的是為使DCS正常運行而編制的各種說明指導(dǎo)性文件。DCS應(yīng)是自我完善的，DCS的安裝、使用、應(yīng)用方法，故障處理方法都應(yīng)該在DCS中提供，根據(jù)問題性質(zhì)的不同，或者在人機接口站上提供，或者在工程師工作站上提供，而不應(yīng)讓使用者再“離線”查閱資料。工程師工作站的作用系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計系統(tǒng)運行之后的維護管理用戶在使用DCS的過程中會發(fā)現(xiàn)很多問題，有些是DCS的問題報告，有些是

4、對DCS改進的設(shè)想，有些是對設(shè)計更改的要求，這些問題都是圍繞DCS發(fā)生的，應(yīng)通過DCS本身提供的手段來記錄維護這些信息。DCS的組態(tài)任務(wù)中應(yīng)包括設(shè)計一套管理這些信息的系統(tǒng)，雖然在DCS的設(shè)計過程中這些問題可能尚未發(fā)生，但如果有了這樣的一種信息結(jié)構(gòu)，對運行過程中的維護是很有用的。工程師工作站的作用系統(tǒng)調(diào)試與設(shè)計更改EWS作為DCS的設(shè)計中心，在系統(tǒng)調(diào)試與設(shè)計更改過程中，EWS發(fā)揮最重要的作用。調(diào)試過程中，可通過EWS來確認(rèn)控制組態(tài)是否執(zhí)行得正確，這需要在線運行EWS，以實時監(jiān)視過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題后，修改組態(tài)。工程師工作站的作用系統(tǒng)調(diào)試與設(shè)計更改雖然在運行員站上可以看到一些問題，但是，對組

5、態(tài)的調(diào)整應(yīng)在一個點進行，應(yīng)在工程師站上完成。在下載了運行員站的組態(tài)之后，如果有問題，也要在EWS上修改。所以在調(diào)試過程中，EWS顯得最“忙”，這時尤其要注意的是EWS上的文件的管理。工程師工作站的作用運行記錄EWS的另一項作用是在調(diào)試結(jié)束之后，系統(tǒng)進入正常運行時，對某些特殊的過程參數(shù)做記錄。這些特殊的參數(shù)包括:一些操作員并不關(guān)心而對系統(tǒng)的控制效果很重要的參數(shù)，尤其是一些控制回路之間相交聯(lián)的變量的耦合程度;系統(tǒng)運行過程中DCS的負(fù)荷參數(shù)、通信負(fù)荷率、運算負(fù)荷率等。工程師工作站的作用運行記錄這些參數(shù)一方面對控制系統(tǒng)的整定很有必要，同時，它們又不是在較短期的調(diào)試過程中可以看得出來的，需要用相對長一些

6、的時間來觀察，所以在EWS上監(jiān)視這些參數(shù)很有必要。工程師工作站的作用文件整理EWS既然作為設(shè)計中心而存在，那么，EWS上的文件對于DCS來說就非常重要了。同時，按照前面提到的DCS應(yīng)“自我完善”的概念，EWS也應(yīng)作為向用戶提供DCS全部設(shè)計文件與系統(tǒng)說明文件的中心。實際上，如果EWS管理得好，利用得有效的話，它還應(yīng)提供系統(tǒng)調(diào)試、運行、管理過程中相關(guān)的全部文件，使得與DCS相關(guān)的文件都可以在EWS上找到。這樣會促使我們把有關(guān)的問題與DCS的設(shè)計、應(yīng)用聯(lián)系起來，也便于獲得解決問題的信息。工程師工作站的組成工程師站由以下部分組成:PC機硬件及操作系統(tǒng)一臺完整的PC機是工程師站的基本設(shè)備，有的工程師站

7、是用“工作站”式的PC，有的工程師站采用服務(wù)器-客戶機結(jié)構(gòu)。工程設(shè)計軟件各DCS都有自己進行工程組態(tài)的軟件，它們只適用于自己的系統(tǒng)。其他輔助性通用軟件如辦公軟件、數(shù)據(jù)庫軟件等。工程師工作站的地位從硬件上或者說從通信的邏輯關(guān)系上，EWS并不比其他節(jié)點高級。從設(shè)計上看，過程控制站和運行員站上的控制與運行方案，都是來自EWS的，在實時控制過程中，一般不能規(guī)定EWS有更高的控制優(yōu)先級，因為設(shè)計工程師的任務(wù)是設(shè)計，而運行員的責(zé)任是運行整個過程，設(shè)計人員沒有權(quán)力越過運行人員去操作現(xiàn)場的設(shè)備。工程師工作站的地位一些控制工程師常常出于調(diào)整系統(tǒng)的愿望與責(zé)任感，在EWS上做修改，甚至越過運行員，在EWS上操作設(shè)備

8、，這是非常不可取的。并不是因為他們的想法有錯，而是因為他們忽視了統(tǒng)一指揮對象的重要性。就像控制回路中的切換擾動一樣，從不同的地方控制一個過程常常帶來對過程的擾動。系統(tǒng)組態(tài)的一般概念系統(tǒng)配置的設(shè)計根據(jù)控制應(yīng)用要求提出對DCS本身的要求工藝過程的劃分。根據(jù)工藝過程的物理位置，確定DCS的控制站的分布。I/O點的要求根據(jù)每個子系統(tǒng)的I/O種類與數(shù)量，裕量要求及今后可能進行的擴充，確定每個子系統(tǒng)所需要的I/O數(shù)量與類型。系統(tǒng)組態(tài)的一般概念系統(tǒng)配置的設(shè)計根據(jù)控制應(yīng)用要求提出對DCS本身的要求控制處理器的要求提出每個子系統(tǒng)的控制方面的大致要求，在這個階段，這些要求不應(yīng)以DCS的控制處理器的數(shù)量來表達，而應(yīng)

9、以控制回路數(shù)、重要程度、設(shè)備數(shù)量、其他控制任務(wù)數(shù)量的形式來表達，因為選擇多少處理器，什么樣的處理對于各種DCS來說是不一樣的。系統(tǒng)組態(tài)的一般概念系統(tǒng)配置的設(shè)計根據(jù)控制應(yīng)用要求提出對DCS本身的要求人機接口數(shù)量根據(jù)工藝過程覆蓋面的大小、運行的要求確定運行員的數(shù)目，進而確定運行員站的數(shù)目。其它方面如工程師站的數(shù)量、打印機、SOE設(shè)備、遠程I/O等。系統(tǒng)組態(tài)的一般概念系統(tǒng)配置的設(shè)計根據(jù)對DCS的要求選擇DCS設(shè)備選擇什么樣的DCS設(shè)備去完成應(yīng)用的要求不僅僅是一個技術(shù)問題，還要考慮商業(yè)方面的問題，無論作為DCS供貨商還是用戶都要尋求一種最理想的配置方案，只是在追求這個最佳方案時，雙方采取的準(zhǔn)則不盡相同

10、。這個過程同樣應(yīng)看作是一個設(shè)計過程，EWS應(yīng)在其中發(fā)揮作用，有些DCS中配有這樣的軟件，可以自動地從應(yīng)用要求中產(chǎn)生DCS的設(shè)備清單，然后由人工根據(jù)某種原則做適當(dāng)調(diào)整。系統(tǒng)組態(tài)的一般概念系統(tǒng)配置的設(shè)計根據(jù)DCS設(shè)備進行系統(tǒng)組成的設(shè)計所謂系統(tǒng)組成的設(shè)計是指對系統(tǒng)硬件連接的設(shè)計，它不是設(shè)計控制邏輯而是畫出系統(tǒng)的配置或硬接線圖。由于系統(tǒng)中采用的絕大部分設(shè)備都是DCS的設(shè)備，所以它們之間的聯(lián)系圖應(yīng)由EWS來生成。這時系統(tǒng)組態(tài)的概念是指硬件配置，目前很多DCS的這部分工作不是通過EWS本身的軟件完成，而是通過另外的繪圖軟件完成的。系統(tǒng)組態(tài)的一般概念系統(tǒng)配置的設(shè)計根據(jù)DCS設(shè)備進行系統(tǒng)組成的設(shè)計這里的組態(tài)任

11、務(wù)包括以下方面。系統(tǒng)中各主要設(shè)備的通信網(wǎng)絡(luò)圖，圖上要表明設(shè)備的物理位置、邏輯地址、名稱、連線方式等信息。DCS設(shè)備的組裝圖，表明設(shè)備的安裝、組裝方法。電氣電纜、信號的處理，接地、屏蔽、配電的處理。特殊接線或外部設(shè)備的組裝方法。系統(tǒng)組態(tài)的一般概念系統(tǒng)配置的設(shè)計根據(jù)DCS設(shè)備進行系統(tǒng)組成的設(shè)計上述組態(tài)圖紙的詳細(xì)程度應(yīng)能夠使系統(tǒng)組裝，安裝人員根據(jù)圖紙將DCS組裝起來，這是硬件配置的根本任務(wù)。工程師站應(yīng)借助DCS的組態(tài)軟件完成這些設(shè)計。系統(tǒng)組態(tài)的一般概念過程控制的組態(tài)過程控制組態(tài)是根據(jù)控制要求將DCS中的控制算法組合起來，形成完整的控制方案的過程。通常是，設(shè)計人員在了解了控制要求之后，在EWS上將DC

12、S中的功能塊逐一調(diào)出來，連好線或填好數(shù)據(jù)表格以明確它們之間的關(guān)系，就組成了一個個的可以在DCS中執(zhí)行的控制方案。系統(tǒng)組態(tài)的一般概念運行員站功能的設(shè)計運行員站功能的設(shè)計是指對運行員站上的全部功能組合應(yīng)用的設(shè)計。在運行員站上建立數(shù)據(jù)庫以采集過程控制站中的變量數(shù)據(jù)；設(shè)計運行員站上的畫面和畫面之間的關(guān)系，從那幅畫面可以調(diào)用那幅畫面；怎樣管理所有的報警；怎樣產(chǎn)生記錄等工作。系統(tǒng)組態(tài)的一般概念運行員站功能的設(shè)計這些設(shè)計的結(jié)果通常不是圖紙，而是一幅幅工業(yè)畫面或各種形式的數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫表明了運行員站處理過程變量時的方式。系統(tǒng)組態(tài)的一般概念系統(tǒng)組態(tài)與其他設(shè)計方法的區(qū)別DCS的組態(tài)是組合DCS中的元素完善的D

13、CS組態(tài)軟件應(yīng)提供DCS本身設(shè)計的全部元素。DCS組態(tài)的邏輯性DCS中的邏輯性表現(xiàn)在控制不同事件的時間與配合關(guān)系上。這里的控制既包括針對過程的控制，也包括運行員接口處理過程事件的控制。系統(tǒng)組態(tài)的一般概念系統(tǒng)組態(tài)與其他設(shè)計方法的區(qū)別DCS組態(tài)的多樣性硬件設(shè)計主要是畫連線圖要求準(zhǔn)確、清晰、全面，使別人可以據(jù)此組裝系統(tǒng)，不涉及控制邏輯本身控制邏輯設(shè)計要求了解工藝過程，了解控制的一般原理，有邏輯設(shè)計的能力，在畫圖方面幾乎沒什么要求。系統(tǒng)組態(tài)的一般概念系統(tǒng)組態(tài)與其他設(shè)計方法的區(qū)別DCS組態(tài)的多樣性畫面設(shè)計要求深入了解工藝過程，要決定什么樣的工藝過程畫到畫面上，什么不畫，如何畫；要了解畫面設(shè)計的一般規(guī)律，

14、如顏色對人的影響，人們判斷事物重要性的習(xí)慣等。數(shù)據(jù)庫相關(guān)的設(shè)計要求了解計算機處理數(shù)據(jù)的特點、方法，使用類似數(shù)據(jù)庫管理的軟件。系統(tǒng)組態(tài)的一般概念系統(tǒng)組態(tài)與其他設(shè)計方法的區(qū)別DCS組態(tài)的多樣性文件管理一定程度上熟悉計算機的文件管理方法，組織文件。 要求設(shè)計工程師全面掌握這些知識，有些是屬于技巧，是不容易熟練的，而只有完全掌握了這些內(nèi)容，才能充分發(fā)揮DCS的作用?？刂葡到y(tǒng)的組態(tài)控制系統(tǒng)組態(tài)的范圍系統(tǒng)配置的組態(tài)系統(tǒng)硬件的組態(tài)?？刂扑惴ǖ慕M態(tài)?？刂婆c通信接口方面的組態(tài)。 控制系統(tǒng)的組態(tài)控制系統(tǒng)組態(tài)的范圍 通過這些組態(tài)設(shè)計，首先確定了DCS中所用到的具體的系統(tǒng)硬件，并定義了它們之間的連線，即在硬件方面全面

15、定義了控制系統(tǒng)； 其次確定了系統(tǒng)與外部的聯(lián)系方式，無論是通信的還是硬接線的，使進出系統(tǒng)的信號有了明確的意義； 第三個方面是確定了控制邏輯，控制方案，按照這樣的設(shè)計，使用者就可以把過程控制站中以產(chǎn)品形式表示的模件組成一個完成指定功能的系統(tǒng)了控制系統(tǒng)的組態(tài)EWS上的基本元素表示模件外觀的符號。表示模件接線的符號與圖紙。表示算法的符號。表示組態(tài)約定的符號 控制系統(tǒng)的組態(tài)EWS上的基本元素控制系統(tǒng)的組態(tài)EWS提供的組態(tài)手段EWS作為組態(tài)的工具為設(shè)計者提供了豐富的組態(tài)手段，概況說來包括以下幾個方面：項目管理工程畫圖資源使用在線調(diào)試幫助指導(dǎo)控制系統(tǒng)的組態(tài)EWS提供的組態(tài)手段控制系統(tǒng)的組態(tài)用EWS組態(tài)的設(shè)計

16、過程首先，要確定EWS資源的使用原則，特別是當(dāng)多個工程師針對一個項目甚至多個項目同時進行組態(tài)設(shè)計時更是如此。第二，根據(jù)應(yīng)用要求確定系統(tǒng)的組成，并設(shè)計主要的硬件圖紙。第三，控制功能的組態(tài)。第四，組態(tài)的編譯修改。第五，在線調(diào)試?？刂葡到y(tǒng)的組態(tài)組態(tài)過程的管理組態(tài)過程的管理是一個設(shè)計管理問題。除了組態(tài)的正確性以外，組態(tài)圖的一致性是管理的重要內(nèi)容之一。在EWS中要規(guī)定一般性資源的來源，如來自哪個目錄、由誰負(fù)責(zé)更新等。有些EWS提供了一些一致性的檢查工具，如標(biāo)簽形式的一致性、圖框的一致性、傳遞信號的一致性等。在這種情況下，應(yīng)該在設(shè)計步驟中明確使用這種一致性檢查之后的標(biāo)識，通過了一致性檢查，組態(tài)才算編譯成功

17、，才可以下載?？刂葡到y(tǒng)的組態(tài)組態(tài)過程的管理組態(tài)過程的管理是一個設(shè)計管理問題。除了組態(tài)的正確性以外，組態(tài)圖的一致性是管理的重要內(nèi)容之一。為了使一致性得到貫徹，應(yīng)盡量使用EWS中自動化的組態(tài)工具，如自動賦標(biāo)簽、自動填寫圖紙之間傳遞的信號標(biāo)識等。這種功能的使用要盡量在整個項目的范圍內(nèi)進行，而不是只分別在子系統(tǒng)內(nèi)進行，盡管從完成控制運算的角度上說，組態(tài)形式的不一致并不一定是組態(tài)錯誤，但是有些不一致所造成的以后在時間和精力上的浪費都是不能容忍的?？刂葡到y(tǒng)的組態(tài)組態(tài)過程的管理過程管理的另一方面是組態(tài)圖的維護問題，這里主要是指組態(tài)圖的版本控制。EWS提供了標(biāo)識、控制版本的工具。比如，編譯的時候可以選擇針對哪

18、個版本進行編譯。由于設(shè)計是由多個人員進行的，因此，統(tǒng)一的版本控制原則對最終使用圖紙的用戶來說很重要。圖紙的版本不是以圖紙文件存盤的時間來表示的，要充分利用EWS提供的功能去控制版本，使用戶隨時都了解當(dāng)前使用的圖紙狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)的組態(tài)工程師站為控制回路組態(tài)提供的工具這類工具往往包括組態(tài)過程的控制、典型的組態(tài)設(shè)計、調(diào)試的統(tǒng)一工具等幾個方面。組態(tài)過程工具是為了加快組態(tài)設(shè)計而提供的。通常是編輯方面的工具，如拷貝、剪切、粘貼、移動等。典型的設(shè)計則根據(jù)系統(tǒng)的不同而有很大差異，一個功能碼或控制算法就是一個典型的設(shè)計。調(diào)試工具是根據(jù)在線調(diào)試的要求而設(shè)計的，把通常的調(diào)試操作以批處理的形式組成，用一個命令就可以完

19、成很多任務(wù)。運行員操作站的組態(tài)運行員站的設(shè)計范圍運行員站硬件設(shè)計設(shè)計運行員站的布置形式，固定方式、電源連線，與外部系統(tǒng)的通信線的連接，鍵盤、鼠標(biāo)、打印機等所有外部設(shè)備的連接，使用戶可以完全按圖紙組裝成運行員站，而不會產(chǎn)生差錯。運行員站系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計系統(tǒng)參數(shù)是指為了使運行員站運行在適當(dāng)?shù)姆绞交蚰Ｊ较旅鎽?yīng)設(shè)置的參數(shù)。運行員操作站的組態(tài)運行員站的設(shè)計范圍運行員站數(shù)據(jù)庫運行員站在過程與人之間的接口工作是通過數(shù)據(jù)庫的傳遞、轉(zhuǎn)換、緩存而實現(xiàn)的。過程數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)庫中，運行員站上顯示的信息來自數(shù)據(jù)庫。因此，數(shù)據(jù)庫的完善程度在一定意義上反映了運行員站能力的大小。運行員站應(yīng)用設(shè)計如畫面設(shè)計、報警設(shè)計、記錄設(shè)計等。運行員操作站的組態(tài)組態(tài)的手段數(shù)據(jù)庫的設(shè)計主要是填表格，這其中通常可以使用類似數(shù)據(jù)庫操作的很多指令或手段，如自動填數(shù)據(jù)、排序、查找、拷貝、移動、粘貼等。畫面設(shè)計是做圖及動態(tài)項調(diào)用設(shè)計。運行員操作站的組態(tài)組態(tài)設(shè)計的過程運行環(huán)境的定義畫面顏色、形式布局、調(diào)用方式都應(yīng)在設(shè)計之前定義清楚。這些方面設(shè)計的不一致會導(dǎo)致很多潛在的錯誤，顏色上的不一致則會出更大的問題。因此，在開始設(shè)計之前，定義好所有的系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)、形式是設(shè)計的第一步。數(shù)據(jù)庫定義數(shù)