工程师工作站与组态软件课件

第8章 工程师工作站与组态软件,概述 系统组态的一般概念 控制系统的组态 运行员操作站的组态 组态的在线调整 EWS在系统运行过程中的使用,§1 概述,工程师工作站Engineering Work Station(EWS)是DCS中用于系统设计的工作站。 它的主要功能是为系统设计工程师提供各种设计工具，使工程师利用它们来组合，调用DCS的各种资源。,一、工程师站在DCS中的作用,DCS与其他的工业产品不同，不是安装之后就直接使用的。DCS为我们提供了各种控制、监视过程的设备，或者说能力。 EWS的作用是通过设计将这些设备组织起来，联系起来，使所有的功能都发挥出来。因此，EWS是针对DCS的应用工程师而设计的。通常EWS是用来为DCS赋予实际工作任务的工作站。一般来说，EWS在功能、运行环境、使用方法等方面都充分考虑了工程设计工作的特点，使它相当于DCS中的一个设计中心。,1、用EWS做系统组态设计,（1）系统硬件构成的总体设计 DCS中使用的所有硬件设备，它们之间的电气、通信上的联系，逻辑上的关系等设计，都可以在EWS上完成。设计者在EWS上可以很方便地把它们调用出来，组成系统。 所谓组成系统就是画出它们之间的联系图、接线图。用EWS设计这些系统，应该像搭积木一样方便，而不必借助其他别的画图软件，如AutoCAD。因为EWS是在组合现成的设备。通过这样的设计结果，使DCS的使用者能够一目了然地了解DCS的总体布置情况。图1表示了DCS的一幅总貌图。,图1 DCS总貌图,（2）系统的硬件设计 硬件设计的结果是安装、组装和接线所用的工程图纸。这通常包括过程控制单元中的模件布置、电源分配、现场I/O的连接方法、屏蔽与接地等方面的设计，使用EWS应可以很方便地根据DCS的设计规范和过程控制的具体要求设计出这些接线图、配置图。,（3）控制逻辑设计 控制逻辑的设计过程是根据DCS中给出的控制元件（算法，或称功能码）组成控制方案的过程。简单来说，它包括采集现场信号的设计、控制运算、决策的设计、控制输出的设计、通信与传递信号的设计、系统诊断与处理方面的设计等。这方面的功能设计可以包括很多内容。,（4）人机接口站组态设计 这部分设计是根据运行、维护等日常由运行员完成的任务，通过DCS的运行员站所提供的功能，设计并组成一个监控系统的过程。大体包括画面设计、报警设计、数据库设计、记录设计、帮助指导设计等。与过程控制的组态不同的是，人机接口的组态的逻辑性不那么强，某幅画面中的设备画得大一引起、小一些并不影响过程的安全，因此这部分设计常常得不到习惯于逻辑思维的控制工程师的重视，然而事实上这部分设计是不能忽略的，从信息的组织方法这个意义上说，人机接口系统设计得好坏，体现了设计者是否了解自己的DCS，是否了解过程。,（5）文件组态 这部分组态指的是为使DCS正常运行而编制的各种说明指导性文件。DCS应是自我完善的，DCS的安装、使用、应用方法，故障处理方法都应该在DCS中提供，根据问题性质的不同，或者在人机接口站上提供，或者在工程师工作站上提供，而不应让使用者再“离线”查阅资料。,（6）系统运行之后的维护管理基本方法 用户在使用DCS的过程中会发现很多问题，有些是DCS的问题报告，有些是对DCS改进的设想，有些是对设计更改的要求，这些问题都是围绕DCS发生的，应通过DCS本身提供的手段来记录维护这些信息的方法，而不是把这些信息“入另册”。因此，DCS的组态任务中应包括一套管理这些信息的系统，虽然在DCS的设计过程中这些问题可能尚未发生，但如果有了这样一种信息结构，对运行过程中的维护是很有用的，有些DCS系统已能够自动产生一些硬件方面的问题报告。,2、系统调试与设计更改,由于EWS的设计中心的地位，所以在DCS的系统调试与设计更改过程中，EWS发挥了最重要的作用。调试过程中，可通过EWS来确认控制组态是否执行得正确，这需要在线运行EWS，以实时监视过程中的动态数据，发现问题后，修改组态。这些工作不是在其他人机接口上可以完成的，要在EWS上完成。虽然在运行员接口上可以看到一些问题，但是，对组态的调整应在一个点进行，在工程师站上完成。在下载了人机接口的组态之后，如果有问题，也要在EWS上修改。所以在调试过程中，EWS显得最“忙”，这时尤其要注意的是EWS上的文件的管理。,3、运行记录,EWS的另一项作用是在调试结束之后，系统进入正常运行时，对某些特殊的过程参数做记录。 这些特殊的参数包括：一些操作员并不关心而对系统的控制效果很重要的参数，尤其是一些控制回路之间相关联的变量的耦合程度；系统运行过程中DCS的负荷参数、通信负荷率、运算负荷率等。这些参数一方面对控制系统的整定很有必要，同时，它们又还是在较短期的调试过程中可以看得出来的，需要用相对长一些的时间来观察，所以在EWS上监视这些参数很有必要。在运行员人机接口上监视当然也可以，但是，作为系统的设计者，要注意把这些用于控制或系统分析的信息与运行员日常处理的信息分开，以避免这两种不同类型的工作相互干扰，同时由于这些参数往往是不易确定的、灵活的，所以，在EWS上由工程师来监视比在运行员操作站上监视要方便得多。再有，EWS上对数据做分析的软件比运行员接口站的软件要丰富一些，用这些软件对控制系统做分析会更有效。,4、文件整理,EWS既然作为设计中心而存在，那么，EWS上的文件对于DCS来说就非常重要了。同时，按照前面提到的DCS应“自我完善”的概念，EWS也应作为向用户提供DCS全部设计文件与系统说明文件的中心。实际上，如果EWSS管理得好，利用得有效的话，它还应提供系统调试、运行、管理过程中相关的全部文件，使得与DCS相关的文件都可以在EWS上找到。这样会促使我们把有关的问题与DCS的设计、应用联系起来，也便于获得解决问题的信息。目前很多人把这些工作放到EWS之外，也就是DCS之外去解决，使问题的解决过程与问题本身在两套系统上进行，这不是一种高效率的方法。,图2 EWS的作用,二、工程师站的组成,图3 工程师站的组成,PC机硬件及操作系统。一台完整的PC机是工程师站的基本设备，有的工程师站是用“工作站”式的PC，有的工程师站采用服务器-客户机结构，这显然是一种趋势，因为经更适合于多个设计者共享一个项目的资源。 工程设计软件。各DCS都有自己进行工程组态的软件，它们只适用于自己的系统。 其他辅助性能用软件，如办公软件、数据库软件等,三、工程师站在DCS中所处的地位,DCS的特点是分散控制，而且 从可靠性的角度考虑，在DCS的网络中往往不设计成某节点的重要性高于其他节点，只是不同类型的节点完成不同类型的工作。因此，从硬件上或者从通信的逻辑关系上，EWS并不比其他节点高级。而EWS的任务是系统设计，且系统运行是运行时并不要求EWS必须在线，似乎EWS对运行不很重要。但从设计上看，过程控制站和人机接口上的控制与运行方案，都是来自EWS的，在实时控制过程中，一般不能规定EWS有更高的控制与运行方案，都 是来自EWS的，在实时控制过程中，一般不能规定EWS有更高的控制优先级，因为设计工程师的任务是设计，而运行员的责任是运行整个过程，设计人员没有权力越过运行人员去操作现场的设备。一些控制工程师常常出于调整系统的愿望与责任感 ，有EWS上做修改，甚至越过运行员，在EWS上操作设备，这是非常不可取的。并不是因为他们的想法有错，而是因为他们忽视了统一指挥对象的重要性，就像控制回路的切换扰动一样，从不同的地方控制一个过程常常带来对过程的扰动。,§2 系统组态的一般概念,一、系统配置的设计 1、根据控制应用的要求提出对DCS的要求,控制应用的要求可以有很多方面，有些与DCS 有关，有些与DCS关系不大，在提出控制要求的过程中，一方面应用工程师要善于用DCS的表达方式来描述问题；另一方面，DCS工程师也要从控制应用出发去思考问题。比如说，为了确定DCS中的I/O模件的种类与数量，DCS工程师希望知道每一个控制柜里所包含的I/O种类与数量，而要确定这一点，就要对应用要求有细致的分析；而反过来为了能提出这个要求，应用工程师要对DCS模件的能力有所了解，以决定系统如何 划分才更合理，要把这个过程当做设计过程来看待，而不是简单地“你提要求，我配置”。,控制应用的要求：,（1）工艺过程的划分。根据工艺过程的物理位置，确定DCS的控制站的分布。 （2）I/O点的要求。根据每个子系统的I/O种类与数量，裕量要求及今后可能进行的扩充，确定每个子系统所需要的I/O数量与类型。 （3）控制处理器的要求。提出每个子系统的控制方面的大致要求，在这上阶段，这些要求不应以DCS的控制处理器的数量来表达，而应以控制回路数、重要程度、设备数量、其他控制任务数量的形式来表达，因为选择多少处理器，什么样的处理对于各种DCS来说是不一样的。 （4）人机接口数量的要求。根据工艺过程覆盖面的大小、运行的要求确定运行员的数目，进而确定运行员站的数目。 （5）其他方面的要求。如工程师站的数量、打印机、SOE设备、远程I/O等。,2、根据对DCS的要求选择DCS的设备,选择什么样的DCS设备去完成应用的要求不仅仅是一个技术问题，还要考虑商业方面的问题，无论作为DCS供货商还是用户都要寻求一种最理想的配置方案，只是在追求这个最佳方案时，双方采取的准则不尽相同。 这个过程同样应看做一个设计过程，EWS应在其中发挥作用，有些DCS中配有这样的软件，可以自动地从应用要求中产生DCS的设备清单，然后由人工根据某种原则做适当调整。,3、根据DCS设备进行系统组成的设计,所谓系统组成的设计是指对系统硬件连接的设计，它不是设计控制逻辑而是画出系统的配置或硬接线图。由于系统中采用的绝大部分设备都是DCS的设备，所以它们之间的联系图应由EWS来生成。这时系统组态的概念是指硬件配置，目前很多DCS的这部分工作不是通过EWS本身的软件完成，而是通过另外的绘图完成的。 组态任务包括以下几方面：,系统中各主要设备的通信网络图，图上要表明设备的物理位置、逻辑地址、名称、连线方式等信息。 DCS设备的组装图，表明设备的安装、组装方法。 电气电缆、信号的处理、接地、屏蔽、配电的处理。 特殊接线或外部设备的组装方法。 上述组态图纸的详细程序应能够使系统组装，安装人员根据图纸将DCS组装起来，这是硬件配置的根本任务。工程师站应借助DCS的组态软件完成这些设计。,二、过程控制的组态,过程控制组态是根据控制要求将DCS中的控制算法组合起来，形成完整的控制方案的过程。通常是，设计人员在了解了控制要求之后，在EWS上将DCS中的算法块逐一调出来，连好线或填好数据表格以明确它们之间的关系，就组成了一个个的可以在DCS中执行的控制方案,三、人机接口功能的设计,人机接口功能的设计是指对人机接口上的全部功能组合应用的设计。 如，在人机接口上建立数据库以采集过程控制站的过程变量：设计人机接口上的画面和画面之间的关系，从哪幅画面可以调用哪幅画面；怎样来管理所有报警；怎样产生记录等工作。这些设计的结果通常不是图纸，而是一幅幅的工艺画面或各种形式的数据库，这些数据库表明了人机接口处理过程变量时的方式。,四、系统组态与其他 设计方法的区别,DCS的组态是一个设计过程，因此，它具有设计过程的一般特点，如一致性、完整性、完备性等。但它与通常的机械设计、电气设计、工艺设计相比，又有它特殊的地方，如画图的要求不高、计算机的要求不高等。归纳起来，DCS的设计有以下特点。,1、DCS的组态是组合DCS中的元素,完善的DCS组态软件应提供DCS本身设计的全部元素。如，各种算法的表示方法、设备图纸，甚至是大量的典型工艺设备的图形与符号。这样，设计人员的主要任务是把这些元素组织起来，无论是控制方面的设计还是画面方面的设计。这意味着DCS的设计资源是相对有限、针对性很强的。不像其他的设计那样有很大的灵活性与通用性。当然DCS提供了开发、设计新的元素的能力，这样的功能越完善，越能使设计工程将精力集中在设计方法上，而不是画具体的图形上。