DCS及现场总线技术 第3章.ppt

DCS及现场总线技术第第3 3章章 DCSDCS软件体系及功能软件体系及功能本章介绍的主要内容： 3.1 DCS3.1 DCS的软件体系的软件体系3.2 DCS3.2 DCS的控制层软件的控制层软件3.3 DCS3.3 DCS的监控层软件的监控层软件3.4 DCS3.4 DCS的组态软件的组态软件3.1 DCS的软件体系l lDCSDCS软件分系统软件和应用软件两大部分：软件分系统软件和应用软件两大部分：l lDCSDCS系统软件由实时多任务操作系统、面向过程的编系统软件由实时多任务操作系统、面向过程的编 程语言和工具软件等程语言和工具软件等3 3个主要部分组成个主要部分组成l lDCSDCS应用软件主要由控制层软件、监控层软件、组态应用软件主要由控制层软件、监控层软件、组态 软件和通信软件组成软件和通信软件组成l l本章只介绍本章只介绍DCSDCS的应用软件，通信软件本书第的应用软件，通信软件本书第5 5章介章介 绍 DCS软件体系结构图如下图所示： DCS 软 件系统控制层应用软件系统软件应用软件1.输入/输出、报警 检测 2.实时数据库 3.连续过程控制 4.顺序控制通信软件组态软件监控层 应用软件1.过程画面显示、操 作和管理 2. 日志管理、历史 数据存储 3.报表打印 4.人机接口l控制层软件是运行在现场控制站的软件。

l监控层软件是运行于操作员站或工程师站上的 软件l组态软件的功能室完成系统的控制层软件和监 控层软件的功能组态组态就是“搭积木”的意思3.2 DCS的控制层软件lDCS控制层软件指运行于现场控制站中软件可分为执行代码 部分和数据部分：1、执行代码：如数据采集、输入输出和有关控制软件都固化在 现场控制站的EPROM中l执行代码分周期性和随机性两部分l周期性代码：数据采集、转换处理、越限检查、控制算法、网 络通信和状态检测等，这部分是由硬件时钟定时激活的l随机执行部分：系统故障信号处理、事件顺序信号处理和实时 网络数据的接收等，是由硬件中断激活的2、实时数据部分存放在RAM中，在系统复位或开机时，这些 数据的初始值从网络上装入3.2.1控制层软件的功能l控制层软件主要完成PID 回路控制、逻辑控制、顺序 控制和混合控制等多种类型的控制功能，而控制运算 数据必须首先经过现场设备连接的I/O通道处理 lDCS控制层软件还要完成一些辅助功能，如控制器和重 要I/O 模块的冗余功能、网络通信功能及自诊断功能 等其功能流程见教材图3-2所示 控制层软件功能流程简图：数据采集现场信号数据处理数据运算I/O输出执行机构3.2.2控制层软件的组成l1．现场I/O驱动软件主要完成I/O 模件驱动，完成过程量输入/输出，采集现场数据，输出处 理后的控制信号数据。

l2．输入数据预处理软件主要完成如滤波处理、除去不良数据、工程量转换、统一计量单位等工 作，以便用真实地数字值还原现场值，为下步计算做准备l3．实时采集现场数据并存储在本地数据库中的软件主要完成将原始数据参与控制计算，或将原始数据通过计算处理成为中 间变量，并参与控制计算及存储l4．完成组态功能的控制软件 按照组态好的控制程序进行控制计算，根据控制算法、检测数据和相关 参数进行计算，得到实施控制量3.2.3控制编程语言lIEC 61131-3国际标准编程语言包括图形化编程语言 和文本化编程语言图形化编程语言包括：l梯形图（Ladder Diagram，LD）l功能块图（Function Block Diagram，FBD）l顺序功能图（Sequential Function chart，SFC）文本化编程语言包括：l指令表（Instruction List，IL）l结构化文本（Structured Text，ST）典型的五种编程语言简介l1．结构化文本语言l结构化文本（ST）是一种高级的文本语言，与PASCAL语言很相似l2．指令表lIEC 61131-3 的指令表（IL）语言是一种低级语言，与汇编语言很相似。

l3．功能块图l功能块图（FBD）是一种图形化的控制编程语言，它通过调用函数和功能块 来实现编程功能块用矩形块来表示，每一功能块的左侧有不少于一个的 输入端，在右侧有不少于一个的输出端)l4．梯形图l梯形图（LD）是IEC61131-3标准中逻辑控制常用的图形化编程语言l5．顺序功能流程图l顺序功能流程图（SFC）是IEC 61131-3标准中逻辑控制常用的图形化语言 中的一种3.3 DCS的监控层软件lDCS监督控制层软件指运行于操作员工作站、工 程师工作站、服务器等节点中的软件，它提供人 机界面监视、远程控制操作、数据采集、信息存 储和管理的应用功能lDCS 监督控制层集中了全部工艺过程的实时数据 和历史数据这些数据除了提供给DCS的操作员 监视外，还应该满足外部应用需要——全厂调度 管理，材料成本核算等，3.3.1监控层软件的功能lDCS监控层软件包括人机操作界面、实时数据管理、历史数据管理、报警监视、日志管理、事故追忆 及事件顺序记录等功能l分布式服务器结构中，各种功能可分散在不同的服 务器中，也可集中在同一台服务器中，组织灵活方 便、功能分散，可提高系统的可靠性l监控层软件也由组态工具组态而成。

3.3.2监控层软件的组成l l1 1．图形处理软件：显示工艺流程和动态工艺参数，由组态生．图形处理软件：显示工艺流程和动态工艺参数，由组态生 成并且按周期进行数据更新成并且按周期进行数据更新l l2 2．操作命令处理软件：包括对键盘操作、鼠标操作、画面热．操作命令处理软件：包括对键盘操作、鼠标操作、画面热 点操作的各种命令解释与处理点操作的各种命令解释与处理l l3 3．历史数据和实时数据的趋势曲线显示软件．历史数据和实时数据的趋势曲线显示软件l l4 4．报警信息的显示、事件信息的显示、记录与处理软件．报警信息的显示、事件信息的显示、记录与处理软件l l5 5．历史数据的记录与存储、转储及存档软件．历史数据的记录与存储、转储及存档软件l l6 6．报表软件．报表软件l l7 7．系统运行日志的形成、显示、打印和存储记录软件．系统运行日志的形成、显示、打印和存储记录软件3.4 DCS的组态软件l组态软件，又称组态监控软件它是过程控制与 数据采集的专用软件，在DCS系统监控层形成的软件开发平台l它具有方便灵活的组态方式，用户通过组态设计 及操作能够快速构建控制系统结构，实现控制和 监控功能。

3.4.1组态软件的概念lDCS组态软件是一个便捷的应用开发平台——通常可以不关心软件程序如何编写，采用模块 选择、定义、连接以及监控界面定义等的组态 方法，来实现所要求的控制和显示等功能从 而完成各种针对性的控制系统工程项目的开发 l组态不仅减轻了应用系统的开发工作量，而且提高了软件的应用水平，保证了系统的可靠性控制系统组态应包括以下方面： l（1） 系统配置组态；l（2） 数据库组态；l（3） 控制算法组态；l（4） 流程显示及操作画面组态；l（5） 报表组态；l（6） 编译和下装等3.4.2组态软件的功能l1．实时数据库组态实时数据库的组态一般分为两部分：控制采集测点的配置 组态和中间计算点的组态l 2．控制组态控制组态采用内部功能模块的软连接来实现可以用图形 或文字的方式表示他们的连接关系，各模块的内部参数可 以直接输入或填表输入 l３．流程画面组态DCS提供了丰富的画面显示功能，流程画面生成是DCS 组态中很重要的工作l４．历史数据和报表组态DCS作为计算机控制系统具有集中的历史数据存储和管理 功能 3.4.3组态软件的特点l（1）延续性和可扩充性：采用组态软件开发的应用程序， 当现场硬件设备或系统结构以及用户需求发生改变时，不需 作很多修改而能方便地完成软件的更新和升级。

l（2）封装性：组态软件所能完成的功能通常用一种方便用 户使用的方法包装起来，用户不需掌握太多的编程语言技术 ，就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能 l（3）通用性：根据工程实际情况，利用组态软件、开放式 的数据库和画面制作工具，就能完成实时数据处理、控制功 能组态、数据曲线监控和网络功能的工程项目，并且不受行 业限制 3.4.4组态软件的发展和变化lDCS和PLC厂家主动公开通信协议，加入“PC监控”的阵营 几乎所有的PLC和DCS都使用PC做为操作站l由于PC监控大大降低了系统成本，使得市场空间得到扩大 ，从无人值守的远程监视、数据采集与计量、数据分析到 过程控制，几乎无处不用l各类智能仪表、调节器和PC设备可与组态软件构筑完整的 低成本自动化系统，具有广阔的市场空间l各类嵌入式系统和现场总线的异军突起，把组态软件推到 了自动化系统主力军的位置，组态软件越来越成为工业自 动化系统中的灵魂 1． 组态软件的发展 l 组态软件是在信息化社会的大背景下，随着 工业IT技术的不断发展而诞生和发展起来的 l1）组态软件的通用化l2）组态软件的集成化和定制化l3）组态软件功能的纵向延伸l4）组态软件应用的横向拓展2．组态软件的变化l1）组态软件产品的变化l2）组态软件应用环境的变化l3）组态软件产业的发展谢谢。