基于中央控制計算機的儀表DCS系統(tǒng)的的原理及應(yīng)用分析

一、 自動化儀表的應(yīng)用現(xiàn)狀

自動化儀表技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)是應(yīng)用比較成熟的技術(shù)，而其產(chǎn)品也種類繁多， 類別也比較齊全。諸如溫度控制表、PID表、流量積算儀、電工儀表等各種自儀表產(chǎn)品在化工、窯爐、試驗箱、水處理等各個行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。

儀表廠家考慮到儀表產(chǎn)品向中央控制系統(tǒng)系統(tǒng)集中的必要性，一般都會給儀表配上485通訊接口，這樣，只要客戶有需要，就可以通過485總線將位于現(xiàn)場的自動化儀表與中央控制計算機聯(lián)通起來，這樣，中央控制計算機就可以通過組態(tài)軟件將485總線上的所有儀表都串起來，對他們進行實時組態(tài)。這種模式如下圖所示：

這種基于中央控制計算機的儀表DCS系統(tǒng)有下列特點：

1、 組網(wǎng)靈活；

2、 可以兼容不同廠家、不同類別的二次儀表；

3、 需要針對每個系統(tǒng)制作具體的組態(tài)工程；

4、 由于3的原因，需要現(xiàn)場調(diào)試，調(diào)試步驟繁瑣；

5、 他可靠程度取決于工控機、組態(tài)軟件、操作系統(tǒng)三者可靠性的疊加；

6、 該方案的費用組成：中央控制計算機的購置費用+組態(tài)軟件授權(quán)費用+操作系統(tǒng)授權(quán)費用+組態(tài)工程開發(fā)費用+現(xiàn)場調(diào)試費用。

二、 嵌入式儀表DCS系統(tǒng)的構(gòu)成

對于基于中央控制計算機的儀表DCS系統(tǒng)，他缺點是方案費用高，現(xiàn)場調(diào)試繁瑣。

而本文所介紹的儀表DCS系統(tǒng)是一種全新的技術(shù)架構(gòu)，這種儀表DCS系統(tǒng)不但具備了前者所有的優(yōu)點，而且還彌補了它的缺點，該系統(tǒng)在使用時基本上不需要制作組態(tài)工程，在現(xiàn)場按照規(guī)定接線即可使用，大大省去了制作組態(tài)和現(xiàn)場調(diào)試的時間，此外，與前面的方案比較，費用要低廉許多。

2、1 硬件構(gòu)成

? 采用ARM系列32位高性能嵌入式CPU

? 內(nèi)存32M，F(xiàn)LASH 32M

? 集成以太網(wǎng)、串口、CF卡插槽、打印口等外圍接口

? TFT真彩色液晶顯示屏

? 四線電阻式高性能觸摸屏

這種以嵌入式CPU為平臺的儀表DCS系統(tǒng)，其技術(shù)特點是：

1、 可靠性高，嵌入式系統(tǒng)由于省去了很多工控機不必要的外設(shè)與接口，使得其可靠性大大提高；

2、 能耗低，這種系統(tǒng)得能耗在8W左右，具有極低的能耗；

3、 成本低廉，相對工控機而言，嵌入式系統(tǒng)有其他系統(tǒng)無法比擬的成本優(yōu)勢。

2、2 軟件系統(tǒng)構(gòu)成

? 采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)級多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)

? 集成TCP/IP協(xié)議棧、串口打印口驅(qū)動、文件系統(tǒng)

? 自主知識產(chǎn)權(quán)的嵌入式組態(tài)技術(shù)

? 自主知識產(chǎn)權(quán)的組態(tài)開發(fā)環(huán)境

? 集成國內(nèi)外主要自動化儀表廠商儀表的協(xié)議

從上圖可以看出，這個軟件系統(tǒng)是相當輕量級的，與工控機的OS相比，該系統(tǒng)具備下列特點：

1、 OS結(jié)構(gòu)簡單、層次較少且清晰分明；

2、 OS的運行效率高；

3、 不需要客戶另外為OS付授權(quán)費用。

三、 嵌入式儀表DCS系統(tǒng)的組態(tài)運行系統(tǒng)

嵌入式儀表DCS系統(tǒng)組態(tài)運行系統(tǒng)采用了典型的多任務(wù)系統(tǒng)的模式，使得DCS和儀表進行串口通信的情況下，具有更高的通信效率。

該系統(tǒng)的組態(tài)是內(nèi)置的，不需要客戶另外付費使用，為客戶節(jié)省了成本。

組態(tài)運行環(huán)境的技術(shù)框架如下圖所示：

組態(tài)運行環(huán)境的主要技術(shù)特點：

? 內(nèi)置專門用于自動化儀表的標準組態(tài)工程

? 可以將儀表的設(shè)定值和測量值記錄于CF卡中

? 智能識別485總線上的儀表型號

? 根據(jù)識別結(jié)果調(diào)用相應(yīng)的儀表參數(shù)設(shè)置界面進行參數(shù)設(shè)置

? 可以根據(jù)設(shè)定條件查詢記錄數(shù)據(jù)

? 內(nèi)置報警機制，完成報警數(shù)據(jù)的記錄

這個組態(tài)運行環(huán)境包括了下列模塊：

數(shù)據(jù)記錄模塊：數(shù)據(jù)記錄模塊用來記錄485總線上各個儀表的實時測量值，并將數(shù)據(jù)保存在CF卡中；儀表參數(shù)設(shè)置模塊：動態(tài)識別485總線上每個站號的儀表型號，并根據(jù)識別結(jié)果調(diào)用相應(yīng)的儀表參數(shù)設(shè)置界面，用戶可以對儀表的參數(shù)進行設(shè)置。

歷史曲線模塊：根據(jù)記錄在CF卡中的數(shù)據(jù)，描繪成曲線圖的形式顯示出來。

實時曲線模塊：以曲線形式動態(tài)顯示485總線上的各儀表的測量值與設(shè)定值。

報表生成模塊：根據(jù)記錄在CF卡中數(shù)據(jù)和用戶設(shè)定的查詢范圍，生成記錄報表顯示出來。

打印模塊：可以根據(jù)用戶需要打印出相應(yīng)的報表或曲線。

流程圖模塊：以圖形方式顯示儀表DCS系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)與在系統(tǒng)中的位置。

數(shù)據(jù)上傳模塊：可以將記錄數(shù)據(jù)以CSV的格式上傳至PC機，PC機可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，或者通過EXCEL進行綜合處理等。

此外，為了快速地為儀表廠家定制基于他們產(chǎn)品的嵌入式儀表DCS系統(tǒng)，維控公司還提供了儀表DCS組態(tài)的二次開發(fā)環(huán)境LEVIStudio，利用LEVIStudio可以為各自儀表廠家快速定制適合于他們產(chǎn)品的儀表DCS系統(tǒng)。

綜合上述各種因素，嵌入式儀表DCS系統(tǒng)與工控機的方案比較如下表：

四、 應(yīng)用案例：基于Y公司儀表產(chǎn)品的儀表DCS系統(tǒng)

Y公司是國內(nèi)著名的儀表廠商之一，其儀表及相關(guān)產(chǎn)品遠銷海內(nèi)外，其生產(chǎn)的儀表由于性能穩(wěn)定，服務(wù)快捷周全而深受客戶歡迎。

LEVIStudio是為Y公司進行儀表DCS系統(tǒng)定制的主要工具，由于其“所見即所得”的開發(fā)特性，很快就完成了相關(guān)的定制工作。

Y公司儀表DCS系統(tǒng)的主要功能如下：

圖［6］ 實時數(shù)據(jù)畫面

智能檢測儀表是否在線，“無定義”表示儀表不在線

顯示儀表的PV值

點擊進入各個通道的儀表畫面

若有報警，將以紅色顯示

圖［7］ 實時曲線畫面

智能識別儀表的型號

顯示該儀表的PV、SV、MV等關(guān)鍵數(shù)據(jù)

繪制PV的實時曲線圖

圖［8］ 數(shù)據(jù)棒圖

棒圖顯示PV值

如果報警將以紅色顯示

圖［9］ 實時多條曲線

將各個通道的PV曲線顯示于一個畫面之中；

可以動態(tài)改變曲線的比例

隱藏或者顯示某條曲線

圖［10］ 現(xiàn)場控制流程圖

以流程圖的方式顯示各個儀表的運行狀態(tài)

簡化對工藝流程，讓其更容易理解

圖［11］ 儀表參數(shù)的設(shè)置

自動識別HMI掛接的儀表

對已識別的儀表調(diào)用相應(yīng)得儀表參數(shù)設(shè)置畫面

同步修改儀表的任何運行參數(shù)

圖［12］ 數(shù)據(jù)報表畫面

以報表形式查詢HMI中CF卡的數(shù)據(jù)

支持滾動條拖動顯示數(shù)據(jù)

可以改變查詢時間

可以將查詢結(jié)果上傳至上位機

圖［13］ 總體界面布局

Windows風(fēng)格的開始菜單

一鍵到位的功能導(dǎo)航

翻頁功能

密碼保護確保數(shù)據(jù)修改的權(quán)限與安全

五、 綜述

由于該嵌入式儀表DCS系統(tǒng)功能齊全，性能可靠，運行穩(wěn)定，所以給Y公司帶來豐厚的經(jīng)濟效益與社會效益：

1、 豐富Y公司的產(chǎn)品線，使得Y公司的儀表產(chǎn)品用戶多了一個更加廉價且更加可靠的方案選擇；

2、 極大減少了產(chǎn)品的現(xiàn)場調(diào)試時間，提高了公司銷售人員和售后支持人員的效率；

3、 由于該儀表DCS系統(tǒng)，使得客戶節(jié)省了更多的成本與時間，不需要再去維護現(xiàn)場的工控機。