DCS系统自定义描述型变量的扩展应用
点击数：41612012-10-29 09:39:32 来源: 江苏万迅仪表有限公司---官方主页
新闻摘要:集散控制系统（DCS）是计算机、自动控制系统及网络时代的产物。它基于控制分散、危险分散、操作和管理集中的设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式，适应现代化生产和企业管理要求。
DCS系统自定义描述型变量的扩展应用
集散控制系统（DCS）是计算机、自动控制系统及网络时代的产物。它基于控制分散、危险分散、操作和管理集中的设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式，适应现代化生产和企业管理要求。由于DCS 融入了最新的现场总线、嵌入式软件、先进控制、CRT以及网络技术等，使得DCS系统能够整体解决小至一台大型设备（锅炉）、大至一个现代化工厂整个生产过程的全方位控制。
1 问题提出
WX-300x系统的物理位号是指通过现场变送器把计算机可以识别的数字信号（电压、电流、开关量、脉冲量信号等）通过I/O端子接入DCS卡件，再通过SBUS总线实现主控制卡－数据转发卡－I/O卡件之间的信息交换。
工业控制系统中，除了需要记录、控制一些可测量的如压力、流量、液位、阀门开度等参数外，还经常有一些无法通过实际测量但仍需要自动显示、记录的信息，如操作人员姓名、轮船的泊位号、电机的各种工作状态、产品的批次、产品的种类与型号等。另外在一个连续生产过程的现场控制系统中，操作人员往往还需要根据提示或反映目前生产状况所必要的信息显示才能做出正确的操作。上述各种信息都是实际的物理位号所无法提供的，因而此类实际测量不到的信号就需要通过自定义变量来加以解决。
在组态环境下的自定义变量虽然是内部变量，但它不同于一般程序中的局域变量或全局变量。它可以被流程图中的数据位号所引用。是一个“虚拟的物理位号”。实际应用中，开发人员可以通过自定义变量来解决那些没有实际物理位号，但又需要引入监控画面或报表等系统的内部位置。
WX-300X系统在处理这一类变量时，采取了这样的办法：在控制站主机的内存中开辟了一个数据交换区，该数据区内存编址则由操作站与控制站间的共同协议，操作站与控制站的内部数据交换即通过该区域完成。
开发人员在自定义控制算法中如果需要引用这样的内部变量，就需要为这些变量进行定义。WX-300X系统中，每个控制站支持4096个自定义1字节变量、2048个2字节变量、512个4字节变量以及256个8字节变量。在组态的同时，需要对存放地址、位号、注释、修改权限、单位等进行必要的设置。
在2字节变量的数据类型中，提供了一种描述型变量。描述型变量可以在数据设置中写入字符串，允许使用汉字，字符串长度为30个字节。运行时用字符串代替串前的整数序号来代替字符串的内容。本文主要介绍几个工程的程序开发中自定义2字节描述型变量的扩展应用的实例。
2 工程应用
2.1 控制步序显示
在很多连续或间歇式生产过程的控制系统中，要求在监控状态下，通过监控画面提示一些必要的信息，便于操作人员了解生产现状。
某化工企业生产脂肪胺，整个生产分为4个工段，工艺流程为：脂肪酸 
脂肪腈 
腈蒸馏 
脂肪胺 
胺蒸馏。整个生产过程的控制是一个符合一定要求的顺序控制(SFC)。由于生产过程连续、原料和产品易燃易爆、反应机理复杂，主反应中还伴有副反应，因此控制系统的设计必须考虑到整个生产过程中如何确保整套设备的安全运行。为此，根据工艺要求，生产过程的每一步都需要人工参与以确定是否继续执行。在监控画面中应实时显示生产过程的现状、便于操作人员在人工参与时决定下一步的操作，只有条件具备才能继续，否则就等待或作其它处理。由于人工的参与，虽然提高了安全性，但控制方案变得复杂了，控制过程自动化程度也相应降低了。下面以脂肪胺工段控制为例说明生产步序显示的实现。
定义“自定义2字节变量S 
CUE 3”为描述型变量，用以表示脂肪胺工段的20步生产步序。描述型变量默认状态为0，为防止误显示生产步序，0不予设置。描述型变量设置对话框如图1所示。在定义时，顺序设置所需显示的生产步序。因受软件功能的限制，描述内容的条目应少于31。图1为该变量在组态环境下的设置过程。
图 1 自定义2字节描述型变量的设置
步序的设置与显示原则如下：
① 在变量组态时，对于需要提示的步序按顺序设置；
② 在流程图中引入需要显示步序变量“ 
；
③ 为保证显示正常，在控制算法中，要求设置显示的条件唯一；
④ 在没有到达下一步序之前仍显示当前的步序；
⑤ 操作人员不可修改显示的步序；
⑥ 人工控制时，可屏蔽相应的步序显示。
有了步序的显示，操作人员只要根据当前的提示即可知道目前的生产状态。例如在控制算法中，当给“ 
赋值为“1”时，则表示目前生产处于“初始化检测”的字样，操作人员一目了然。图2是生产进行到第13步“自动控制反应”时在Advan Trol 中的步序显示。
图2 生产步序显示画面 图3操作显示画面
2.2 监控画面中电机或泵的状态显示
表1 电机命令输出与运行状态表
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状态序号 0 1 2 3 4 |
|
输出命令 运行 停止 运行 停止 热继动作 状态反馈 运行 停止 停止 运行 停止 命令与状态关系 一致 一致 不一致 不一致 不一致 |
表1所示的是一台电机或泵可能出现的各种输出命令与实际运行状态。实际运行中正确显示以上五种状态有2种方法：一是使用颜色表示，而是使用文字表示。由于同一设备需要显示的状态较多，在一个监控画面下如果电机或泵的数量较多时，使用不同的颜色显示电机或泵的实际状态，多操作人员来说就不敏感了，有时甚至会遗漏某些重要的信息。相对而言文字表示则更直观一些，通过描述型变量可以区分以上各种状态，只要给每一种设定一个唯一的条件，即可通过字符串（汉字）正确显示电机或泵的实际运行状态。下面是某化学股份有限公司“1.2万吨脂肪酸酰胺生产过程的DCS控制系统”描述型变量在泵状态显示中应用。
为显示某泵的各种运行状态，定义“自定义2字节变量P 
1”为描述型变量。该描述型变量设置如下：
①条件：命令运行（DO=ON），状态运行（DI=ON），P 
；显示“正常运行”；
②条件：命令停止（DO=OFF），状态停止（DI=OFF），P 
；显示“正常停止”；
③条件：命令运行（DO=ON），状态停止（DI=OFF），P 
；显示“运行异常”；
④条件：命令停止（DO=ON），状态运行（DI=OFF），P 
；显示“停止异常”；
⑤条件：热继动作（FR=OFF），状态停止（DI=OFF），P 
；显示“热继动作”。
在流程图画面的提示框中引入变量 
TAG（“P 
”.PV），即可在监控画面中准确显示该泵的实际状态。这样操作人员可以根据提示及时知道泵的状态。
2.3 报表中操作人员的操作记录
在工业控制系统中，班组工作报表是一种十分重要并且常用的数据记录手段。它可以用来记录重要的系统数据和现场数据。有些场合甚至要求记录操作人员的一些重要操作，以供工作技术人员的一些重要操作，以供工程技术人员进行系统检查或工艺、事故的追忆分析。
某化工有限公司的“码头罐区物料储罐DCS监控系统”，主要用作液体化工原料储罐监控系统，其中包括储罐的物料液位、重量、温度、氮封压力等的实时显示与报表记录。报表中的主要内容是进出料开始/结束的时间、进出料前后的液位、重量、运输损耗等的记录和计算值，同时要求有月进出料总量、运输储存损耗及进料的泊位和操作人员工号等记录，具体要求如表2所示。
表2 码头罐区物料储罐数据统计月报表
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进料开始 |
进料结束 |
进料统计 |
泊位 |
操作员工号 |
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时间 液位 重量 |
时间 液位 重量 |
进料量 运输损耗 月进料总量 |
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…… …… …… …… …… …… …… …… …… |
…… …… …… …… …… …… …… …… …… |
…… …… …… …… …… …… …… …… …… |
…… …… …… |
…… …… …… |
表中其它各量均为常规记录，不再赘述。这里主要介绍泊位和操作员工号的记录。
上表是一张月报表，要求自动记录每次进料时的泊位，以及根据泵的开关状态自动记录进行进料操作的工作人员姓名。泊位和操作人员姓名均为字符串（汉字），受报表制作软件SCForm功能所限，在报表中自动引入这些字符串目前尚无法实现。变通的方法是对于泊位记录相应的泊位号，对于操作人员姓名记录操作人员的工号。
泊位号与操作人员工号定义、使用方法相同，以操作人员工号定义与使用说明如下：
定义“自定义2字节变量O 
”为描述型变量，用以表示操作人员工号，设置如下：
① O 
＝0，空；
② O 
＝1，杨涛；
③ O 
＝2，李民生；
………………
⑾ O 
＝10，张聪。
该操作班组共有10名操作人员，由于描述型变量默认状态为0，为防止误记录操作人员工号，0号设置为空，其余号码各对应一相应工作人员。开始进料操作（启动进料泵）之前，操作人员选中自己的工号以及预备进料的泊位号并按下确定按钮，待监控画面中出现自己的姓名和相应的进料泊位号之后，启动进料按钮。通过内部控制算法，就会在本次操作的报表中自动记录下操作人员工号与本次进料的泊位号。图3是第10号操作员“张聪”某次进料时在A 
中的显示情况。
由于操作人员工号、货船停靠泊位等非测量信号采用了描述型变量进行记录，报表自动记录和统计的程度大为提高。