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DCS系統(tǒng)自定義描述型變量的擴(kuò)展應(yīng)用
集散控制系統(tǒng)（DCS）是計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的產(chǎn)物。它基于控制分散、危險(xiǎn)分散、操作和管理集中的設(shè)計(jì)思想，采用多層分級(jí)、合作自治的結(jié)構(gòu)形式，適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和企業(yè)管理要求。由于DCS 融入了的現(xiàn)場(chǎng)總線、嵌入式軟件、控制、CRT以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，使得DCS系統(tǒng)能夠整體解決小至一臺(tái)大型設(shè)備（鍋爐）、大至一個(gè)現(xiàn)代化工廠整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的控制。
1 問(wèn)題提出
WX-300x系統(tǒng)的物理位號(hào)是指通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)變送器把計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)（電壓、電流、開(kāi)關(guān)量、脈沖量信號(hào)等）通過(guò)I/O端子接入DCS卡件，再通過(guò)SBUS總線實(shí)現(xiàn)主控制卡－數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡－I/O卡件之間的信息交換。
工業(yè)控制系統(tǒng)中，除了需要記錄、控制一些可測(cè)量的如壓力、流量、液位、閥門(mén)開(kāi)度等參數(shù)外，還經(jīng)常有一些無(wú)法通過(guò)實(shí)際測(cè)量但仍需要自動(dòng)顯示、記錄的信息，如操作人員姓名、輪船的泊位號(hào)、電機(jī)的各種工作狀態(tài)、產(chǎn)品的批次、產(chǎn)品的種類與型號(hào)等。另外在一個(gè)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中，操作人員往往還需要根據(jù)提示或反映目前生產(chǎn)狀況所必要的信息顯示才能做出正確的操作。上述各種信息都是實(shí)際的物理位號(hào)所無(wú)法提供的，因而此類實(shí)際測(cè)量不到的信號(hào)就需要通過(guò)自定義變量來(lái)加以解決。
在組態(tài)環(huán)境下的自定義變量雖然是內(nèi)部變量，但它不同于一般程序中的局域變量或全局變量。它可以被流程圖中的數(shù)據(jù)位號(hào)所引用。是一個(gè)“虛擬的物理位號(hào)"。實(shí)際應(yīng)用中，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)自定義變量來(lái)解決那些沒(méi)有實(shí)際物理位號(hào)，但又需要引入監(jiān)控畫(huà)面或報(bào)表等系統(tǒng)的內(nèi)部位置。
WX-300X系統(tǒng)在處理這一類變量時(shí)，采取了這樣的辦法：在控制站主機(jī)的內(nèi)存中開(kāi)辟了一個(gè)數(shù)據(jù)交換區(qū)，該數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)存編址則由操作站與控制站間的共同協(xié)議，操作站與控制站的內(nèi)部數(shù)據(jù)交換即通過(guò)該區(qū)域完成。
開(kāi)發(fā)人員在自定義控制算法中如果需要引用這樣的內(nèi)部變量，就需要為這些變量進(jìn)行定義。WX-300X系統(tǒng)中，每個(gè)控制站支持4096個(gè)自定義1字節(jié)變量、2048個(gè)2字節(jié)變量、512個(gè)4字節(jié)變量以及256個(gè)8字節(jié)變量。在組態(tài)的同時(shí)，需要對(duì)存放地址、位號(hào)、注釋、修改權(quán)限、單位等進(jìn)行必要的設(shè)置。
在2字節(jié)變量的數(shù)據(jù)類型中，提供了一種描述型變量。描述型變量可以在數(shù)據(jù)設(shè)置中寫(xiě)入字符串，允許使用漢字，字符串長(zhǎng)度為30個(gè)字節(jié)。運(yùn)行時(shí)用字符串代替串前的整數(shù)序號(hào)來(lái)代替字符串的內(nèi)容。本文主要介紹幾個(gè)工程的程序開(kāi)發(fā)中自定義2字節(jié)描述型變量的擴(kuò)展應(yīng)用的實(shí)例。
2 工程應(yīng)用
2.1 控制步序顯示
在很多連續(xù)或間歇式生產(chǎn)過(guò)程的控制系統(tǒng)中，要求在監(jiān)控狀態(tài)下，通過(guò)監(jiān)控畫(huà)面提示一些必要的信息，便于操作人員了解生產(chǎn)現(xiàn)狀。
某化工企業(yè)生產(chǎn)脂肪胺，整個(gè)生產(chǎn)分為4個(gè)工段，工藝流程為：脂肪酸 
脂肪腈 
腈蒸餾 
脂肪胺 
胺蒸餾。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的控制是一個(gè)符合一定要求的順序控制(SFC)。由于生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)、原料和產(chǎn)品易燃易爆、反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，主反應(yīng)中還伴有副反應(yīng)，因此控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須考慮到整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中如何確保整套設(shè)備的安全運(yùn)行。為此，根據(jù)工藝要求，生產(chǎn)過(guò)程的每一步都需要人工參與以確定是否繼續(xù)執(zhí)行。在監(jiān)控畫(huà)面中應(yīng)實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)過(guò)程的現(xiàn)狀、便于操作人員在人工參與時(shí)決定下一步的操作，只有條件具備才能繼續(xù)，否則就等待或作其它處理。由于人工的參與，雖然提高了安全性，但控制方案變得復(fù)雜了，控制過(guò)程自動(dòng)化程度也相應(yīng)降低了。下面以脂肪胺工段控制為例說(shuō)明生產(chǎn)步序顯示的實(shí)現(xiàn)。
定義“自定義2字節(jié)變量S 
CUE 3"為描述型變量，用以表示脂肪胺工段的20步生產(chǎn)步序。描述型變量默認(rèn)狀態(tài)為0，為防止誤顯示生產(chǎn)步序，0不予設(shè)置。描述型變量設(shè)置對(duì)話框如圖1所示。在定義時(shí)，順序設(shè)置所需顯示的生產(chǎn)步序。因受軟件功能的限制，描述內(nèi)容的條目應(yīng)少于31。圖1為該變量在組態(tài)環(huán)境下的設(shè)置過(guò)程。
圖 1 自定義2字節(jié)描述型變量的設(shè)置
步序的設(shè)置與顯示原則如下：
① 在變量組態(tài)時(shí)，對(duì)于需要提示的步序按順序設(shè)置；
② 在流程圖中引入需要顯示步序變量“ 
；
③ 為保證顯示正常，在控制算法中，要求設(shè)置顯示的條件；
④ 在沒(méi)有到達(dá)下一步序之前仍顯示當(dāng)前的步序；
⑤ 操作人員不可修改顯示的步序；
⑥ 人工控制時(shí)，可屏蔽相應(yīng)的步序顯示。
有了步序的顯示，操作人員只要根據(jù)當(dāng)前的提示即可知道目前的生產(chǎn)狀態(tài)。例如在控制算法中，當(dāng)給“ 
賦值為“1"時(shí)，則表示目前生產(chǎn)處于“初始化檢測(cè)"的字樣，操作人員一目了然。圖2是生產(chǎn)進(jìn)行到第13步“自動(dòng)控制反應(yīng)"時(shí)在Advan Trol 中的步序顯示。
圖2 生產(chǎn)步序顯示畫(huà)面 圖3操作顯示畫(huà)面
2.2 監(jiān)控畫(huà)面中電機(jī)或泵的狀態(tài)顯示
表1 電機(jī)命令輸出與運(yùn)行狀態(tài)表
狀態(tài)序號(hào) 0 1 2 3 4 |
輸出命令 運(yùn)行 停止 運(yùn)行 停止 熱繼動(dòng)作 狀態(tài)反饋 運(yùn)行 停止 停止 運(yùn)行 停止 命令與狀態(tài)關(guān)系 一致 一致 不一致 不一致 不一致 |
表1所示的是一臺(tái)電機(jī)或泵可能出現(xiàn)的各種輸出命令與實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)際運(yùn)行中正確顯示以上五種狀態(tài)有2種方法：一是使用顏色表示，而是使用文字表示。由于同一設(shè)備需要顯示的狀態(tài)較多，在一個(gè)監(jiān)控畫(huà)面下如果電機(jī)或泵的數(shù)量較多時(shí)，使用不同的顏色顯示電機(jī)或泵的實(shí)際狀態(tài)，多操作人員來(lái)說(shuō)就不敏感了，有時(shí)甚至?xí)z漏某些重要的信息。相對(duì)而言文字表示則更直觀一些，通過(guò)描述型變量可以區(qū)分以上各種狀態(tài)，只要給每一種設(shè)定一個(gè)的條件，即可通過(guò)字符串（漢字）正確顯示電機(jī)或泵的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。下面是某化學(xué)股份有限公司“1.2萬(wàn)噸脂肪酸酰胺生產(chǎn)過(guò)程的DCS控制系統(tǒng)"描述型變量在泵狀態(tài)顯示中應(yīng)用。
為顯示某泵的各種運(yùn)行狀態(tài)，定義“自定義2字節(jié)變量P 
1"為描述型變量。該描述型變量設(shè)置如下：
①條件：命令運(yùn)行（DO=ON），狀態(tài)運(yùn)行（DI=ON），P 
；顯示“正常運(yùn)行"；
②條件：命令停止（DO=OFF），狀態(tài)停止（DI=OFF），P 
；顯示“正常停止"；
③條件：命令運(yùn)行（DO=ON），狀態(tài)停止（DI=OFF），P 
；顯示“運(yùn)行異常"；
④條件：命令停止（DO=ON），狀態(tài)運(yùn)行（DI=OFF），P 
；顯示“停止異常"；
⑤條件：熱繼動(dòng)作（FR=OFF），狀態(tài)停止（DI=OFF），P 
；顯示“熱繼動(dòng)作"。
在流程圖畫(huà)面的提示框中引入變量 
TAG（“P 
".PV），即可在監(jiān)控畫(huà)面中準(zhǔn)確顯示該泵的實(shí)際狀態(tài)。這樣操作人員可以根據(jù)提示及時(shí)知道泵的狀態(tài)。
2.3 報(bào)表中操作人員的操作記錄
在工業(yè)控制系統(tǒng)中，班組工作報(bào)表是一種十分重要并且常用的數(shù)據(jù)記錄手段。它可以用來(lái)記錄重要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。有些場(chǎng)合甚至要求記錄操作人員的一些重要操作，以供工作技術(shù)人員的一些重要操作，以供工程技術(shù)人員進(jìn)行系統(tǒng)檢查或工藝、事故的追憶分析。
某化工有限公司的“碼頭罐區(qū)物料儲(chǔ)罐D(zhuǎn)CS監(jiān)控系統(tǒng)"，主要用作液體化工原料儲(chǔ)罐監(jiān)控系統(tǒng)，其中包括儲(chǔ)罐的物料液位、重量、溫度、氮封壓力等的實(shí)時(shí)顯示與報(bào)表記錄。報(bào)表中的主要內(nèi)容是進(jìn)出料開(kāi)始/結(jié)束的時(shí)間、進(jìn)出料前后的液位、重量、運(yùn)輸損耗等的記錄和計(jì)算值，同時(shí)要求有月進(jìn)出料總量、運(yùn)輸儲(chǔ)存損耗及進(jìn)料的泊位和操作人員工號(hào)等記錄，具體要求如表2所示。
表2 碼頭罐區(qū)物料儲(chǔ)罐數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)月報(bào)表
進(jìn)料開(kāi)始 | 進(jìn)料結(jié)束 | 進(jìn)料統(tǒng)計(jì) | 泊位 | 操作員工號(hào) |
時(shí)間 液位 重量 | 時(shí)間 液位 重量 | 進(jìn)料量 運(yùn)輸損耗 月進(jìn)料總量 | ||
…… …… …… …… …… …… …… …… …… | …… …… …… …… …… …… …… …… …… | …… …… …… …… …… …… …… …… …… | …… …… …… | …… …… …… |
表中其它各量均為常規(guī)記錄，不再贅述。這里主要介紹泊位和操作員工號(hào)的記錄。
上表是一張?jiān)聢?bào)表，要求自動(dòng)記錄每次進(jìn)料時(shí)的泊位，以及根據(jù)泵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)自動(dòng)記錄進(jìn)行進(jìn)料操作的工作人員姓名。泊位和操作人員姓名均為字符串（漢字），受報(bào)表制作軟件SCForm功能所限，在報(bào)表中自動(dòng)引入這些字符串目前尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)。變通的方法是對(duì)于泊位記錄相應(yīng)的泊位號(hào)，對(duì)于操作人員姓名記錄操作人員的工號(hào)。
泊位號(hào)與操作人員工號(hào)定義、使用方法相同，以操作人員工號(hào)定義與使用說(shuō)明如下：
定義“自定義2字節(jié)變量O 
"為描述型變量，用以表示操作人員工號(hào)，設(shè)置如下：
① O 
＝0，空；
② O 
＝1，楊濤；
③ O 
＝2，李民生；
………………
⑾ O 
＝10，張聰。
該操作班組共有10名操作人員，由于描述型變量默認(rèn)狀態(tài)為0，為防止誤記錄操作人員工號(hào)，0號(hào)設(shè)置為空，其余號(hào)碼各對(duì)應(yīng)一相應(yīng)工作人員。開(kāi)始進(jìn)料操作（啟動(dòng)進(jìn)料泵）之前，操作人員選中自己的工號(hào)以及預(yù)備進(jìn)料的泊位號(hào)并按下確定按鈕，待監(jiān)控畫(huà)面中出現(xiàn)自己的姓名和相應(yīng)的進(jìn)料泊位號(hào)之后，啟動(dòng)進(jìn)料按鈕。通過(guò)內(nèi)部控制算法，就會(huì)在本次操作的報(bào)表中自動(dòng)記錄下操作人員工號(hào)與本次進(jìn)料的泊位號(hào)。圖3是第10號(hào)操作員“張聰"某次進(jìn)料時(shí)在A 
中的顯示情況。
由于操作人員工號(hào)、貨船?？坎次坏确菧y(cè)量信號(hào)采用了描述型變量進(jìn)行記錄，報(bào)表自動(dòng)記錄和統(tǒng)計(jì)的程度大為提高。
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