江蘇萬訊儀表有限公司
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閱讀：35發(fā)布時間：2025-6-30
DCS系統(tǒng)自定義描述型變量的擴展應(yīng)用
集散控制系統(tǒng)（DCS）是計算機、自動控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)時代的產(chǎn)物。它基于控制分散、危險分散、操作和管理集中的設(shè)計思想，采用多層分級、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大型設(shè)備（鍋爐）、大至一個現(xiàn)代化工廠整個生產(chǎn)過程的控制。
1 問題提出
WX-300x系統(tǒng)的物理位號是指通過現(xiàn)場變送器把計算機可以識別的數(shù)字信號（電壓、電流、開關(guān)量、脈沖量信號等）通過I/O端子接入DCS卡件，再通過SBUS總線實現(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、控制一些可測量的如壓力、流量、液位、閥門開度等參數(shù)外，還經(jīng)常有一些無法通過實際測量但仍需要自動顯示、記錄的信息，如操作人員姓名、輪船的泊位號、電機的各種工作狀態(tài)、產(chǎn)品的批次、產(chǎn)品的種類與型號等。另外在一個連續(xù)生產(chǎn)過程的現(xiàn)場控制系統(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際的物理位號所無法提供的，因而此類實際測量不到的信號就需要通過自定義變量來加以解決。
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)位號所引用。是一個“虛擬的物理位號"。實際應(yīng)用中，開發(fā)人員可以通過自定義變量來解決那些沒有實際物理位號，但又需要引入監(jiān)控畫面或報表等系統(tǒng)的內(nèi)部位置。
WX-300X系統(tǒng)在處理這一類變量時，采取了這樣的辦法：在控制站主機的內(nèi)存中開辟了一個數(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)交換即通過該區(qū)域完成。
開發(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行定義。WX-300X系統(tǒng)中，每個控制站支持4096個自定義1字節(jié)變量、2048個2字節(jié)變量、512個4字節(jié)變量以及256個8字節(jié)變量。在組態(tài)的同時，需要對存放地址、位號、注釋、修改權(quán)限、單位等進行必要的設(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)置中寫入字符串，允許使用漢字，字符串長度為30個字節(jié)。運行時用字符串代替串前的整數(shù)序號來代替字符串的內(nèi)容。本文主要介紹幾個工程的程序開發(fā)中自定義2字節(jié)描述型變量的擴展應(yīng)用的實例。
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)過程的控制系統(tǒng)中，要求在監(jiān)控狀態(tài)下，通過監(jiān)控畫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，整個生產(chǎn)分為4個工段，工藝流程為：脂肪酸 
脂肪腈 
腈蒸餾 
脂肪胺 
胺蒸餾。整個生產(chǎn)過程的控制是一個符合一定要求的順序控制(SFC)。由于生產(chǎn)過程連續(xù)、原料和產(chǎn)品易燃易爆、反應(yīng)機理復雜，主反應(yīng)中還伴有副反應(yīng)，因此控制系統(tǒng)的設(shè)計必須考慮到整個生產(chǎn)過程中如何確保整套設(shè)備的安全運行。為此，根據(jù)工藝要求，生產(chǎn)過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)控畫面中應(yīng)實時顯示生產(chǎn)過程的現(xiàn)狀、便于操作人員在人工參與時決定下一步的操作，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，但控制方案變得復雜了，控制過程自動化程度也相應(yīng)降低了。下面以脂肪胺工段控制為例說明生產(chǎn)步序顯示的實現(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)置對話框如圖1所示。在定義時，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，對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 在沒有到達下一步序之前仍顯示當前的步序；
⑤ 操作人員不可修改顯示的步序；
⑥ 人工控制時，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，當給“ 
賦值為“1"時，則表示目前生產(chǎn)處于“初始化檢測"的字樣，操作人員一目了然。圖2是生產(chǎn)進行到第13步“自動控制反應(yīng)"時在Advan Trol 中的步序顯示。
圖2 生產(chǎn)步序顯示畫面 圖3操作顯示畫面
2.2 監(jiān)控畫面中電機或泵的狀態(tài)顯示
表1 電機命令輸出與運行狀態(tài)表
狀態(tài)序號 0 1 2 3 4 |
輸出命令 運行 停止 運行 停止 熱繼動作 狀態(tài)反饋 運行 停止 停止 運行 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所示的是一臺電機或泵可能出現(xiàn)的各種輸出命令與實際運行狀態(tài)。實際運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，在一個監(jiān)控畫面下如果電機或泵的數(shù)量較多時，使用不同的顏色顯示電機或泵的實際狀態(tài)，多操作人員來說就不敏感了，有時甚至會遺漏某些重要的信息。相對而言文字表示則更直觀一些，通過描述型變量可以區(qū)分以上各種狀態(tài)，只要給每一種設(shè)定一個的條件，即可通過字符串（漢字）正確顯示電機或泵的實際運行狀態(tài)。下面是某化學股份有限公司“1.2萬噸脂肪酸酰胺生產(chǎn)過程的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：命令運行（DO=ON），狀態(tài)運行（DI=ON），P 
；顯示“正常運行"；
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：命令運行（DO=ON），狀態(tài)停止（DI=OFF），P 
；顯示“運行異常"；
④條件：命令停止（DO=ON），狀態(tài)運行（DI=OFF），P 
；顯示“停止異常"；
⑤條件：熱繼動作（FR=OFF），狀態(tài)停止（DI=OFF），P 
；顯示“熱繼動作"。
在流程圖畫面的提示框中引入變量 
TAG（“P 
".PV），即可在監(jiān)控畫面中準確顯示該泵的實際狀態(tài)。這樣操作人員可以根據(jù)提示及時知道泵的狀態(tài)。
2.3 報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。它可以用來記錄重要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)。有些場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)物料儲罐D(zhuǎn)CS監(jiān)控系統(tǒng)"，主要用作液體化工原料儲罐監(jiān)控系統(tǒng)，其中包括儲罐的物料液位、重量、溫度、氮封壓力等的實時顯示與報表記錄。報表中的主要內(nèi)容是進出料開始/結(jié)束的時間、進出料前后的液位、重量、運輸損耗等的記錄和計算值，同時要求有月進出料總量、運輸儲存損耗及進料的泊位和操作人員工號等記錄，具體要求如表2所示。
表2 碼頭罐區(qū)物料儲罐數(shù)據(jù)統(tǒng)計月報表
進料開始 | 進料結(jié)束 | 進料統(tǒng)計 | 泊位 | 操作員工號 |
時間 液位 重量 | 時間 液位 重量 | 進料量 運輸損耗 月進料總量 | ||
…… …… …… …… …… …… …… …… …… | …… …… …… …… …… …… …… …… …… | …… …… …… …… …… …… …… …… …… | …… …… …… | …… …… …… |
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的記錄。
上表是一張月報表，要求自動記錄每次進料時的泊位，以及根據(jù)泵的開關(guān)狀態(tài)自動記錄進行進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），受報表制作軟件SCForm功能所限，在報表中自動引入這些字符串目前尚無法實現(xiàn)。變通的方法是對于泊位記錄相應(yīng)的泊位號，對于操作人員姓名記錄操作人員的工號。
泊位號與操作人員工號定義、使用方法相同，以操作人員工號定義與使用說明如下：
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，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狀態(tài)為0，為防止誤記錄操作人員工號，0號設(shè)置為空，其余號碼各對應(yīng)一相應(yīng)工作人員。開始進料操作（啟動進料泵）之前，操作人員選中自己的工號以及預備進料的泊位號并按下確定按鈕，待監(jiān)控畫面中出現(xiàn)自己的姓名和相應(yīng)的進料泊位號之后，啟動進料按鈕。通過內(nèi)部控制算法，就會在本次操作的報表中自動記錄下操作人員工號與本次進料的泊位號。圖3是第10號操作員“張聰"某次進料時在A 
中的顯示情況。
由于操作人員工號、貨船停靠泊位等非測量信號采用了描述型變量進行記錄，報表自動記錄和統(tǒng)計的程度大為提高。
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