芻議DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件體系的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郭春秀

(云南冶金集團(tuán)，云南 昆明 650100)

在當(dāng)今社會(huì)里，僅僅是依靠人力來(lái)進(jìn)行企業(yè)管理和生產(chǎn)，已經(jīng)無(wú)法滿足企業(yè)發(fā)展的需要。而且隨著第三次科技革命的發(fā)生，計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，為企業(yè)采取計(jì)算機(jī)信息化系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)和管理奠定了基礎(chǔ)。因此，現(xiàn)在企業(yè)在日常管理和生產(chǎn)中所應(yīng)用的軟件系統(tǒng)越來(lái)越多，DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)就是其中一個(gè)。應(yīng)用DCS 控制系統(tǒng)除大大降低工人的勞動(dòng)力，同時(shí)提高企業(yè)生產(chǎn)效率及智能化自動(dòng)化水平。企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者可以通過(guò)DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)了解自己企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)程序，每日生產(chǎn)的情況和參數(shù)變化。不僅如此，DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)還可以優(yōu)化企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)程序，讓企業(yè)生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品所耗費(fèi)的成本更低，質(zhì)量更好，在減少企業(yè)生產(chǎn)成本的同時(shí)，也為企業(yè)樹(shù)立良好形象。DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)企業(yè)具有如此大的作用，人們就更應(yīng)該將精力放在對(duì)DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的研發(fā)上。要實(shí)現(xiàn)對(duì)DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就要加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件技術(shù)的發(fā)展，因此DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)就是DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)的概述

1.1 DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)的涵義

DCS 控制系統(tǒng)也被稱(chēng)為分散式控制系統(tǒng)或分布式控制系統(tǒng)，而中國(guó)人習(xí)慣稱(chēng)之為集散控制系統(tǒng)。DCS 控制系統(tǒng)是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，主要是進(jìn)行分散控制，集中操作與分級(jí)管理的一種控制系統(tǒng)。DCS 控制系統(tǒng)的組成部分為CRT 技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)。DCS 控制系統(tǒng)在運(yùn)作時(shí)，是用計(jì)算機(jī)控制產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的控制回路，而且還可以自動(dòng)進(jìn)行集中管理、控制和數(shù)據(jù)獲取。因此DCS 控制系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)。DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)是通過(guò)各個(gè)回路和上下級(jí)微處理機(jī)之間進(jìn)行信息交換來(lái)發(fā)揮其監(jiān)控、管理、直接數(shù)字控制、數(shù)據(jù)獲取和人機(jī)交互等功能，讓企業(yè)管理層能夠更好的對(duì)企業(yè)實(shí)施管理［1］。

1.2 DCS 控制系統(tǒng)的特征

①靈活性。DCS 控制系統(tǒng)可以根據(jù)不同的流程應(yīng)用對(duì)象來(lái)進(jìn)行軟硬件組態(tài)。

②高可靠性。DCS 控制系統(tǒng)是將系統(tǒng)控制功能根據(jù)性能的不同，分散到計(jì)算機(jī)上面，并采取容錯(cuò)即冗余方式來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這也就說(shuō)明，如果在運(yùn)行過(guò)程中，某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)了故障，也不會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。也正是因?yàn)槊恳慌_(tái)計(jì)算機(jī)所負(fù)責(zé)的任務(wù)不同，這樣我們可以針對(duì)每臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)安裝特定結(jié)構(gòu)和軟件，讓它們的性能能夠更加的可靠。

③開(kāi)放性。DCS 控制系統(tǒng)主要是采用開(kāi)放式的設(shè)計(jì)，而且是通過(guò)局域網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。因此當(dāng)我們要對(duì)DCS 控制系統(tǒng)功能進(jìn)行改變和擴(kuò)充時(shí)，可以直接將以前的系統(tǒng)功能從計(jì)算機(jī)里卸下來(lái)，或者是直接將新的系統(tǒng)功能直接裝入計(jì)算機(jī)中，在這整個(gè)過(guò)程中，不會(huì)對(duì)其他計(jì)算機(jī)產(chǎn)生任何不利影響。

④協(xié)調(diào)性。DCS 控制系統(tǒng)是通過(guò)各工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，實(shí)現(xiàn)信息資源共享，才能夠進(jìn)行協(xié)調(diào)，更好的發(fā)揮系統(tǒng)的整體功能，并對(duì)運(yùn)用過(guò)程中所出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行更好地處理。

⑤功能齊全。DCS 控制系統(tǒng)不僅有豐富的控制算法，還可以加入特殊的控制算法。

⑥易于維護(hù)。DCS 控制系統(tǒng)是由功能單一的小型或微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)而構(gòu)成的系統(tǒng)軟件，因此，在進(jìn)行維修時(shí)，可以更加的簡(jiǎn)便［2］。

2 DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件體系的設(shè)計(jì)

2.1 DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件體系中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件體系中所有數(shù)據(jù)庫(kù)建立的基礎(chǔ)，而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是在操作站的軟硬件環(huán)境基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，所有的數(shù)據(jù)和事件都必須定時(shí)顯示。因此在對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要在充分了解其性質(zhì)和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的功能特點(diǎn):①通過(guò)I/O 設(shè)備及I/O 驅(qū)動(dòng)軟件為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集提供了接口。②人們可以通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)直接對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。③每一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的空間是有限的，因此數(shù)據(jù)庫(kù)要進(jìn)行定期的清理，將舊的數(shù)據(jù)刪除，再輸入新的數(shù)據(jù)。④當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新后，要及時(shí)通知客戶端。⑤提供可以讓各種數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先控制、計(jì)算和處理的觸發(fā)和定時(shí)機(jī)制。⑥在將數(shù)據(jù)輸入到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的時(shí)候，要進(jìn)行備份，以免數(shù)據(jù)丟失。⑦要實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)里的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索。⑧能夠?qū)?bào)警狀況和操作事件的信息進(jìn)行匯總的功能。⑨將對(duì)時(shí)間有嚴(yán)格要求的客戶進(jìn)程進(jìn)行統(tǒng)一的管理和調(diào)度。

在選擇實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)工具時(shí)，要根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求的程度來(lái)決定。對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯層和視圖層，我們可以采用VC+ +、Delphi、VB、JAVA、VFP、C 等軟件。

2.2 DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件體系中歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

歷史數(shù)據(jù)庫(kù)是儲(chǔ)存一些會(huì)隨著時(shí)間的發(fā)展而變化的信息，是對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)值、記錄時(shí)間、報(bào)警時(shí)間進(jìn)行存儲(chǔ)，形成數(shù)據(jù)表的一種軟件。

歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的功能:①可以將信息記錄保存在穩(wěn)定性比較好的光碟和硬盤(pán)上;②用戶通過(guò)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)可以將信息轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N報(bào)表和曲線圖，讓用戶可以一目了然;③歷史數(shù)據(jù)庫(kù)所能儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)總量是由存儲(chǔ)介質(zhì)的空間大小來(lái)決定的;④用戶在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行數(shù)據(jù)登錄策略是會(huì)受到事件時(shí)間的限制;⑤在將數(shù)據(jù)表輸入進(jìn)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，要嚴(yán)格標(biāo)注時(shí)間;⑥歷史數(shù)據(jù)庫(kù)管理對(duì)象的特點(diǎn)是持久型、共享性、大量性和可靠性。

在進(jìn)行DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件體系中歷史數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于物理層可以用大容量的存儲(chǔ)設(shè)備，而邏輯層和視圖層可以采用SQL、VB 或VC+ +等數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3 DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件體系中安全信息數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

只有先實(shí)現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，才能夠完成安全信息數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。安全信息數(shù)據(jù)庫(kù)主要處理一些系統(tǒng)初始參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)等相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，管理用戶登錄、選擇、權(quán)限等系統(tǒng)操作。

安全信息數(shù)據(jù)庫(kù)的功能:①保證用戶權(quán)限、密碼等信息的安全，并對(duì)這些信息進(jìn)行保密。②安全信息數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)對(duì)系統(tǒng)的所有信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和管理，以保證整個(gè)系統(tǒng)軟件的正常運(yùn)行。③在對(duì)信息進(jìn)行儲(chǔ)存和檢索時(shí)是由時(shí)間限制的，而且信息記錄會(huì)隨著時(shí)間的推移而增加［3］。

在進(jìn)行安全信息數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用SQL 等數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言。

2.4 DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件體系中報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件體系最重要的功能，因?yàn)樵谙到y(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)就會(huì)發(fā)出警報(bào)，引起操作人員的注意，及時(shí)進(jìn)行維修，以保證整個(gè)系統(tǒng)軟件能夠正常運(yùn)行。報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)的信息主要是來(lái)源于記錄報(bào)警類(lèi)型和文本信息，音頻報(bào)警的報(bào)警條件、支持文件和響應(yīng)操作等。

報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)的功能:①將報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)中的報(bào)警設(shè)置值與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷是否出現(xiàn)故障。②記錄用戶對(duì)于報(bào)警信息的反應(yīng)。③將報(bào)警狀態(tài)機(jī)用戶的反應(yīng)輸入到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。

對(duì)于報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)基本相同，因此現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)所應(yīng)用的組態(tài)軟件都將報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)并入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中去。

3 DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件體系中歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)

DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)主要是采用集成的方式，而且還要選用一些比較成熟和規(guī)范化的軟件環(huán)境和平臺(tái)，并開(kāi)發(fā)一些應(yīng)用軟件，尤其是監(jiān)控軟件。

3.1 操作系統(tǒng)軟件

可以選用微軟公司所研發(fā)的Microsoft WindowsXP、Microsoft Windows2000 或Windows NT4.1 等，工具軟件可以選擇Microsoft Excel 2000。

3.2 網(wǎng)絡(luò)通信軟件

不同的控制網(wǎng)絡(luò)所實(shí)現(xiàn)通信軟件的方法也不盡相同。在選擇通信網(wǎng)絡(luò)軟件后，要選擇與之相配套的硬件設(shè)施，如Control Net 網(wǎng)，就需要RsLogix5000 來(lái)進(jìn)行編程，RSLinx 來(lái)提供客戶應(yīng)用場(chǎng)合，RSNetWorx 來(lái)進(jìn)行組態(tài)和規(guī)劃。

3.3 DCS 系統(tǒng)組態(tài)軟件

DCS 系統(tǒng)組態(tài)軟件包括畫(huà)面監(jiān)控組態(tài)、系統(tǒng)配置組態(tài)、報(bào)表打印組態(tài)、過(guò)程控制組態(tài)和工藝流程監(jiān)控組態(tài)等組態(tài)功能。對(duì)于這個(gè)軟件我們可以選擇Intellution 的iFIX、RSView32 等。

3.4 DCS 系統(tǒng)監(jiān)控軟件

DCS 系統(tǒng)監(jiān)控軟件是需要我們自主研發(fā)的軟件系統(tǒng)，實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)是建立整個(gè)系統(tǒng)體系的基礎(chǔ)和核心，因此所有數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，包括對(duì)被控對(duì)象的進(jìn)行控制的數(shù)據(jù)、被控對(duì)象的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，都要從實(shí)時(shí)控制出發(fā)［4］。

4 結(jié)語(yǔ)

進(jìn)行DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件體系的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是現(xiàn)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然要求，我們可以通過(guò)對(duì)軟件體系中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、安全信息數(shù)據(jù)庫(kù)和報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)來(lái)使DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件體系中的操作系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)通信軟件、DCS 系統(tǒng)組態(tài)軟件和DCS 系統(tǒng)監(jiān)控軟件能夠得以實(shí)現(xiàn)，讓DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件可以更好的為企業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)，創(chuàng)造更多的社會(huì)財(cái)富。

［1］劉龍.對(duì)DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用.2011.10

［2］楊婭.小型DCS 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.西安電子科技大學(xué).2011.4