一、 自動化儀表的應用現(xiàn)狀

　　自動化儀表，是由若干自動化元件構(gòu)成的，具有較完善功能的自動化技術(shù)工具。它一般同時具有數(shù)種功能，如測量、顯示、記錄或測量、控制、報警等。自動化儀表本身是一個系統(tǒng)，又是整個自動化系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)。自動化儀表是一種“信息機器”，其主要功能是信息形式的轉(zhuǎn)換，將輸入信號轉(zhuǎn)換成輸出信號。信號可以按時間域或頻率域表達，信號的傳輸則可調(diào)制成連續(xù)的模擬量或斷續(xù)的數(shù)字量形式。

　　DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。即所謂的分布式控制系統(tǒng)，或在有些資料中稱之為集散系統(tǒng)，是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。

　　人機界面（又稱用戶界面或使用者界面）是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機信息交流的領(lǐng)域都存在著人機界面。

　　數(shù)據(jù)（data）是對客觀事物的符號表示，是用于表示客觀事物的未經(jīng)加工的原始素材，如圖形符號、數(shù)字、字母等?；蛘哒f，數(shù)據(jù)是通過物理觀察得來的事實和概念，是關(guān)于現(xiàn)實世界中的地方、事件、其他對象或概念的描述。

　　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)，與前面的方案比較，費用要低廉許多。

　　2、1 硬件構(gòu)成

　　1 采用ARM系列32位高性能嵌入式CPU

　　2 內(nèi)存32M，F(xiàn)LASH 32M

　　3 集成以太網(wǎng)、串口、CF卡插槽、打印口等外圍接口

　　4 TFT真彩色液晶顯示屏

　　5 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

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

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

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

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

　　5 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。

　　組態(tài)就是用應用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務的過程。

　　與硬件生產(chǎn)相對照，組態(tài)與組裝類似。如要組裝一臺電腦，事先提供了各種型號的主板、機箱、電源、CPU、顯示器、硬盤、光驅(qū)等，我們的工作就是用這些部件拼湊成自己需要的電腦。當然軟件中的組態(tài)要比硬件的組裝有更大的發(fā)揮空間，因為它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每個 “部件” 都很靈活，因為軟部件都有內(nèi)部屬性，通過改變屬性可以改變其規(guī)格（如大小、性狀、顏色等）。

　　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：

　　1 內(nèi)置專門用于自動化儀表的標準組態(tài)工程

　　2 可以將儀表的設定值和測量值記錄于CF卡中

　　3 智能識別485總線上的儀表型號

　　4 根據(jù)識別結(jié)果調(diào)用相應的儀表參數(shù)設置界面進行參數(shù)設置

　　5 可以根據(jù)設定條件查詢記錄數(shù)據(jù)

　　6 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)用相應的儀表參數(shù)設置界面，用戶可以對儀表的參數(shù)進行設置。

　　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、 應用：基于Y公司儀表產(chǎn)品的儀表DCS系統(tǒng)

　　Y公司是國內(nèi)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)的設置

　　自動識別HMI掛接的儀表

　　對已識別的儀表調(diào)用相應得儀表參數(shù)設置畫面

　　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風格的開始菜單

　　一鍵到位的功能導航

　　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，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。