控制层软件功能优化

DCS控制层软件的基本功能可以概括为I／O数据的采集、数据预处理、数据组织管理、控制运算及I／O数据的输出，其中，数据组织管理和控制运算由用户组态，有了这些功能，DCS的现场控制站就可以独立工作，完成本控制站的控制功能，如图4-1所示。除此之外，一般DCS控制层软件还要完成一些辅助功能，如控制器及重要I／O模块的冗余功能、网络通信功能及自诊断功能等。

图4-1　DCS控制的基本过程

I／O数据的采集与输出由DCS的I／O模块（板）来实现，对多个I／O接口，控制器接收工程师站下装的硬件配置信息，完成各I／O通道的信号采集与输出。I／O通道信号采集进来后还要有一个数据预处理过程，这通常也是在I／O模块（板）上实现的，I／O模块上的微处理器（CPU）将这些信号进行质量判断并调理、转换为有效信号后送到控制器作为控制运算程序使用的数据。

DCS的控制功能由现场控制站中的控制器实现，是控制器的核心功能。在控制器中一般保存有各种基本控制算法，如PID、微分、积分、超前滞后、加、减、乘、除、三角函数、逻辑运算、伺服放大、模糊控制及先进控制等控制算法程序，这些控制算法有的在IEC 61131-3标准中已有定义。通常，控制系统设计人员是通过控制算法组态工具，将存储在控制器中的各种基本控制算法，按照生产工艺要求的控制方案顺序连接起来，并填进相应的参数后下装给控制器，这种连接起来的控制方案称为用户控制程序，在IEC 61131-3标准中统称为程序组织单元（Program Organization Units，POUs）。控制运行时，运行软件从I／O数据区获得与外部信号对应的工程数据，如流量、压力、温度及位置等模拟量输入信号，断路器的断／开、设备的启／停等开关量输入信号等，并根据组态好的用户控制算法程序，执行控制运算，并将运算的结果输出到I／O数据区，由I／O驱动程序转换输出给物理通道，从而达到自动控制的目的。输出信号一般也包含如阀位信号、电流、电压等模拟量输出信号和启动设备的开／关、启／停的开关量输出信号等。控制层软件每个程序组织单元应处理：(www.xing528.com)

（1）从I／O数据区获得输入数据。

（2）执行控制运算。

（3）将运算结果输出到I／O数据区。

（4）由I／O驱动程序执行外部输出，即将输出变量的值转换成外部信号（如4～20 mA模拟信号）输出到外部控制仪表，执行控制操作。

上述过程是一个理想的控制过程，事实上，如果只考虑变量的正常情况，该功能还缺乏完整性，该控制系统还不够安全。一个较为完整的控制方案执行过程，还应考虑到各种无效变量的情况。例如，模拟输入变量超量程的情况、开关输入变量抖动的情况、输入变量的接口设备或通信设备故障的情况，等等。这些将导致输入变量成为无效变量或不确定数据。因此，针对不同的控制对象应能设定不同的控制运算和输出策略，如可定义：变量无效则结果无效，保持前一次输出值或控制倒向安全位置，或使用无效前的最后一次有效值参加计算，等等。所以现场控制站I／O数据区的数据都应该是预处理以后的数据。