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新型數(shù)據(jù)引擎技術(shù)為DCS增添新活力

發(fā)布時(shí)間:2016-11-22 責(zé)任編輯:susan

【導(dǎo)讀】在信息系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)引擎通常是訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的一種專用技術(shù)。2000年,PineControl分布式控制系統(tǒng)研究小組發(fā)現(xiàn)有可能利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來(lái)開發(fā):DCS控制站的支撐軟件系統(tǒng),這樣可以更好地支持控制系統(tǒng)的在線組態(tài)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。為此,該研究小組對(duì)基于工業(yè)過程自動(dòng)控制平臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)引擎技術(shù)進(jìn)行了深入的研究,推出了具有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的新型數(shù)據(jù)引擎技術(shù)。


 
該技術(shù)的主要特點(diǎn)是能夠根據(jù)輸入輸出的數(shù)據(jù)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)控制邏輯元件的狀態(tài)變化,達(dá)到有效執(zhí)行控制組態(tài)算法的目的。事實(shí)上,該數(shù)據(jù)引擎技術(shù)還引發(fā)了一種跨平臺(tái)的控制組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的建立,這對(duì)于推動(dòng)DCS技術(shù)的發(fā)展是非常有益的。
  
數(shù)據(jù)引擎技術(shù)的基本原理,揭示該技術(shù)在轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)DCS控制站性能方面的作用。通過剖析數(shù)據(jù)引擎技術(shù)在DCS控制站中的應(yīng)用,說明控制組態(tài)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)如何建立,控制組態(tài)邏輯的在線編譯功能將如何實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)引擎技術(shù)已經(jīng)在一部分發(fā)電廠中得到應(yīng)用,并都獲得相當(dāng)可喜的成功。
  
控制邏輯的組態(tài)軟件是DCS的核心技術(shù)。但是,目前DCS產(chǎn)品所配置的控制組態(tài)軟件還不同程度地存在一系列的技術(shù)問題。首先,幾乎所有的DCS組態(tài)軟件都是基于把控制邏輯流程圖轉(zhuǎn)化為特定控制指令序列的機(jī)理進(jìn)行的,這就限制了控制邏輯在線修改、跨平臺(tái)運(yùn)行功能的實(shí)現(xiàn)。其次,DCS控制組態(tài)的自診斷能力,在線監(jiān)控能力和計(jì)算過程實(shí)時(shí)能力也都存在不少問題。在控制站的冗余切換過程中,產(chǎn)生非穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象還十分突出。所有這些問題都集中表現(xiàn)在控制組態(tài)所對(duì)應(yīng)的指令序列運(yùn)行機(jī)理上。
  
在研究開發(fā)PineControl分布式控制系統(tǒng)過程中,研究人員提出了一種新的DCS組態(tài)軟件環(huán)境:PineCAD。這種組態(tài)軟件從表面上與傳統(tǒng)的DCS組態(tài)軟件沒有什么差別,但是PineCAD的工作原理是把控制邏輯流程圖映射到特定的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),而不形成針對(duì)某種特定DCS控制站的計(jì)算指令序列。更重要的問題是PineCAD設(shè)計(jì)理念是把控制邏輯的組態(tài)交由虛擬的DCS控制站來(lái)處理(也就是數(shù)據(jù)引擎),而不是傳統(tǒng)的 DCS控制站。這種設(shè)計(jì)思想是DCS技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)重大變化。如果數(shù)據(jù)引擎能夠被安裝在不同平臺(tái)的DCS控制站或者PLC、PC等具有計(jì)算能力的裝置中,那么PineCAD就能夠整合相應(yīng)的系統(tǒng)形成一體化的DCS,就能夠形成DCS的組態(tài)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)而對(duì)DCS的部件升級(jí)、更新?lián)Q代、系統(tǒng)移植等過程產(chǎn)生積極的影響,給DCS用戶帶來(lái)極大的應(yīng)用價(jià)值。
  
數(shù)據(jù)引擎是一種技術(shù)規(guī)范,它的工作機(jī)理就和汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)一樣,不同汽車廠家有不同的發(fā)動(dòng)機(jī),但是這些發(fā)動(dòng)機(jī)必須適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的汽油理化結(jié)構(gòu)在燃燒過程中產(chǎn)生動(dòng)力的技術(shù)要求。數(shù)據(jù)引擎是一系列軟件的集合,它依附于特定的DCS控制站計(jì)算指令環(huán)境,并嵌入特定的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中,模擬DCS組態(tài)圖形所形成的計(jì)算流程,驅(qū)動(dòng)整個(gè)控制站的控制元件序列的計(jì)算過程。
  
在DCS控制站中,我們需要安裝一種特殊的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),其中數(shù)據(jù)引擎的技術(shù)功能就設(shè)置在數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)屬性中。當(dāng)PineCAD的組態(tài)數(shù)據(jù)形成并下載到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí),每個(gè)控制元件的狀態(tài)就會(huì)在相應(yīng)的數(shù)據(jù)引擎屬性作用下發(fā)生特定的變化,從而實(shí)現(xiàn)控制的功能。我們注意到,這種控制元件的計(jì)算過程與對(duì)應(yīng)控制站的計(jì)算指令系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)引擎來(lái)隔離的,因此 PineCAD的組態(tài)數(shù)據(jù)能夠在不同的DCS控制站中應(yīng)用。
  
數(shù)據(jù)引擎已經(jīng)取代了傳統(tǒng)DCS控制站的計(jì)算過程與方法。其主要運(yùn)行機(jī)理包括以下方面:控制元件拓?fù)溆?jì)算流程管理、控制算法執(zhí)行、控制元件的在線監(jiān)視、控制元件內(nèi)部參數(shù)的在線修正、在線組態(tài)處理、控制元件的計(jì)算凍結(jié)、控制元件計(jì)算周期的管理等。
  
DCS控制站控制邏輯的在線組態(tài)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的技術(shù),又是在工程實(shí)踐中非常重要的需求。如何解決控制組態(tài)修改前后控制站中各個(gè)控制變量的連續(xù)性是問題的核心。傳統(tǒng)DCS控制站的運(yùn)行機(jī)理很難確保在這種修改過程中所有控制元件狀態(tài)的連續(xù)性,因此容易產(chǎn)生發(fā)電機(jī)組的非正常停機(jī)問題。采用數(shù)據(jù)引擎技術(shù)的 DCS控制站可以很好地解決這個(gè)問題。因?yàn)閿?shù)據(jù)引擎技術(shù)很重要的特點(diǎn)是控制元件的計(jì)算流程建立在控制元件的拓?fù)淇臻g結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,與相關(guān)控制元件在數(shù)據(jù)庫(kù)或者控制站內(nèi)存中的位置無(wú)關(guān),也與控制元件狀態(tài)的其它特征(如狀態(tài)名稱等)無(wú)關(guān)。
  
由于歷史和商業(yè)方面的原因,不同廠家之間的DCS及PLC之間組態(tài)數(shù)據(jù)無(wú)法直接兼容,這無(wú)疑給工業(yè)控制系統(tǒng)的投資帶來(lái)許多負(fù)面的影響。為此,1993年國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)制定了IECll31PLC的標(biāo)準(zhǔn)。其中IECll31-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有5種形式的編程語(yǔ)言。1998年以后,該標(biāo)準(zhǔn)改為IEC61131。盡管如此,我們看到這也只是解決了一部分PLC組態(tài)的兼容性問題,而且PLC組態(tài)的兼容性僅停留在界面形態(tài)的相似層面上,DCS則根本沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)形式。
  
與PLC一樣,DCS也需要有相應(yīng)的組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)。這種標(biāo)準(zhǔn)將可以極大地保護(hù)DCS用戶的投資,使得在今天控制站平臺(tái)技術(shù)版本日新月異以及DCS升級(jí)換代過程中,組態(tài)資源能夠得到充分的利用;不同DCS系統(tǒng)之間也可以有效地共享組態(tài)資源;在一體化的DCS系統(tǒng)中,能夠采用統(tǒng)一的組態(tài)環(huán)境,提高DCS的可靠性與可維護(hù)性。因此,在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天,DCS組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)化需求是相當(dāng)重要,也是相當(dāng)急迫的。
  
DCS組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)困難相對(duì)PLC來(lái)說要大很多。今天,人們已經(jīng)習(xí)慣了數(shù)字與模擬控制信號(hào)的混合處理。除了實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的組態(tài)要求外,DCS組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)不能像PLC那樣使用五種不同風(fēng)格的語(yǔ)言環(huán)境。那么,通過什么技術(shù)方法可以促進(jìn)DCS組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的建立呢?我們認(rèn)為,數(shù)據(jù)引擎技術(shù)是最合適的建立DCS組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法。數(shù)據(jù)引擎技術(shù)機(jī)理能夠在PineCAD圖形組態(tài)環(huán)境與不同DCS控制站計(jì)算指令集之問建立一種直接的數(shù)據(jù)處理的映射關(guān)系,這使得無(wú)論是DCS控制站的制造商,還是組態(tài)軟件的制造商乃至DCS的用戶,在推進(jìn) DCS組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程中都不必付出很大的技術(shù)投入。
  
數(shù)據(jù)引擎技術(shù)除了具備DCS組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)基礎(chǔ)外,還能夠消除長(zhǎng)期以來(lái)DCS控制站與PLC是否存在功能差別的爭(zhēng)議,促使PLC真正成為DCS控制站的一種選擇。這在DCS技術(shù)和商業(yè)兩個(gè)方面都具有很高的價(jià)值。
  
數(shù)據(jù)引擎技術(shù)的研究與應(yīng)用工作在最近兩年內(nèi)已經(jīng)取得很大進(jìn)展。北京華能新銳控制技術(shù)有限公司的研究人員充分利用數(shù)據(jù)引擎的技術(shù)優(yōu)勢(shì),先后研究開發(fā)了 PineControl和HNA5000兩款新型DCS系統(tǒng)。其中PineControl在2002年通過了國(guó)家電力公司的技術(shù)鑒定。這兩種DCS分別以不同的PLC作為控制站,充分體現(xiàn)了數(shù)據(jù)引擎跨平臺(tái)運(yùn)行和構(gòu)建一體化DCS的能力。在這樣的DCS中,所有控制站的內(nèi)核都是一致的,不因控制對(duì)象的不同而有所改變??刂普镜牟考N類是同類型產(chǎn)品中最少的,其硬件的組合非常容易。這種安裝了數(shù)據(jù)引擎的PLC,其計(jì)算、管理與安全實(shí)時(shí)性能均能夠達(dá)到目前國(guó)際上 DCS產(chǎn)品及技術(shù)的先進(jìn)水平,而作為PLC平臺(tái),該DCS控制站的環(huán)境適應(yīng)能力與可靠性能均超過傳統(tǒng)的DCS。
  
到目前為止,PineControl分布式控制系統(tǒng)已經(jīng)在四臺(tái)燃煤發(fā)電機(jī)組和兩套電站輔助系統(tǒng)中運(yùn)行,HNA5000也將在發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用。這些DCS應(yīng)用工程包括350Mw進(jìn)口發(fā)電機(jī)組的DCS系統(tǒng)改造[3]、新建引進(jìn)型國(guó)產(chǎn)循環(huán)硫化床鍋爐供熱發(fā)電機(jī)組的DCS項(xiàng)目、大型發(fā)電機(jī)組鍋爐除灰渣控制系統(tǒng)的改造以及發(fā)電機(jī)組電氣控制系統(tǒng)DCS改造等。經(jīng)過3年多的運(yùn)行實(shí)踐,數(shù)據(jù)引擎技術(shù)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)原理均得到了這些發(fā)電機(jī)組各種運(yùn)行工況的考驗(yàn),達(dá)到控制品質(zhì)一流和安全可靠無(wú)故障的良好應(yīng)用效果,得到DCS用戶的高度評(píng)價(jià)。
  
總之,數(shù)據(jù)引擎是DCS的一項(xiàng)新技術(shù),它給DCS未來(lái)的技術(shù)發(fā)展注入了新的活力,促進(jìn)了DCS體系的標(biāo)準(zhǔn)化,真正實(shí)現(xiàn)了DCS控制站的在線組態(tài)功能,徹底消除了DCS控制站與PLC的差別。今后,隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,數(shù)據(jù)引擎技術(shù)將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。 

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