一種嵌入式儀表DCS系統(tǒng)的技術原理及應用

作者：時間：2010-11-17 來源：網絡

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一、 自動化儀表的應用現狀

自動化儀表技術在國內已經是應用比較成熟的技術，而其產品也種類繁多，類別也比較齊全。諸如溫度控制表、PID表、流量積算儀、電工儀表等各種自儀表產品在化工、窯爐、試驗箱、水處理等各個行業(yè)都有廣泛應用。

儀表廠家考慮到儀表產品向中央控制系統(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總線將位于現場的自動化儀表與中央控制計算機聯通起來，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，需要現場調試，調試步驟繁瑣；
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)軟件授權費用+操作系統(tǒng)授權費用+組態(tài)工程開發(fā)費用+現場調試費用。

二、嵌入式儀表DCS系統(tǒng)的構成

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，現場調試繁瑣。

而本文所介紹的儀表DCS系統(tǒng)是一種全新的技術架構，這種儀表DCS系統(tǒng)不但具備了前者所有的優(yōu)點，而且還彌補了它的缺點，該系統(tǒng)在使用時基本上不需要制作組態(tài)工程，在現場按照規(guī)定接線即可使用，大大省去了制作組態(tài)和現場調試的時間，此外，與前面的方案比較，費用要低廉許多。

2、1 硬件構成

? 采用ARM系列32位高性能嵌入式CPU
? 內存32M，FLASH 32M
? 集成以太網、串口、CF卡插槽、打印口等外圍接口
? TFT真彩色液晶顯示屏
? 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)構成

? 采用具有自主知識產權的工業(yè)級多任務嵌入式操作系統(tǒng)
? 集成TCP/IP協(xié)議棧、串口打印口驅動、文件系統(tǒng)
? 自主知識產權的嵌入式組態(tài)技術
? 自主知識產權的組態(tài)開發(fā)環(huán)境
? 集成國內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結構簡單、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。

該系統(tǒng)的組態(tài)是內置的，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)境的技術框架如下圖所示：

組態(tài)運行環(huán)境的主要技術特點：

? 內置專門用于自動化儀表的標準組態(tài)工程
? 可以將儀表的設定值和測量值記錄于CF卡中
? 智能識別485總線上的儀表型號
? 根據識別結果調用相應的儀表參數設置界面進行參數設置
? 可以根據設定條件查詢記錄數據
? 內置報警機制，完成報警數據的記錄

這個組態(tài)運行環(huán)境包括了下列模塊：

數據記錄模塊：數據記錄模塊用來記錄485總線上各個儀表的實時測量值，并將數據保存在CF卡中；儀表參數設置模塊：動態(tài)識別485總線上每個站號的儀表型號，并根據識別結果調用相應的儀表參數設置界面，用戶可以對儀表的參數進行設置。

歷史曲線模塊：根據記錄在CF卡中的數據，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：根據記錄在CF卡中數據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。

數據上傳模塊：可以將記錄數據以CSV的格式上傳至PC機，PC機可以將數據導入數據庫，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：