[摘要]本文介紹了一種新型的儀表DCS系統(tǒng),，該系統(tǒng)是基于嵌入式平臺采有自有知識產(chǎn)權(quán)的軟件和硬件技術(shù)搭建的,，和傳統(tǒng)的工控機方案相比較，該系統(tǒng)具有應用靈活,，運行可靠,、性能穩(wěn)定，成本低廉等優(yōu)勢,，文章最后介紹該系統(tǒng)的一個成功案例,，這個案例豐富了客戶公司的產(chǎn)品線，為該公司的客戶提供了一種造價低廉,、組態(tài)靈活,、現(xiàn)場調(diào)試方便的新型儀表DCS系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：自動化儀表 DCS 人機界面 嵌入式平臺 組態(tài) 數(shù)據(jù)記錄
一,、 自動化儀表的應用現(xiàn)狀
自動化儀表技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)是應用比較成熟的技術(shù),，而其產(chǎn)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(chǎn)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(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),，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(xiàn)場按照規(guī)定接線即可使用，大大省去了制作組態(tài)和現(xiàn)場調(diào)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(gòu)成
? 采用ARM系列32位高性能嵌入式CPU
? 內(nèi)存32M，F(xiàn)LASH 32M
? 集成以太網(wǎng),、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(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
? 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)
? 集成TCP/IP協(xié)議棧,、串口打印口驅(qū)動、文件系統(tǒng)
? 自主知識產(chǎn)權(quán)的嵌入式組態(tài)技術(shù)
? 自主知識產(chǎn)權(quán)的組態(tài)開發(fā)環(huán)境
? 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,。
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：
? 內(nèi)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(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
? 可以根據(jù)設定條件查詢記錄數(shù)據(jù)
? 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,、 應用案例：基于Y公司儀表產(chǎn)品的儀表DCS系統(tǒng)
Y公司是國內(nèi)著名的儀表廠商之一，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，性能可靠,，運行穩(wěn)定,，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,。