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1 前言
北京華能新銳控制技術(shù)有限公司和華能福州電廠（以下簡稱為福州電廠）技術(shù)人員合作研制開發(fā)的分布式控制系統(tǒng)PineControl在福州電廠一期＃1、2機組取得了成功的應用。在此，筆者根據(jù)自身參與PineControl系統(tǒng)開發(fā)的經(jīng)歷以及與運行、熱工人員交流最常觸及的問題，對PineCAD軟件和數(shù)據(jù)引擎的工作機理作一介紹。
2 術(shù)語介紹
PineControl是PLC Based Intelligence Network Environments for Control System的英文縮寫，可譯為基于PLC的智能分布式控制系統(tǒng)，是整套DCS的總稱。它由人機界面系統(tǒng)PineHMI、控制工程組態(tài)系統(tǒng)PineCAD、控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)PineSVR、控制執(zhí)行系統(tǒng)（或稱為控制站）PineDCS、控制網(wǎng)絡系統(tǒng)PineNET等五大系統(tǒng)組成。而其中PineCAD和數(shù)據(jù)引擎（在PineDCS中實現(xiàn)）則是其技術(shù)核心所在。
PineCAD是一種工業(yè)過程自動化計算機輔助開發(fā)系統(tǒng)，它基于控制代碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，以圖形方式編寫控制邏輯，能夠?qū)崟r監(jiān)控控制系統(tǒng)的動態(tài)特性并進行在線調(diào)整。所有這些工作都與控制計算機硬件無關，應用這套軟件可以設計開發(fā)相當復雜的控制系統(tǒng)。
3 PineCAD控制組態(tài)軟件的工作機理
PineCAD是根據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動模式的組態(tài)原理而開發(fā)的過程控制系統(tǒng)組態(tài)軟件。其軟件功能由四個部份組成，即控制邏輯組態(tài)編輯器、控制過程實時監(jiān)控器、P90離線傳送器和P90在線傳送器。在工程師站上，通過這四個功能模塊可以構(gòu)造出相應的控制邏輯組態(tài)，并通過DCS的計算機網(wǎng)絡與控制站通訊，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的控制邏輯組態(tài)。PineCAD的工作原理如圖1所示。
(1) 控制邏輯組態(tài)編輯器
這是一種以固定控制元件圖素為基礎的圖形編輯、分析、鏈接、轉(zhuǎn)化工具。它由控制元件（如AND、OR、TPI）、
圖1 PineCAD的工作原理
圖2 PineCAD的元件選擇菜單
為了完成一個過程的控制組態(tài)，PineCAD提供了編輯、分析、鏈接、轉(zhuǎn)化四種數(shù)據(jù)處理過程的支持：編輯過程提供人機交互作圖處理、各圖形數(shù)據(jù)壓縮處理功能；分析、鏈接過程提供對組態(tài)圖形的語法分析和產(chǎn)生組態(tài)圖中各元件的連接關系圖表，能夠?qū)Ω鞣N錯誤進行診斷和報警；轉(zhuǎn)化過程是針對特定的控制站DDC數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)（已經(jīng)預定義好的格式）要求而提供的一種控制指令自動解釋功能，它將各個分散的回路數(shù)據(jù)整合在一起，因此也被稱為“整合過程”。由于在PineCAD中，得到的控制回路數(shù)據(jù)只是抽象的控制邏輯表征形式，而沒有任何特定控制計算機的信息，因此，通過修改對應的地址列表，該軟件可應用到不同數(shù)據(jù)支撐平臺（如OMRON PLC、AB PLC、仿真器等），具有較好的通用性能。
(2) 過程控制實時監(jiān)控器
過程控制實時監(jiān)控器是在執(zhí)行控制的過程中給系統(tǒng)管理人員提供的跟蹤調(diào)試工具。它根據(jù)圖形、圖表和回路數(shù)據(jù)的信息向控制站提出數(shù)據(jù)服務申請，使得控制系統(tǒng)工程師能夠在工程師站上觀測到所有組態(tài)元件的輸入輸出動態(tài)特性，還能夠在線修改組態(tài)元件的內(nèi)部設定參數(shù)或?qū)M態(tài)元件的輸出進行在線強制。PineCAD的監(jiān)控界面如圖3所示。
PineCAD的實時監(jiān)控以及在線強制和參數(shù)修改的功能與其它控制組態(tài)軟件相比較，功能更加強大。特別是在線強制和參數(shù)修改功能，非常簡便可靠，它是通過將元件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的參數(shù)項和強制位進行修改的方式實現(xiàn)的。
(3) P90離線傳送器和在線傳送器
圖3 PineCAD的軟件界面
在線或離線傳送過程是設計人員在修改邏輯后，將控制組態(tài)信息下載到特定控制站，實現(xiàn)控制邏輯關系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的一個過程。
離線傳送比較簡單，它不必考慮控制對象現(xiàn)在的狀況，直接將控制組態(tài)信息下載到特定控制站，可以認為是一個控制邏輯關系數(shù)據(jù)的填充過程。
在線組態(tài)技術(shù)是所有控制組態(tài)軟件都必須面對的難題，所涉及到的技術(shù)問題比較復雜。因為這一處理過程是在控制系統(tǒng)在運行過程中進行，要求所更新的控制組態(tài)信息不能對正在運行中的設備產(chǎn)生任何干擾。需要指出，這首先要求邏輯設計必須正確。
在線組態(tài)技術(shù)涉及到兩個方面的問題：其一是在線組態(tài)過程所產(chǎn)生的組態(tài)數(shù)據(jù)與已經(jīng)運行在控制站中的組態(tài)數(shù)據(jù)之間是有明顯差異的，要通過何種手段來消除這些差異所帶來的擾動問題；其二是控制站的要保留的控制元件原有的計算數(shù)據(jù)如何平穩(wěn)地過渡到修改后的組態(tài)邏輯環(huán)境里。
為了實現(xiàn)這一功能，設計人員采用了一種組態(tài)數(shù)據(jù)模型P90，成功解決了以上兩個問題。P90數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種表達控制組態(tài)元件屬性的數(shù)據(jù)形式。在計算機或PLC中，采用90個字的數(shù)據(jù)單元來表征一個元件基本特征（固有的信息）和相應的動態(tài)關系（如當前值、強制狀態(tài)等）。在線組態(tài)一般是對控制系統(tǒng)的局部組態(tài)邏輯的修改，大部份組態(tài)元件的狀態(tài)和關系并沒有改變。基于這樣的前提條件，在P90數(shù)據(jù)庫中采用元件輸出狀態(tài)地址固定和連接地址動態(tài)可調(diào)的處理方法，使得那些未被刪改的元件數(shù)據(jù)保持原有的輸出狀態(tài)地址，那么在線組態(tài)過程前的控制狀態(tài)就能夠得到平穩(wěn)過渡。
4 數(shù)據(jù)引擎
數(shù)據(jù)引擎是一種按照規(guī)范的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解釋、驅(qū)動和重構(gòu)數(shù)據(jù)關系的數(shù)據(jù)處理機制。它對控制站的實時數(shù)據(jù)庫表進行分析，按照預定義好的算法進行運算，可以運行在不同類型的數(shù)據(jù)支撐平臺中（已在PDP 11/73的RSX操作系統(tǒng)、DEC VAX的VMS操作系統(tǒng)、DEC 533AU2的UNIX操作系統(tǒng)、OMRON CS1 PLC、AB RSLOGIX5000 PLC得到應用）。對于控制組態(tài)工程師而言，他所關心的只是控制邏輯的組態(tài)。因此，在數(shù)據(jù)引擎技術(shù)的支持下，人們將不會擔心硬件平臺的淘汰或者升級所帶來的組態(tài)無效的問題，也不需要在不同廠家的控制站上為開發(fā)相同的控制組態(tài)而付出大量重復性的勞動。
5 結(jié)論
PineCAD控制組態(tài)軟件和數(shù)據(jù)引擎技術(shù)目前已經(jīng)在國內(nèi)多家電廠的DCS和外圍輔控系統(tǒng)中應用并取得成功。該技術(shù)的開發(fā)成功解決了以PLC構(gòu)建的自動控制系統(tǒng)在處理復雜過程時梯形圖軟件無法滿足要求的問題，為在不同硬件平臺上實現(xiàn)DCS控制站功能提供了一種行之有效的方法，給DCS用戶提供了一個新的選擇。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號