3HAC030923-001

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系统结构

新华DCS系统是由实时数据网络XNET和连接在网上的人机接口站HMI与分散处理单元XCU三大部分组成。XCU即硬件控制器,其面向被控对象,进行快速数据输入输出处理和闭环控制计算,完成报警检测、接收操作指令和组态修改指令。HMI包括操作员站、工程师站、历史数据站等。面向操作员以流程图、棒状图、曲线、表格、按钮、对话框等方式提供数据,解释操作指令并送到XCU。通过HMI,操作员和工程师可对监控过程进行干预和修改,还能完成数据记录统计功能。

虚拟DCS的构成与真实DCS一样,都是由分散控制单元(XCU)和人机界面(HMI)以及通讯部分来构成。虚拟XCU是虚拟DCS的核心。是指将实际分散控制单元中的XCU功能移植到虚拟XCU软件上,使XCU功能脱离实际硬件而实现的。这样整个虚拟DCS系统就可以脱离数据采集及数据运算硬件设备而工作。

在实现虚拟控制单元的前提下,建立虚拟控制单元与现场设备仿真模型的通信接口,由现场设备仿真系统构成的仿真对象经过运算之后,各模型的状态数据通过通信传递给虚拟控制单元VXCU。虚拟XCU接受仿真系统的数据驱动后,将运算结果传递给HMI显示,同时传递给仿真模型,复现实际DCS中的数据控制运算功能。

见图1,虚拟DCS系统完全模仿真实的DCS系统建立,具备独立的控制器和被控制的过程对象,这两部分都可采用虚拟XCU来实现,新华的虚拟XCU是在PC机上运行的一个软件,虚拟XCU实际就是硬件XCU的一个仿真,可以和真实的控制器(XCU)完全一样的进行操作,可以实现对虚拟XCU的在线组态,程序的上传和下载。被控制的过程对象即虚拟过程对象,实际上是运行在虚拟控制器中的对象仿真逻辑,通过该仿真逻辑可以生成现场设备的反馈信号,例如电动门的反馈开停信号,调节阀的阀位反馈信号,现场的液位、压力等各种模拟量信号,只要能设计出一个完善的对象仿真模型,就能得到和现实的设备装置完全相同的效果。

3  虚拟XCU创建仿真

3.1  硬件控制器的仿真

首先安装好新华DCS控制系统的应用软件,在安装目录下面有一个VXCU的文件夹,里面包含了虚拟XCU的程序和配置文件,和真实的控制器(XCU)一样,先要给控制器分配一个地址,该地址在整个DCS系统中要;在一个系统中可以同时存在多个控制器,我们只需要将VXCU文件夹多复制几个,然后运行相应的VXCU的程序,一个个虚拟的控制器VXCU就在你的电脑内存中建立完成了。

如何使用这些虚拟的控制器呢,下一步就需要运行新华DCS控制系统的主控软件,再运行主界面中的XCU组态程序,选择直接连接到XCU,输入XCU的节点号,就可以登陆到对应的虚拟XCU控制器中,整个连接的过程和连接真实的硬件XCU完全一样,一旦成功登陆,就可以和在线操作真实的控制器一样进行控制逻辑的组态,组态方法也和真实的控制器是完全相同的。

3.2  现场设备的仿真

上面我们完成了硬件控制器XCU的仿真,控制逻辑运算的结果需要发送的现场设备,控制回路也需要现场的测量反馈信号才能实现闭环控制,如何在没有现场设备的情况下获取现场信号呢,下面我们就来建立过程对象的仿真。

实际上我们是需要这样一种算法,根据控制器输出的信号,通过延时,然后产生对应的反馈信号;通过流体设定的压力,阀门的开度,容器的大小和运行的时间等相关数据计算出液位的数值;只要我们设计出一个合适的算法,就可以通过计算模拟现场的测量信号,这个过程就是要创建一个过程对象的仿真模型,我们完全可以将虚拟控制器作为一个载体,通过功能块搭建出一个简单的设备仿真模型算法。仿真模型的算法是整个仿真系统的核心部分,也是整个仿真系统建立的大难点,一个完善的仿真模型完全可以替代现场的设备,可用于对设备的调试和操作的培训。

3.3  虚拟控制器和虚拟设备的通讯

虚拟控制器和虚拟设备的仿真之间如何建立有效的通讯,这要看如何安排算法了,我们可以把DCS控制器的逻辑和设备仿真的逻辑放在同一个虚拟XCU中运行,那么数据的交互只是在不同的组态页之间传递,只要使用页面I/O功能块就可以实现;如果我们把控制器的逻辑和设备仿真的逻辑放在两个不同的虚拟XCU中运行,这样建立的虚拟DCS和真实DCS会更相似,那两者之间的通讯就需要通过全局变量点和网络I/O功能块来实现。

MOTOROLA MVME,VME 162-353 BOARD #1

GE INTERPHASE I/O MVME VME PB-0600-A08-020 Board

Motorola MVME 177-003 01-W3944B 03F 68060 50Mhz

Motorola MVME 133 64-W5001B01A rev. E

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TOKYO SEIMITSU FA0111A CAP SENSER BOARD VME MVME

Motorola MVME 162-01

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