數(shù)據(jù)引擎技術(shù)的原理及其在DCS中的應(yīng)用-模擬電子
一、引言
在這里我們將介紹有關(guān)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)邏輯的在線編輯（編譯）功能將如何實現(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。
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)庫技術(shù)來開發(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)的實現(xiàn)。為此，該研究小組對基于工業(yè)過程自動控制平臺的實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)引擎技術(shù)進行了深入的研究，推出了具有商業(yè)應(yīng)用價值的新型數(shù)據(jù)引擎技術(shù)。
該技術(shù)的主要特點是能夠根據(jù)輸入輸出的數(shù)據(jù)產(chǎn)生驅(qū)動控制邏輯元件的狀態(tài)變化，達到有效執(zhí)行控制組態(tài)算法的目的。事實上，該數(shù)據(jù)引擎技術(shù)還引發(fā)了一種跨平臺的控制組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的建立，這對于推動DCS技術(shù)的發(fā)展是非常有益的。數(shù)據(jù)引擎通常是訪問數(shù)據(jù)庫的一種專用技術(shù)。
二、控制系統(tǒng)的組態(tài)與算法實現(xiàn)技術(shù)
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理進行的，這就限制了控制邏輯在線修改、跨平臺運行功能的實現(xiàn)。其次，DCS控制組態(tài)的自診斷能力，在線監(jiān)控能力和計算過程實時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)所對應(yīng)的指令序列運行機理上。
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時數(shù)據(jù)庫，而不形成針對某種特定DCS控制站的計算指令序列。更重要的問題是PineCAD設(shè)計理念是把控制邏輯的組態(tài)交由虛擬的DCS控制站來處理（也就是數(shù)據(jù)引擎），而不是傳統(tǒng)的DCS控制站。這種設(shè)計思想是DCS技術(shù)發(fā)展的一項重大變化。如果數(shù)據(jù)引擎能夠被安裝在不同平臺的DCS控制站或者PLC、PC等具有計算能力的裝置中，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)，進而對DCS的部件升級、更新?lián)Q代、系統(tǒng)移植等過程產(chǎn)生積極的影響，給DCS用戶帶來極大的應(yīng)用價值。
三、數(shù)據(jù)引擎技術(shù)原理
數(shù)據(jù)引擎是一種技術(shù)規(guī)范，它的工作機理就和汽車的發(fā)動機一樣，不同汽車廠家有不同的發(fā)動機，但是這些發(fā)動機必須適應(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控制站計算指令環(huán)境，并嵌入特定的實時數(shù)據(jù)庫中，模擬DCS組態(tài)圖形所形成的計算流程，驅(qū)動整個控制站的控制元件序列的計算過程。
在DCS控制站中，我們需要安裝一種特殊的實時數(shù)據(jù)庫，其中數(shù)據(jù)引擎的技術(shù)功能就設(shè)置在數(shù)據(jù)庫的相關(guān)屬性中。當(dāng)PineCAD的組態(tài)數(shù)據(jù)形成并下載到實時數(shù)據(jù)庫時，每個控制元件的狀態(tài)就會在相應(yīng)的數(shù)據(jù)引擎屬性作用下發(fā)生特定的變化，從而實現(xiàn)控制的功能。我們注意到，這種控制元件的計算過程與對應(yīng)控制站的計算指令系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)引擎來隔離的，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控制站的計算過程與方法。其主要運行機理包括以下方面：控制元件拓撲計算流程管理、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、控制元件的計算凍結(jié)、控制元件計算周期的管理等。
DCS控制站控制邏輯的在線組態(tài)是一項非常復(fù)雜的技術(shù)，又是在工程實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控制變量的連續(xù)性是問題的核心。傳統(tǒng)DCS控制站的運行機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)電機組的非正常停機問題。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問題。因為數(shù)據(jù)引擎技術(shù)很重要的特點是控制元件的計算流程建立在控制元件的拓撲空間結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，與相關(guān)控制元件在數(shù)據(jù)庫或者控制站內(nèi)存中的位置無關(guān)，
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