新型數據引擎技術(shù)為DCS增添新活力

　　在信息系統中，數據引擎通常是訪(fǎng)問(wèn)數據庫的一種專(zhuān)用技術(shù)。2000年，PineControl分布式控制系統研究小組發(fā)現有可能利用數據庫技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)：DCS控制站的支撐軟件系統，這樣可以更好地支持控制系統的在線(xiàn)組態(tài)技術(shù)的實(shí)現。為此，該研究小組對基于工業(yè)過(guò)程自動(dòng)控制平臺的實(shí)時(shí)數據庫技術(shù)和相應的數據引擎技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，推出了具有商業(yè)應用價(jià)值的新型數據引擎技術(shù)。

　　該技術(shù)的主要特點(diǎn)是能夠根據輸入輸出的數據產(chǎn)生驅動(dòng)控制邏輯元件的狀態(tài)變化，達到有效執行控制組態(tài)算法的目的。事實(shí)上，該數據引擎技術(shù)還引發(fā)了一種跨平臺的控制組態(tài)標準的建立，這對于推動(dòng)DCS技術(shù)的發(fā)展是非常有益的。

　　數據引擎技術(shù)的基本原理，揭示該技術(shù)在轉變傳統DCS控制站性能方面的作用。通過(guò)剖析數據引擎技術(shù)在DCS控制站中的應用，說(shuō)明控制組態(tài)的技術(shù)標準應如何建立，控制組態(tài)邏輯的在線(xiàn)編譯功能將如何實(shí)現。數據引擎技術(shù)已經(jīng)在一部分發(fā)電廠(chǎng)中得到應用，并都獲得相當可喜的成功。

　　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(wèn)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化為特定控制指令序列的機理進(jìn)行的，這就限制了控制邏輯在線(xiàn)修改、跨平臺運行功能的實(shí)現。其次，DCS控制組態(tài)的自診斷能力，在線(xiàn)監控能力和計算過(guò)程實(shí)時(shí)能力也都存在不少問(wèn)題。在控制站的冗余切換過(guò)程中，產(chǎn)生非穩定狀態(tài)轉移的現象還十分突出。所有這些問(wèn)題都集中表現在控制組態(tài)所對應的指令序列運行機理上。

　　在研究開(kāi)發(fā)PineControl分布式控制系統過(guò)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的DCS組態(tài)軟件沒(méi)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(shí)時(shí)數據庫，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(wèn)題是PineCAD設計理念是把控制邏輯的組態(tài)交由虛擬的DCS控制站來(lái)處理（也就是數據引擎），而不是傳統的 DCS控制站。這種設計思想是DCS技術(shù)發(fā)展的一項重大變化。如果數據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就能夠整合相應的系統形成一體化的DCS，就能夠形成DCS的組態(tài)標準，進(jìn)而對DCS的部件升級、更新?lián)Q代、系統移植等過(guò)程產(chǎn)生積極的影響，給DCS用戶(hù)帶來(lái)極大的應用價(jià)值。

　　數據引擎是一種技術(shù)規范，它的工作機理就和汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機一樣，不同汽車(chē)廠(chǎng)家有不同的發(fā)動(dòng)機，但是這些發(fā)動(dòng)機必須適應標準的汽油理化結構在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生動(dòng)力的技術(shù)要求。數據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(shí)時(shí)數據庫中，模擬DCS組態(tài)圖形所形成的計算流程，驅動(dòng)整個(gè)控制站的控制元件序列的計算過(guò)程。

　　在DCS控制站中，我們需要安裝一種特殊的實(shí)時(shí)數據庫，其中數據引擎的技術(shù)功能就設置在數據庫的相關(guān)屬性中。當PineCAD的組態(tài)數據形成并下載到實(shí)時(shí)數據庫時(shí)，每個(gè)控制元件的狀態(tài)就會(huì )在相應的數據引擎屬性作用下發(fā)生特定的變化，從而實(shí)現控制的功能。我們注意到，這種控制元件的計算過(guò)程與對應控制站的計算指令系統是通過(guò)數據引擎來(lái)隔離的，因此 PineCAD的組態(tài)數據能夠在不同的DCS控制站中應用。

　　數據引擎已經(jīng)取代了傳統DCS控制站的計算過(guò)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、控制算法執行、控制元件的在線(xiàn)監視、控制元件內部參數的在線(xiàn)修正、在線(xiàn)組態(tài)處理、控制元件的計算凍結、控制元件計算周期的管理等。

　　DCS控制站控制邏輯的在線(xiàn)組態(tài)是一項非常復雜的技術(shù)，又是在工程實(shí)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(gè)控制變量的連續性是問(wèn)題的核心。傳統DCS控制站的運行機理很難確保在這種修改過(guò)程中所有控制元件狀態(tài)的連續性，因此容易產(chǎn)生發(fā)電機組的非正常停機問(wèn)題。采用數據引擎技術(shù)的 DCS控制站可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。因為數據引擎技術(shù)很重要的特點(diǎn)是控制元件的計算流程建立在控制元件的拓撲空間結構基礎上，與相關(guān)控制元件在數據庫或者控制站內存中的位置無(wú)關(guān)，也與控制元件狀態(tài)的其它特征（如狀態(tài)名稱(chēng)等）無(wú)關(guān)。

　　由于歷史和商業(yè)方面的原因，不同廠(chǎng)家之間的DCS及PLC之間組態(tài)數據無(wú)法直接兼容，這無(wú)疑給工業(yè)控制系統的投資帶來(lái)許多負面的影響。為此，1993年國際電工委員會(huì )（IEC）制定了IECll31PLC的標準。其中IECll31-3標準規定有5種形式的編程語(yǔ)言。1998年以后，該標準改為IEC61131。盡管如此，我們看到這也只是解決了一部分PLC組態(tài)的兼容性問(wèn)題，而且PLC組態(tài)的兼容性?xún)H停留在界面形態(tài)的相似層面上，DCS則根本沒(méi)有統一標準的組態(tài)形式。

　　與PLC一樣，DCS也需要有相應的組態(tài)標準。這種標準將可以極大地保護DCS用戶(hù)的投資，使得在今天控制站平臺技術(shù)版本日新月異以及DCS升級換代過(guò)程中，組態(tài)資源能夠得到充分的利用；不同DCS系統之間也可以有效地共享組態(tài)資源；在一體化的DCS系統中，能夠采用統一的組態(tài)環(huán)境，提高DCS的可靠性與可維護性。因此，在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，DCS組態(tài)的標準化需求是相當重要，也是相當急迫的。

　　DCS組態(tài)標準的技術(shù)困難相對PLC來(lái)說(shuō)要大很多。今天，人們已經(jīng)習慣了數字與模擬控制信號的混合處理。除了實(shí)現跨平臺的組態(tài)要求外，DCS組態(tài)的標準不能像PLC那樣使用五種不同風(fēng)格的語(yǔ)言環(huán)境。那么，通過(guò)什么技術(shù)方法可以促進(jìn)DCS組態(tài)標準的建立呢？我們認為，數據引擎技術(shù)是最合適的建立DCS組態(tài)標準的技術(shù)方法。數據引擎技術(shù)機理能夠在PineCAD圖形組態(tài)環(huán)境與不同DCS控制站計算指令集之問(wèn)建立一種直接的數據處理的映射關(guān)系，這使得無(wú)論是DCS控制站的制造商，還是組態(tài)軟件的制造商乃至DCS的用戶(hù)，在推進(jìn) DCS組態(tài)標準化的進(jìn)程中都不必付出很大的技術(shù)投入。

　　數據引擎技術(shù)除了具備DCS組態(tài)標準的技術(shù)基礎外，還能夠消除長(cháng)期以來(lái)DCS控制站與PLC是否存在功能差別的爭議，促使PLC真正成為DCS控制站的一種選擇。這在DCS技術(shù)和商業(yè)兩個(gè)方面都具有很高的價(jià)值。

　　數據引擎技術(shù)的研究與應用工作在最近兩年內已經(jīng)取得很大進(jìn)展。北京華能新銳控制技術(shù)有限公司的研究人員充分利用數據引擎的技術(shù)優(yōu)勢，先后研究開(kāi)發(fā)了 PineControl和HNA5000兩款新型DCS系統。其中PineControl在2002年通過(guò)了國家電力公司的技術(shù)鑒定。這兩種DCS分別以不同的PLC作為控制站，充分體現了數據引擎跨平臺運行和構建一體化DCS的能力。在這樣的DCS中，所有控制站的內核都是一致的，不因控制對象的不同而有所改變?？刂普镜牟考N類(lèi)是同類(lèi)型產(chǎn)品中最少的，其硬件的組合非常容易。這種安裝了數據引擎的PLC，其計算、管理與安全實(shí)時(shí)性能均能夠達到目前國際上 DCS產(chǎn)品及技術(shù)的先進(jìn)水平，而作為PLC平臺，該DCS控制站的環(huán)境適應能力與可靠性能均超過(guò)傳統的DCS。

　　到目前為止，PineControl分布式控制系統已經(jīng)在四臺燃煤發(fā)電機組和兩套電站輔助系統中運行，HNA5000也將在發(fā)電機組中應用。這些DCS應用工程包括350Mw進(jìn)口發(fā)電機組的DCS系統改造［3］、新建引進(jìn)型國產(chǎn)循環(huán)硫化床鍋爐供熱發(fā)電機組的DCS項目、大型發(fā)電機組鍋爐除灰渣控制系統的改造以及發(fā)電機組電氣控制系統DCS改造等。經(jīng)過(guò)3年多的運行實(shí)踐，數據引擎技術(shù)的設計思想和實(shí)現原理均得到了這些發(fā)電機組各種運行工況的考驗，達到控制品質(zhì)一流和安全可靠無(wú)故障的良好應用效果，得到DCS用戶(hù)的高度評價(jià)。

　　總之，數據引擎是DCS的一項新技術(shù)，它給DCS未來(lái)的技術(shù)發(fā)展注入了新的活力，促進(jìn)了DCS體系的標準化，真正實(shí)現了DCS控制站的在線(xiàn)組態(tài)功能，徹底消除了DCS控制站與PLC的差別。今后，隨著(zhù)信息技術(shù)的快速發(fā)展，數據引擎技術(shù)將會(huì )發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。