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(guò)剖析數(shù)據(jù)引擎技術(shù)在dcs控制站中的應(yīng)用，說(shuō)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(shí)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(kù)技術(shù)來(lái)開(kāi)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(shí)現(xiàn)。為此，該研究小組對(duì)基于工業(yè)過(guò)程自動(dòng)控制平臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)引擎技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，推出了具有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的新型數(shù)據(jù)引擎技術(shù)。
該技術(shù)的主要特點(diǎn)是能夠根據(jù)輸入輸出的數(shù)據(jù)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)控制邏輯元件的狀態(tài)變化，達(dá)到有效執(zhí)行控制組態(tài)算法的目的。事實(shí)上，該數(shù)據(jù)引擎技術(shù)還引發(fā)了一種跨平臺(tái)的控制組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的建立，這對(duì)于推動(dòng)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(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的一種專用技術(shù)。
二、控制系統(tǒng)的組態(tài)與算法實(shí)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(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(zhuǎn)化為特定控制指令序列的機(jī)理進(jìn)行的，這就限制了控制邏輯在線修改、跨平臺(tái)運(yùn)行功能的實(shí)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(jì)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(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象還十分突出。所有這些問(wèn)題都集中表現(xiàn)在控制組態(tài)所對(duì)應(yīng)的指令序列運(yùn)行機(jī)理上。
在研究開(kāi)發(fā)PineControl分布式控制系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)庫(kù)，而不形成針對(duì)某種特定dcs控制站的計(jì)算指令序列。更重要的問(wèn)題是PineCAD設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)引擎），而不是傳統(tǒng)的dcs控制站。這種設(shè)計(jì)思想是dcs技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)重大變化。如果數(shù)據(jù)引擎能夠被安裝在不同平臺(tái)的dcs控制站或者PLC、PC等具有計(jì)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(jìn)而對(duì)dcs的部件升級(jí)、更新?lián)Q代、系統(tǒng)移植等過(guò)程產(chǎn)生積極的影響，給dcs用戶帶來(lái)極大的應(yīng)用價(jià)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(jī)理就和汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，不同汽車(chē)廠家有不同的發(fā)動(dòng)機(jī)，但是這些發(fā)動(dòng)機(jī)必須適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的汽油理化結(jié)構(gòu)在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生動(dòng)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(jì)算指令環(huán)境，并嵌入特定的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，模擬dcs組態(tài)圖形所形成的計(jì)算流程，驅(qū)動(dòng)整個(gè)控制站的控制元件序列的計(jì)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(shù)據(jù)庫(kù)，其中數(shù)據(jù)引擎的技術(shù)功能就設(shè)置在數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，每個(gè)控制元件的狀態(tài)就會(huì)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(shí)現(xiàn)控制的功能。我們注意到，這種控制元件的計(jì)算過(guò)程與對(duì)應(yīng)控制站的計(jì)算指令系統(tǒng)是通過(guò)數(shù)據(jù)引擎來(lái)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(jì)算過(guò)程與方法。其主要運(yùn)行機(jī)理包括以下方面：控制元件拓?fù)溆?jì)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(jì)算凍結(jié)、控制元件計(jì)算周期的管理等。
dcs控制站控制邏輯的在線組態(tài)是一項(xiàng)非常復(fù)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(xù)性是問(wèn)題的核心。傳統(tǒng)dcs控制站的運(yùn)行機(jī)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(xù)性，因此容易產(chǎn)生發(fā)電機(jī)組的非正常停機(jī)問(wèn)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(gè)問(wèn)題。因?yàn)閿?shù)據(jù)引擎技術(shù)很重要的特點(diǎn)是控制元件的計(jì)算流程建立在控制元件的拓?fù)淇臻g結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，與相關(guān)控制元件在數(shù)據(jù)庫(kù)或者控制站內(nèi)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)名稱等）無(wú)關(guān)。
四、控制邏輯組態(tài)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
由于歷史和商業(yè)方面的原因，不同廠家之間的dcs及PLC之間組態(tài)數(shù)據(jù)無(wú)法直接兼容，這無(wú)疑給工業(yè)控制系統(tǒng)的投資帶來(lái)許多負(fù)面的影響。為此，1993年國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)制定了IEC1131 PLC的標(biāo)準(zhǔn)。其中IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有5種形式的編程語(yǔ)言。1998年以后，該標(biāo)準(zhǔn)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)的兼容性僅停留在界面形態(tài)的相似層面上，dcs則根本沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)形式。
與PLC一樣，dcs也需要有相應(yīng)的組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)。這種標(biāo)準(zhǔn)將可以極大地保護(hù)dcs用戶的投資，使得在今天控制站平臺(tái)技術(shù)版本日新月異以及dcs升級(jí)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(tǒng)之間也可以有效地共享組態(tài)資源；在一體化的dcs系統(tǒng)中，能夠采用統(tǒng)一的組態(tài)環(huán)境，提高dcs的可靠性與可維護(hù)性。因此，在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，dcs組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)化需求是相當(dāng)重要，也是相當(dāng)急迫的。
dcs組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)困難相對(duì)PLC來(lái)說(shuō)要大很多。今天，人們已經(jīng)習(xí)慣了數(shù)字與模擬控制信號(hào)的混合處理。除了實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的組態(tài)要求外，dcs組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的建立呢？我們認(rèn)為，數(shù)據(jù)引擎技術(shù)是最合適的建立dcs組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法。數(shù)據(jù)引擎技術(shù)機(jī)理能夠在PineCAD圖形組態(tài)環(huán)境與不同dcs控制站計(jì)算指令集之間建立一種直接的數(shù)據(jù)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，在推進(jìn)dcs組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程中都不必付出很大的技術(shù)投入。
數(shù)據(jù)引擎技術(shù)除了具備dcs組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)基礎(chǔ)外，還能夠消除長(zhǎng)期以來(lái)dcs控制站與PLC是否存在功能差別的爭(zhēng)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。
五、新型dcs技術(shù)方案與工程應(yīng)用
數(shù)據(jù)引擎技術(shù)的研究與應(yīng)用工作在最近兩年內(nèi)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(shù)據(jù)引擎的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，先后研究開(kāi)發(fā)了 PineControl和HNA5000兩款新型dcs系統(tǒng)。其中PineControl在2002年通過(guò)了國(guó)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(xiàn)了數(shù)據(jù)引擎跨平臺(tái)運(yùn)行和構(gòu)建一體化dcs的能力。在這樣的dcs中，所有控制站的內(nèi)核都是一致的，不因控制對(duì)象的不同而有所改變?？刂普镜牟考N類是同類型產(chǎn)品中最少的，其硬件的組合非常容易。這種安裝了數(shù)據(jù)引擎的PLC，其計(jì)算、管理與安全實(shí)時(shí)性能均能夠達(dá)到目前國(guó)際上 dcs產(chǎn)品及技術(shù)的先進(jìn)水平，而作為PLC平臺(tái)，該dcs控制站的環(huán)境適應(yīng)能力與可靠性能均超過(guò)傳統(tǒng)的dcs。
到目前為止，PineControl分布式控制系統(tǒng)已經(jīng)在四臺(tái)燃煤發(fā)電機(jī)組和兩套電站輔助系統(tǒng)中運(yùn)行，HNA5000也將在發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用。這些dcs應(yīng)用工程包括350MW進(jìn)口發(fā)電機(jī)組的dcs系統(tǒng)改造、新建引進(jìn)型國(guó)產(chǎn)循環(huán)硫化床鍋爐供熱發(fā)電機(jī)組的dcs項(xiàng)目、大型發(fā)電機(jī)組鍋爐除灰渣控制系統(tǒng)的改造以及發(fā)電機(jī)組電氣控制系統(tǒng)dcs改造等。經(jīng)過(guò)3年多的運(yùn)行實(shí)踐，數(shù)據(jù)引擎技術(shù)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)原理均得到了這些發(fā)電機(jī)組各種運(yùn)行工況的考驗(yàn)，達(dá)到控制品質(zhì)一流和安全可靠無(wú)故障的良好應(yīng)用效果，得到dcs用戶的高度評(píng)價(jià)。
總之，數(shù)據(jù)引擎是dcs的一項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)化，真正實(shí)現(xiàn)了dcs控制站的在線組態(tài)功能，徹底消除了dcs控制站與PLC的區(qū)別。