隨(sui)著(zhe)計(ji)算(suan)機(ji)和(he)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)的(de)飛(fei)速(su)發(fa)展(zhan)以(yi)及(ji)各(ge)行(xing)業(ye)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)日(ri)趨(qu)規(gui)模(mo)化(hua)和(he)信(xin)息(xi)化(hua)，自(zi)動(dong)化(hua)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)也(ye)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)，相(xiang)應(ying)的(de)人(ren)力(li)資(zi)源(yuan)成(cheng)本(ben)也(ye)日(ri)趨(qu)增(zeng)加(jia)。由(you)於(yu)任(ren)何(he)一(yi)個(ge)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)因(yin)具(ju)體(ti)工(gong)藝(yi)細(xi)節(jie)要(yao)求(qiu)的(de)不(bu)同(tong)而(er)不(bu)同(tong)。因此，幾乎沒有完全相同的兩個係統（除完全拷貝的）。控kong製zhi係xi統tong集ji成cheng者zhe往wang往wang憑ping借jie個ge人ren經jing驗yan來lai完wan成cheng控kong製zhi係xi統tong設she計ji，所suo以yi在zai係xi統tong設she計ji過guo程cheng中zhong存cun在zai大da量liang的de重zhong複fu的de人ren力li資zi源yuan成cheng本ben。在zai我wo國guo經jing濟ji快kuai速su發fa展zhan、國(guo)家(jia)積(ji)極(ji)提(ti)倡(chang)努(nu)力(li)建(jian)設(she)創(chuang)新(xin)型(xing)社(she)會(hui)的(de)今(jin)天(tian)，研(yan)究(jiu)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)的(de)共(gong)性(xing)方(fang)法(fa)

，尋(xun)找(zhao)一(yi)種(zhong)具(ju)有(you)普(pu)遍(bian)意(yi)義(yi)的(de)模(mo)式(shi)和(he)方(fang)法(fa)具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)的(de)現(xian)實(shi)意(yi)義(yi)而(er)且(qie)迫(po)在(zai)眉(mei)睫(jie)。

一、工程設計中方法論的重要性

    印度學者C.Rajendra Kumar在其《Research Methodology》一書中指出“研yan究jiu方fang法fa論lun是shi一yi種zhong可ke以yi係xi統tong解jie決jue研yan究jiu問wen題ti的de途tu徑jing，可ke被bei理li解jie為wei如ru何he科ke學xue地di進jin行xing研yan究jiu。研yan究jiu方fang法fa論lun是shi研yan究jiu所suo有you步bu驟zhou以yi及ji背bei後hou所suo存cun在zai的de邏luo輯ji。”fangfalunshiguanyumubiaojiqishixiantujingdelilun。zaijutijianlixitonggongchengshejidefangfalunzhiqian
，yingdangduixitonggongchengshejidemubiaojiqisuoshoudaodeyueshutiaojianjinxingdingyi
，bingyijingyansiweiheyouxuguifanfangfadeduibi，jianzhengfangfalundeshenyuanyiyi。  

    係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)的(de)目(mu)標(biao)是(shi)能(neng)利(li)用(yong)有(you)限(xian)的(de)時(shi)間(jian)和(he)資(zi)源(yuan)按(an)要(yao)求(qiu)達(da)到(dao)工(gong)程(cheng)目(mu)的(de)。其(qi)選(xuan)擇(ze)的(de)方(fang)法(fa)未(wei)必(bi)是(shi)最(zui)優(you)


，但(dan)必(bi)須(xu)保(bao)證(zheng)百(bai)分(fen)之(zhi)百(bai)能(neng)實(shi)現(xian)工(gong)程(cheng)目(mu)的(de)。在(zai)係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)中(zhong)，可(ke)納(na)入(ru)的(de)資(zi)源(yuan)主(zhu)要(yao)以(yi)人(ren)力(li)為(wei)主(zhu)（財力是保證人力資源被雇用的必要條件，為避免重複計算
，此處省略），它與時間變量和效率變量一起構成了係統工程設計的約束條件，即：工程目標＝人力x時間x效率，這裏的效率是由采用的方法決定的。

    有一個反映德國人嚴謹作風的“找針”degushiyugongchengshejidelinianyouzheyiqutonggongzhimiao。jijiashedajiakanzheyigenzhendiaozaifangjiandedibanshang，ruhexunzhaozhegenzhen
？jihusuoyoucanjiayouxiderendehuidashiyongxitieshierdeguorenzeshihuahaogezihouyigeyigedizhao。biaomianshangkanlai，yongxitieshiyanzhepaozhendefangweiquxunzhaoshiyigeyoukuaiyouhaoqiejianbianyixingdejiejuefangan。danruogaibianyueshutiaojian
，jitangruodajiameiyoukanjianzhendiaozaijutinagefangwei，qieyaoqiujiakuaizhaozhendesudu，zengjiarenlinengfoudadaomubiao
；或針掉在更大範圍的地點（如操場），此(ci)時(shi)增(zeng)加(jia)人(ren)力(li)會(hui)如(ru)何(he)？顯(xian)然(ran)，僅(jin)用(yong)吸(xi)鐵(tie)石(shi)而(er)沒(mei)有(you)一(yi)個(ge)科(ke)學(xue)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)不(bu)能(neng)保(bao)證(zheng)百(bai)分(fen)之(zhi)百(bai)地(di)找(zhao)到(dao)針(zhen)。因(yin)此(ci)
，當(dang)規(gui)模(mo)變(bian)大(da)或(huo)約(yue)束(shu)條(tiao)件(jian)變(bian)化(hua)時(shi)如(ru)何(he)保(bao)證(zheng)百(bai)分(fen)之(zhi)百(bai)地(di)找(zhao)到(dao)針(zhen)隱(yin)含(han)了(le)一(yi)個(ge)方(fang)法(fa)論(lun)的(de)探(tan)討(tao)。同(tong)樣(yang)，在(zai)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)中(zhong)，當(dang)係(xi)統(tong)規(gui)模(mo)較(jiao)小(xiao)時(shi)對(dui)於(yu)方(fang)法(fa)的(de)依(yi)賴(lai)度(du)較(jiao)小(xiao)，而(er)當(dang)規(gui)模(mo)變(bian)大(da)或(huo)約(yue)束(shu)條(tiao)件(jian)變(bian)化(hua)時(shi)，對(dui)於(yu)經(jing)驗(yan)的(de)倚(yi)仗(zhang)就(jiu)遠(yuan)遠(yuan)不(bu)夠(gou)，就(jiu)需(xu)要(yao)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)論(lun)來(lai)保(bao)證(zheng)工(gong)程(cheng)的(de)有(you)序(xu)進(jin)行(xing)

，確(que)保(bao)目(mu)標(biao)的(de)完(wan)全(quan)實(shi)現(xian)以(yi)及(ji)人(ren)力(li)資(zi)源(yuan)投(tou)人(ren)的(de)有(you)效(xiao)性(xing)。

    本ben文wen旨zhi在zai通tong過guo分fen析xi工gong程cheng設she計ji中zhong的de可ke行xing步bu驟zhou，探tan索suo一yi種zhong適shi用yong於yu控kong製zhi係xi統tong工gong程cheng設she計ji中zhong的de方fang法fa論lun，使shi其qi能neng如ru同tong數shu學xue模mo型xing般ban
，成cheng為wei一yi種zhong可ke供gong使shi用yong和he複fu製zhi的de思si維wei模mo式shi。

二、控製係統工程設計中的方法論

    笛卡兒在 《方法論》 中談到，研究問題的方法論主要由4步構成

，包括普遍懷疑、化繁為簡、用yong綜zong合he法fa將jiang簡jian單dan問wen題ti延yan伸shen至zhi複fu雜za以yi及ji累lei計ji複fu查zha以yi拾shi遺yi補bu缺que。在zai控kong製zhi係xi統tong工gong程cheng設she計ji中zhong
，常chang采cai用yong的de是shi化hua繁fan為wei簡jian的de方fang法fa
，或huo稱cheng目mu標biao變bian換huan法fa
，即ji將jiang主zhu目mu標biao分fen解jie成cheng若ruo幹gan個ge從cong屬shu目mu標biao
，通tong過guo從cong屬shu目mu標biao的de一yi一yi實shi現xian繼ji而er達da到dao主zhu目mu標biao
，這zhe是shi一yi種zhong合he理li
、規範而科學的框架模型。分析各類自動化控製係統，不論其工藝對象是石油
、化工、電力還是機械等，也不論其主控製器是采用DCS、PLC、FCS還是嵌人式計算機係統等，工程設計的一般步驟（即從屬目標）如圖1所示。

   各(ge)從(cong)屬(shu)目(mu)標(biao)也(ye)可(ke)進(jin)一(yi)步(bu)分(fen)解(jie)
，直(zhi)至(zhi)各(ge)從(cong)屬(shu)目(mu)標(biao)變(bian)得(de)簡(jian)單(dan)明(ming)了(le)，進(jin)而(er)根(gen)據(ju)時(shi)間(jian)變(bian)量(liang)和(he)人(ren)力(li)變(bian)量(liang)的(de)具(ju)體(ti)情(qing)況(kuang)進(jin)行(xing)分(fen)配(pei)，從(cong)而(er)既(ji)能(neng)保(bao)證(zheng)主(zhu)目(mu)標(biao)的(de)實(shi)現(xian)，又(you)能(neng)使(shi)資(zi)源(yuan)成(cheng)本(ben)最(zui)低(di)。

    圖1中的前三個步驟是自動化控製係統工程設計的主要內容
，也是本文的重點。限於篇幅，FAT、SAT和現場安裝調試不在本文所述範圍。FAT和SAT在相關標準中有較詳細的描述，其中給出的許多步驟和測試表格可作為完成相應內容的從屬目標 。 

    2.1分析工藝要求進行總體設計

    每一個工程項目，由於行業、工藝、使用地點和用戶目標等的不同，其控製係統必定也不盡相同，總體設計就要從上述幾方麵仔細研究項目的技術規範書或控製要求
、工藝流程圖以及相關行業和國家規範等，避免設計一開始就偏離目標。

    從(cong)方(fang)法(fa)論(lun)角(jiao)度(du)分(fen)析(xi)，總(zong)體(ti)設(she)計(ji)可(ke)以(yi)細(xi)分(fen)為(wei)總(zong)體(ti)架(jia)構(gou)設(she)計(ji)和(he)總(zong)體(ti)功(gong)能(neng)設(she)計(ji)。一(yi)個(ge)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)能(neng)否(fou)順(shun)利(li)實(shi)施(shi)，工(gong)程(cheng)初(chu)期(qi)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)架(jia)構(gou)設(she)計(ji)和(he)總(zong)體(ti)功(gong)能(neng)設(she)計(ji)相(xiang)當(dang)重(zhong)要(yao)。前(qian)者(zhe)保(bao)證(zheng)了(le)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)完(wan)整(zheng)性(xing)和(he)各(ge)子(zi)係(xi)統(tong)間(jian)連(lian)接(jie)（接口形式、通信協議、介質類型）的正確性；houzhebaozhenglexitongtouyunhounengmanzuhetongyudingdemubiao。ruguoyigexitongdezongtijiagoucunzaiwenti

，qingzhejiangdaozhitouyunqijianxiugaihuozengbuyingjianheruanjian，zaochengrenliwulilangfei；zhongzhejiangdaozhigezixitongjianwufaliantongqienanyixiugaihemibu，zaochenggongchengdezhongdaquexian。eryigexitongruguozaichuqiquefazongtigongnengsheji，zexitongquefafangxiangzhiyin

，bijiangshigongchengshishiduozouwanlu，shenzhizaochengwufamibudequexian。

    總體架構設計的方法可以劃分為以下3個步驟。  

    ① 劃(hua)分(fen)子(zi)係(xi)統(tong)並(bing)確(que)定(ding)各(ge)自(zi)的(de)合(he)理(li)形(xing)式(shi)。根(gen)據(ju)工(gong)藝(yi)要(yao)求(qiu)，確(que)定(ding)哪(na)些(xie)子(zi)係(xi)統(tong)是(shi)工(gong)藝(yi)上(shang)相(xiang)對(dui)獨(du)立(li)的(de)，哪(na)些(xie)是(shi)物(wu)理(li)位(wei)置(zhi)上(shang)相(xiang)對(dui)獨(du)立(li)但(dan)工(gong)藝(yi)上(shang)與(yu)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)有(you)密(mi)切(qie)聯(lian)係(xi)的(de)。前(qian)者(zhe)一(yi)般(ban)設(she)計(ji)為(wei)帶(dai)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)獨(du)立(li)係(xi)統(tong)，使(shi)其(qi)與(yu)其(qi)他(ta)同(tong)類(lei)子(zi)係(xi)統(tong)的(de)數(shu)據(ju)交(jiao)換(huan)最(zui)少(shao)（但規模太小且不太重要的子係統也可設計為其他子係統的遠程I/O站） ; 後者設計為遠程I/O站，以方便與其他設備的工藝聯鎖。這一步的結果是使得所有子係統都被初步歸類。  

    ② 明確步驟①的(de)結(jie)果(guo)是(shi)否(fou)符(fu)合(he)控(kong)製(zhi)要(yao)求(qiu)和(he)用(yong)戶(hu)習(xi)慣(guan)要(yao)求(qiu)。若(ruo)有(you)衝(chong)突(tu)則(ze)與(yu)用(yong)戶(hu)溝(gou)通(tong)協(xie)商(shang)
，特(te)別(bie)是(shi)原(yuan)則(ze)性(xing)衝(chong)突(tu)必(bi)須(xu)告(gao)知(zhi)用(yong)戶(hu)，以(yi)便(bian)達(da)成(cheng)一(yi)致(zhi)意(yi)見(jian)，從(cong)而(er)完(wan)成(cheng)子(zi)係(xi)統(tong)的(de)最(zui)終(zhong)劃(hua)分(fen)。  

    ③ 根據最終子係統劃分，確定它們間合理的連接方式（接口形式
、通信協議、介質類型）和數量。以某火電廠輸煤控製係統為例
，係統因增加2台機組而需要增加8個原煤倉（原係統也有8個），且煤倉間的皮帶輸送機（為原煤倉配煤用）必須延長使之能為16個原煤倉配煤。由於離原控製站的距離較遠
，用戶要求新增一個站來完成對新增8個煤倉的控製。分析配煤工藝的特點可以發現，16個煤倉是一個有機的整體，它們是同一個順序隊列中的設備，且均與配煤皮帶輸送機有閉鎖關係。因此，根據上述步驟①中的原則
，新增站應設置為原係統的一個遠程I/O站

，而不是一個帶獨立控製器的係統。新增站設置為原係統的一個遠程I/O站時，隻需在原程序中進行少量修改（拷貝原來煤倉的控製方式並修改配煤順序器的步） ; fanzhizengjiayigedaidulikongzhiqidexitongzexulingwaijinxingdaliangdeshujutongxinbingxiugaijiekouchudeluoji
，zhebujinzengjialebianchengnandu，haijiangdilexitongkekaoxing，xinzengzhandezaojiayegaolexuduo。

    某境外項目的分包合同中，其輔控係統采用4套西門子57400熱備係統，招標書中對它的要求是能分別與主控係統的DCS和其他3個輔控子係統（西門子57300單機係統）進行通信，通信協議均用Modbus TCP/IP。根據上述步驟③進行確認發現，雖然係統配置了以太網交換機，使各係統能在物理上互相連接，但實際上西門子的工業以太網模塊並不支持 Modbus TCP/IPzhegeyingyongcengderuanjianxieyi。yinci
，xuyaozengjialingwaideyingjianmokuaihuocaigouzhuanmenderuanjiangongnengkuailaishixian，weicizhishaoxuyaozengjiashiduowanyuanrenminbi。jingguoyuyonghudechongfengoutong，yonghutongyizengjiabufenqiankuan；同時，考慮到其他幾個子係統均采用西門子S7係統，不采用Modbus協議
，從而避免了其他子係統同樣的成本上升問題。

    總zong體ti設she計ji的de結jie果guo一yi般ban用yong控kong製zhi係xi統tong組zu態tai圖tu表biao示shi。係xi統tong總zong體ti設she計ji不bu僅jin非fei常chang重zhong要yao
，而er且qie對dui設she計ji人ren員yuan的de專zhuan業ye水shui平ping要yao求qiu較jiao高gao。通tong過guo采cai用yong上shang述shu分fen解jie轉zhuan換huan目mu標biao的de方fang法fa可ke以yi降jiang低di對dui設she計ji人ren員yuan素su質zhi的de要yao求qiu
，並bing提ti高gao和he保bao障zhang總zong體ti設she計ji的de正zheng確que性xing，為wei達da成cheng係xi統tong總zong目mu標biao奠dian定ding基ji礎chu。

    2.2 建立完整的I/O清冊

    一個完整的、正確的I/O清qing冊ce是shi平ping行xing高gao效xiao地di開kai展zhan軟ruan硬ying件jian設she計ji的de基ji礎chu，也ye是shi保bao證zheng係xi統tong達da到dao預yu期qi功gong能neng的de前qian提ti。因yin此ci
，總zong體ti設she計ji完wan成cheng後hou，在zai開kai展zhan軟ruan硬ying件jian功gong能neng細xi化hua設she計ji之zhi前qian，必bi須xu對dui每mei一yi個ge子zi係xi統tong的de監jian控kong對dui象xiang做zuo一yi個ge細xi致zhi的de分fen析xi歸gui類lei和he統tong計ji，做zuo到dao不bu遺yi漏lou
、不重複和設置的I/O點能滿足預期的設備功能要求，從而建立完整正確的I/O清冊。

    建立完整的I/O清冊可以分為4個目標或步驟來完成：①列出所有被監控對象（設備）的清單

；②根據監控對象的控製要求和工藝特點進行歸類，確定每一類對象必須設置的I/O種類和點數；③根據①②列出係統所有監控對象的I/O清單；④根據總體設計中子係統的劃分為I/O清單中的每一點分配一個I/O地址
，以形成I/O清冊。其中第2個目標的完成需要設計人員具備一定的工程經驗，並一定要核對與設備上的接口是否相適應。

    從控製角度分析各類工藝可以發現，一個工程項目中需控製的設備種類其實並不多
，大致可分為通用類、行業／工藝專用類和特殊類3種。通用類指電機類、閥類、調tiao節jie控kong製zhi類lei和he儀yi表biao檢jian測ce類lei等deng，這zhe類lei設she備bei占zhan了le工gong藝yi設she備bei的de絕jue大da多duo數shu，而er且qie隨sui著zhe標biao準zhun與yu規gui範fan的de推tui進jin，這zhe部bu分fen設she備bei的de功gong能neng和he接jie口kou趨qu於yu定ding型xing。行xing業ye通tong用yong設she備bei的de分fen類lei和heI/O設置舉例（括號中的信號不是必須的
，但有些用戶會要求具有）如表1所示。

    表1中：電機類的運行和停止信號往往是從一個繼電器出來的一對相反觸點，故取一個信號就足夠；氣動閥門需由電磁閥控製
，其DO是針對電磁閥的，DI是shi從cong氣qi動dong閥fa本ben體ti上shang裝zhuang的de位wei置zhi傳chuan感gan器qi的de出chu的de
，從cong成cheng本ben和he安an裝zhuang方fang便bian考kao慮lv，一yi般ban把ba一yi個ge工gong藝yi主zhu設she備bei的de幾ji個ge電dian磁ci閥fa放fang在zai一yi個ge電dian磁ci閥fa箱xiang中zhong，並bing增zeng加jia一yi個ge手shou自zi動dong開kai關guanDI

；汽缸式蝶閥/球閥需配雙電控電磁閥，但很多地方可以用單電控的2位五通電磁閥代替

，此時DO為1點；氣動隔膜閥需配單電控的2位三通以上電磁閥
，常閉閥（失氣時為關狀態）輸出用“開”信號，反之用“關”信號。
    行業專用設備的分類和合理I/O設置舉例（括號中的信號不是必須的，但有些用戶會要求有）如表2所示。

   帶控製功能的特殊類設備或裝置的分類和合理I/O設置舉例如表3所示。

   通過把建立完整的I/O清冊的目標劃分為4個ge簡jian單dan清qing晰xi的de從cong屬shu目mu標biao，使shi這zhe項xiang工gong作zuo的de難nan度du降jiang到dao最zui低di，也ye使shi難nan度du高gao的de和he工gong作zuo量liang大da的de工gong作zuo區qu分fen開kai來lai以yi交jiao給gei不bu同tong的de人ren員yuan完wan成cheng，從cong而er即ji保bao證zheng了le質zhi量liang，又you降jiang低di了le人ren力li資zi源yuan成cheng本ben。 
    2.3控製係統的功能設計 功(gong)能(neng)設(she)計(ji)是(shi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)的(de)主(zhu)體(ti)內(nei)容(rong)
，采(cai)用(yong)何(he)種(zhong)方(fang)式(shi)方(fang)法(fa)不(bu)僅(jin)會(hui)極(ji)大(da)地(di)影(ying)響(xiang)人(ren)力(li)資(zi)源(yuan)成(cheng)本(ben)，當(dang)係(xi)統(tong)規(gui)模(mo)擴(kuo)大(da)時(shi)還(hai)直(zhi)接(jie)關(guan)係(xi)到(dao)能(neng)否(fou)保(bao)質(zhi)保(bao)量(liang)地(di)完(wan)成(cheng)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)的(de)總(zong)體(ti)目(mu)標(biao)。合(he)理(li)的(de)功(gong)能(neng)設(she)計(ji)應(ying)該(gai)使(shi)係(xi)統(tong)具(ju)備(bei)良(liang)好(hao)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)、可擴展性和易維護性。控製係統的功能設計從大類上可分為硬件設計和軟件設計，其中軟件設計又可分為控製器（如DCS、PLC）功能設計和人機接口功能設計。各部分的功能設計均首先要注意了解相關的國家、國際標準和行業特殊規範的要求，表4例舉了一些電廠控製係統設計的常用標準。

   2.3.1硬件設計

    硬件設計的主要任務是根據I/O清冊及總體設計要求完成圖紙的設計與輸出並進行設備采購
、成cheng套tao及ji測ce試shi。由you於yu圖tu紙zhi是shi設she備bei采cai購gou和he成cheng套tao的de依yi據ju，且qie必bi須xu由you設she計ji人ren員yuan完wan成cheng。因yin此ci，它ta是shi硬ying件jian設she計ji的de主zhu要yao內nei容rong。在zai工gong程cheng設she計ji中zhong研yan究jiu硬ying件jian設she計ji的de方fang法fa和he步bu驟zhou就jiu是shi要yao研yan究jiu圖tu紙zhi設she計ji的de方fang法fa和he步bu驟zhou，以yi便bian提ti高gao設she計ji的de效xiao率lv和he質zhi量liang。

    圖紙設計可分為如下4個步驟。  

    ①按照控製範圍確定圖冊目錄。如01冊為設計說明、02冊為機櫃／操作台／箱的布置圖、03冊為端子出線圖、04冊為盤麵和內部接線圖（包括涉及的典型原理圖
、電源分配圖）、05冊為就地儀表安裝示意圖和單元接線圖
、06冊為操作使用說明等等（具體內容視供貨範圍和工作範圍而定）。  

    ②製定圖框樣式、圖紙內容和圖號編製規則，確定每一張圖的圖號。如PLC係統可規定一塊模塊對應一張端子出線圖和一張內部接線圖；同一內容一張圖紙放不下可用分圖號，如XXX-2011-1/2-2/2
；實在無法確定張數的內容可采用適量空白頁等。  

    ③完成電源分配等非典型內容的圖紙
，同時為每一典型內容設計出相應圖紙模板（注意針對繪圖軟件特點區分同類圖紙的通用部分和每張需修改的不同部分，以使設計時每張圖的修改替換工作量最少）。  

    ④根據相關資料（如I/O清冊、儀表清單）分配多人完成所有圖紙。另外，圖紙設計中需注意以下幾方麵：各部分間的連接方式正確
、可靠
；各等級電源的分配正確、可靠；布置和接線符合相關規範
；使用的合理性和方便性，以及一些特殊操作和監視要求。工程項目的圖紙量隨控製係統的橫向規模（子係統或I/O數量）和供貨範圍的縱向深度（管理網絡級、控製級
、現場設備級）的加大而急劇增加，但實際每一層麵的圖紙模板增加並不多。因此，采用上述圖紙設計的步驟可把設計的難點（圖冊規劃
、模板設計和電源設計）和重點（完成大量圖紙）分開，且後者對人員的專業水平要求不高
，從而既保證了係統的質量，又可大大提高工程管理的效率。  

    2.3.2軟件設計

    軟件設計分為控製器功能設計（也稱下位機設計）和人機接口功能設計（也稱上位機設計）。軟件設計是控製係統設計的核心，其好壞直接影響到整個係統的質量
；軟件設計是一項細致的工程
，占據了控製係統設計的大部分時間；ruanjianshejiyoushiyigeyoujidezhengti，kongzhiqicaijilaideshujuheduishebeidekongzhijieguoxuyaozaishangweijishangxianshi，caozuoyuanduishebeidecaozuojixuyaoyoushangweijidecaozuojiekou，youxuyaokongzhiqizhongyouxiangyinggongneng。yinci，tamenzhijianyoudaliangdeshujuxuyaojiaohuanhegongnenglianxi。

    軟件設計的2大da內nei容rong既ji相xiang對dui獨du立li又you密mi切qie聯lian係xi，這zhe就jiu要yao求qiu在zai係xi統tong總zong體ti功gong能neng設she計ji基ji礎chu上shang對dui係xi統tong要yao求qiu的de各ge類lei功gong能neng進jin行xing充chong分fen溝gou通tong，初chu步bu達da成cheng一yi個ge較jiao具ju體ti的de設she想xiang。  

    2.3.2.1控製器功能設計

    控製器通常被稱為下位機，是相對人機接口操作站（俗稱上位機）而言的
，它可以是DCS、PLC、工控機等
，作用是通過組態編程完成預期的控製功能及與其他子係統的通信功能。控製器功能設計分為硬件組態（包括相應的參數設置）和軟件編製（即程序設計）。qianzheshizongtijizixitongdeyingjianjiagoutixian，houzhezeshizhenggekongzhixitonggongnengdetixian。yinci，chengxushejishikongzhixitongshejidehexin，qihaohuaizhijieyingxiangdaozhenggexitongdezhiliang，tongshitayeshiyixiangxizhidegongcheng
，zhanjulekongzhixitongshejidedabufenshijian。

    一般而言，一個控製器內的程序設計由一個人完成（特別是國內PLC係統），甚shen至zhi整zheng個ge係xi統tong的de程cheng序xu設she計ji由you一yi個ge人ren完wan成cheng，這zhe樣yang的de安an排pai存cun在zai很hen大da的de弊bi端duan。首shou先xian
，當dang係xi統tong規gui模mo較jiao大da時shi，這zhe部bu分fen工gong作zuo量liang很hen大da，它ta將jiang成cheng為wei整zheng個ge係xi統tong設she計ji的de瓶ping頸jing；其次，編程人員的個人專業水平和工作態度往往決定了係統的質量（包括程序的合理性
、可擴展性、易維護性）；最(zui)後(hou)，控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)從(cong)設(she)計(ji)開(kai)始(shi)到(dao)出(chu)廠(chang)交(jiao)付(fu)到(dao)現(xian)場(chang)調(tiao)試(shi)完(wan)成(cheng)往(wang)往(wang)間(jian)隔(ge)時(shi)間(jian)較(jiao)長(chang)，期(qi)間(jian)人(ren)員(yuan)流(liu)動(dong)必(bi)將(jiang)對(dui)係(xi)統(tong)產(chan)生(sheng)極(ji)大(da)不(bu)利(li)影(ying)響(xiang)。因(yin)此(ci)，如(ru)何(he)用(yong)方(fang)法(fa)論(lun)的(de)思(si)想(xiang)化(hua)解(jie)這(zhe)一(yi)環(huan)節(jie)顯(xian)得(de)十(shi)分(fen)有(you)意(yi)義(yi)。

    程序設計從功能角度可以分為4部分內容：①信號處理，包括I/O信號內存映像值到程序內部所用值的處理（如模擬量輸入輸出值的工程量化處理及反向處理、某些開關量信號的濾波處理或保持處理）、報警信號處理等
；②單一設備的控製；③工藝要求的控製，包括邏輯控製、順序控製
、過程控製；④通信。
    信號處理和單一設備的控製反映了信號和設備的特性
，數量雖多但類型不多（參見表1-3）。因此

，可以從通用性的角度設計成標準功能塊
，經過充分測試後編製使用說明並放人功能塊軟件庫，供各控製係統設計時使用。

    工藝要求的控製雖然每個行業每個工程不同，但不外乎邏輯控製、順序控製和過程控製3類lei。其qi中zhong邏luo輯ji控kong製zhi利li頃qing序xu控kong製zhi往wang往wang可ke以yi相xiang互hu轉zhuan換huan，如ru先xian開kai閥fa門men後hou啟qi動dong泵beng這zhe個ge泵beng閥fa聯lian鎖suo邏luo輯ji關guan係xi可ke變bian成cheng第di一yi步bu開kai閥fa門men第di二er步bu啟qi動dong泵beng這zhe個ge順shun序xu關guan係xi
，反fan之zhi亦yi然ran。當dang一yi個ge設she備bei用yong不bu同tong條tiao件jian與yu較jiao多duo設she備bei聯lian鎖suo時shi用yong邏luo輯ji關guan係xi實shi現xian較jiao簡jian單dan
，當dang較jiao多duo設she備bei用yong相xiang同tong條tiao件jian與yu其qi他ta較jiao多duo設she備bei聯lian鎖suo時shi用yong順shun序xu關guan係xi實shi現xian較jiao方fang便bian。另ling外wai，上shang述shu關guan係xi中zhong的de設she備bei概gai念nian可ke以yi是shi具ju體ti的de泵beng
、閥

，也可以是子係統，甚至狀態。因此，仔細分析工藝控製要求可以發現
，複雜的控製其實都可分解或抽象為由較少“設備”組成的較簡單的邏輯控製或順序控製
，如優先邏輯
、備用邏輯（二備一
、三備二等）、步(bu)進(jin)控(kong)製(zhi)器(qi)等(deng)，而(er)這(zhe)些(xie)也(ye)都(dou)可(ke)以(yi)像(xiang)基(ji)本(ben)設(she)備(bei)一(yi)樣(yang)由(you)資(zi)深(shen)工(gong)程(cheng)師(shi)事(shi)先(xian)編(bian)製(zhi)成(cheng)標(biao)準(zhun)功(gong)能(neng)塊(kuai)，經(jing)過(guo)充(chong)分(fen)測(ce)試(shi)後(hou)編(bian)製(zhi)使(shi)用(yong)說(shuo)明(ming)放(fang)人(ren)功(gong)能(neng)塊(kuai)軟(ruan)件(jian)庫(ku)供(gong)使(shi)用(yong)。而(er)過(guo)程(cheng)控(kong)製(zhi)的(de)核(he)心(xin)是(shi)PID控製，一般控製器廠家均提供了標準功能塊，通過設置和簡單的邏輯組合可完成Pl控製、PID控製
、串聯控製和前饋控製等。因此，完成工藝要求的控製內容可以認為是利用上述基本的控製功能塊進行微觀的具體的功能架構設計。

    通信（指與其他控製器的數據交換）的內容相對較獨立，在DCS、PLCxitongzhongyibangenjutongxinxieyicaiyongxitongtigongdexiangyingtongxingongnengkuaishixian，gongzuozhongdianzaiyugenjubutongxieyitongxinkuaiyaoqiuliechuxiangyingziliaogeshiyaoqiu
，zaigenjugeshiyaoqiuliechuxujinxingjiaohuandeshujuqingdan。

    由上主分析可以歸納出如下控製器功育翻受計的步驟。  

    ①分析工藝控製要求進行程序功能分解和架構，並分配各程序段名稱
、內容； 
    ②編製工程要求的各種設備功能塊、典型控製功能塊和通信功能塊等，組成軟件庫備用（此項可通過項目積累或在平時做
，這項工作既可由項目組成員完成，也可由公司專門團隊完成）; 
    ③從軟件庫中為設備清單、儀表清單中的每一項選取相應塊，並根據塊的引腳對其進行內部地址分配
，把功能塊和內部變量地址表導人控製器
，在①中指定的程序段進行地址和塊的“裝配”; 
    ④為每一個分解的程序功能從軟件庫中選取相應塊，並根據塊的引腳對其進行內部地址分配，把功能塊和內部變量地址表導人控製器
，在①中指定的程序段進行地址和塊的“裝配”; 
    ⑤從軟件庫中為每一通信對象選取相應塊，並根據塊對數據格式的要求組織通信數據列表，並把塊和列表在①中指定的程序段進行組合
；  
    ⑥對程序功能進行分步測試和組合測試。從上述步驟可看出：①和②是程序設計的重點和難點，特別是第②步(bu)占(zhan)據(ju)了(le)程(cheng)序(xu)設(she)計(ji)的(de)大(da)部(bu)分(fen)時(shi)間(jian)
，且(qie)需(xu)要(yao)經(jing)過(guo)反(fan)複(fu)測(ce)試(shi)以(yi)保(bao)證(zheng)其(qi)通(tong)用(yong)性(xing)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。但(dan)這(zhe)部(bu)分(fen)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)以(yi)往(wang)項(xiang)目(mu)進(jin)行(xing)積(ji)累(lei)和(he)驗(yan)證(zheng)，也(ye)可(ke)由(you)專(zhuan)業(ye)團(tuan)隊(dui)在(zai)平(ping)時(shi)進(jin)行(xing)，從(cong)而(er)可(ke)大(da)大(da)縮(suo)短(duan)某(mou)一(yi)項(xiang)目(mu)的(de)時(shi)間(jian)，提(ti)高(gao)工(gong)程(cheng)質(zhi)量(liang)。其(qi)中(zhong)③④⑤的工作內容是並列的

，其內部變量表隻需在某一步進行分配和設置，其他各步驟人員按各自格式要求進行處理後導人即可使用。

    采cai用yong上shang述shu設she計ji方fang法fa可ke大da大da降jiang低di對dui設she計ji人ren員yuan素su質zhi的de要yao求qiu，同tong時shi使shi軟ruan件jian清qing晰xi易yi讀du，便bian於yu日ri後hou的de擴kuo展zhan和he維wei護hu，為wei專zhuan業ye化hua管guan理li和he軟ruan件jian外wai包bao服fu務wu打da下xia基ji礎chu。  

    2.3.2.2 人機接口功能設計

    人機接口從硬件上分為操作員站
、工程師站和就地觸摸屏等，通常統稱為上位機

；從功能上分為監視功能、操作功能和管理功能（趨勢、報表
、報警等）

；從設計角度分為靜態畫麵（包括主畫麵

、彈出畫麵）、動態鏈接和數據處理應用。

    靜(jing)態(tai)畫(hua)麵(mian)設(she)計(ji)對(dui)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)要(yao)求(qiu)不(bu)高(gao)，重(zhong)點(dian)注(zhu)意(yi)顏(yan)色(se)和(he)設(she)備(bei)形(xing)狀(zhuang)的(de)表(biao)示(shi)需(xu)符(fu)合(he)規(gui)範(fan)，畫(hua)麵(mian)風(feng)格(ge)和(he)劃(hua)分(fen)符(fu)合(he)用(yong)戶(hu)要(yao)求(qiu)。靜(jing)態(tai)主(zhu)畫(hua)麵(mian)主(zhu)要(yao)指(zhi)工(gong)藝(yi)主(zhu)畫(hua)麵(mian)，在(zai)畫(hua)麵(mian)基(ji)本(ben)因(yin)素(su)（顏色

、形狀


、風格、劃分）確認後可按工藝流程圖進行設計；靜態子畫麵指為滿足操作要求而需在主畫麵上彈出的畫麵，其設計需按設備清單和程序設計中對每類對象／子係統的控製要求進行分析歸類並製成相應模板。

    動(dong)態(tai)鏈(lian)接(jie)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)實(shi)現(xian)係(xi)統(tong)的(de)監(jian)視(shi)功(gong)能(neng)和(he)操(cao)作(zuo)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)，它(ta)的(de)主(zhu)要(yao)工(gong)作(zuo)是(shi)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)生(sheng)成(cheng)和(he)數(shu)據(ju)與(yu)畫(hua)麵(mian)設(she)備(bei)的(de)動(dong)態(tai)鏈(lian)接(jie)。人(ren)機(ji)接(jie)口(kou)的(de)數(shu)據(ju)主(zhu)要(yao)是(shi)和(he)控(kong)製(zhi)器(qi)通(tong)信(xin)的(de)I/O點（這裏的I/O是針對人機接口而言的，並不是指控製係統I/O清冊中的I/O) ，suoyixugenjuchengxushejizhongfenpeidediandedizhiyijisuozaikongzhiqidedizhi
，anjiankongruanjianshujukuhehuamianmobandegeshiyaoqiuzhichengshujukuwenjianjinxingdaoruhelianjie（在許多DCS和部分類似DCS的係統，人機接口監控所需的數據隻需在控製器中生成就可使用
，無需導人），從而完成監視和控製功能。

    數據處理的常規應用有趨勢、報表和報警等管理功能。一般組態軟件都提供了標準方法
，但深人的數據處理應用如設備檔案、故障預警和畫麵的Web發送、向工廠MES係統或ERP係統的數據開放等卻體現了各設計單位對於信息化管理的思路和水平
；同時
，需要較專業的軟件人員來完成。目前，這類數據處理的深人應用雖還較少，但國際一流自動化公司已逐漸對其方式、功能組成等進行標準化設計和應用。
 三、各步驟與人力資源的關係

   以上各步驟模型中
，針對所需要取得的目標
、人力資源和質量（可靠性、易擴展性、易維護性）等不盡相同的約束條件進行了詳細剖析
，表5則ze對dui步bu驟zhou與yu約yue束shu條tiao件jian之zhi間jian的de關guan係xi進jin行xing了le總zong結jie

，以yi便bian於yu更geng好hao地di針zhen對dui各ge控kong製zhi係xi統tong工gong程cheng設she計ji中zhong的de主zhu要yao矛mao盾dun
，合he理li分fen配pei人ren力li資zi源yuan和he時shi間jian資zi源yuan，進jin行xing高gao效xiao的de專zhuan業ye化hua管guan理li。
                             
四

、結束語

    未經規範的傳統設計方法偏重經驗，雖然在工程項目較小時或許具有快捷簡便的優點

，但不利於項目的擴展、修(xiu)改(gai)和(he)維(wei)護(hu)，對(dui)於(yu)規(gui)模(mo)較(jiao)大(da)的(de)項(xiang)目(mu)或(huo)在(zai)工(gong)程(cheng)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)發(fa)生(sheng)崗(gang)位(wei)變(bian)動(dong)時(shi)更(geng)是(shi)捉(zhuo)襟(jin)見(jian)肘(zhou)。本(ben)文(wen)從(cong)方(fang)法(fa)論(lun)的(de)角(jiao)度(du)構(gou)建(jian)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)，追(zhui)求(qiu)的(de)是(shi)一(yi)種(zhong)能(neng)夠(gou)百(bai)分(fen)百(bai)達(da)成(cheng)目(mu)標(biao)的(de)、能夠被複製和可操作的高效模式。相比較傳統做法，此方法論更加符合係統工程設計這個應用科學領域所追求的高效
、規範的精神

，有助於開展團隊合作，保證大型控製係統或複雜控製係統的質量
，推進工程管理的效率和水平。