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   隨著計算機(jī)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及各行業(yè)控制系統(tǒng)日趨規(guī)模化和信息化，自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計要求也不斷提高，相應(yīng)的人力資源成本也日趨增加。由于任何一個控制系統(tǒng)因具體工藝細(xì)節(jié)要求的不同而不同。因此，幾乎沒有完全相同的兩個系統(tǒng)（除完全拷貝的）?？刂葡到y(tǒng)集成者往往憑借個人經(jīng)驗來完成控制系統(tǒng)設(shè)計，所以在系統(tǒng)設(shè)計過程中存在大量的重復(fù)的人力資源成本。在我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、國家積極提倡努力建設(shè)創(chuàng)新型社會的今天，研究控制系統(tǒng)工程設(shè)計的共性方法，尋找一種具有普遍意義的模式和方法具有重要的現(xiàn)實意義而且迫在眉睫。

一、工程設(shè)計中方法論的重要性

    印度學(xué)者C.Rajendra Kumar在其《Research Methodology》一書中指出“研究方法論是一種可以系統(tǒng)解決研究問題的途徑，可被理解為如何科學(xué)地進(jìn)行研究。研究方法論是研究所有步驟以及背后所存在的邏輯。”方法論是關(guān)于目標(biāo)及其實現(xiàn)途徑的理論。在具體建立系統(tǒng)工程設(shè)計的方法論之前，應(yīng)當(dāng)對系統(tǒng)工程設(shè)計的目標(biāo)及其所受到的約束條件進(jìn)行定義，并以經(jīng)驗思維和有序規(guī)范方法的對比，見證方法論的深遠(yuǎn)意義。  

    系統(tǒng)工程設(shè)計的目標(biāo)是能利用有限的時間和資源按要求達(dá)到工程目的。其選擇的方法未必是最優(yōu)，但必須保證百分之百能實現(xiàn)工程目的。在系統(tǒng)工程設(shè)計中，可納入的資源主要以人力為主（財力是保證人力資源被雇用的必要條件，為避免重復(fù)計算，此處省略），它與時間變量和效率變量一起構(gòu)成了系統(tǒng)工程設(shè)計的約束條件，即：工程目標(biāo)＝人力x時間x效率，這里的效率是由采用的方法決定的。

    有一個反映德國人嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)的“找針”的故事與工程設(shè)計的理念有著異曲同工之妙。即假設(shè)大家看著一根針掉在房間的地板上，如何尋找這根針？幾乎所有參加游戲的人的回答是用吸鐵石而德國人則是畫好格子后一格一格地找。表面上看來，用吸鐵石沿著拋針的方位去尋找是一個又快又好且簡便易行的解決方案。但若改變約束條件，即倘若大家沒有看見針掉在具體哪個方位，且要求加快找針的速度，增加人力能否達(dá)到目標(biāo)；或針掉在更大范圍的地點(diǎn)（如操場），此時增加人力會如何？顯然，僅用吸鐵石而沒有一個科學(xué)的方法是不能保證百分之百地找到針。因此，當(dāng)規(guī)模變大或約束條件變化時如何保證百分之百地找到針隱含了一個方法論的探討。同樣，在工程設(shè)計中，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較小時對于方法的依賴度較小，而當(dāng)規(guī)模變大或約束條件變化時，對于經(jīng)驗的倚仗就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，就需要一種方法論來保證工程的有序進(jìn)行，確保目標(biāo)的完全實現(xiàn)以及人力資源投人的有效性。

    本文旨在通過分析工程設(shè)計中的可行步驟，探索一種適用于控制系統(tǒng)工程設(shè)計中的方法論，使其能如同數(shù)學(xué)模型般，成為一種可供使用和復(fù)制的思維模式。

二、控制系統(tǒng)工程設(shè)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(gòu)成，包括普遍懷疑、化繁為簡、用綜合法將簡單問題延伸至復(fù)雜以及累計復(fù)查以拾遺補(bǔ)缺。在控制系統(tǒng)工程設(shè)計中，常采用的是化繁為簡的方法，或稱目標(biāo)變換法，即將主目標(biāo)分解成若干個從屬目標(biāo)，通過從屬目標(biāo)的一一實現(xiàn)繼而達(dá)到主目標(biāo)，這是一種合理、規(guī)范而科學(xué)的框架模型。分析各類自動化控制系統(tǒng)，不論其工藝對象是石油、化工、電力還是機(jī)械等，也不論其主控制器是采用DCS、PLC、FCS還是嵌人式計算機(jī)系統(tǒng)等，工程設(shè)計的一般步驟（即從屬目標(biāo)）如圖1所示。

   各從屬目標(biāo)也可進(jìn)一步分解，直至各從屬目標(biāo)變得簡單明了，進(jìn)而根據(jù)時間變量和人力變量的具體情況進(jìn)行分配，從而既能保證主目標(biāo)的實現(xiàn)，又能使資源成本最低。

    圖1中的前三個步驟是自動化控制系統(tǒng)工程設(shè)計的主要內(nèi)容，也是本文的重點(diǎn)。限于篇幅，F(xiàn)AT、SAT和現(xiàn)場安裝調(diào)試不在本文所述范圍。FAT和SAT在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中有較詳細(xì)的描述，其中給出的許多步驟和測試表格可作為完成相應(yīng)內(nèi)容的從屬目標(biāo) 。 

    2.1分析工藝要求進(jìn)行總體設(shè)計

    每一個工程項目，由于行業(yè)、工藝、使用地點(diǎn)和用戶目標(biāo)等的不同，其控制系統(tǒng)必定也不盡相同，總體設(shè)計就要從上述幾方面仔細(xì)研究項目的技術(shù)規(guī)范書或控制要求、工藝流程圖以及相關(guān)行業(yè)和國家規(guī)范等，避免設(shè)計一開始就偏離目標(biāo)。

    從方法論角度分析，總體設(shè)計可以細(xì)分為總體架構(gòu)設(shè)計和總體功能設(shè)計。一個自動化系統(tǒng)工程能否順利實施，工程初期的控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計和總體功能設(shè)計相當(dāng)重要。前者保證了整個系統(tǒng)的完整性和各子系統(tǒng)間連接（接口形式、通信協(xié)議、介質(zhì)類型）的正確性；后者保證了系統(tǒng)投運(yùn)后能滿足合同預(yù)定的目標(biāo)。如果一個系統(tǒng)的總體架構(gòu)存在問題，輕者將導(dǎo)致投運(yùn)期間修改或增補(bǔ)硬件和軟件，造成人力物力浪費(fèi)；重者將導(dǎo)致各子系統(tǒng)間無法聯(lián)通且難以修改和彌補(bǔ)，造成工程的重大缺陷。而一個系統(tǒng)如果在初期缺乏總體功能設(shè)計，則系統(tǒng)缺乏方向指引，必將使工程實施多走彎路，甚至造成無法彌補(bǔ)的缺陷。

    總體架構(gòu)設(shè)計的方法可以劃分為以下3個步驟。  

    ① 劃分子系統(tǒng)并確定各自的合理形式。根據(jù)工藝要求，確定哪些子系統(tǒng)是工藝上相對獨(dú)立的，哪些是物理位置上相對獨(dú)立但工藝上與其他設(shè)備有密切聯(lián)系的。前者一般設(shè)計為帶控制器的獨(dú)立系統(tǒng)，使其與其他同類子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換最少（但規(guī)模太小且不太重要的子系統(tǒng)也可設(shè)計為其他子系統(tǒng)的遠(yuǎn)程I/O站） ; 后者設(shè)計為遠(yuǎn)程I/O站，以方便與其他設(shè)備的工藝聯(lián)鎖。這一步的結(jié)果是使得所有子系統(tǒng)都被初步歸類。  

    ② 明確步驟①的結(jié)果是否符合控制要求和用戶習(xí)慣要求。若有沖突則與用戶溝通協(xié)商，特別是原則性沖突必須告知用戶，以便達(dá)成一致意見，從而完成子系統(tǒng)的最終劃分。  

    ③ 根據(jù)最終子系統(tǒng)劃分，確定它們間合理的連接方式（接口形式、通信協(xié)議、介質(zhì)類型）和數(shù)量。以某火電廠輸煤控制系統(tǒng)為例，系統(tǒng)因增加2臺機(jī)組而需要增加8個原煤倉（原系統(tǒng)也有8個），且煤倉間的皮帶輸送機(jī)（為原煤倉配煤用）必須延長使之能為16個原煤倉配煤。由于離原控制站的距離較遠(yuǎn)，用戶要求新增一個站來完成對新增8個煤倉的控制。分析配煤工藝的特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，16個煤倉是一個有機(jī)的整體，它們是同一個順序隊列中的設(shè)備，且均與配煤皮帶輸送機(jī)有閉鎖關(guān)系。因此，根據(jù)上述步驟①中的原則，新增站應(yīng)設(shè)置為原系統(tǒng)的一個遠(yuǎn)程I/O站，而不是一個帶獨(dú)立控制器的系統(tǒng)。新增站設(shè)置為原系統(tǒng)的一個遠(yuǎn)程I/O站時，只需在原程序中進(jìn)行少量修改（拷貝原來煤倉的控制方式并修改配煤順序器的步） ; 反之增加一個帶獨(dú)立控制器的系統(tǒng)則需另外進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)通信并修改接口處的邏輯，這不僅增加了編程難度，還降低了系統(tǒng)可靠性，新增站的造價也高了許多。

    某境外項目的分包合同中，其輔控系統(tǒng)采用4套西門子57400熱備系統(tǒng)，招標(biāo)書中對它的要求是能分別與主控系統(tǒng)的DCS和其他3個輔控子系統(tǒng)（西門子57300單機(jī)系統(tǒng)）進(jìn)行通信，通信協(xié)議均用Modbus TCP/IP。根據(jù)上述步驟③進(jìn)行確認(rèn)發(fā)現(xiàn)，雖然系統(tǒng)配置了以太網(wǎng)交換機(jī)，使各系統(tǒng)能在物理上互相連接，但實際上西門子的工業(yè)以太網(wǎng)模塊并不支持 Modbus TCP/IP這個應(yīng)用層的軟件協(xié)議。因此，需要增加另外的硬件模塊或采購專門的軟件功能塊來實現(xiàn)，為此至少需要增加十多萬元人民幣。經(jīng)過與用戶的充分溝通，用戶同意增加部分錢款；同時，考慮到其他幾個子系統(tǒng)均采用西門子S7系統(tǒng)，不采用Modbus協(xié)議，從而避免了其他子系統(tǒng)同樣的成本上升問題。

    總體設(shè)計的結(jié)果一般用控制系統(tǒng)組態(tài)圖表示。系統(tǒng)總體設(shè)計不僅非常重要，而且對設(shè)計人員的專業(yè)水平要求較高。通過采用上述分解轉(zhuǎn)換目標(biāo)的方法可以降低對設(shè)計人員素質(zhì)的要求，并提高和保障總體設(shè)計的正確性，為達(dá)成系統(tǒng)總目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

    2.2 建立完整的I/O清冊

    一個完整的、正確的I/O清冊是平行高效地開展軟硬件設(shè)計的基礎(chǔ)，也是保證系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期功能的前提。因此，總體設(shè)計完成后，在開展軟硬件功能細(xì)化設(shè)計之前，必須對每一個子系統(tǒng)的監(jiān)控對象做一個細(xì)致的分析歸類和統(tǒng)計，做到不遺漏、不重復(fù)和設(shè)置的I/O點(diǎn)能滿足預(yù)期的設(shè)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(biāo)或步驟來完成：①列出所有被監(jiān)控對象（設(shè)備）的清單；②根據(jù)監(jiān)控對象的控制要求和工藝特點(diǎn)進(jìn)行歸類，確定每一類對象必須設(shè)置的I/O種類和點(diǎn)數(shù)；③根據(jù)①②列出系統(tǒng)所有監(jiān)控對象的I/O清單；④根據(jù)總體設(shè)計中子系統(tǒng)的劃分為I/O清單中的每一點(diǎn)分配一個I/O地址，以形成I/O清冊。其中第2個目標(biāo)的完成需要設(shè)計人員具備一定的工程經(jīng)驗，并一定要核對與設(shè)備上的接口是否相適應(yīng)。

    從控制角度分析各類工藝可以發(fā)現(xiàn)，一個工程項目中需控制的設(shè)備種類其實并不多，大致可分為通用類、行業(yè)／工藝專用類和特殊類3種。通用類指電機(jī)類、閥類、調(diào)節(jié)控制類和儀表檢測類等，這類設(shè)備占了工藝設(shè)備的絕大多數(shù)，而且隨著標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的推進(jìn)，這部分設(shè)備的功能和接口趨于定型。行業(yè)通用設(shè)備的分類和I/O設(shè)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(jī)類的運(yùn)行和停止信號往往是從一個繼電器出來的一對相反觸點(diǎn)，故取一個信號就足夠；氣動閥門需由電磁閥控制，其DO是針對電磁閥的，DI是從氣動閥本體上裝的位置傳感器的出的，從成本和安裝方便考慮，一般把一個工藝主設(shè)備的幾個電磁閥放在一個電磁閥箱中，并增加一個手自動開關(guān)DI；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(diǎn)；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(guān)狀態(tài)）輸出用“開”信號，反之用“關(guān)”信號。
    行業(yè)專用設(shè)備的分類和合理I/O設(shè)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。

   帶控制功能的特殊類設(shè)備或裝置的分類和合理I/O設(shè)置舉例如表3所示。

   通過把建立完整的I/O清冊的目標(biāo)劃分為4個簡單清晰的從屬目標(biāo)，使這項工作的難度降到最低，也使難度高的和工作量大的工作區(qū)分開來以交給不同的人員完成，從而即保證了質(zhì)量，又降低了人力資源成本。 
    2.3控制系統(tǒng)的功能設(shè)計 功能設(shè)計是控制系統(tǒng)工程設(shè)計的主體內(nèi)容，采用何種方式方法不僅會極大地影響人力資源成本，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大時還直接關(guān)系到能否保質(zhì)保量地完成工程設(shè)計的總體目標(biāo)。合理的功能設(shè)計應(yīng)該使系統(tǒng)具備良好的可靠性、可擴(kuò)展性和易維護(hù)性?？刂葡到y(tǒng)的功能設(shè)計從大類上可分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，其中軟件設(shè)計又可分為控制器（如DCS、PLC）功能設(shè)計和人機(jī)接口功能設(shè)計。各部分的功能設(shè)計均首先要注意了解相關(guān)的國家、國際標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)特殊規(guī)范的要求，表4例舉了一些電廠控制系統(tǒng)設(shè)計的常用標(biāo)準(zhǔn)。

   2.3.1硬件設(shè)計

    硬件設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)I/O清冊及總體設(shè)計要求完成圖紙的設(shè)計與輸出并進(jìn)行設(shè)備采購、成套及測試。由于圖紙是設(shè)備采購和成套的依據(jù)，且必須由設(shè)計人員完成。因此，它是硬件設(shè)計的主要內(nèi)容。在工程設(shè)計中研究硬件設(shè)計的方法和步驟就是要研究圖紙設(shè)計的方法和步驟，以便提高設(shè)計的效率和質(zhì)量。

    圖紙設(shè)計可分為如下4個步驟。  

    ①按照控制范圍確定圖冊目錄。如01冊為設(shè)計說明、02冊為機(jī)柜／操作臺／箱的布置圖、03冊為端子出線圖、04冊為盤面和內(nèi)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(nèi)容視供貨范圍和工作范圍而定）。  

    ②制定圖框樣式、圖紙內(nèi)容和圖號編制規(guī)則，確定每一張圖的圖號。如PLC系統(tǒng)可規(guī)定一塊模塊對應(yīng)一張端子出線圖和一張內(nèi)部接線圖；同一內(nèi)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(shù)的內(nèi)容可采用適量空白頁等。  

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

    ④根據(jù)相關(guān)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(shè)計中需注意以下幾方面：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(guān)規(guī)范；使用的合理性和方便性，以及一些特殊操作和監(jiān)視要求。工程項目的圖紙量隨控制系統(tǒng)的橫向規(guī)模（子系統(tǒng)或I/O數(shù)量）和供貨范圍的縱向深度（管理網(wǎng)絡(luò)級、控制級、現(xiàn)場設(shè)備級）的加大而急劇增加，但實際每一層面的圖紙模板增加并不多。因此，采用上述圖紙設(shè)計的步驟可把設(shè)計的難點(diǎn)（圖冊規(guī)劃、模板設(shè)計和電源設(shè)計）和重點(diǎn)（完成大量圖紙）分開，且后者對人員的專業(yè)水平要求不高，從而既保證了系統(tǒng)的質(zhì)量，又可大大提高工程管理的效率。  

    2.3.2軟件設(shè)計

    軟件設(shè)計分為控制器功能設(shè)計（也稱下位機(jī)設(shè)計）和人機(jī)接口功能設(shè)計（也稱上位機(jī)設(shè)計）。軟件設(shè)計是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心，其好壞直接影響到整個系統(tǒng)的質(zhì)量；軟件設(shè)計是一項細(xì)致的工程，占據(jù)了控制系統(tǒng)設(shè)計的大部分時間；軟件設(shè)計又是一個有機(jī)的整體，控制器采集來的數(shù)據(jù)和對設(shè)備的控制結(jié)果需要在上位機(jī)上顯示，操作員對設(shè)備的操作既需要有上位機(jī)的操作接口，又需要控制器中有相應(yīng)功能。因此，它們之間有大量的數(shù)據(jù)需要交換和功能聯(lián)系。

    軟件設(shè)計的2大內(nèi)容既相對獨(dú)立又密切聯(lián)系，這就要求在系統(tǒng)總體功能設(shè)計基礎(chǔ)上對系統(tǒng)要求的各類功能進(jìn)行充分溝通，初步達(dá)成一個較具體的設(shè)想。  

    2.3.2.1控制器功能設(shè)計

    控制器通常被稱為下位機(jī)，是相對人機(jī)接口操作站（俗稱上位機(jī)）而言的，它可以是DCS、PLC、工控機(jī)等，作用是通過組態(tài)編程完成預(yù)期的控制功能及與其他子系統(tǒng)的通信功能?？刂破鞴δ茉O(shè)計分為硬件組態(tài)（包括相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置）和軟件編制（即程序設(shè)計）。前者是總體及子系統(tǒng)的硬件架構(gòu)體現(xiàn)，后者則是整個控制系統(tǒng)功能的體現(xiàn)。因此，程序設(shè)計是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心，其好壞直接影響到整個系統(tǒng)的質(zhì)量，同時它也是一項細(xì)致的工程，占據(jù)了控制系統(tǒng)設(shè)計的大部分時間。

    一般而言，一個控制器內(nèi)的程序設(shè)計由一個人完成（特別是國內(nèi)PLC系統(tǒng)），甚至整個系統(tǒng)的程序設(shè)計由一個人完成，這樣的安排存在很大的弊端。首先，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大時，這部分工作量很大，它將成為整個系統(tǒng)設(shè)計的瓶頸；其次，編程人員的個人專業(yè)水平和工作態(tài)度往往決定了系統(tǒng)的質(zhì)量（包括程序的合理性、可擴(kuò)展性、易維護(hù)性）；最后，控制系統(tǒng)工程從設(shè)計開始到出廠交付到現(xiàn)場調(diào)試完成往往間隔時間較長，期間人員流動必將對系統(tǒng)產(chǎn)生極大不利影響。因此，如何用方法論的思想化解這一環(huán)節(jié)顯得十分有意義。

    程序設(shè)計從功能角度可以分為4部分內(nèi)容：①信號處理，包括I/O信號內(nèi)存映像值到程序內(nèi)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(guān)量信號的濾波處理或保持處理）、報警信號處理等；②單一設(shè)備的控制；③工藝要求的控制，包括邏輯控制、順序控制、過程控制；④通信。
    信號處理和單一設(shè)備的控制反映了信號和設(shè)備的特性，數(shù)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(shè)計成標(biāo)準(zhǔn)功能塊，經(jīng)過充分測試后編制使用說明并放人功能塊軟件庫，供各控制系統(tǒng)設(shè)計時使用。

    工藝要求的控制雖然每個行業(yè)每個工程不同，但不外乎邏輯控制、順序控制和過程控制3類。其中邏輯控制利頃序控制往往可以相互轉(zhuǎn)換，如先開閥門后啟動泵這個泵閥聯(lián)鎖邏輯關(guān)系可變成第一步開閥門第二步啟動泵這個順序關(guān)系，反之亦然。當(dāng)一個設(shè)備用不同條件與較多設(shè)備聯(lián)鎖時用邏輯關(guān)系實現(xiàn)較簡單，當(dāng)較多設(shè)備用相同條件與其他較多設(shè)備聯(lián)鎖時用順序關(guān)系實現(xiàn)較方便。另外，上述關(guān)系中的設(shè)備概念可以是具體的泵、閥，也可以是子系統(tǒng)，甚至狀態(tài)。因此，仔細(xì)分析工藝控制要求可以發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜的控制其實都可分解或抽象為由較少“設(shè)備”組成的較簡單的邏輯控制或順序控制，如優(yōu)先邏輯、備用邏輯（二備一、三備二等）、步進(jìn)控制器等，而這些也都可以像基本設(shè)備一樣由資深工程師事先編制成標(biāo)準(zhǔn)功能塊，經(jīng)過充分測試后編制使用說明放人功能塊軟件庫供使用。而過程控制的核心是PID控制，一般控制器廠家均提供了標(biāo)準(zhǔn)功能塊，通過設(shè)置和簡單的邏輯組合可完成Pl控制、PID控制、串聯(lián)控制和前饋控制等。因此，完成工藝要求的控制內(nèi)容可以認(rèn)為是利用上述基本的控制功能塊進(jìn)行微觀的具體的功能架構(gòu)設(shè)計。

    通信（指與其他控制器的數(shù)據(jù)交換）的內(nèi)容相對較獨(dú)立，在DCS、PLC系統(tǒng)中一般根據(jù)通信協(xié)議采用系統(tǒng)提供的相應(yīng)通信功能塊實現(xiàn)，工作重點(diǎn)在于根據(jù)不同協(xié)議通信塊要求列出相應(yīng)資料格式要求，再根據(jù)格式要求列出需進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)清單。

    由上主分析可以歸納出如下控制器功育翻受計的步驟。  

    ①分析工藝控制要求進(jìn)行程序功能分解和架構(gòu)，并分配各程序段名稱、內(nèi)容； 
    ②編制工程要求的各種設(shè)備功能塊、典型控制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(tuán)隊完成）; 
    ③從軟件庫中為設(shè)備清單、儀表清單中的每一項選取相應(yīng)塊，并根據(jù)塊的引腳對其進(jìn)行內(nèi)部地址分配，把功能塊和內(nèi)部變量地址表導(dǎo)人控制器，在①中指定的程序段進(jìn)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(yīng)塊，并根據(jù)塊的引腳對其進(jìn)行內(nèi)部地址分配，把功能塊和內(nèi)部變量地址表導(dǎo)人控制器，在①中指定的程序段進(jìn)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(yīng)塊，并根據(jù)塊對數(shù)據(jù)格式的要求組織通信數(shù)據(jù)列表，并把塊和列表在①中指定的程序段進(jìn)行組合；  
    ⑥對程序功能進(jìn)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(shè)計的重點(diǎn)和難點(diǎn)，特別是第②步占據(jù)了程序設(shè)計的大部分時間，且需要經(jīng)過反復(fù)測試以保證其通用性和可靠性。但這部分可以通過以往項目進(jìn)行積累和驗證，也可由專業(yè)團(tuán)隊在平時進(jìn)行，從而可大大縮短某一項目的時間，提高工程質(zhì)量。其中③④⑤的工作內(nèi)容是并列的，其內(nèi)部變量表只需在某一步進(jìn)行分配和設(shè)置，其他各步驟人員按各自格式要求進(jìn)行處理后導(dǎo)人即可使用。

    采用上述設(shè)計方法可大大降低對設(shè)計人員素質(zhì)的要求，同時使軟件清晰易讀，便于日后的擴(kuò)展和維護(hù)，為專業(yè)化管理和軟件外包服務(wù)打下基礎(chǔ)。  

    2.3.2.2 人機(jī)接口功能設(shè)計

    人機(jī)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(tǒng)稱為上位機(jī)；從功能上分為監(jiān)視功能、操作功能和管理功能（趨勢、報表、報警等）；從設(shè)計角度分為靜態(tài)畫面（包括主畫面、彈出畫面）、動態(tài)鏈接和數(shù)據(jù)處理應(yīng)用。

    靜態(tài)畫面設(shè)計對設(shè)計人員要求不高，重點(diǎn)注意顏色和設(shè)備形狀的表示需符合規(guī)范，畫面風(fēng)格和劃分符合用戶要求。靜態(tài)主畫面主要指工藝主畫面，在畫面基本因素（顏色、形狀、風(fēng)格、劃分）確認(rèn)后可按工藝流程圖進(jìn)行設(shè)計；靜態(tài)子畫面指為滿足操作要求而需在主畫面上彈出的畫面，其設(shè)計需按設(shè)備清單和程序設(shè)計中對每類對象／子系統(tǒng)的控制要求進(jìn)行分析歸類并制成相應(yīng)模板。

    動態(tài)鏈接的作用是實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)視功能和操作控制功能，它的主要工作是進(jìn)行數(shù)據(jù)生成和數(shù)據(jù)與畫面設(shè)備的動態(tài)鏈接。人機(jī)接口的數(shù)據(jù)主要是和控制器通信的I/O點(diǎn)（這里的I/O是針對人機(jī)接口而言的，并不是指控制系統(tǒng)I/O清冊中的I/O) ，所以需根據(jù)程序設(shè)計中分配的點(diǎn)的地址以及所在控制器的地址，按監(jiān)控軟件數(shù)據(jù)庫和畫面模板的格式要求制成數(shù)據(jù)庫文件進(jìn)行導(dǎo)入和鏈接（在許多DCS和部分類似DCS的系統(tǒng)，人機(jī)接口監(jiān)控所需的數(shù)據(jù)只需在控制器中生成就可使用，無需導(dǎo)人），從而完成監(jiān)視和控制功能。

    數(shù)據(jù)處理的常規(guī)應(yīng)用有趨勢、報表和報警等管理功能。一般組態(tài)軟件都提供了標(biāo)準(zhǔn)方法，但深人的數(shù)據(jù)處理應(yīng)用如設(shè)備檔案、故障預(yù)警和畫面的Web發(fā)送、向工廠MES系統(tǒng)或ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)開放等卻體現(xiàn)了各設(shè)計單位對于信息化管理的思路和水平；同時，需要較專業(yè)的軟件人員來完成。目前，這類數(shù)據(jù)處理的深人應(yīng)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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和應(yīng)用。
 三、各步驟與人力資源的關(guān)系

   以上各步驟模型中，針對所需要取得的目標(biāo)、人力資源和質(zhì)量（可靠性、易擴(kuò)展性、易維護(hù)性）等不盡相同的約束條件進(jìn)行了詳細(xì)剖析，表5則對步驟與約束條件之間的關(guān)系進(jìn)行了總結(jié)，以便于更好地針對各控制系統(tǒng)工程設(shè)計中的主要矛盾，合理分配人力資源和時間資源，進(jìn)行高效的專業(yè)化管理。
                             
四、結(jié)束語

    未經(jīng)規(guī)范的傳統(tǒng)設(shè)計方法偏重經(jīng)驗，雖然在工程項目較小時或許具有快捷簡便的優(yōu)點(diǎn)，但不利于項目的擴(kuò)展、修改和維護(hù)，對于規(guī)模較大的項目或在工程技術(shù)人員發(fā)生崗位變動時更是捉襟見肘。本文從方法論的角度構(gòu)建的控制系統(tǒng)工程設(shè)計方法，追求的是一種能夠百分百達(dá)成目標(biāo)的、能夠被復(fù)制和可操作的高效模式。相比較傳統(tǒng)做法，此方法論更加符合系統(tǒng)工程設(shè)計這個應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域所追求的高效、規(guī)范的精神，有助于開展團(tuán)隊合作，保證大型控制系統(tǒng)或復(fù)雜控制系統(tǒng)的質(zhì)量，推進(jìn)工程管理的效率和水平。