新型板卡式DCS系統(tǒng)中力控組態(tài)軟件的應(yīng)用

張祖鷹

ZHANG Zu-ying

（南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 210048）

新型板卡式DCS系統(tǒng)中力控組態(tài)軟件的應(yīng)用

Application of for cecontrol configuration software at the new board style DCS system

張祖鷹

ZHANG Zu-ying

（南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 210048）

目前DCS控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用，是當(dāng)今最流行的控制系統(tǒng)。但對(duì)于中小型裝置（200點(diǎn)內(nèi))，這類系統(tǒng)顯得造價(jià)過(guò)于昂貴。板卡式DCS控制系統(tǒng)，使用力控組態(tài)軟件，解決在中小型裝置使用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)造價(jià)高，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，維護(hù)工作量大的問(wèn)題。

組態(tài)軟件；DCS；板卡式

1 DCS控制系統(tǒng)概述

DCS控制系統(tǒng)成功而廣泛的應(yīng)用證明了其體系結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性、可靠性和功能的完整性。DCS控制系統(tǒng)采用了最先進(jìn)的技術(shù)和開放性標(biāo)準(zhǔn)（COM/DCOM技術(shù)、OPC服務(wù)器標(biāo)準(zhǔn)、Active X），向用戶提供了更大的應(yīng)用空間，是適應(yīng)企業(yè)各種自動(dòng)化需求的、開放的、規(guī)?？勺兊目刂葡到y(tǒng)。

DCS系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，在開放式的冗余通訊網(wǎng)絡(luò)上分布了多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)程控站（FCS），這些現(xiàn)場(chǎng)程控站都帶有獨(dú)立的功能處理器，每個(gè)功能處理器都可為了完成特定的任務(wù)而進(jìn)行組態(tài)和編程。用于現(xiàn)場(chǎng)控制的程控單元其物理位置分散、控制功能分散，系統(tǒng)功能分散，而用于過(guò)程監(jiān)視及管理的人-機(jī)接口單元其顯示、操作、記錄、管理功能集中。

2 板卡式DCS控制系統(tǒng)

板卡式DCS由四部份組成：I/O板、控制器、操作站和通訊網(wǎng)絡(luò)。I/O板主要完成模擬和數(shù)字的轉(zhuǎn)換（A/D和D/A轉(zhuǎn)換）；控制器是DCS的核心部件，任務(wù)是完成以PID為主要功能的過(guò)程控制，用戶編寫應(yīng)用程序大都采用組態(tài)方式；操作站差別比較大，主要差別是選用PC機(jī)還是選用小型機(jī)、采用UNIX還是采用NT操作系統(tǒng)、采用專用的還是通用的監(jiān)控軟件，操作系統(tǒng)和監(jiān)控軟件配合比較好時(shí)可以減少死機(jī)現(xiàn)象。

板卡式DCS控制系統(tǒng)特點(diǎn)表現(xiàn)在：

1）解決在中小型裝置（200點(diǎn)內(nèi)）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)造價(jià)高，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，維護(hù)工作量大。

2）現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)控制箱與系統(tǒng)連接，控制箱集供電系統(tǒng)、變頻器、移相調(diào)壓器、以及現(xiàn)場(chǎng)繼電器為一體，并提供現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)所有驅(qū)動(dòng)電力。它僅需通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接線端子接收工控機(jī)的控制信號(hào)即能完成所有控制功能，形成一體化設(shè)計(jì)。從而實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)完全獨(dú)立的模塊化設(shè)計(jì)。

3）控制箱側(cè)面是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接線端子盒。這種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接口可以使現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)與用戶自行選定的DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、DDC系統(tǒng)方便連接，甚至用戶自己用單片機(jī)組成的系統(tǒng)都可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

3 板卡式DCS控制系統(tǒng)使用的組態(tài)軟件

3.1 力控組態(tài)軟件

項(xiàng)目中使用了北京三維力控科技有限公司的組態(tài)軟件。力控?軟件以計(jì)算機(jī)為基本工具，為實(shí)施數(shù)據(jù)采集、過(guò)程監(jiān)控、生產(chǎn)控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，它可以和檢測(cè)、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。在過(guò)程監(jiān)控中發(fā)揮了核心作用，可以幫助企業(yè)消除信息孤島，降低運(yùn)作成本，提高生產(chǎn)效率，加快市場(chǎng)反應(yīng)速度。

力控?監(jiān)控組態(tài)軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過(guò)程控制的專用軟件，最大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，縮短了自動(dòng)化工程師的系統(tǒng)集成的時(shí)間，大大的提高了集成效率。

3.2 組態(tài)軟件的開發(fā)、運(yùn)行系統(tǒng)

力控?監(jiān)控組態(tài)軟件支持Windows 98、NT、2000、XP等操作系統(tǒng)；采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，集成化的開發(fā)環(huán)境；開發(fā)系統(tǒng)采用更多的組件和控件來(lái)方便您構(gòu)成強(qiáng)大的系統(tǒng)；豐富的函數(shù)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序使集成更容易；增強(qiáng)的過(guò)渡色與漸進(jìn)色功能，從根本上解決了很多同類軟件在過(guò)多使用過(guò)渡色、漸進(jìn)色時(shí)，嚴(yán)重影響畫面刷新速度和系統(tǒng)運(yùn)行效率的問(wèn)題；提供面向?qū)ο缶幊谭绞剑瑑?nèi)置間接變量、中間變量、數(shù)據(jù)庫(kù)變量，支持自定義函數(shù),支持大畫面和自定義菜單，方便您構(gòu)造強(qiáng)大的企業(yè)級(jí)運(yùn)行系統(tǒng)；腳本類型和觸發(fā)方式多樣，支持?jǐn)?shù)組運(yùn)算和循環(huán)；支持一機(jī)多屏，組建多畫面時(shí)不需要多屏卡。

圖1 力控軟件生成畫面

3.3 力控組態(tài)新工程的步驟

通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，介紹用力控組態(tài)新工程的基本步驟。

新工程的簡(jiǎn)介

1）假設(shè)的工藝過(guò)程

工藝設(shè)備包括一個(gè)油罐，一個(gè)進(jìn)油控制閥門，一個(gè)出油控制閥門。用于控制兩臺(tái)閥門的PLC，如下圖所示：

2）PLC的邏輯算法：

當(dāng)進(jìn)油控制閥門打開時(shí)，則開始進(jìn)油。一旦存儲(chǔ)罐即將被注滿，進(jìn)油控制閥門關(guān)閉，出油控制閥門打開。一旦存儲(chǔ)罐即將被排空，進(jìn)油控制閥門打開，出油控制閥門關(guān)閉。如此反復(fù)進(jìn)行。

圖2 油罐液位工藝過(guò)程

3）力控的PLC仿真驅(qū)動(dòng)

SIMULATOR—力控的PLC仿真驅(qū)動(dòng)

SIMULATOR是力控?的PLC仿真程序，為了適應(yīng)本例子的要求，內(nèi)嵌了邏輯算法，并且對(duì)數(shù)據(jù)通道作了約定：

增量寄存器1（模擬輸入?yún)^(qū)）第0通道對(duì)應(yīng)油罐的液位

PLC1的DI區(qū)域（數(shù)字輸入?yún)^(qū)）第0通道控制油罐的進(jìn)油控制閥門

PLC1的DI區(qū)域（數(shù)字輸入?yún)^(qū)）第1通道控制油罐的出油控制閥門

PLC1的DO區(qū)域（數(shù)字輸出區(qū)）第0通道啟動(dòng)/停止PLC程序的開關(guān)

4）工程要完成的目標(biāo)

（1）創(chuàng)建一幅工藝流程圖，圖中包括一個(gè)油罐，一個(gè)進(jìn)油控制閥門和出油控制閥門，全部使用電磁閥帶動(dòng)氣缸閥。

（2）閥門根據(jù)開關(guān)狀態(tài)而變色，開時(shí)為紅色，關(guān)時(shí)為綠色。

（3）創(chuàng)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，并與SIMULATOR進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，完成一幅工藝流程圖的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及動(dòng)態(tài)棒圖顯示。

（4）用兩個(gè)按鈕實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和停止，啟動(dòng)和停止PLC程序。

5）創(chuàng)建組態(tài)界面

進(jìn)入力控的開發(fā)系統(tǒng)后，可以為每個(gè)工程建立無(wú)限數(shù)目的畫面，在每個(gè)畫面上可以組態(tài)相互關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖形。這些畫面是由力控開發(fā)系統(tǒng)提供的豐富的圖形對(duì)象組成的。開發(fā)系統(tǒng)提供了文本、直線、矩形、圓角矩形、圓形、多邊形等基本圖形對(duì)象，同時(shí)還提供了增強(qiáng)型按鈕、實(shí)時(shí)歷史趨勢(shì)曲線、實(shí)時(shí)歷史報(bào)警、實(shí)時(shí)歷史報(bào)表等組件。開發(fā)系統(tǒng)還提供了在工程窗口中復(fù)制、刪除、對(duì)齊、打成組等編輯操作，提供對(duì)圖形對(duì)象的顏色、線型、填充屬性等操作工具。

6）運(yùn)行

力控工程初步建立完成，進(jìn)入運(yùn)行階段。首先保存所有組態(tài)內(nèi)容，關(guān)閉DBManager(如果沒(méi)關(guān)閉)。在力控的開發(fā)系統(tǒng)（DRAW）中選擇“文件進(jìn)入運(yùn)行”菜單命令，進(jìn)入力控的運(yùn)行系統(tǒng)。在運(yùn)行系統(tǒng)中選擇“文件打開”命令，從“選擇窗口”選擇“儲(chǔ)罐液位監(jiān)控示例”。顯示出力控的運(yùn)行畫面，點(diǎn)擊“開始”按鈕，開始運(yùn)行PLC1的程序。這時(shí)會(huì)看見閥門打開，存儲(chǔ)罐液位開始上升，一旦存儲(chǔ)罐即將被注滿，它會(huì)自動(dòng)排放，然后重復(fù)以上的過(guò)程?？梢栽谌魏螘r(shí)候點(diǎn)擊“停止”按鈕來(lái)中止這個(gè)過(guò)程，如下圖所示：

圖3 儲(chǔ)罐液位運(yùn)行控制

7）制作運(yùn)行包

力控的制作運(yùn)行包的功能，可以將當(dāng)前工程組態(tài)的信息和力控的運(yùn)行環(huán)境壓縮成幾個(gè)文件，形成Setup安裝盤。當(dāng)工程完成后，可以將這樣一張安裝盤交到用戶的手上，當(dāng)機(jī)器發(fā)生嚴(yán)重故障使控制應(yīng)用受到破壞時(shí)，用戶可以用這張Setup安裝盤進(jìn)行安裝，一次性恢復(fù)完整的力控控制系統(tǒng)，確保了系統(tǒng)的安全，大大地減少了維護(hù)工作量。

4 結(jié)束語(yǔ)

新型板卡式DCS系統(tǒng)解決在中小型裝置（300點(diǎn)內(nèi)）出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)DCS計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)造價(jià)高，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，維護(hù)工作量大的問(wèn)題。 采用力控?監(jiān)控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)控制方案?，F(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)控制箱與系統(tǒng)連接，控制箱集供電系統(tǒng)、變頻器、移相調(diào)壓器、以及現(xiàn)場(chǎng)繼電器為一體，并提供現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)所有驅(qū)動(dòng)電力。它僅需通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接線端子接收工控機(jī)的控制信號(hào)即能完成所有控制功能，形成一體化設(shè)計(jì)。從而實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)完全獨(dú)立的模塊化設(shè)計(jì)?？刂葡鋫?cè)面是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接線端子盒。這種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接口可以使現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)與用戶自行選定的DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、DDC系統(tǒng)方便連接，甚至用戶自己用單片機(jī)組成的系統(tǒng)都可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

在均苯四甲酸、均苯四甲酸二酐生產(chǎn)裝置的自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)比中，造價(jià)僅為原價(jià)格的四分之一不到。操作性能優(yōu)良，控制精度高，可靠性好。

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N945.13

B

1009-0134(2010)11(下)-0121-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.11(下).43

2010-09-13

江蘇省高?？萍剂㈨?xiàng)課題（D/200711/115）

張祖鷹（1956 -），男，江蘇揚(yáng)州人，副教授，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)工業(yè)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)、過(guò)程自動(dòng)化。