一種多智能儀表DCS系統(tǒng)的研究

周偉

摘 要： DSC又稱4C技術(shù)，它是分散控制系統(tǒng)的其中一項(xiàng)。在對(duì)這一系統(tǒng)和它的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)研究之上還有很多控制系統(tǒng)模式，其中一種就是智能儀表控制。這種控制要用到不止一臺(tái)計(jì)算機(jī)，分別監(jiān)控不同的環(huán)節(jié)，并實(shí)施相應(yīng)的回路控制，從中得到的數(shù)據(jù)將更加精確，這就是DCS，它最大的效用是完成集中管理，精確控制。把電腦，利用串行通信接口直接和自動(dòng)化智能儀表，既能完成DCS系統(tǒng)的溝通，文章的重點(diǎn)是要解剖這一系統(tǒng)的深層結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)之上找到相應(yīng)的通信協(xié)議，并舉例說(shuō)明，為廣大讀者提供較為深入的研究結(jié)果。

關(guān)鍵詞：多智能儀表；DCS系統(tǒng)；分析；研究

DCS有兩個(gè)作用，一個(gè)是控制，另一個(gè)是監(jiān)控，同時(shí)利用聯(lián)網(wǎng)，讓工作穩(wěn)步開(kāi)動(dòng)起來(lái)，它最基本的內(nèi)涵是在生產(chǎn)工作中起到讓控制過(guò)程更加科學(xué)，人員操作更便捷，組織架構(gòu)更靈活，管理思路從而科學(xué)化。

1 多智能儀表內(nèi)部的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

1.1 常規(guī)的DCS 體系的結(jié)構(gòu)

為什么DCS又叫做“4C”，這一稱呼的起始時(shí)間在上世紀(jì)70年代，互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來(lái)，即“電腦”、“控制”、“通信”、“CRT顯示”，由于這些技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代有著較為突出的顯現(xiàn)，這一時(shí)間集散型控制系統(tǒng)重點(diǎn)有三：第一，操控管理系統(tǒng)；第二，通信系統(tǒng)；第三，集散控制系統(tǒng)硬件。

三部分之間的數(shù)據(jù)和信息控制的關(guān)系如圖1 所示。

從這份圖中可以看到，每個(gè)部件的作用和聯(lián)系都非常清晰，控制系統(tǒng)的集散控制一目了然，因果聯(lián)系明確，如果更進(jìn)一步研究，能夠看到多智能控制系統(tǒng)中的邏輯關(guān)系，控制站——控制級(jí)——過(guò)程控制——生產(chǎn)管理。這需要特別注意。

1.2 多智能的儀表控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

通常多智能儀表控制在中小企業(yè)中有更高的利用率，在每一份方案中都有不同的細(xì)節(jié)設(shè)置，但總的結(jié)構(gòu)仍可作為借鑒，圖2能夠清晰反應(yīng)基本的組織結(jié)構(gòu)，如下：

在該系統(tǒng)中，主要部件有現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的智能儀表、利用現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行分隔的控制級(jí)以及其中的好幾臺(tái)控制PC 機(jī)還有處于管理層面的管理PC 機(jī)，這些需要溝通的裝置以網(wǎng)絡(luò)的互動(dòng)為基礎(chǔ)，彼此之間有一定聯(lián)系，類似于人體的各個(gè)器官，器官之間的健康相互影響，所以，在挑選部件的時(shí)候需要注重質(zhì)量選擇，否則一個(gè)部件出問(wèn)題可能牽連到整體功能，進(jìn)而引起故障。MIS系統(tǒng)正是這樣的系統(tǒng)，管理和控制都相互聯(lián)系，在這一系統(tǒng)中PC機(jī)的位置更為關(guān)鍵，要在操作以及分散控制方面起到啟動(dòng)作用，所以對(duì)裝置的硬軟件選擇要更加注意。

2 通信協(xié)議在多智能儀表系統(tǒng)中的重要性

通常，DCS能在智能儀表的通信過(guò)程中發(fā)揮顯著作用。在之前系統(tǒng)協(xié)議的基礎(chǔ)上，能夠?qū)Χ嘀悄軆x表系統(tǒng)進(jìn)行改善，改善的主要內(nèi)容就是軟件和硬件?？刂茀f(xié)議發(fā)生效用不是馬上進(jìn)行，而是提前有一個(gè)緩沖時(shí)間，時(shí)間通過(guò)預(yù)留時(shí)間片來(lái)控制，這些時(shí)間片和主機(jī)連接在一起，完成該系統(tǒng)的預(yù)約。在該設(shè)計(jì)里以O(shè)SI協(xié)議為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線儀表控制的通信擴(kuò)散。OSI協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層，應(yīng)用層，物理層，數(shù)據(jù)層等，都是利用儀表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)整合起來(lái)，從而數(shù)據(jù)傳遞有了相應(yīng)的物理介質(zhì)，信息得以快速及時(shí)地到達(dá)所需地點(diǎn)——數(shù)據(jù)層，在數(shù)據(jù)層二次分解，并將誤差縮小到最小范圍。

再來(lái)分析數(shù)據(jù)層中的傳輸幀。地址幀以及數(shù)據(jù)幀都屬于傳輸幀的范疇，地址幀與數(shù)據(jù)幀的主要差別，就在于兩者的第9位數(shù)據(jù)不同，地址幀為“1”，而傳輸幀為“0”。

在進(jìn)行誤差校驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)方法可以用CRC。地址幀的控制是用PC機(jī)來(lái)控制的，從而數(shù)據(jù)位的穩(wěn)定得以實(shí)現(xiàn)，此外，上述工作完成之后，PC機(jī)指令發(fā)出之后，數(shù)據(jù)幀工作開(kāi)始，可將信息傳達(dá)出去，從而一個(gè)較為全面的智能儀表系統(tǒng)通信。之后，PC機(jī)遇智能儀表完成信息復(fù)幀工作仍要有應(yīng)用層的幫助。

下表即為應(yīng)用層協(xié)議情況。

3 實(shí)例

這一智能儀表的設(shè)計(jì)是針對(duì)SEU-211型號(hào)溫控儀進(jìn)行優(yōu)化，型號(hào)為USTS-100，因此在分析本次設(shè)計(jì)時(shí)必不可少對(duì)SEU進(jìn)行分析，需要了解的是SEU-211智能控制儀表設(shè)計(jì)平臺(tái)為DCS 應(yīng)用系統(tǒng)，能夠?qū)﹄娂訜釥t進(jìn)行專項(xiàng)控制，控制原理為通過(guò)將熱電偶充當(dāng)溫度傳感設(shè)備，輸入方式采用熱電偶信號(hào)進(jìn)行輸入，信號(hào)通過(guò)晶閘管發(fā)送。其通信協(xié)議為RS-485，是一種主動(dòng)呼叫和應(yīng)答的傳輸結(jié)構(gòu)模式。USTS-100 具有以下的改進(jìn)：

（1）信號(hào)流通的基礎(chǔ)是電壓的穩(wěn)定，通過(guò)穩(wěn)定電壓的輸入，完成信號(hào)整合工作，通用性很強(qiáng)，從而工業(yè)過(guò)程控制效果更好，有效提升DCS系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。（2）這一儀表獨(dú)具32kb 的內(nèi)存掉電保護(hù)服務(wù)，能夠配置任意程序的存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)內(nèi)存。（3）通信部分的固件為MAX485，在電路設(shè)計(jì)上具有優(yōu)勢(shì)，具體優(yōu)化主要在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等軟件方面，能夠增強(qiáng)儀表對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。除了上述優(yōu)點(diǎn)，通信功能工作的分解也是其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，數(shù)據(jù)緩存服務(wù)于通信的測(cè)算，對(duì)觸發(fā)以及啟動(dòng)機(jī)制有調(diào)節(jié)作用，完成該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造是一個(gè)浩大和瑣碎的過(guò)程，不過(guò)一旦完成，將給后來(lái)的工作帶來(lái)不少便利。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究結(jié)果能為平日工作提供理論依據(jù)，是DCS系統(tǒng)的內(nèi)容結(jié)晶，在實(shí)踐應(yīng)用中有一定指導(dǎo)意義，可繼續(xù)擴(kuò)展智能儀表的工作思路。在中小企業(yè)的業(yè)務(wù)操作中有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。對(duì)于智能儀表的研究者，更有研究效用。

參考文獻(xiàn)

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