DCS過(guò)程控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張榮成

摘 要：文章分析了DCS系統(tǒng)關(guān)鍵性技術(shù)，及技術(shù)性能要求，在此基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)明扼要地闡述了DCS系統(tǒng)軟件和硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng)；軟硬件功能；設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

企業(yè)生產(chǎn)中，過(guò)程控制是以工業(yè)生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程為對(duì)象，再與生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合共同完成具有專業(yè)性、實(shí)踐性的一項(xiàng)勞動(dòng)過(guò)程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、多媒體技術(shù)和系統(tǒng)控制技術(shù)的發(fā)展，一種具有開放性可靠性特點(diǎn)的DCS控制系統(tǒng)技術(shù)越來(lái)越多的融于工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中。

試舉例，以工業(yè)生產(chǎn)雙堿法脫硫技術(shù)工藝中的過(guò)程監(jiān)控來(lái)說(shuō)，經(jīng)常有幾個(gè)單元組成，文章以工藝中的一個(gè)單元為闡述的對(duì)象對(duì)系統(tǒng)監(jiān)控功能進(jìn)行分析其重要性。

生產(chǎn)操作人員可以按照一定的權(quán)限登陸監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)崗位需求調(diào)取監(jiān)控畫面，可以調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)的閥門、應(yīng)機(jī)泵等，調(diào)取相關(guān)參數(shù)歷史記錄對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)報(bào)表打印。

在這樣的過(guò)程控制中，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的安全性、信息發(fā)布、遠(yuǎn)程訪問(wèn)、操作監(jiān)控功能、數(shù)據(jù)處理功能等，為安全生產(chǎn)起到了根本性的保障。

因此，加強(qiáng)工業(yè)DCS過(guò)程控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的研究與分析，為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)及發(fā)展具有很大的意義。

1 DCS系統(tǒng)關(guān)鍵性技術(shù)

一般地，DCS系統(tǒng)關(guān)鍵性技術(shù)分為工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)和分散集中控制技術(shù)、信號(hào)采集與數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)等核心部分。重點(diǎn)分析如下：

1.1 工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)

這個(gè)技術(shù)具備過(guò)程邏輯控制功能，按照工藝過(guò)程設(shè)計(jì)要求完善組態(tài)軟件編寫邏輯控制順序控制。通過(guò)組態(tài)軟件對(duì)過(guò)程I/O回路組態(tài)，提供I/O接口，儀表設(shè)備由電纜與系統(tǒng)相連，同時(shí)再通過(guò)軟件功能在操作站輸出控制信息，控制現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器達(dá)到控制目的。

1.2 分散集中控制技術(shù)

這個(gè)系統(tǒng)有過(guò)程單元、過(guò)程接口單元、操作站等組成，如下圖所示：

該系統(tǒng)集成了常規(guī)儀表分散控制和計(jì)算機(jī)集中控制的特點(diǎn)，克服了單臺(tái)微機(jī)控制的危險(xiǎn)性以及人機(jī)聯(lián)系差的缺點(diǎn)，一定程度上降低了生產(chǎn)成本，也為系統(tǒng)維護(hù)和技術(shù)更新提供的方便。

1.3 信號(hào)采集與數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)

信號(hào)采集與數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)的功能是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的模擬物理量進(jìn)行數(shù)字化處理，形成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的數(shù)字表示方式，再把有效地?cái)?shù)據(jù)提供給控制器計(jì)算，如下圖：

2 DCS系統(tǒng)技術(shù)性能要求

在DCS系統(tǒng)技術(shù)性能方面整體要滿足：容易維護(hù)，做到操作方便，組提案靈活，接線方便可靠。

除此外，還要符合通訊功能技術(shù)要求，工程師站技術(shù)要求，現(xiàn)場(chǎng)控制站的要求，做到這些才能為實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)過(guò)程控制功能設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

3 DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，基本上可以分為軟件和硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

3.1 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

選擇方法：一般有兩種方法實(shí)現(xiàn)。一種是通過(guò)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)；一種是通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。在具體應(yīng)用中至于采取哪種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)除了要考慮綜合因素外還要考慮系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化庫(kù)，歷史數(shù)據(jù)等，這樣才能確保需求，減少成本。

3.1.1 組態(tài)軟件

組態(tài)軟件是支持開發(fā)、生成等工具的軟件，用在生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集與控制，完成系統(tǒng)控制層軟件和監(jiān)控軟件的組態(tài)功能，安裝在工程師站中，對(duì)數(shù)據(jù)采集頻率等通過(guò)界面系統(tǒng)實(shí)施反映各個(gè)被監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)。

3.1.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是以工業(yè)監(jiān)控為目的，對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的時(shí)標(biāo)型信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。它集成了實(shí)時(shí)計(jì)算、分析處理等和各種異構(gòu)通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)源，形成統(tǒng)一的訪問(wèn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)體系架構(gòu)圖如下所示：

核心是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)適配層適配現(xiàn)場(chǎng)各種接口完成數(shù)據(jù)采集，計(jì)算，報(bào)警，同時(shí)通過(guò)向應(yīng)用層提供各種適配接口，支持各種開發(fā)語(yǔ)言和需求。

3.1.3 組態(tài)軟件功能實(shí)現(xiàn)

一般地，組態(tài)軟件功能實(shí)現(xiàn)是通過(guò)JX-300XPDCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。具體如下圖所示。

3.2 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.2.1 儀表I/O點(diǎn)清冊(cè)制定

儀表I/O點(diǎn)清冊(cè)包含序號(hào)、中文描述、供電方式等。在整個(gè)系統(tǒng)中不能有重復(fù)，控制系統(tǒng)相應(yīng)的調(diào)用數(shù)據(jù)的控制回路也會(huì)被修改，所以在系統(tǒng)生成后不要修改數(shù)據(jù)。

3.2.2 主控模塊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊的設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控功能，I/O模塊的管理級(jí)數(shù)據(jù)交換處理等問(wèn)題，要對(duì)控制站內(nèi)的主控模塊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2.3 工程師站、操作員站配置

在對(duì)這2個(gè)配置時(shí)除了內(nèi)存、顯示、硬盤等考慮外還要考慮計(jì)算機(jī)使用環(huán)境以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)接入的便捷性，防塵散熱性。

3.2.4 硬件的實(shí)現(xiàn)

在現(xiàn)場(chǎng)控制站中除了要使用電流信號(hào)輸入、電壓信號(hào)輸入等外還要應(yīng)用到負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)控制站內(nèi)所有軟硬件關(guān)系及各項(xiàng)控制任務(wù)的主控模塊和作為主控制模塊和I/O模塊的中間環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊。

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