基于DCS控制的過程分析儀表系統(tǒng)設(shè)計

牛強(qiáng) 高峰

中圖分類號：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識：A 文章編號：1674-1145（2018）2-000-01

摘要 隨著科技的迅速發(fā)展，我國的綜合國力不斷提升，此時日常生活當(dāng)中人們對于計算機(jī)的應(yīng)用和需求也在不斷增加，其中比較有代表性的就是DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用，其主要是在水處理、化工方面以及工程和冶金方面使用較多。而且DCS的過程分析儀表系統(tǒng)對傳統(tǒng)的儀表技術(shù)產(chǎn)生巨大的沖擊，DCS系統(tǒng)的精確性高、可靠性強(qiáng)，同時還方便維護(hù)，所以被廣泛的應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域當(dāng)中。在本文當(dāng)中，我們針對DCS控制過程分析儀表系統(tǒng)以及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了分析和設(shè)計，希望能夠為他人提供參考。

關(guān)鍵詞 DCS控制 分析儀表 系統(tǒng)設(shè)計

目前我國各行各業(yè)當(dāng)中智能化學(xué)儀表的使用比較廣泛，在本文當(dāng)中我們對DCS系統(tǒng)的過程分析、儀表系統(tǒng)設(shè)計都進(jìn)行了分析和簡述。DCS控制系統(tǒng)可以通過相關(guān)的軟件和設(shè)備，在無人操作時實(shí)現(xiàn)對儀表設(shè)備的控制，很大程度上縮短了生產(chǎn)過程中的人工操作時間，同時也提高了生產(chǎn)效率，最重要的是實(shí)現(xiàn)了無人操作，有效的避免了安全事故的發(fā)生。

一、DCS控制系統(tǒng)的設(shè)計

（一）設(shè)計系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站

系統(tǒng)的控制站是通過計算機(jī)對現(xiàn)場的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控和測量?？刂普居蓹C(jī)柜和電源、輸入和輸出通道組成，電源外部由金屬材料包裹，之后和運(yùn)行的電器連接。機(jī)柜與電源為電子設(shè)備提供電源屏障，確?，F(xiàn)場的人員安全和電磁屏蔽效果，機(jī)柜需要接地，接地電阻小于等于4Ω；機(jī)柜內(nèi)部安裝散熱風(fēng)扇，促使機(jī)柜內(nèi)部與外部的空氣循環(huán)速度加快，進(jìn)而達(dá)到散熱的目的。如果機(jī)柜外部的環(huán)境過冷或者是過熱，那么安裝空調(diào)裝置在機(jī)柜的底部。選用最密閉的機(jī)柜，確保柜內(nèi)的溫度保持相對穩(wěn)定。除此之外，我們還要為系統(tǒng)提供可靠的電源，雙向交流電源在控制站中用到大功率電器時，可以通過變壓器對線圈進(jìn)行一定的處理，確保供電的穩(wěn)定。對于供電穩(wěn)定性和連續(xù)性要求比較高的工廠，我們可以選擇UPS電源（主要是后備式、在線式兩種）。

（二）主控單元設(shè)計

DCS系統(tǒng)當(dāng)中主控單元是由CPU與儲存器兩部分組成。在DCS系統(tǒng)當(dāng)中16位的微處理器是目前常用的，32位的處理器偶爾也會用到。在一些新的系統(tǒng)當(dāng)中目前浮點(diǎn)預(yù)算協(xié)處理器被廣泛的應(yīng)用，將傳統(tǒng)的處理器替代下來，進(jìn)而提高處理器的運(yùn)行效率。存儲器是由ROM與RAM兩部分組成，在計算機(jī)內(nèi)部又固定程序?qū)ζ溥M(jìn)行控制，確保系統(tǒng)的順利運(yùn)行。在系統(tǒng)的設(shè)計過程中結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，那么系統(tǒng)的運(yùn)行也就越穩(wěn)定。

二、基于DCS控制的過程分析

在DCS控制系統(tǒng)當(dāng)中通過西門子的ET200模擬數(shù)字采集器，對儀表系統(tǒng)的溫度、流量、壓力、閥門以及電加熱過程中的參數(shù)進(jìn)行分析和采集，之后通過DCS系統(tǒng)將數(shù)值上傳到顯示器當(dāng)中，再借助系統(tǒng)向相關(guān)的閥門發(fā)送命令使其發(fā)生動作，同時該系統(tǒng)還可以與上位機(jī)之間進(jìn)行通信。DCS控制的過程分析儀表系可以與其他儀表系統(tǒng)之間形成一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對整個過程中的子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時控制。

三、系統(tǒng)硬件的整體設(shè)計

DCS控制的過程分析儀表系統(tǒng)中硬件組成是由分析儀表和樣品預(yù)處理系統(tǒng)、數(shù)字模擬輸入輸出模塊、DCS通信模塊、處理器以及控制器組成，在整個儀表當(dāng)中，DCS的控制模塊是整個系統(tǒng)的控制核心，它能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的信息的輸入/輸出，同時控制人機(jī)接口、數(shù)字信息以及PROFIBUS總線接入控制，同時對系統(tǒng)的各電路進(jìn)行協(xié)調(diào)與管理。

（一）設(shè)計DCS通信

DCS在實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的信息溝通是通過PROFIBUS協(xié)助完成的。PC機(jī)構(gòu)成上位機(jī)，為了提升系統(tǒng)的抗干擾能力，控制器和收發(fā)器之間利用高速光纖進(jìn)行連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總線上各個節(jié)點(diǎn)之間的通信。

（二）設(shè)計系統(tǒng)的模擬量、開關(guān)量、輸入輸出模塊

儀表的過程分析以及樣品預(yù)處理需要采集系統(tǒng)當(dāng)中的溫度、壓力以及流量信號，并且通過模擬輸入輸出量來控制閥門的開關(guān)，在該系統(tǒng)當(dāng)中用到了ET200西門子輸入和輸出模塊對整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控，選型ET200最多情況下可以帶DI32個、DO32個，同時還可以帶AI/AO 8個，如果需要對系統(tǒng)進(jìn)行拓展，那么可以串聯(lián)上一套ET2004.

四、設(shè)計上下位軟件

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，我們要設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠布娐?，同時根據(jù)上位機(jī)和下位機(jī)來設(shè)計通信和顯示等軟件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的在線分析儀表的測量、顯示以及通信功能。軟件設(shè)計包括：設(shè)計主程序、設(shè)計模擬量輸入和輸出程序、設(shè)計液晶顯示程序等等。在系統(tǒng)接通電之后，MainSequence程序開始正常運(yùn)行，首先要對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，之后將系統(tǒng)中斷，最后進(jìn)入到主程序的運(yùn)行當(dāng)中。

五、結(jié)語

在本文當(dāng)中主要是在DCS基礎(chǔ)上對過程分析儀表系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，其中包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。過程分析儀表是通過和上位機(jī)相連接，然后形成一個網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的管理以及在線分析。在整個系統(tǒng)當(dāng)中，在線分析儀表是節(jié)點(diǎn)，對系統(tǒng)進(jìn)行在線分析同時可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的通信。

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