DCS系統(tǒng)在過程控制技術(shù)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

郭詩瑤

摘要：介紹了華北電力大學(xué)過程控制實(shí)驗(yàn)室的DCS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以PCS-B型綜合實(shí)驗(yàn)裝置為依托，以ABB公司的AC800M系列控制器為平臺(tái)設(shè)計(jì)開發(fā)的一套過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用加深了學(xué)生對(duì)過程控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解。

關(guān)鍵詞：AC800M；DCS；過程控制

0引言

分散控制系統(tǒng)（DCS）是以微處理器為核心的過程控制采集站為基礎(chǔ)的分散各部分工藝流程進(jìn)行工藝信息采集及控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過分散控制和數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)過程的集中監(jiān)控。由于其高的可靠性和穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、制造等領(lǐng)域。2010年教育部啟動(dòng)了卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃，采用MATLAB等軟件構(gòu)建的過程控制虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，雖然可以節(jié)約大量設(shè)備成本和維護(hù)費(fèi)用，但是不能更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和提高工程實(shí)踐能力。培養(yǎng)卓越工程師，需要采取工程教育，讓學(xué)生樹立工程理念，形成工程意識(shí)，提高工程素質(zhì)和能力，才可以迅速成長為高素質(zhì)的工程技術(shù)人才。DCS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是以PCS-B型綜合實(shí)驗(yàn)裝置為依托，以ABB公司的AC800M系列控制器為平臺(tái)的一套過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

1DOS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

AC800M是Compact Products 800系列產(chǎn)品中的一個(gè)重要組件，它是一款基于導(dǎo)軌安裝的模塊化的控制器，包含了CPU、通信模塊、電源模塊及一系列附件。AC800M控制器作為控制網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)重要組件，支持冗余及非冗余兩種工作模式，及客戶/服務(wù)器兩種通信服務(wù)模式。作為客戶端服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)控制器之間以及與工程師站軟件的通信。通過OPC Server服務(wù)可實(shí)現(xiàn)與第三方軟件及系統(tǒng)間數(shù)據(jù)通信。

基于AC800M的DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從上到下包括：工程師站/操作員站、過程控制站和現(xiàn)場站。工程師站/操作員站主要是向現(xiàn)場發(fā)出動(dòng)作指令以及接收來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信號(hào)。其中工程師站主要是將組態(tài)好的控制策略程序下裝到AC800M控制器CPU中。操作員站主要是用來完成現(xiàn)場過程狀態(tài)及報(bào)警顯示、歷史數(shù)據(jù)收集以及報(bào)表生成等。過程控制站包括CPU、通信模塊和I/0模件；I/0模件中包含模擬量輸入/輸出卡件，以及數(shù)字量輸入/輸出卡件。現(xiàn)場站主要是通過變送器或傳感器將現(xiàn)場物理信號(hào)如模擬量信號(hào)、數(shù)字量信號(hào)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集傳送到過程控制站中相應(yīng)的I/0模件，然后通過通信模塊將數(shù)據(jù)傳送給AC800M的CPU中處理，最后數(shù)據(jù)通過Ethernet傳送給工程師站/操作員站。

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用AC800M系列控制器CPU采用PM860，工程師站/操作員站采用的是IFIX組態(tài)軟件進(jìn)行畫面、報(bào)警、數(shù)據(jù)記錄等組態(tài)設(shè)計(jì)。通過Control Bui lder M編程軟件進(jìn)行硬件組態(tài)和控制策略組態(tài)，配置各項(xiàng)參數(shù)。I/0模件選用S800 I/0模件。

2 DCS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)行

DCS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工程師站安裝有ACSOOM control build M軟件和IFIX組態(tài)軟件，操作員站主機(jī)中IFIX組態(tài)軟件。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先在工程師站中將控制組態(tài)程序下裝到DCS控制器中，然后打開AC800M OPC服務(wù)器和IFIX組態(tài)軟件。工程師站和操作員站的IFIX軟件按照C/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)置，因此操作員站的主機(jī)打開IFIX組態(tài)軟件可以直接連接到工程師站中的數(shù)據(jù)庫，從而實(shí)現(xiàn)工程師站和操作員站的主機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，并均可以同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)出控制指令。下面以工程師站為例，介紹具體的DCS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)操作步驟。

2.1控制組態(tài)程序下裝

DCS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件配置之前，首先需要清楚系統(tǒng)需要用到的測點(diǎn)，以及各個(gè)測點(diǎn)相對(duì)應(yīng)連接的I/0模件和通道號(hào)，以實(shí)驗(yàn)當(dāng)中采用的是水路一的上/下水箱動(dòng)態(tài)特性測試及液位控制為例，需要用到的測點(diǎn)如下表1所示：

在工程師站中，打開并運(yùn)行Control Builder M組態(tài)軟件，打開并加載已經(jīng)新建的項(xiàng)目名稱叫pcs的文件，點(diǎn)擊工具欄的下裝程序圖標(biāo)（download Project and Go Online）。

2.2 ACSOOM OPC服務(wù)器運(yùn)行

控制組態(tài)程序下裝到DCS控制系統(tǒng)的ACSOOM控制器中后，打開并運(yùn)行ACSOOM控制器自帶的ACSOOM OPC server軟件。

2.3 IFIX組態(tài)軟件運(yùn)行

打開并運(yùn)行OPC Power tool，作為數(shù)據(jù)中間服務(wù)器，用來定義通道地址，完成ACSOOM與IFIX之間各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)的連接。打開IFIX組態(tài)軟件，進(jìn)行畫面監(jiān)控組態(tài)。根據(jù)過程控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)操作需要，設(shè)計(jì)畫面、數(shù)據(jù)記錄等。從總畫面可以看出可以完成的水箱液位相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容包括單容水箱動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、雙容水箱動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)、單容水箱液位單回路控制實(shí)驗(yàn)、雙容水箱液位控制實(shí)驗(yàn)以及上下水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)。以單容水箱動(dòng)態(tài)特性測試實(shí)驗(yàn)為例，介紹實(shí)驗(yàn)操作方法：

點(diǎn)擊系統(tǒng)總畫面中的<單容水箱特性>按鈕，進(jìn)入單容水箱動(dòng)態(tài)特性測試實(shí)驗(yàn)畫面，點(diǎn)擊畫面中的<開始實(shí)驗(yàn)>按鈕，啟動(dòng)了增壓泵，然后再點(diǎn)擊畫面的<手動(dòng)開閥>按鈕，輸入一個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的閥門開度值，如輸入25，表示閥門開度為25%，這時(shí)候會(huì)看到實(shí)驗(yàn)裝置的水箱內(nèi)就開始進(jìn)水了，下面就等待水箱液位值自行達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)。等到液位值達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)時(shí)，點(diǎn)擊畫面中的<歷史趨勢>按鈕，觀察記錄水箱的階躍響應(yīng)曲線如圖2所示。根據(jù)曲線記錄并計(jì)算相應(yīng)的參數(shù)如延長時(shí)間、比例系數(shù)、時(shí)間。最后點(diǎn)擊<結(jié)束實(shí)驗(yàn)>按鈕，完成實(shí)驗(yàn)。

3結(jié)語

基于ABB公司ACSOOM系列控制器搭建的DCS過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)。此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用于過程控制課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生以工程眼光看問題，以工程理念分析問題，以工程的方法來解決問題。使學(xué)生將過程控制理論教學(xué)中提出的被控對(duì)象、控制器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等抽象概念與實(shí)際裝置間無縫對(duì)接，對(duì)過程控制系統(tǒng)具有了感性認(rèn)識(shí)和理解，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。