DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析

蔡震宇　劉芳

摘 要：在當(dāng)下經(jīng)濟(jì)發(fā)展的浪潮中，DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)已逐步展露其優(yōu)勢(shì)。而DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念則充分決定了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行效果以及所代表的自動(dòng)化水平等多項(xiàng)問題。因此，著眼于DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)分析十分重要。本文將從系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)三方面著手對(duì)DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)；軟件設(shè)計(jì)；硬件設(shè)計(jì)

DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，對(duì)于現(xiàn)今各種生產(chǎn)制造行業(yè)來說是生產(chǎn)方式方面跨越性的進(jìn)步。DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)處理等功能，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的系統(tǒng)化、規(guī)?；?，提高生產(chǎn)效率，有效降低生產(chǎn)成本，有利于DCS系統(tǒng)用戶與管理層對(duì)數(shù)據(jù)的快速分析，從而進(jìn)行生產(chǎn)決策，提高生產(chǎn)效益。

一、DCS系統(tǒng)概述

（一）DCS系統(tǒng)的發(fā)展

自上世紀(jì)九十年代DCS系統(tǒng)第一次出現(xiàn)至今，其發(fā)展過程分別從系統(tǒng)功能、控制功能以及開發(fā)性三個(gè)方面進(jìn)行了技術(shù)性跨越。為跟隨科技發(fā)展進(jìn)步的趨勢(shì)，人類的在生活方式以及生產(chǎn)行為的觀念有所改變，從單一的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)下網(wǎng)絡(luò)集中監(jiān)控，即以計(jì)算機(jī)為中心運(yùn)作的自動(dòng)控制系統(tǒng)。當(dāng)前，DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各加工制造行業(yè)。

（二）典型的DCS系統(tǒng)

典型的DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可理解為由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由廠管理網(wǎng)為出發(fā)點(diǎn)，包含2各以上中央操作站，以可靠性較高的計(jì)算機(jī)為主體，可配備相關(guān)打印機(jī)，形成包含多個(gè)控制站的控制網(wǎng)絡(luò)，以流暢完整地完成系統(tǒng)的監(jiān)控、操作及反饋工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的收集、處理、監(jiān)視、操作、控制、記錄、生成等功能。因而，管理者能通過操作人員的反饋，明晰本廠生產(chǎn)流程及運(yùn)行情況，并通過控制結(jié)果進(jìn)行決策分析，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證整廠的內(nèi)部控制制度合理實(shí)施，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益最大化。

（三）DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

高可靠性。DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)具有非常高的可靠性，原因在于DCS將整個(gè)控制系統(tǒng)分為若干各分散的子系統(tǒng)，其不同功能的實(shí)現(xiàn)也分散在不同的計(jì)算機(jī)，因此，分配至每臺(tái)計(jì)算機(jī)的任務(wù)較為簡(jiǎn)單，錯(cuò)誤關(guān)聯(lián)性較小，而組成系統(tǒng)的可靠性也因此提高，同時(shí)也利于系統(tǒng)的維護(hù)。

抗干擾性。DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)中，各計(jì)算機(jī)之間在信息傳輸?shù)倪^程中，如有改善擴(kuò)充系統(tǒng)功能時(shí)，由于DCS的設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、開放化、系統(tǒng)化、模塊化的理念，在進(jìn)行改變的過程中不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)功能。

此外，DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)具有較高的適用性，且性價(jià)比高，使得本廠可以低成本投資，獲得高效率的控制系統(tǒng)，以滿足廠的生產(chǎn)管理模式，提高生產(chǎn)效益。

二、DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

（一）系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能可主要分為3部分，即監(jiān)控、控制及分析。因此，在軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中首先要根據(jù)需求考慮其功能。在軟件設(shè)計(jì)體系中，包括支撐軟件與運(yùn)行軟件，支撐軟件包括操作系統(tǒng)軟件與網(wǎng)絡(luò)通信軟件，運(yùn)行軟件指系統(tǒng)組態(tài)軟件和系統(tǒng)監(jiān)控軟件。在此基礎(chǔ)上，可以通過支撐軟件，保證系統(tǒng)硬件與軟件的正常運(yùn)行，并支持通信協(xié)議，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行軟件，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集與處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、操作與控制等功能。

當(dāng)下，采用最為廣泛的DCS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的方式是集成方式，在DCS系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的過程中，必須采用較為成熟規(guī)范的環(huán)境，并以此為起點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā)。

操作系統(tǒng)軟件和工具軟件均可采用微軟產(chǎn)品，要注意系統(tǒng)組態(tài)軟件的支持軟件類型。網(wǎng)絡(luò)通信軟件的實(shí)現(xiàn)方法需根據(jù)控制網(wǎng)絡(luò)來選定，可選取通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)軟件與硬件相配的軟件，同時(shí)通過編程完成接下來的功能。系統(tǒng)監(jiān)控軟件一般采用自主開發(fā)的形式，而創(chuàng)立系統(tǒng)監(jiān)控軟件的關(guān)鍵之處在于系統(tǒng)實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建。首先要確定的是數(shù)據(jù)庫(kù)的各個(gè)組成部分，進(jìn)行其結(jié)構(gòu)描述與關(guān)聯(lián)操作。

監(jiān)控軟件可從其實(shí)現(xiàn)的功能入手，其功能主要包括數(shù)據(jù)處理、控制、報(bào)警、記錄、報(bào)表生成、生成歷史比較趨勢(shì)圖等。數(shù)據(jù)處理功能主要通過收集系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)，結(jié)合計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)連接、數(shù)據(jù)變化等技術(shù)實(shí)現(xiàn)；控制功能可通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)順序、連鎖以及回路控制；報(bào)警功能可預(yù)先設(shè)定優(yōu)先報(bào)警級(jí)別，區(qū)分時(shí)態(tài)和屬性；記錄主要針對(duì)重要事件、重要數(shù)據(jù)與參數(shù)等進(jìn)行記錄，并連接數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)；報(bào)表生成功能可根據(jù)數(shù)據(jù)連接技術(shù)，連接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)生報(bào)表，便于用戶和管理者對(duì)數(shù)據(jù)信息的使用等。

（二）系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)可包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。

實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)是以系統(tǒng)中硬件與軟件的操作基礎(chǔ)上形成的，可通過I/O設(shè)備以及I/O驅(qū)動(dòng)軟件為收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)提供端口，從而對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。然而，由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的儲(chǔ)存空間有限，其定期清理與備份是十分必要的。在刪除舊數(shù)據(jù)，輸入新數(shù)據(jù)的同時(shí)，客戶端將會(huì)收到數(shù)據(jù)庫(kù)更新提醒。

系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)將某些因時(shí)間而變化而產(chǎn)生的信息自動(dòng)儲(chǔ)存至穩(wěn)定性較好的設(shè)備中，這種數(shù)據(jù)可生成多種圖表形式，便于用戶及管理者理解。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)量受存儲(chǔ)介質(zhì)空間大小的影響，同時(shí)也嚴(yán)格要求時(shí)間的標(biāo)注，具有可靠性、共享性等特點(diǎn)。

（三）DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件包含現(xiàn)場(chǎng)控制、過程控制、過程管理、經(jīng)營(yíng)管理四個(gè)級(jí)次，相互協(xié)調(diào)，共同實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、控制與處理。DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集過程設(shè)備時(shí)通過I/O來完成，其表現(xiàn)形式為模塊化，每個(gè)模塊有多個(gè)通道，有利于傳感器與執(zhí)行器的連接。每個(gè)I/O都會(huì)通過獨(dú)立的通道以單點(diǎn)卡或者對(duì)應(yīng)連接箱電纜排序的方式連接現(xiàn)場(chǎng)的接線箱，為簡(jiǎn)化維修過程，可針對(duì)每個(gè)不同的I/O連接通道采用不同類型的I/O卡。此外，用戶是根據(jù)實(shí)際需求來選擇I/O卡，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，可用2塊I/O卡公共的冗余接線底座，可提高其適應(yīng)性。

三、總結(jié)

DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)方式產(chǎn)生了一定規(guī)模的影響，對(duì)自動(dòng)化水平的提高起到了積極促進(jìn)作用。同時(shí)，隨著近年來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，同時(shí)也要求DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)不斷地完善與提高，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)模式也將進(jìn)一步提升與飛躍。

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