新型板卡式ＤＣＳ系統中力控組態軟件的應用

摘 要：目前DCS控制系統在國內外已廣泛應用，是當今最流行的控制系統。但對于中小型裝置（200點內），這類系統顯得造價過于昂貴。板卡式DCS控制系統，使用力控組態軟件，解決在中小型裝置使用計算機控制系統造價高，系統調試困難，維護工作量大的問題。

關鍵詞：組態軟件；DCS ；板卡式

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A 文章編號：1671-7953(2009)02-0077-03

1 DCS控制系統概述

DCS控制系統成功而廣泛的應用證明了其體系結構的先進性、可靠性和功能的完整性。DCS控制系統采用了最先進的技術和開放性標準（COM/DCOM技術、OPC服務器標準、Active X），向用戶提供了更大的應用空間，是適應企業各種自動化需求的、開放的、規?？勺兊目刂葡到y［1］。

DCS系統采用分布式結構，在開放式的冗余通訊網絡上分布了多臺現場程控站（FCS），這些現場程控站都帶有獨立的功能處理器，每個功能處理器都可為了完成特定的任務而進行組態和編程［2］。用于現場控制的程控單元其物理位置分散、控制功能分散，系統功能分散，而用于過程監視及管理的人-機接口單元其顯示、操作、記錄、管理功能集中。

2 板卡式DCS控制系統

板卡式DCS由四部份組成：I/O板、控制器、操作站和通訊網絡。I/O板主要完成模擬和數字的轉換（A/D和D/A轉換）；控制器是DCS的核心部件，任務是完成以PID為主要功能的過程控制，用戶編寫應用程序大都采用組態方式；操作站差別比較大，主要差別是選用PC機還是選用小型機、采用UNIX還是采用NT操作系統、采用專用的還是通用的監控軟件，操作系統和監控軟件配合比較好時可以減少死機現象［3-4］。

板卡式DCS控制系統特點表現在：

1）解決在中小型裝置（200點內）計算機控制系統造價高，系統調試困難，維護工作量大。

2）現場系統通過一個控制箱與系統連接，控制箱集供電系統、變頻器、移相調壓器、以及現場繼電器為一體，并提供現場系統所有驅動電力［5］。它僅需通過標準接線端子接收工控機的控制信號即能完成所有控制功能，形成一體化設計。從而實現了現場系統與控制系統完全獨立的模塊化設計。

3）控制箱側面是工業標準接線端子盒。這種標準信號接口可以使現場系統與用戶自行選定的DCS系統、PLC系統、DDC系統方便連接，甚至用戶自己用單片機組成的系統都可以對現場系統進行控制［6］。

3 板卡式DCS控制系統使用的組態軟件

3.1 力控組態軟件

項目中使用了北京三維力控科技有限公司的組態軟件。力控軟件以計算機為基本工具，為實施數據采集、過程監控、生產控制提供了基礎平臺，它可以和檢測、控制設備構成任意復雜的監控系統［7］。在過程監控中發揮了核心作用，可以幫助企業消除信息孤島，降低運作成本，提高生產效率，加快市場反應速度［8］。

力控監控組態軟件是對現場生產數據進行采集與過程控制的專用軟件，最大的特點是能以靈活多樣的“組態方式”而不是編程方式來進行系統集成，它提供了良好的用戶開發界面和簡捷的工程實現方法，只要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態”，便可以非常容易地實現和完成監控層的各項功能，縮短了自動化工程師的系統集成的時間，大大的提高了集成效率［9］。

3.2 組態軟件的開發、運行系統

力控監控組態軟件支持Windows 98、NT、2000、XP等操作系統；采用面向對象的設計，集成化的開發環境；開發系統采用更多的組件和控件來方便您構成強大的系統；豐富的函數和設備驅動程序使集成更容易；增強的過渡色與漸進色功能，從根本上解決了很多同類軟件在過多使用過渡色、漸進色時，嚴重影響畫面刷新速度和系統運行效率的問題；提供面向對象編程方式，內置間接變量、中間變量、數據庫變量，支持自定義函數，支持大畫面和自定義菜單，方便您構造強大的企業級運行系統；腳本類型和觸發方式多樣，支持數組運算和循環；支持一機多屏，組建多畫面時不需要多屏卡［10］。

3.3 力控組態新工程的步驟

通過一個簡單的例子，介紹用力控組態新工程的基本步驟。

新工程的簡介

3.3.1 假設的工藝過程

工藝設備包括一個油罐，一個進油控制閥門，一個出油控制閥門。用于控制兩臺閥門的PLC，如下圖所示：

3.3.2 PLC的邏輯算法：

當進油控制閥門打開時，則開始進油。一旦存儲罐即將被注滿，進油控制閥門關閉，出油控制閥門打開。一旦存儲罐即將被排空，進油控制閥門打開，出油控制閥門關閉。如此反復進行。

3.3.3 力控的PLC仿真驅動

SIMULATOR-力控的PLC仿真驅動

SIMULATOR是力控的PLC仿真程序，為了適應本例子的要求，內嵌了邏輯算法，并且對數據通道作了約定：

增量寄存器１（模擬輸入區）第0通道對應油罐的液位

PLC1的DI區域（數字輸入區）第0通道控制油罐的進油控制閥門

PLC1的DI區域（數字輸入區）第1通道控制油罐的出油控制閥門

PLC1的DO區域（數字輸出區）第0通道啟動/停止PLC程序的開關

3.3.4 工程要完成的目標

1）創建一幅工藝流程圖，圖中包括一個油罐，一個進油控制閥門和出油控制閥門，全部使用電磁閥帶動氣缸閥。

2）閥門根據開關狀態而變色，開時為紅色，關時為綠色。

3）創建實時數據庫，并與SIMULATOR進行數據連接，完成一幅工藝流程圖的動態數據及動態棒圖顯示。

4）用兩個按鈕實現啟動和停止，啟動和停止PLC程序。

創建組態界面

進入力控的開發系統后，可以為每個工程建立無限數目的畫面，在每個畫面上可以組態相互關聯的靜態或動態圖形。這些畫面是由力控開發系統提供的豐富的圖形對象組成的。開發系統提供了文本、直線、矩形、圓角矩形、圓形、多邊形等基本圖形對象，同時還提供了增強型按鈕、實時\\歷史趨勢曲線、實時\\歷史報警、實時\\歷史報表等組件。開發系統還提供了在工程窗口中復制、刪除、對齊、打成組等編輯操作，提供對圖形對象的顏色、線型、填充屬性等操作工具。

3.3.5 運行

力控工程初步建立完成，進入運行階段。首先保存所有組態內容，關閉DBManager(如果沒關閉)。在力控的開發系統（DRAW）中選擇“文件\\進入運行”菜單命令，進入力控的運行系統。在運行系統中選擇“文件\\打開”命令，從“選擇窗口”選擇“儲罐液位監控示例”。顯示出力控的運行畫面，點擊“開始”按鈕，開始運行PLC1的程序。這時會看見閥門打開，存儲罐液位開始上升，一旦存儲罐即將被注滿，它會自動排放，然后重復以上的過程。可以在任何時候點擊“停止”按鈕來中止這個過程，如下圖所示：

3.3.6 制作運行包

力控的制作運行包的功能，可以將當前工程組態的信息和力控的運行環境壓縮成幾個文件，形成Setup安裝盤。當工程完成后，可以將這樣一張安裝盤交到用戶的手上，當機器發生嚴重故障使控制應用受到破壞時，用戶可以用這張Setup安裝盤進行安裝，一次性恢復完整的力控控制系統，確保了系統的安全，大大地減少了維護工作量。

4 總結與展望

新型板卡式DCS系統解決在中小型裝置（300點內）出現的標準DCS計算機控制系統造價高，系統調試困難，維護工作量大的問題。 采用力控監控組態軟件實現控制方案?，F場系統通過一個控制箱與系統連接，控制箱集供電系統、變頻器、移相調壓器、以及現場繼電器為一體，并提供現場系統所有驅動電力。它僅需通過標準接線端子接收工控機的控制信號即能完成所有控制功能，形成一體化設計。從而實現了現場系統與控制系統完全獨立的模塊化設計?？刂葡鋫让媸枪I標準接線端子盒。這種標準信號接口可以使現場系統與用戶自行選定的DCS系統、PLC系統、DDC系統方便連接，甚至用戶自己用單片機組成的系統都可以對現場系統進行控制。

在均苯四甲酸、均苯四甲酸二酐生產裝置的自動化系統對比中，造價僅為原價格的四分之一不到。操作性能優良，控制精度高，可靠性好。

參考文獻

［1］ Drew Heywood著.王奇睿，陳文飛譯. windows 2000網絡服務［M］. 北京：電子工業出版社，2002（49）.

［2］ 吳道虎.基于工業Ethernet的現場實際應用及其策略［M］.武漢：國內外機電一體化技術. 2003.

［3］ 王恩榮.自動控制原理［M］.北京：化學工業出版社，2001.

［4］ 俞金壽，何衍慶，邱宣振.化工自控工程設計［M］.上海：華東化工學院出版社，1992.

［5］ Drew Heywood著.王奇睿，陳文飛譯.windows 2000網絡服務［M］.2002.

［6］ 張新微.集散系統應用基礎及其應用［M］.北京：化工工業出版社，1990.

［7］ 馬國華.監控組態軟件及其應用［M］. 北京：清華大學出版社，2001.

［8］ 陽憲惠. 現場總線技術及其應用［M］. 北京：清華大學出版社，1996.

［9］ 吳秋峰. 自動化系統計算機網絡［M］. 北京：機械工業出版社，2001.

［10］徐皚冬. 基于以太網的工業控制網絡［J］. 信息與控制，2000(2).