DCS與FCS水循環實驗系統

孫 洪

(蘇州市職業大學 電子信息工程系，江蘇 蘇州 215104)

DCS與FCS水循環實驗系統

孫 洪

(蘇州市職業大學 電子信息工程系，江蘇 蘇州 215104)

為了體現流程類企業自動化與信息系統的關鍵技術與裝備系統,設計制作了過程控制綜合實踐教學裝置.該實驗系統模擬常見的液體循環工業現場,包括被控對象和DCS、FCS控制系統,能夠以實物的形式完整、直觀地體現DCS和FCS兩種控制系統的硬件連接和軟件組態,非常適用于高等院校自動化專業及相近專業的過程控制的教學實驗、畢業設計及科研開發等.

集散控制系統；現場總線控制系統；水循環系統；組態軟件

Abstract:To show the key technology and equipment system of automation and information system of process enterprises, an integrated practical teaching system of process control is designed. The system simulates a common liquid cycle system in industry, including the controlled object, the Distributed Control System (DCS) and Field Control System (FCS). The system shows completely and visually the hardware connection and the software configuration of DCS and FCS.It is suitable for teaching experiment and graduation project of automation and other similar majors in colleges, as well as research development of process control.

Key words:DCS; FCS; water cycle system; configuration software

集散控制系統(distributed control system，DCS)和現場總線控制系統(field control system，FCS)是目前廣泛應用于過程控制中的自動化控制系統.

DCS是集4C(communication，computer，control，CRT)技術于一身的監控技術，是第4代過程控制系統.DCS最初是針對傳統的現場設備創建的，其明顯特點是1臺儀表1對線接到I/O，信息全都是二進制或模擬信號形成的，必須通過D/A與A/D轉換，由控制站掛到局域網LAN.DCS系統是個大系統，同時也是封閉式系統，各公司產品基本不兼容.但由于開發較早，已經得到較長時間和較為廣泛的應用[1-2].

FCS是第5代過程控制系統，是3C(communication，computer，control)技術的融合.FCS實現了信息處理現場化，用全數字化、智能、多功能取代了模擬式單功能的儀器、儀表、控制裝置，是21世紀自動化控制系統的發展方向[3].

傳統控制系統的維護和改造還需要DCS，因此FCS完全取代傳統的DCS還需要一個漫長的過程，同時DCS本身也在不斷地發展與完善.

為了體現DCS和FCS這兩種在流程類企業自動化與信息系統的關鍵技術與裝備系統，設計制作了過程控制綜合實踐教學裝置，該裝置包括被控對象和DCS、FCS控制系統，下面具體介紹DCS與FCS在水循環系統中的應用.

1 被控對象

過程控制實驗系統被控對象裝置如圖1所示.這是一個水循環系統，水流從儲水箱中由變頻泵或工頻泵抽出，經過PA氣動調節閥或電動調節閥、PA流量計或模擬流量計、多個閥門進入有機玻璃水箱和有夾層的鍋爐.有機玻璃水箱安裝PA壓力傳感器和模擬壓力傳感器，用于檢測液面的高度.鍋爐安裝有PT100溫度傳感器，檢測鍋爐內、鍋爐夾層(水循環冷卻)、盤管(長管道，模擬長距離傳輸)內溫度.其中，溫度、液面、流量為被控量，鍋爐內加熱棒、變頻器(控制變頻泵)、電動/氣動閥門為執行機構，用于調節被控量.

圖1 過程控制實驗系統被控對象裝置——水循環系統

2 DCS控制系統

DCS控制系統由DCS控制柜和監控系統組成.DCS控制系統框圖如圖2所示.

DCS控制柜中的裝置主要包括:電源開關、DCS控制器(和利時FM801 MCU)、I/O模塊、DP終端匹配器、三相調壓器(改變鍋爐內加熱棒的輸出功率)、變頻器、以太網交換機、溫度變送器等.上位機監控系統包括1臺工程師站和3臺操作員站.所有的設備通過不同的網絡連接在一起.

3 FCS控制系統

FCS控制系統由FCS控制柜和監控系統組成.FCS控制系統框圖如圖3所示.

FCS控制柜中的裝置主要包括:電源開關、PLC(siemens S7-300，CPU315-2DP)、I/O模塊、DP/PA適配器、三相調壓器、變頻器、以太網交換機、溫度變送器等.上位機監控系統包括1臺服務器和3臺操作員站.各設備通過不同的網絡連接在一起.

圖2 DCS控制系統框圖

圖3 FCS控制系統框圖

4 組態軟件

監控組態軟件包括系統組態、過程控制組態、畫面組態、報表組態、用戶的方案及顯示方式.使用組態軟件可以生成相應的應用系統，便于靈活地更改與擴充.

本實驗系統中，DCS控制系統采用了MACSV作為監控組態軟件，FCS控制系統采用WinCC作為監控組態軟件.

如圖4所示為試驗系統的實物圖，如圖5所示為由組態軟件編制的儀表控制系統例程界面.

圖4 試驗系統的實物圖

圖5 儀表控制系統例程界面

5 結 論

本實驗系統模擬了工業現場常見的液體循環工作現場，能夠以實物的形式完整、直觀地體現DCS和FCS兩種控制系統的硬件連接和軟件組態，非常適用于高等院校自動化專業及相近專業的過程控制的教學實驗、畢業設計及科研開發等.

[1] 劉國海. 集散控制與現場總線[M]. 北京: 機械工業出版社,2006:1-4.

[2] 何衍慶,黃海燕,黎冰. 集散控制系統原理及應用[M]. 北京: 化學工業出版社,2009:3-5.

[3] 周兵,林錦實. 現場總線技術與組態軟件應用[M]. 北京: 清華大學出版社,2008:3-10.

(責任編輯: 沈鳳英)

DCS and FCS in Water Cycle Experimental System

SUN Hong
(Department of Electronic Information Engineering， Suzhou Vocational University, Suzhou 215104, China)

TP277

A

1008-5475(2011)01-0013-03

2010-11-22;

2010-12-15

蘇州市職業大學科研基金資助項目(SZDQ09L01)

孫 洪(1972-), 女,山東濟南人,講師,博士,主要從事機器人技術和過程控制研究.