DCS控制系統硬件設計及分布的研究

【摘要】DCS控制系統是一種分布式計算機控制系統，它是將計算機技術、網絡通信技術和過程控制技術有機融合起來的控制系統。隨著工業的快速發展，工業自動化的要求越來越高，目前，DCS控制系統是工業自動化領域的主流控制系統。良好的DCS控制系統將會促進工業自動化水平的提高，促進我國社會經濟的發展。本文從DCS控制系統的硬件設計上進行分析，探討DCS控制系統硬件設計和分布。

【關鍵詞】DCS控制系統硬件結構設計

近年來計算機技術和網絡通信技術的快速發展又使得DCS正向著多元化、網絡化、開放化、集成管理方向發展，使得不同型號的DCS可以互連，進行數據交換，并可通過以太網將DCS系統和工廠管理網相連，DCS控制系統在工業上的運用又促進了工業生產力的提高，促進工業生產自動化水平的提高。

一、DCS控制系統的硬件結構分析

DCS控制系統硬件由綜合信息管理裝置、集中操作監控裝置和分散過程控制裝置組成，通過通信網絡將這些硬件設備以一定的方式連接起來，實現數據的采集、分散控制和集中監視、管理。

1.1現場控制級

現場控制級由機箱、電源、通信控制單元、操作單元、PC總線控制機等設備組成，主要負責數據采集和預處理。現場控制級還要將采集到的數據傳輸到監控計算機。

1.2過程控制級

過程控制級是DCS控制系統的核心部分，在工業生產中，生產工藝的調節都是靠過程控制級來實現的，它能夠根據現場控制級采集的具體數據資料來進行自動化處理。

1.3過程管理級

過程管理級也就是集中操作監控級，主要有鍵盤、打印機、存儲器等，操作員在這里對工業生產的各個環節進行全面的監視，根據工程生產的需要來進行相關的操作，通過對現場設備進行手動操作來實現對工業生產的過程控制管理。

1.4經營管理級

經營管理級的功能比較全面，它有專門的通信接口與通信網絡相連，能夠實時監視各個系統單元的運行狀況，根據監視的情況來實現對整個系統的管理。

二、現場控制級分析

DCS控制系統的現場控制級主要是通過數據采集裝置來進行現場數據的采集和交互。現場控制級的功能有四個方面：（1）過程數據采集，進行數據轉換與處理。（2）對生產過程進行監測與控制。（3）現場設備與I/O卡件的自診斷。（4）與集中操作監控級進行數據通信。

DCS控制系統的數據采集裝置是通過I/O來實現的，I/O一般是模塊化的，一個I/O模塊上有多個I/O通道，用來連接傳感器和執行器。一個控制站是由多個機架組成的，每個機架中可以放置一定數量的I/O模塊。

硬件系統設計一般有兩種方案：第一，DCS控制系統根據I/O卡件來分配端子與現場接線箱的連接。第二，DCS控制系統根據現場接線箱的排布來設計控制柜內的端子，這兩種方法都有一定的優缺點。那么，可以從哪幾個方面著手呢？第一，每個I/O都用獨立通道與現場接線箱進行連接，在連接中既可以采用單點卡的方式來連接，也可以采用對應接線箱電纜排序的方式來進行連接。由于DCS控制系統中最常見的故障就是I/O卡出問題，為了使得維修更加簡單，在每個I/O獨立通道的連接中都可以采用不同類型的I/O卡。第二，I/O卡是根據實際工程的需要來選擇的，在設計中，用兩塊I/O卡共用的冗余接線底座，這樣可以實現單點的冗余要求，在工業生產中適應性更強。第三，每16個I/O卡可放入一個I/O單元中，8個I/O單元就可以組成一個組，然后就可以與交換機以冗余連接的方式連接起來，并且設置合適的通訊地址，然后每個單元都可以根據現場接線箱的情況來進行獨立布線。第四，將控制器與交換機以冗余連接的方式連接起來，然后就可以利用控制軟件，根據每個I/O組的通訊地址來進行訪問。第五，將每個I/O組安裝于獨立的控制箱中，將其放置在現場可以替代現場接線箱，這樣就可以大大節約工程成本。

三、結束語

DCS控制系統對工業生產的自動化有重大影響，它可以促進工業生產自動化水平的提高。隨著網絡通信技術的發展，DCS控制系統中運用以太網技術，可以實現各個DCS廠家資源的共享和信息交流溝通，從而促進DCS系統的發展，進而促進工業的發展。

參考文獻

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