DCS系統(tǒng)過程控制功能的設計與實現(xiàn)

王渙

摘 要：該文主要介紹了DCS系統(tǒng)的基本功能，從儀表I/O點清冊的制定、I/O模塊設計和主控制模塊和數(shù)據(jù)轉發(fā)模塊的設計三個方面來分析該控制系統(tǒng)硬件功能的設計與實現(xiàn)，從組態(tài)軟件和系統(tǒng)與智能設備的通訊實現(xiàn)兩個方面來分析該控制系統(tǒng)軟件功能的設計與實現(xiàn)，最后對該文的研究內容做出了總結。

關鍵詞：DCS系統(tǒng) 硬件功能 軟件功能 設計與實現(xiàn)

中圖分類號：TH-3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（c）-0019-01

1 系統(tǒng)基本功能

1.1 安全性能

DCS控制系統(tǒng)禁止越權來進行數(shù)據(jù)的存取和顯示工作，它針對安全級別不相同的用戶設置了不同的登錄用戶名、密碼以及操作權限。DCS系統(tǒng)還能夠消除切換操作程序的時候，對工業(yè)生產(chǎn)過程造成的沖擊力。比如它可以自由的在MAN/AUTO/CASC等控制方式中切換，而不對生產(chǎn)過程造成任何負面影響，具有一定的安全性能。

1.2 數(shù)據(jù)處理功能

數(shù)據(jù)處理功能也是DCS系統(tǒng)一個非常重要的功能。該系統(tǒng)能夠建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，設計和生成生產(chǎn)的時候需要的報表，還能處理生產(chǎn)管理中所需要的很多有用的數(shù)據(jù)信息。DCS系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)信息存儲下來之后，能計算出這些數(shù)據(jù)里面的最小值、最大值、平均值、標準值、偏差值、累計值等，幫助操作人員進行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)存在的問題，提高生產(chǎn)效率。

1.3 操作監(jiān)控功能

DCS系統(tǒng)建立在微處理機的基礎之上，可以進行數(shù)字控制、邏輯控制、PID參數(shù)自整定和數(shù)據(jù)采集等操作，監(jiān)控整個操作過程。這個系統(tǒng)還可以用畫面的形式將信息更直觀的表現(xiàn)出來，方便工作人員進行操作。

2 系統(tǒng)硬件設計及工程實現(xiàn)

2.1 儀表I/O點清冊的設計與實現(xiàn)

根據(jù)工藝的生產(chǎn)要求，DCS系統(tǒng)可以明確在實際生產(chǎn)過程中需要進行控制的目標，對儀表監(jiān)測點的種類進行統(tǒng)計，還能根據(jù)控制系統(tǒng)的硬件來做出設計。通常情況下，I/O點清冊需要包含I/O編號、I/O類型、供電方式、模擬量量程、報警和動作值等相關信息。“I/O編號”是一種點名稱，它在整個DCS系統(tǒng)里面只有一個，不會出現(xiàn)重復的現(xiàn)象，這個數(shù)據(jù)在進行實時監(jiān)控的組態(tài)程序里面被調用。如果在系統(tǒng)已經(jīng)生成之后，對這個數(shù)據(jù)信息做出一定的改動，會存在非常大的風險。

2.2 I/O模塊設計與實現(xiàn)

根據(jù)I/O類型和測點的數(shù)量可以把I/O模塊的類型和數(shù)量確定下來，再根據(jù)系統(tǒng)對硬件提出了相關要求，來設計I/O模塊。這些I/O模塊只要一插到系統(tǒng)里，就可以投入使用，所有進行輸入的通道、進行輸出的通道和工作時候所使用的電源，都要相互隔離開來。無論卡鍵的哪個通道發(fā)生了故障，其他通道的工作都不會受到影響。任何一個模塊在工作的時候出現(xiàn)故障，或者被完全拔出來，其他模塊的運行也絲毫不會受到影響。

2.3 主控制模塊和數(shù)據(jù)轉發(fā)模塊的設計與實現(xiàn)

把I/O模塊確定下來之后，實現(xiàn)了在生產(chǎn)的過程中把儀表的信號接入到控制系統(tǒng)里面，然后再進行信號傳輸?shù)倪^程。但是要想讓DCS系統(tǒng)具有檢查的功能，還需要對I/O模塊進行管理，并且對一些數(shù)據(jù)信息進行交換和處理，設計控制站里面的主控模塊和數(shù)據(jù)轉發(fā)的模塊。其中，主控模塊在控制站里面是最重要的部分，它主要用來協(xié)調好軟件和硬件之間的關系，以及一些需要進行控制的任務，來實現(xiàn)對I/O信號的處理、控制計算、通信控制處理等作用。

3 系統(tǒng)軟件功能的設計與實現(xiàn)

3.1 組態(tài)軟件的設計與實現(xiàn)

組態(tài)軟件能夠支持系統(tǒng)的開發(fā)、生成、測試、運行和程序維護，它主要用在那些中小型生產(chǎn)設備里面，用來進行數(shù)據(jù)的采集和控制工作。這個軟件是面向車間的監(jiān)控而設計的，它對數(shù)據(jù)采集的頻率、系統(tǒng)響應的速度要求非常高，主要用來支持I/O設備的工作。組態(tài)軟件在DCS系統(tǒng)里面設置需要進行監(jiān)控的對象，借助于界面系統(tǒng)來實時反映出每個監(jiān)控對象的工作狀態(tài)。因為在進行控制計算的過程中，需要用到很多數(shù)據(jù)信息，因此需要對這些數(shù)據(jù)進行失真壓縮，導致數(shù)據(jù)保存的時間比較短。

3.2 智能設備的通訊設計與實現(xiàn)

3.2.1 通訊模塊

XP248模塊，是4串口多協(xié)議通訊模塊，是JX-300XP DCS系統(tǒng)與其他智能設備互連的網(wǎng)間連接設備，它主要用來支持Modbus協(xié)議的主機模式和從機模式。在每路串口里面，能夠進行掛接的設備低于或等于32個，通訊模塊還能夠支持RS-232和RS-485的通訊方式，具備通道冗余功能及卡件冗余功能。

3.2.2 Modbus通訊協(xié)議

Modbus協(xié)議工業(yè)里面是一個通用標準。借助于這個協(xié)議，控制器與控制器之間、經(jīng)由網(wǎng)絡同其他的一些設備之間能夠自由通信。無論控制器是用什么網(wǎng)絡來實現(xiàn)通信的，它都能對控制器的消息結構進行定義。這個協(xié)議描述了控制器對設備進行訪問的全過程，并且還能夠對其他設備的請求作出相應的回應。當設備出現(xiàn)故障的時候，它還能識別出來，并做下記錄。Modbus協(xié)議制定了消息域格局和內容的公共格式。它能夠在RS-232，RS-422，RS-485和以太網(wǎng)接口的設備中使用。當在 Modbus網(wǎng)絡上通信的時候，這個協(xié)議要求控制器能夠辨別設備存在的地址，并對地址發(fā)來的信息進行識別，根據(jù)信息做出相應的反應。如果需要對地址信息進行回應，控制器會自動生成反饋的信息，借助于Modbus協(xié)議將這些反饋信息傳輸出去。Modbus控制器的數(shù)據(jù)通信一般使用Master/Slave（主/從站）方式，在主控制站里面能夠對需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行出初始化。

4 結語

DCS系統(tǒng)能夠在工業(yè)生產(chǎn)里面進行控制，讓生產(chǎn)過程里面的集中監(jiān)控和集中管理成為可能，有效的避免了那些常規(guī)儀表功能單一、布局分散以及計算機控制系統(tǒng)危險高度集中的問題。該系統(tǒng)使得工業(yè)生產(chǎn)過程里面的控制精度更加高了，在很大程度上減少了企業(yè)對系統(tǒng)的維護和系統(tǒng)運行所需要的成本，保障了工業(yè)生產(chǎn)的安全性和平穩(wěn)性，在工業(yè)生產(chǎn)中有非常重要的作用。

參考文獻

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