DCS自動控制系統軟件設計分析

蔡震宇　劉芳

摘 要：在當下經濟發展的浪潮中，DCS自動控制系統已逐步展露其優勢。而DCS自動控制系統的設計理念則充分決定了系統實現、運行效果以及所代表的自動化水平等多項問題。因此，著眼于DCS自動控制系統軟件的設計分析十分重要。本文將從系統軟件結構設計、硬件結構設計以及系統數據庫設計三方面著手對DCS自動控制系統的設計進行分析。

關鍵詞：DCS自動控制系統；軟件設計；硬件設計

DCS自動控制系統的廣泛應用，對于現今各種生產制造行業來說是生產方式方面跨越性的進步。DCS自動控制系統通過網絡監視、控制、數據處理等功能，實現了生產過程的系統化、規模化，提高生產效率，有效降低生產成本，有利于DCS系統用戶與管理層對數據的快速分析，從而進行生產決策，提高生產效益。

一、DCS系統概述

（一）DCS系統的發展

自上世紀九十年代DCS系統第一次出現至今，其發展過程分別從系統功能、控制功能以及開發性三個方面進行了技術性跨越。為跟隨科技發展進步的趨勢，人類的在生活方式以及生產行為的觀念有所改變，從單一的生產方式轉變為當下網絡集中監控，即以計算機為中心運作的自動控制系統。當前，DCS自動控制系統已經廣泛應用于各加工制造行業。

（二）典型的DCS系統

典型的DCS系統結構可理解為由過程控制級和過程監控級組成的多級計算機系統，由廠管理網為出發點，包含2各以上中央操作站，以可靠性較高的計算機為主體，可配備相關打印機，形成包含多個控制站的控制網絡，以流暢完整地完成系統的監控、操作及反饋工作，實現對現場信號的收集、處理、監視、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，明晰本廠生產流程及運行情況，并通過控制結果進行決策分析，降低生產成本，提高產品質量，保證整廠的內部控制制度合理實施，實現生產效益最大化。

（三）DCS自動控制系統的特點

高可靠性。DCS自動控制系統具有非常高的可靠性，原因在于DCS將整個控制系統分為若干各分散的子系統，其不同功能的實現也分散在不同的計算機，因此，分配至每臺計算機的任務較為簡單，錯誤關聯性較小，而組成系統的可靠性也因此提高，同時也利于系統的維護。

抗干擾性。DCS自動控制系統中，各計算機之間在信息傳輸的過程中，如有改善擴充系統功能時，由于DCS的設計采用標準化、開放化、系統化、模塊化的理念，在進行改變的過程中不會影響整個系統功能。

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

二、DCS自動控制系統的設計分析

（一）系統軟件結構設計

DCS自動控制系統的功能可主要分為3部分，即監控、控制及分析。因此，在軟件結構設計的過程中首先要根據需求考慮其功能。在軟件設計體系中，包括支撐軟件與運行軟件，支撐軟件包括操作系統軟件與網絡通信軟件，運行軟件指系統組態軟件和系統監控軟件。在此基礎上，可以通過支撐軟件，保證系統硬件與軟件的正常運行，并支持通信協議，結合系統運行軟件，可進行數據的收集與處理，同時實現監視、操作與控制等功能。

當下，采用最為廣泛的DCS設計與實現的方式是集成方式，在DCS系統軟件實現的過程中，必須采用較為成熟規范的環境，并以此為起點進行系統應用軟件的開發。

操作系統軟件和工具軟件均可采用微軟產品，要注意系統組態軟件的支持軟件類型。網絡通信軟件的實現方法需根據控制網絡來選定，可選取通信網絡基礎軟件與硬件相配的軟件，同時通過編程完成接下來的功能。系統監控軟件一般采用自主開發的形式，而創立系統監控軟件的關鍵之處在于系統實施數據庫的創建。首先要確定的是數據庫的各個組成部分，進行其結構描述與關聯操作。

監控軟件可從其實現的功能入手，其功能主要包括數據處理、控制、報警、記錄、報表生成、生成歷史比較趨勢圖等。數據處理功能主要通過收集系統的數字信號，結合計算機的數據連接、數據變化等技術實現；控制功能可通過組態軟件實現順序、連鎖以及回路控制；報警功能可預先設定優先報警級別，區分時態和屬性；記錄主要針對重要事件、重要數據與參數等進行記錄，并連接數據庫進行存儲；報表生成功能可根據數據連接技術，連接實時數據庫和歷史數據庫產生報表，便于用戶和管理者對數據信息的使用等。

（二）系統數據庫的設計

系統數據庫的設計可包括實時數據庫的設計和歷史數據庫的設計。

實施數據庫是以系統中硬件與軟件的操作基礎上形成的，可通過I/O設備以及I/O驅動軟件為收集現場數據提供端口，從而對原始數據進行處理。然而，由于實時數據庫的儲存空間有限，其定期清理與備份是十分必要的。在刪除舊數據，輸入新數據的同時，客戶端將會收到數據庫更新提醒。

系統中的歷史數據庫會將某些因時間而變化而產生的信息自動儲存至穩定性較好的設備中，這種數據可生成多種圖表形式，便于用戶及管理者理解。歷史數據庫的存儲量受存儲介質空間大小的影響，同時也嚴格要求時間的標注，具有可靠性、共享性等特點。

（三）DCS自動控制系統硬件結構設計

DCS自動控制系統硬件包含現場控制、過程控制、過程管理、經營管理四個級次，相互協調，共同實現數據的收集、控制與處理。DCS自動控制系統的數據收集過程設備時通過I/O來完成，其表現形式為模塊化，每個模塊有多個通道，有利于傳感器與執行器的連接。每個I/O都會通過獨立的通道以單點卡或者對應連接箱電纜排序的方式連接現場的接線箱，為簡化維修過程，可針對每個不同的I/O連接通道采用不同類型的I/O卡。此外，用戶是根據實際需求來選擇I/O卡，在系統設計的過程中，可用2塊I/O卡公共的冗余接線底座，可提高其適應性。

三、總結

DCS自動控制系統對現代工業的生產方式產生了一定規模的影響，對自動化水平的提高起到了積極促進作用。同時，隨著近年來計算機網絡通訊技術的飛速發展，同時也要求DCS自動控制系統不斷地完善與提高，我國工業生產模式也將進一步提升與飛躍。

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