DCS系統中現場總線技術的應用與展望分析

王宏偉 姜硯澤

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DCS系統中現場總線技術的應用與展望分析

王宏偉 姜硯澤

南京國能環保工程有限公司，江蘇 南京 211102

隨著現場總線技術的不斷發展完善，DCS系統的發展趨勢也更加智能化和綜合化。DCS系統中的控制層和現場層都能夠直接采用現場總線技術，融合可編程邏輯控制器、各種現場設備及數字監控系統等組成大系統，其功能可以滿足過程的控制，也可以達到批量控制和離散應用要求。簡單分析了現場總線技術在DCS系統中的應用及未來發展情況。

DCS系統；現場總線技術；應用

1 現場總線技術與DCS系統

DCS系統，分布式控制系統。在國內自控行業中被稱為集散控制系統，是一個過程監控級與過程控制機共同組成將通信網絡作為傳輸紐帶的數級計算機系統，其綜合了4C技術包括計算機、通訊、顯示和控制，有分散控制集中管理的特點。作為計算機、網絡和控制技術的結合物，DCS系統經常利用多個過程站對一個過程里的數個控制點進行控制，控制器與控制器之間以網絡通信實現數據交換。

現場總線用于制造、過程自動化等多領域的現場智能設備的相互連通網絡結點，是一種新型的開放式分布控制系統，以智能傳感、數字通訊以及計算機控制等為主要內容的技術，在全球范圍的使用程度較高。現場總線是在比較復雜的背景產生的，工廠自動化需要的是信息集成，而來自底層設備的信息量最大，并且信息分布的范圍很廣，采取較為統一的接線方式，用模擬信號達到測量控制的目的，但實現系統與外界和設備與設備間的信息交換難度較大，所以急需開發專門用于工業現場控制的網絡協議或者網絡結構。現場總線通過數字通信總線實現信息的互換，完成控制功能的控制與網絡系統。對現場總線的管理維護上，提高信息傳輸能力是重點，還要減少現場控制單方面的信息往返，信息在現場就能夠完成。如果利用PROFIBUS現場總線方式可以減少較多的投資和安裝量，還可以節省一半的安裝費。

2 PROFIBUS現場總線技術在DCS中的應用

2.1 現場總線技術融入DCS的系統構成

在已掌握技術的基礎上,PROFIBUS現場總線技術融入到DCS系統中，所變現出來的特點有：保持原系統結構的控制站點不改變，在組態、監管和上層通訊網絡中與DCS系統是兼容的。在原控制站上增加了DP站卡，PROFIBUS網絡可以取代本地I/O，也可以接入DP的現場設備以及PA現場設備。在同樣一個DCS系統可以同時使用DP主站控制器及原來的DCS控制器。

2.2 現場總線技術DP主站硬件設計

DP主站卡分為DP主站模塊和DP主站底板，分別負責網絡通訊和模塊與控制器間的通訊。兩個部分主要通過八位并行總線連接，其設計如圖1，主要部分是DP底板，虛線內為主站模塊。由DP的RS232端口進行網絡組態，將組態的信息在XML格式文件中。主站模塊會根據組態信息，輪詢網絡中的從站，交換的數據儲存在DP的DPRAM里。MCUI的職責是通過串行總線和主控制卡進行數據交換和轉換協議。DP從站的數據儲存在輸出和輸入緩沖區，其各種周期參數和寄存器設定儲存在參數設定和寄存器區域。通過MAILBOX交換網絡組態和主站與從站的數據來代替NETTOOL軟件，在整個過程中需要重點關注MAILBOX的輸入輸出區。

2.3 FCS總線控制系統

與DCS的三層結構而言，現場總線只有兩個層次，操作管理和現場設備。將DCS中的輸入輸出控件并入智能設備，各自進行轉換及矯正處理，不用經過主控系統，使得控制系統的結構相對簡單，降低了費用，方便后期維護。操作人員在控制室實現遠程診斷、校驗和整定參數，從而使得系統的精度提高，抵抗干擾的能力增強。在部分較大型的控制系統運行著復雜的閉環控制，其中運行模式的不確定性較多，需要用擁有強大運算能力的DCS來完成控制作用。FCS系統的出現，簡化了操作流程，其作用在一定程度上更強大。但DCS依然有其獨特的作用，有繼續存在的必要。

圖1 DP主站原理

3 現場總線控制在DCS系統的展望

目前，現場總線控制系（FCS）統發揮的作用日益增大，其核心還是總線協議，數字現場設備為基礎，其本質是現場信息處理。FCS能夠減少電纜和橋架等設備，節省安裝費用和后續維護開支。與PID控制相比，FCS系統可以直接將PID的閉環控制功能引入到執行器中，改善性能，控制周期也將大大縮短。DCS系統采用模擬型號，所以無法診斷維護工程師站的儀表。FCS系統實行數字化模式，現場傳輸多變量信息，可以實現遠程診斷組態功能。DCS系統在某些工作環境中確實優于FCS；在未來一段時間內，將是FCS和DCS兩者有機結合的控制系統，FCS逐漸占據其中心地位。

4 結束語

DCS系統因為有了現場總線技術而更加靈活和開放，增加了新型系統方式及企業現場管理模式的可能性。現場總線技術的飛速發展和FCS系統的成熟，FCS系統可以DCS系統相結合，構成了一種新型的DCS系統，既會克服DCS系統本身的不足，又可以實現FCS不能實現的復雜控制。現場總線技術在分布式控制系統的應用在生產安全和環境控制上會發揮更大的作用。

[1]李輝,張浩,包偉華等.PROFIBUS現場總線技術在DCS系統中的應用[J].制造業自動化,2011,28(11)：75-78.

[2]王洋.現場總線技術在DCS系統中的應用[J].河北煤炭,2009,(3)：15-16.

TQ325.14；TP273

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1009-6434（2016）05-0020-01