基于DCS控制的過程分析儀表系統設計

牛強 高峰

中圖分類號：TB47 文獻標識：A 文章編號：1674-1145（2018）2-000-01

摘要 隨著科技的迅速發展，我國的綜合國力不斷提升，此時日常生活當中人們對于計算機的應用和需求也在不斷增加，其中比較有代表性的就是DCS控制系統的應用，其主要是在水處理、化工方面以及工程和冶金方面使用較多。而且DCS的過程分析儀表系統對傳統的儀表技術產生巨大的沖擊，DCS系統的精確性高、可靠性強，同時還方便維護，所以被廣泛的應用到工業控制領域當中。在本文當中，我們針對DCS控制過程分析儀表系統以及相關參數進行了分析和設計，希望能夠為他人提供參考。

關鍵詞 DCS控制 分析儀表 系統設計

目前我國各行各業當中智能化學儀表的使用比較廣泛，在本文當中我們對DCS系統的過程分析、儀表系統設計都進行了分析和簡述。DCS控制系統可以通過相關的軟件和設備，在無人操作時實現對儀表設備的控制，很大程度上縮短了生產過程中的人工操作時間，同時也提高了生產效率，最重要的是實現了無人操作，有效的避免了安全事故的發生。

一、DCS控制系統的設計

（一）設計系統的現場控制站

系統的控制站是通過計算機對現場的運行狀況進行監控和測量。控制站由機柜和電源、輸入和輸出通道組成，電源外部由金屬材料包裹，之后和運行的電器連接。機柜與電源為電子設備提供電源屏障，確保現場的人員安全和電磁屏蔽效果，機柜需要接地，接地電阻小于等于4Ω；機柜內部安裝散熱風扇，促使機柜內部與外部的空氣循環速度加快，進而達到散熱的目的。如果機柜外部的環境過冷或者是過熱，那么安裝空調裝置在機柜的底部。選用最密閉的機柜，確保柜內的溫度保持相對穩定。除此之外，我們還要為系統提供可靠的電源，雙向交流電源在控制站中用到大功率電器時，可以通過變壓器對線圈進行一定的處理，確保供電的穩定。對于供電穩定性和連續性要求比較高的工廠，我們可以選擇UPS電源（主要是后備式、在線式兩種）。

（二）主控單元設計

DCS系統當中主控單元是由CPU與儲存器兩部分組成。在DCS系統當中16位的微處理器是目前常用的，32位的處理器偶爾也會用到。在一些新的系統當中目前浮點預算協處理器被廣泛的應用，將傳統的處理器替代下來，進而提高處理器的運行效率。存儲器是由ROM與RAM兩部分組成，在計算機內部又固定程序對其進行控制，確保系統的順利運行。在系統的設計過程中結構越復雜，那么系統的運行也就越穩定。

二、基于DCS控制的過程分析

在DCS控制系統當中通過西門子的ET200模擬數字采集器，對儀表系統的溫度、流量、壓力、閥門以及電加熱過程中的參數進行分析和采集，之后通過DCS系統將數值上傳到顯示器當中，再借助系統向相關的閥門發送命令使其發生動作，同時該系統還可以與上位機之間進行通信。DCS控制的過程分析儀表系可以與其他儀表系統之間形成一個網絡系統，對整個過程中的子系統進行實時控制。

三、系統硬件的整體設計

DCS控制的過程分析儀表系統中硬件組成是由分析儀表和樣品預處理系統、數字模擬輸入輸出模塊、DCS通信模塊、處理器以及控制器組成，在整個儀表當中，DCS的控制模塊是整個系統的控制核心，它能夠實現系統的信息的輸入/輸出，同時控制人機接口、數字信息以及PROFIBUS總線接入控制，同時對系統的各電路進行協調與管理。

（一）設計DCS通信

DCS在實現上位機與下位機之間的信息溝通是通過PROFIBUS協助完成的。PC機構成上位機，為了提升系統的抗干擾能力，控制器和收發器之間利用高速光纖進行連接，進而實現系統總線上各個節點之間的通信。

（二）設計系統的模擬量、開關量、輸入輸出模塊

儀表的過程分析以及樣品預處理需要采集系統當中的溫度、壓力以及流量信號，并且通過模擬輸入輸出量來控制閥門的開關，在該系統當中用到了ET200西門子輸入和輸出模塊對整個系統的數據實現在線監控，選型ET200最多情況下可以帶DI32個、DO32個，同時還可以帶AI/AO 8個，如果需要對系統進行拓展，那么可以串聯上一套ET2004.

四、設計上下位軟件

為了實現系統的功能，我們要設計嚴謹的硬件電路，同時根據上位機和下位機來設計通信和顯示等軟件，進而實現整個系統的在線分析儀表的測量、顯示以及通信功能。軟件設計包括：設計主程序、設計模擬量輸入和輸出程序、設計液晶顯示程序等等。在系統接通電之后，MainSequence程序開始正常運行，首先要對系統進行初始化，之后將系統中斷，最后進入到主程序的運行當中。

五、結語

在本文當中主要是在DCS基礎上對過程分析儀表系統進行設計，其中包括硬件設計和軟件設計。過程分析儀表是通過和上位機相連接，然后形成一個網絡，進而實現對整個系統的管理以及在線分析。在整個系統當中，在線分析儀表是節點，對系統進行在線分析同時可以實現與上位機之間的通信。

參考文獻：

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