DCS過程控制系統功能設計與實現

張榮成

摘 要：文章分析了DCS系統關鍵性技術，及技術性能要求，在此基礎上，簡明扼要地闡述了DCS系統軟件和硬件系統的設計與實現。

關鍵詞：DCS系統；軟硬件功能；設計與實現

企業生產中，過程控制是以工業生產中的生產流程為對象，再與生產實際緊密結合共同完成具有專業性、實踐性的一項勞動過程。隨著計算機技術、網絡通訊技術、多媒體技術和系統控制技術的發展，一種具有開放性可靠性特點的DCS控制系統技術越來越多的融于工業企業生產過程中。

試舉例，以工業生產雙堿法脫硫技術工藝中的過程監控來說，經常有幾個單元組成，文章以工藝中的一個單元為闡述的對象對系統監控功能進行分析其重要性。

生產操作人員可以按照一定的權限登陸監控系統根據崗位需求調取監控畫面，可以調節現場相應的閥門、應機泵等，調取相關參數歷史記錄對生產過程進行分析，在規定時間內生產報表打印。

在這樣的過程控制中，實現了生產的安全性、信息發布、遠程訪問、操作監控功能、數據處理功能等，為安全生產起到了根本性的保障。

因此，加強工業DCS過程控制系統功能設計與實現的研究與分析，為工業生產服務及發展具有很大的意義。

1 DCS系統關鍵性技術

一般地，DCS系統關鍵性技術分為工業自動化控制技術和分散集中控制技術、信號采集與數據預處理技術等核心部分。重點分析如下：

1.1 工業自動化控制技術

這個技術具備過程邏輯控制功能，按照工藝過程設計要求完善組態軟件編寫邏輯控制順序控制。通過組態軟件對過程I/O回路組態，提供I/O接口，儀表設備由電纜與系統相連，同時再通過軟件功能在操作站輸出控制信息，控制現場執行器達到控制目的。

1.2 分散集中控制技術

這個系統有過程單元、過程接口單元、操作站等組成，如下圖所示：

該系統集成了常規儀表分散控制和計算機集中控制的特點，克服了單臺微機控制的危險性以及人機聯系差的缺點，一定程度上降低了生產成本，也為系統維護和技術更新提供的方便。

1.3 信號采集與數據預處理技術

信號采集與數據預處理技術的功能是實現現場的模擬物理量進行數字化處理，形成現場數據的數字表示方式，再把有效地數據提供給控制器計算，如下圖：

2 DCS系統技術性能要求

在DCS系統技術性能方面整體要滿足：容易維護，做到操作方便，組提案靈活，接線方便可靠。

除此外，還要符合通訊功能技術要求，工程師站技術要求，現場控制站的要求，做到這些才能為實現DCS系統過程控制功能設計和實現。

3 DCS系統設計與實現

DCS系統設計與實現，基本上可以分為軟件和硬件系統的設計與實現。

3.1 軟件設計與實現

選擇方法：一般有兩種方法實現。一種是通過組態軟件實現；一種是通過實時數據庫實現。在具體應用中至于采取哪種方式來實現除了要考慮綜合因素外還要考慮系統數據變化庫，歷史數據等，這樣才能確保需求，減少成本。

3.1.1 組態軟件

組態軟件是支持開發、生成等工具的軟件，用在生產設備數據采集與控制，完成系統控制層軟件和監控軟件的組態功能，安裝在工程師站中，對數據采集頻率等通過界面系統實施反映各個被監控對象的狀態。

3.1.2 實時數據庫

實時數據庫是以工業監控為目的，對實時性要求高的時標型信息數據庫管理系統。它集成了實時計算、分析處理等和各種異構通訊協議的數據源，形成統一的訪問實時數據接口。實時數據庫體系架構圖如下所示：

核心是通過現場適配層適配現場各種接口完成數據采集，計算，報警，同時通過向應用層提供各種適配接口，支持各種開發語言和需求。

3.1.3 組態軟件功能實現

一般地，組態軟件功能實現是通過JX-300XPDCS系統實現的。具體如下圖所示。

3.2 硬件設計與實現

3.2.1 儀表I/O點清冊制定

儀表I/O點清冊包含序號、中文描述、供電方式等。在整個系統中不能有重復，控制系統相應的調用數據的控制回路也會被修改，所以在系統生成后不要修改數據。

3.2.2 主控模塊和數據轉發模塊的設計

要實現系統的監控功能，I/O模塊的管理級數據交換處理等問題，要對控制站內的主控模塊和數據轉發進行設計。

3.2.3 工程師站、操作員站配置

在對這2個配置時除了內存、顯示、硬盤等考慮外還要考慮計算機使用環境以及現場設備數據接入的便捷性，防塵散熱性。

3.2.4 硬件的實現

在現場控制站中除了要使用電流信號輸入、電壓信號輸入等外還要應用到負責協調控制站內所有軟硬件關系及各項控制任務的主控模塊和作為主控制模塊和I/O模塊的中間環節數據轉發模塊。

參考文獻

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