DCS系統在過程控制技術與系統實驗中的應用

郭詩瑤

摘要：介紹了華北電力大學過程控制實驗室的DCS實驗系統，該系統是以PCS-B型綜合實驗裝置為依托，以ABB公司的AC800M系列控制器為平臺設計開發的一套過程控制實驗系統。該實驗系統的應用加深了學生對過程控制系統的認識和理解。

關鍵詞：AC800M；DCS；過程控制

0引言

分散控制系統（DCS）是以微處理器為核心的過程控制采集站為基礎的分散各部分工藝流程進行工藝信息采集及控制的系統，該系統通過分散控制和數據通信實現了對生產過程的集中監控。由于其高的可靠性和穩定性，被廣泛應用于電力、石油、化工、制造等領域。2010年教育部啟動了卓越工程師教育培養計劃，采用MATLAB等軟件構建的過程控制虛擬仿真系統應用于實驗教學，雖然可以節約大量設備成本和維護費用，但是不能更好地培養學生的工程意識和提高工程實踐能力。培養卓越工程師，需要采取工程教育，讓學生樹立工程理念，形成工程意識，提高工程素質和能力，才可以迅速成長為高素質的工程技術人才。DCS實驗系統是以PCS-B型綜合實驗裝置為依托，以ABB公司的AC800M系列控制器為平臺的一套過程控制實驗系統。

1DOS系統結構

AC800M是Compact Products 800系列產品中的一個重要組件，它是一款基于導軌安裝的模塊化的控制器，包含了CPU、通信模塊、電源模塊及一系列附件。AC800M控制器作為控制網絡中的一個重要組件，支持冗余及非冗余兩種工作模式，及客戶/服務器兩種通信服務模式。作為客戶端服務可以實現控制器之間以及與工程師站軟件的通信。通過OPC Server服務可實現與第三方軟件及系統間數據通信。

基于AC800M的DCS系統結構從上到下包括：工程師站/操作員站、過程控制站和現場站。工程師站/操作員站主要是向現場發出動作指令以及接收來自現場的數據信號。其中工程師站主要是將組態好的控制策略程序下裝到AC800M控制器CPU中。操作員站主要是用來完成現場過程狀態及報警顯示、歷史數據收集以及報表生成等。過程控制站包括CPU、通信模塊和I/0模件；I/0模件中包含模擬量輸入/輸出卡件，以及數字量輸入/輸出卡件。現場站主要是通過變送器或傳感器將現場物理信號如模擬量信號、數字量信號數據實時采集傳送到過程控制站中相應的I/0模件，然后通過通信模塊將數據傳送給AC800M的CPU中處理，最后數據通過Ethernet傳送給工程師站/操作員站。

該實驗系統采用AC800M系列控制器CPU采用PM860，工程師站/操作員站采用的是IFIX組態軟件進行畫面、報警、數據記錄等組態設計。通過Control Bui lder M編程軟件進行硬件組態和控制策略組態，配置各項參數。I/0模件選用S800 I/0模件。

2 DCS實驗系統的運行

DCS實驗系統的工程師站安裝有ACSOOM control build M軟件和IFIX組態軟件，操作員站主機中IFIX組態軟件。實驗系統運行時，首先在工程師站中將控制組態程序下裝到DCS控制器中，然后打開AC800M OPC服務器和IFIX組態軟件。工程師站和操作員站的IFIX軟件按照C/S網絡結構設置，因此操作員站的主機打開IFIX組態軟件可以直接連接到工程師站中的數據庫，從而實現工程師站和操作員站的主機實現數據共享，并均可以同時對實驗裝置發出控制指令。下面以工程師站為例，介紹具體的DCS實驗系統操作步驟。

2.1控制組態程序下裝

DCS實驗系統硬件配置之前，首先需要清楚系統需要用到的測點，以及各個測點相對應連接的I/0模件和通道號，以實驗當中采用的是水路一的上/下水箱動態特性測試及液位控制為例，需要用到的測點如下表1所示：

在工程師站中，打開并運行Control Builder M組態軟件，打開并加載已經新建的項目名稱叫pcs的文件，點擊工具欄的下裝程序圖標（download Project and Go Online）。

2.2 ACSOOM OPC服務器運行

控制組態程序下裝到DCS控制系統的ACSOOM控制器中后，打開并運行ACSOOM控制器自帶的ACSOOM OPC server軟件。

2.3 IFIX組態軟件運行

打開并運行OPC Power tool，作為數據中間服務器，用來定義通道地址，完成ACSOOM與IFIX之間各項參數數據的連接。打開IFIX組態軟件，進行畫面監控組態。根據過程控制實驗內容以及實驗操作需要，設計畫面、數據記錄等。從總畫面可以看出可以完成的水箱液位相關的實驗項目內容包括單容水箱動態特性實驗項目、雙容水箱動態特性實驗、單容水箱液位單回路控制實驗、雙容水箱液位控制實驗以及上下水箱液位串級控制實驗。以單容水箱動態特性測試實驗為例，介紹實驗操作方法：

點擊系統總畫面中的<單容水箱特性>按鈕，進入單容水箱動態特性測試實驗畫面，點擊畫面中的<開始實驗>按鈕，啟動了增壓泵，然后再點擊畫面的<手動開閥>按鈕，輸入一個電動調節閥的閥門開度值，如輸入25，表示閥門開度為25%，這時候會看到實驗裝置的水箱內就開始進水了，下面就等待水箱液位值自行達到一個平衡狀態。等到液位值達到一個動態平衡狀態時，點擊畫面中的<歷史趨勢>按鈕，觀察記錄水箱的階躍響應曲線如圖2所示。根據曲線記錄并計算相應的參數如延長時間、比例系數、時間。最后點擊<結束實驗>按鈕，完成實驗。

3結語

基于ABB公司ACSOOM系列控制器搭建的DCS過程控制實驗系統平臺。此實驗系統應用于過程控制課程實驗教學中，培養學生以工程眼光看問題，以工程理念分析問題，以工程的方法來解決問題。使學生將過程控制理論教學中提出的被控對象、控制器及執行機構等抽象概念與實際裝置間無縫對接，對過程控制系統具有了感性認識和理解，激發了學生的學習興趣。