DCS过程控制系统功能设计与实现
2016-05-30张荣成
张荣成
摘 要：文章分析了DCS系统关键性技术，及技术性能要求，在此基础上，简明扼要地阐述了DCS系统软件和硬件系统的设计与实现。
关键词：DCS系统；软硬件功能；设计与实现
企业生产中，过程控制是以工业生产中的生产流程为对象，再与生产实际紧密结合共同完成具有专业性、实践性的一项劳动过程。随着计算机技术、网络通讯技术、多媒体技术和系统控制技术的发展，一种具有开放性可靠性特点的DCS控制系统技术越来越多的融于工业企业生产过程中。
试举例，以工业生产双碱法脱硫技术工艺中的过程监控来说，经常有几个单元组成，文章以工艺中的一个单元为阐述的对象对系统监控功能进行分析其重要性。
生产操作人员可以按照一定的权限登陆监控系统根据岗位需求调取监控画面，可以调节现场相应的阀门、应机泵等，调取相关参数历史记录对生产过程进行分析，在规定时间内生产报表打印。
在这样的过程控制中，实现了生产的安全性、信息发布、远程访问、操作监控功能、数据处理功能等，为安全生产起到了根本性的保障。
因此，加强工业DCS过程控制系统功能设计与实现的研究与分析，为工业生产服务及发展具有很大的意义。
1 DCS系统关键性技术
一般地，DCS系统关键性技术分为工业自动化控制技术和分散集中控制技术、信号采集与数据预处理技术等核心部分。重点分析如下：
1.1 工业自动化控制技术
这个技术具备过程逻辑控制功能，按照工艺过程设计要求完善组态软件编写逻辑控制顺序控制。通过组态软件对过程I/O回路组态，提供I/O接口，仪表设备由电缆与系统相连，同时再通过软件功能在操作站输出控制信息，控制现场执行器达到控制目的。
1.2 分散集中控制技术
这个系统有过程单元、过程接口单元、操作站等组成，如下图所示：
该系统集成了常规仪表分散控制和计算机集中控制的特点，克服了单台微机控制的危险性以及人机联系差的缺点，一定程度上降低了生产成本，也为系统维护和技术更新提供的方便。
1.3 信号采集与数据预处理技术
信号采集与数据预处理技术的功能是实现现场的模拟物理量进行数字化处理，形成现场数据的数字表示方式，再把有效地数据提供给控制器计算，如下图：
2 DCS系统技术性能要求
在DCS系统技术性能方面整体要满足：容易维护，做到操作方便，组提案灵活，接线方便可靠。
除此外，还要符合通讯功能技术要求，工程师站技术要求，现场控制站的要求，做到这些才能为实现DCS系统过程控制功能设计和实现。
3 DCS系统设计与实现
DCS系统设计与实现，基本上可以分为软件和硬件系统的设计与实现。
3.1 软件设计与实现
选择方法：一般有两种方法实现。一种是通过组态软件实现；一种是通过实时数据库实现。在具体应用中至于采取哪种方式来实现除了要考虑综合因素外还要考虑系统数据变化库，历史数据等，这样才能确保需求，减少成本。
3.1.1 组态软件
组态软件是支持开发、生成等工具的软件，用在生产设备数据采集与控制，完成系统控制层软件和监控软件的组态功能，安装在工程师站中，对数据采集频率等通过界面系统实施反映各个被监控对象的状态。
3.1.2 实时数据库
实时数据库是以工业监控为目的，对实时性要求高的时标型信息数据库管理系统。它集成了实时计算、分析处理等和各种异构通讯协议的数据源，形成统一的访问实时数据接口。实时数据库体系架构图如下所示：
核心是通过现场适配层适配现场各种接口完成数据采集，计算，报警，同时通过向应用层提供各种适配接口，支持各种开发语言和需求。
3.1.3 组态软件功能实现
一般地，组态软件功能实现是通過JX-300XPDCS系统实现的。具体如下图所示。
3.2 硬件设计与实现
3.2.1 仪表I/O点清册制定
仪表I/O点清册包含序号、中文描述、供电方式等。在整个系统中不能有重复，控制系统相应的调用数据的控制回路也会被修改，所以在系统生成后不要修改数据。
3.2.2 主控模块和数据转发模块的设计
要实现系统的监控功能，I/O模块的管理级数据交换处理等问题，要对控制站内的主控模块和数据转发进行设计。
3.2.3 工程师站、操作员站配置
在对这2个配置时除了内存、显示、硬盘等考虑外还要考虑计算机使用环境以及现场设备数据接入的便捷性，防尘散热性。
3.2.4 硬件的实现
在现场控制站中除了要使用电流信号输入、电压信号输入等外还要应用到负责协调控制站内所有软硬件关系及各项控制任务的主控模块和作为主控制模块和I/O模块的中间环节数据转发模块。
参考文献
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