基于DCS控制的过程分析仪表系统设计

牛强 高峰

中图分类号：TB47 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2018）2-000-01

摘要 随着科技的迅速发展，我国的综合国力不断提升，此时日常生活当中人们对于计算机的应用和需求也在不断增加，其中比较有代表性的就是DCS控制系统的应用，其主要是在水处理、化工方面以及工程和冶金方面使用较多。而且DCS的过程分析仪表系统对传统的仪表技术产生巨大的冲击，DCS系统的精确性高、可靠性强，同时还方便维护，所以被广泛的应用到工业控制领域当中。在本文当中，我们针对DCS控制过程分析仪表系统以及相关参数进行了分析和设计，希望能够为他人提供参考。

关键词 DCS控制 分析仪表 系统设计

目前我国各行各业当中智能化学仪表的使用比较广泛，在本文当中我们对DCS系统的过程分析、仪表系统设计都进行了分析和简述。DCS控制系统可以通过相关的软件和设备，在无人操作时实现对仪表设备的控制，很大程度上缩短了生产过程中的人工操作时间，同时也提高了生产效率，最重要的是实现了无人操作，有效的避免了安全事故的发生。

一、DCS控制系统的设计

（一）设计系统的现场控制站

系统的控制站是通过计算机对现场的运行状况进行监控和测量。控制站由机柜和电源、输入和输出通道组成，电源外部由金属材料包裹，之后和运行的电器连接。机柜与电源为电子设备提供电源屏障，确保现场的人员安全和电磁屏蔽效果，机柜需要接地，接地电阻小于等于4Ω；机柜内部安装散热风扇，促使机柜内部与外部的空气循环速度加快，进而达到散热的目的。如果机柜外部的环境过冷或者是过热，那么安装空调装置在机柜的底部。选用最密闭的机柜，确保柜内的温度保持相对稳定。除此之外，我们还要为系统提供可靠的电源，双向交流电源在控制站中用到大功率电器时，可以通过变压器对线圈进行一定的处理，确保供电的稳定。对于供电稳定性和连续性要求比较高的工厂，我们可以选择UPS电源（主要是后备式、在线式两种）。

（二）主控单元设计

DCS系统当中主控单元是由CPU与储存器两部分组成。在DCS系统当中16位的微处理器是目前常用的，32位的处理器偶尔也会用到。在一些新的系统当中目前浮点预算协处理器被广泛的应用，将传统的处理器替代下来，进而提高处理器的运行效率。存储器是由ROM与RAM两部分组成，在计算机内部又固定程序对其进行控制，确保系统的顺利运行。在系统的设计过程中结构越复杂，那么系统的运行也就越稳定。

二、基于DCS控制的过程分析

在DCS控制系统当中通过西门子的ET200模拟数字采集器，对仪表系统的温度、流量、压力、阀门以及电加热过程中的参数进行分析和采集，之后通过DCS系统将数值上传到显示器当中，再借助系统向相关的阀门发送命令使其发生动作，同时该系统还可以与上位机之间进行通信。DCS控制的过程分析仪表系可以与其他仪表系统之间形成一个网络系统，对整个过程中的子系统进行实时控制。

三、系统硬件的整体设计

DCS控制的过程分析仪表系统中硬件組成是由分析仪表和样品预处理系统、数字模拟输入输出模块、DCS通信模块、处理器以及控制器组成，在整个仪表当中，DCS的控制模块是整个系统的控制核心，它能够实现系统的信息的输入/输出，同时控制人机接口、数字信息以及PROFIBUS总线接入控制，同时对系统的各电路进行协调与管理。

（一）设计DCS通信

DCS在实现上位机与下位机之间的信息沟通是通过PROFIBUS协助完成的。PC机构成上位机，为了提升系统的抗干扰能力，控制器和收发器之间利用高速光纤进行连接，进而实现系统总线上各个节点之间的通信。

（二）设计系统的模拟量、开关量、输入输出模块

仪表的过程分析以及样品预处理需要采集系统当中的温度、压力以及流量信号，并且通过模拟输入输出量来控制阀门的开关，在该系统当中用到了ET200西门子输入和输出模块对整个系统的数据实现在线监控，选型ET200最多情况下可以带DI32个、DO32个，同时还可以带AI/AO 8个，如果需要对系统进行拓展，那么可以串联上一套ET2004.

四、设计上下位软件

为了实现系统的功能，我们要设计严谨的硬件电路，同时根据上位机和下位机来设计通信和显示等软件，进而实现整个系统的在线分析仪表的测量、显示以及通信功能。软件设计包括：设计主程序、设计模拟量输入和输出程序、设计液晶显示程序等等。在系统接通电之后，MainSequence程序开始正常运行，首先要对系统进行初始化，之后将系统中断，最后进入到主程序的运行当中。

五、结语

在本文当中主要是在DCS基础上对过程分析仪表系统进行设计，其中包括硬件设计和软件设计。过程分析仪表是通过和上位机相连接，然后形成一个网络，进而实现对整个系统的管理以及在线分析。在整个系统当中，在线分析仪表是节点，对系统进行在线分析同时可以实现与上位机之间的通信。

参考文献：

[1]金玉.一种DCS系统I/O模块自动化测试的设计与实现[J].上海交通大学，2012（10）：157-158.

[2]孙洪涛，侯余生，刘静波.核电站安全级DCS系统接地设计研究[J].微型机与应用，2012（2）：126-127.