DCS系统在过程控制技术与系统实验中的应用

郭诗瑶

摘要：介绍了华北电力大学过程控制实验室的DCS实验系统，该系统是以PCS-B型综合实验装置为依托，以ABB公司的AC800M系列控制器为平台设计开发的一套过程控制实验系统。该实验系统的应用加深了学生对过程控制系统的认识和理解。

关键词：AC800M；DCS；过程控制

0引言

分散控制系统（DCS）是以微处理器为核心的过程控制采集站为基础的分散各部分工艺流程进行工艺信息采集及控制的系统，该系统通过分散控制和数据通信实现了对生产过程的集中监控。由于其高的可靠性和稳定性，被广泛应用于电力、石油、化工、制造等领域。2010年教育部启动了卓越工程师教育培养计划，采用MATLAB等软件构建的过程控制虚拟仿真系统应用于实验教学，虽然可以节约大量设备成本和维护费用，但是不能更好地培养学生的工程意识和提高工程实践能力。培养卓越工程师，需要采取工程教育，让学生树立工程理念，形成工程意识，提高工程素质和能力，才可以迅速成长为高素质的工程技术人才。DCS实验系统是以PCS-B型综合实验装置为依托，以ABB公司的AC800M系列控制器为平台的一套过程控制实验系统。

1DOS系统结构

AC800M是Compact Products 800系列产品中的一个重要组件，它是一款基于导轨安装的模块化的控制器，包含了CPU、通信模块、电源模块及一系列附件。AC800M控制器作为控制网络中的一个重要组件，支持冗余及非冗余两种工作模式，及客户/服务器两种通信服务模式。作为客户端服务可以实现控制器之间以及与工程师站软件的通信。通过OPC Server服务可实现与第三方软件及系统间数据通信。

基于AC800M的DCS系统结构从上到下包括：工程师站/操作员站、过程控制站和现场站。工程师站/操作员站主要是向现场发出动作指令以及接收来自现场的数据信号。其中工程师站主要是将组态好的控制策略程序下装到AC800M控制器CPU中。操作员站主要是用来完成现场过程状态及报警显示、历史数据收集以及报表生成等。过程控制站包括CPU、通信模块和I/0模件；I/0模件中包含模拟量输入/输出卡件，以及数字量输入/输出卡件。现场站主要是通过变送器或传感器将现场物理信号如模拟量信号、数字量信号数据实时采集传送到过程控制站中相应的I/0模件，然后通過通信模块将数据传送给AC800M的CPU中处理，最后数据通过Ethernet传送给工程师站/操作员站。

该实验系统采用AC800M系列控制器CPU采用PM860，工程师站/操作员站采用的是IFIX组态软件进行画面、报警、数据记录等组态设计。通过Control Bui lder M编程软件进行硬件组态和控制策略组态，配置各项参数。I/0模件选用S800 I/0模件。

2 DCS实验系统的运行

DCS实验系统的工程师站安装有ACSOOM control build M软件和IFIX组态软件，操作员站主机中IFIX组态软件。实验系统运行时，首先在工程师站中将控制组态程序下装到DCS控制器中，然后打开AC800M OPC服务器和IFIX组态软件。工程师站和操作员站的IFIX软件按照C/S网络结构设置，因此操作员站的主机打开IFIX组态软件可以直接连接到工程师站中的数据库，从而实现工程师站和操作员站的主机实现数据共享，并均可以同时对实验装置发出控制指令。下面以工程师站为例，介绍具体的DCS实验系统操作步骤。

2.1控制组态程序下装

DCS实验系统硬件配置之前，首先需要清楚系统需要用到的测点，以及各个测点相对应连接的I/0模件和通道号，以实验当中采用的是水路一的上/下水箱动态特性测试及液位控制为例，需要用到的测点如下表1所示：

在工程师站中，打开并运行Control Builder M组态软件，打开并加载已经新建的项目名称叫pcs的文件，点击工具栏的下装程序图标（download Project and Go Online）。

2.2 ACSOOM OPC服务器运行

控制组态程序下装到DCS控制系统的ACSOOM控制器中后，打开并运行ACSOOM控制器自带的ACSOOM OPC server软件。

2.3 IFIX组态软件运行

打开并运行OPC Power tool，作为数据中间服务器，用来定义通道地址，完成ACSOOM与IFIX之间各项参数数据的连接。打开IFIX组态软件，进行画面监控组态。根据过程控制实验内容以及实验操作需要，设计画面、数据记录等。从总画面可以看出可以完成的水箱液位相关的实验项目内容包括单容水箱动态特性实验项目、双容水箱动态特性实验、单容水箱液位单回路控制实验、双容水箱液位控制实验以及上下水箱液位串级控制实验。以单容水箱动态特性测试实验为例，介绍实验操作方法：

点击系统总画面中的<单容水箱特性>按钮，进入单容水箱动态特性测试实验画面，点击画面中的<开始实验>按钮，启动了增压泵，然后再点击画面的<手动开阀>按钮，输入一个电动调节阀的阀门开度值，如输入25，表示阀门开度为25%，这时候会看到实验装置的水箱内就开始进水了，下面就等待水箱液位值自行达到一个平衡状态。等到液位值达到一个动态平衡状态时，点击画面中的<历史趋势>按钮，观察记录水箱的阶跃响应曲线如图2所示。根据曲线记录并计算相应的参数如延长时间、比例系数、时间。最后点击<结束实验>按钮，完成实验。

3结语

基于ABB公司ACSOOM系列控制器搭建的DCS过程控制实验系统平台。此实验系统应用于过程控制课程实验教学中，培养学生以工程眼光看问题，以工程理念分析问题，以工程的方法来解决问题。使学生将过程控制理论教学中提出的被控对象、控制器及执行机构等抽象概念与实际装置间无缝对接，对过程控制系统具有了感性认识和理解，激发了学生的学习兴趣。