張祖鷹

ZHANG Zu-ying

（南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 210048）

新型板卡式DCS系統(tǒng)中力控組態(tài)軟件的應(yīng)用

Application of for cecontrol configuration software at the new board style DCS system

張祖鷹

ZHANG Zu-ying

（南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 210048）

目前DCS控制系統(tǒng)在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用，是當(dāng)今最流行的控制系統(tǒng)。但對于中小型裝置（200點內(nèi))，這類系統(tǒng)顯得造價過于昂貴。板卡式DCS控制系統(tǒng)，使用力控組態(tài)軟件，解決在中小型裝置使用計算機控制系統(tǒng)造價高，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，維護工作量大的問題。

組態(tài)軟件；DCS；板卡式

1 DCS控制系統(tǒng)概述

DCS控制系統(tǒng)成功而廣泛的應(yīng)用證明了其體系結(jié)構(gòu)的先進性、可靠性和功能的完整性。DCS控制系統(tǒng)采用了最先進的技術(shù)和開放性標(biāo)準(zhǔn)（COM/DCOM技術(shù)、OPC服務(wù)器標(biāo)準(zhǔn)、Active X），向用戶提供了更大的應(yīng)用空間，是適應(yīng)企業(yè)各種自動化需求的、開放的、規(guī)?？勺兊目刂葡到y(tǒng)。

DCS系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，在開放式的冗余通訊網(wǎng)絡(luò)上分布了多臺現(xiàn)場程控站（FCS），這些現(xiàn)場程控站都帶有獨立的功能處理器，每個功能處理器都可為了完成特定的任務(wù)而進行組態(tài)和編程。用于現(xiàn)場控制的程控單元其物理位置分散、控制功能分散，系統(tǒng)功能分散，而用于過程監(jiān)視及管理的人-機接口單元其顯示、操作、記錄、管理功能集中。

2 板卡式DCS控制系統(tǒng)

板卡式DCS由四部份組成：I/O板、控制器、操作站和通訊網(wǎng)絡(luò)。I/O板主要完成模擬和數(shù)字的轉(zhuǎn)換（A/D和D/A轉(zhuǎn)換）；控制器是DCS的核心部件，任務(wù)是完成以PID為主要功能的過程控制，用戶編寫應(yīng)用程序大都采用組態(tài)方式；操作站差別比較大，主要差別是選用PC機還是選用小型機、采用UNIX還是采用NT操作系統(tǒng)、采用專用的還是通用的監(jiān)控軟件，操作系統(tǒng)和監(jiān)控軟件配合比較好時可以減少死機現(xiàn)象。

板卡式DCS控制系統(tǒng)特點表現(xiàn)在：

1）解決在中小型裝置（200點內(nèi)）計算機控制系統(tǒng)造價高，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，維護工作量大。

2）現(xiàn)場系統(tǒng)通過一個控制箱與系統(tǒng)連接，控制箱集供電系統(tǒng)、變頻器、移相調(diào)壓器、以及現(xiàn)場繼電器為一體，并提供現(xiàn)場系統(tǒng)所有驅(qū)動電力。它僅需通過標(biāo)準(zhǔn)接線端子接收工控機的控制信號即能完成所有控制功能，形成一體化設(shè)計。從而實現(xiàn)了現(xiàn)場系統(tǒng)與控制系統(tǒng)完全獨立的模塊化設(shè)計。

3）控制箱側(cè)面是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接線端子盒。這種標(biāo)準(zhǔn)信號接口可以使現(xiàn)場系統(tǒng)與用戶自行選定的DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、DDC系統(tǒng)方便連接，甚至用戶自己用單片機組成的系統(tǒng)都可以對現(xiàn)場系統(tǒng)進行控制。

3 板卡式DCS控制系統(tǒng)使用的組態(tài)軟件

3.1 力控組態(tài)軟件

項目中使用了北京三維力控科技有限公司的組態(tài)軟件。力控?軟件以計算機為基本工具，為實施數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、生產(chǎn)控制提供了基礎(chǔ)平臺，它可以和檢測、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。在過程監(jiān)控中發(fā)揮了核心作用，可以幫助企業(yè)消除信息孤島，降低運作成本，提高生產(chǎn)效率，加快市場反應(yīng)速度。

力控?監(jiān)控組態(tài)軟件是對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行采集與過程控制的專用軟件，最大的特點是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來進行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，縮短了自動化工程師的系統(tǒng)集成的時間，大大的提高了集成效率。

3.2 組態(tài)軟件的開發(fā)、運行系統(tǒng)

力控?監(jiān)控組態(tài)軟件支持Windows 98、NT、2000、XP等操作系統(tǒng)；采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計，集成化的開發(fā)環(huán)境；開發(fā)系統(tǒng)采用更多的組件和控件來方便您構(gòu)成強大的系統(tǒng)；豐富的函數(shù)和設(shè)備驅(qū)動程序使集成更容易；增強的過渡色與漸進色功能，從根本上解決了很多同類軟件在過多使用過渡色、漸進色時，嚴(yán)重影響畫面刷新速度和系統(tǒng)運行效率的問題；提供面向?qū)ο缶幊谭绞?，?nèi)置間接變量、中間變量、數(shù)據(jù)庫變量，支持自定義函數(shù),支持大畫面和自定義菜單，方便您構(gòu)造強大的企業(yè)級運行系統(tǒng)；腳本類型和觸發(fā)方式多樣，支持?jǐn)?shù)組運算和循環(huán)；支持一機多屏，組建多畫面時不需要多屏卡。

圖1 力控軟件生成畫面

3.3 力控組態(tài)新工程的步驟

通過一個簡單的例子，介紹用力控組態(tài)新工程的基本步驟。

新工程的簡介

1）假設(shè)的工藝過程

工藝設(shè)備包括一個油罐，一個進油控制閥門，一個出油控制閥門。用于控制兩臺閥門的PLC，如下圖所示：

2）PLC的邏輯算法：

當(dāng)進油控制閥門打開時，則開始進油。一旦存儲罐即將被注滿，進油控制閥門關(guān)閉，出油控制閥門打開。一旦存儲罐即將被排空，進油控制閥門打開，出油控制閥門關(guān)閉。如此反復(fù)進行。

圖2 油罐液位工藝過程

3）力控的PLC仿真驅(qū)動

SIMULATOR—力控的PLC仿真驅(qū)動

SIMULATOR是力控?的PLC仿真程序，為了適應(yīng)本例子的要求，內(nèi)嵌了邏輯算法，并且對數(shù)據(jù)通道作了約定：

增量寄存器1（模擬輸入?yún)^(qū)）第0通道對應(yīng)油罐的液位

PLC1的DI區(qū)域（數(shù)字輸入?yún)^(qū)）第0通道控制油罐的進油控制閥門

PLC1的DI區(qū)域（數(shù)字輸入?yún)^(qū)）第1通道控制油罐的出油控制閥門

PLC1的DO區(qū)域（數(shù)字輸出區(qū)）第0通道啟動/停止PLC程序的開關(guān)

4）工程要完成的目標(biāo)

（1）創(chuàng)建一幅工藝流程圖，圖中包括一個油罐，一個進油控制閥門和出油控制閥門，全部使用電磁閥帶動氣缸閥。

（2）閥門根據(jù)開關(guān)狀態(tài)而變色，開時為紅色，關(guān)時為綠色。

（3）創(chuàng)建實時數(shù)據(jù)庫，并與SIMULATOR進行數(shù)據(jù)連接，完成一幅工藝流程圖的動態(tài)數(shù)據(jù)及動態(tài)棒圖顯示。

（4）用兩個按鈕實現(xiàn)啟動和停止，啟動和停止PLC程序。

5）創(chuàng)建組態(tài)界面

進入力控的開發(fā)系統(tǒng)后，可以為每個工程建立無限數(shù)目的畫面，在每個畫面上可以組態(tài)相互關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形。這些畫面是由力控開發(fā)系統(tǒng)提供的豐富的圖形對象組成的。開發(fā)系統(tǒng)提供了文本、直線、矩形、圓角矩形、圓形、多邊形等基本圖形對象，同時還提供了增強型按鈕、實時歷史趨勢曲線、實時歷史報警、實時歷史報表等組件。開發(fā)系統(tǒng)還提供了在工程窗口中復(fù)制、刪除、對齊、打成組等編輯操作，提供對圖形對象的顏色、線型、填充屬性等操作工具。

6）運行

力控工程初步建立完成，進入運行階段。首先保存所有組態(tài)內(nèi)容，關(guān)閉DBManager(如果沒關(guān)閉)。在力控的開發(fā)系統(tǒng)（DRAW）中選擇“文件進入運行”菜單命令，進入力控的運行系統(tǒng)。在運行系統(tǒng)中選擇“文件打開”命令，從“選擇窗口”選擇“儲罐液位監(jiān)控示例”。顯示出力控的運行畫面，點擊“開始”按鈕，開始運行PLC1的程序。這時會看見閥門打開，存儲罐液位開始上升，一旦存儲罐即將被注滿，它會自動排放，然后重復(fù)以上的過程。可以在任何時候點擊“停止”按鈕來中止這個過程，如下圖所示：

圖3 儲罐液位運行控制

7）制作運行包

力控的制作運行包的功能，可以將當(dāng)前工程組態(tài)的信息和力控的運行環(huán)境壓縮成幾個文件，形成Setup安裝盤。當(dāng)工程完成后，可以將這樣一張安裝盤交到用戶的手上，當(dāng)機器發(fā)生嚴(yán)重故障使控制應(yīng)用受到破壞時，用戶可以用這張Setup安裝盤進行安裝，一次性恢復(fù)完整的力控控制系統(tǒng)，確保了系統(tǒng)的安全，大大地減少了維護工作量。

4 結(jié)束語

新型板卡式DCS系統(tǒng)解決在中小型裝置（300點內(nèi)）出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)DCS計算機控制系統(tǒng)造價高，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，維護工作量大的問題。 采用力控?監(jiān)控組態(tài)軟件實現(xiàn)控制方案。現(xiàn)場系統(tǒng)通過一個控制箱與系統(tǒng)連接，控制箱集供電系統(tǒng)、變頻器、移相調(diào)壓器、以及現(xiàn)場繼電器為一體，并提供現(xiàn)場系統(tǒng)所有驅(qū)動電力。它僅需通過標(biāo)準(zhǔn)接線端子接收工控機的控制信號即能完成所有控制功能，形成一體化設(shè)計。從而實現(xiàn)了現(xiàn)場系統(tǒng)與控制系統(tǒng)完全獨立的模塊化設(shè)計?？刂葡鋫?cè)面是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接線端子盒。這種標(biāo)準(zhǔn)信號接口可以使現(xiàn)場系統(tǒng)與用戶自行選定的DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、DDC系統(tǒng)方便連接，甚至用戶自己用單片機組成的系統(tǒng)都可以對現(xiàn)場系統(tǒng)進行控制。

在均苯四甲酸、均苯四甲酸二酐生產(chǎn)裝置的自動化系統(tǒng)對比中，造價僅為原價格的四分之一不到。操作性能優(yōu)良，控制精度高，可靠性好。

[1] Drew Heywood,著.王奇睿,陳文飛,譯.windows 2000網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002,49.

[2] 吳道虎,等.基于工業(yè)Ethernet的現(xiàn)場實際應(yīng)用及其策略.武漢:國內(nèi)外機電一體化技術(shù),2003.

[3] 王恩榮.自動控制原理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

[4] 俞金壽,等.化工自控工程設(shè)計[M].上海:華東化工學(xué)院出版社,1992.

[5] Drew Heywood,著.王奇睿,陳文飛,譯.windows2000網(wǎng)絡(luò)服,2002.

[6] 張新微.集散系統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ)及其應(yīng)用[M].化工工業(yè)出版社,1990.

[7] 馬國華.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001.

[8] 陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社,1996.

[9] 吳秋峰.自動化系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)[M].機械工業(yè)出版社,2001.

[10]徐皚冬.基于以太網(wǎng)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)[J].信息與控制,2000(2).

N945.13

B

1009-0134(2010)11(下)-0121-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.11(下).43

2010-09-13

江蘇省高?？萍剂㈨椪n題（D/200711/115）

張祖鷹（1956 -），男，江蘇揚州人，副教授，高級工程師，研究方向為計算機工業(yè)應(yīng)用、計算機仿真系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)、過程自動化。