王渙

摘 要：該文主要介紹了DCS系統(tǒng)的基本功能，從儀表I/O點(diǎn)清冊(cè)的制定、I/O模塊設(shè)計(jì)和主控制模塊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊的設(shè)計(jì)三個(gè)方面來分析該控制系統(tǒng)硬件功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，從組態(tài)軟件和系統(tǒng)與智能設(shè)備的通訊實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面來分析該控制系統(tǒng)軟件功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，最后對(duì)該文的研究?jī)?nèi)容做出了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng) 硬件功能 軟件功能 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

中圖分類號(hào)：TH-3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）02（c）-0019-01

1 系統(tǒng)基本功能

1.1 安全性能

DCS控制系統(tǒng)禁止越權(quán)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取和顯示工作，它針對(duì)安全級(jí)別不相同的用戶設(shè)置了不同的登錄用戶名、密碼以及操作權(quán)限。DCS系統(tǒng)還能夠消除切換操作程序的時(shí)候，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程造成的沖擊力。比如它可以自由的在MAN/AUTO/CASC等控制方式中切換，而不對(duì)生產(chǎn)過程造成任何負(fù)面影響，具有一定的安全性能。

1.2 數(shù)據(jù)處理功能

數(shù)據(jù)處理功能也是DCS系統(tǒng)一個(gè)非常重要的功能。該系統(tǒng)能夠建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，設(shè)計(jì)和生成生產(chǎn)的時(shí)候需要的報(bào)表，還能處理生產(chǎn)管理中所需要的很多有用的數(shù)據(jù)信息。DCS系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)下來之后，能計(jì)算出這些數(shù)據(jù)里面的最小值、最大值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)值、偏差值、累計(jì)值等，幫助操作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)存在的問題，提高生產(chǎn)效率。

1.3 操作監(jiān)控功能

DCS系統(tǒng)建立在微處理機(jī)的基礎(chǔ)之上，可以進(jìn)行數(shù)字控制、邏輯控制、PID參數(shù)自整定和數(shù)據(jù)采集等操作，監(jiān)控整個(gè)操作過程。這個(gè)系統(tǒng)還可以用畫面的形式將信息更直觀的表現(xiàn)出來，方便工作人員進(jìn)行操作。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及工程實(shí)現(xiàn)

2.1 儀表I/O點(diǎn)清冊(cè)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)工藝的生產(chǎn)要求，DCS系統(tǒng)可以明確在實(shí)際生產(chǎn)過程中需要進(jìn)行控制的目標(biāo)，對(duì)儀表監(jiān)測(cè)點(diǎn)的種類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，還能根據(jù)控制系統(tǒng)的硬件來做出設(shè)計(jì)。通常情況下，I/O點(diǎn)清冊(cè)需要包含I/O編號(hào)、I/O類型、供電方式、模擬量量程、報(bào)警和動(dòng)作值等相關(guān)信息。“I/O編號(hào)”是一種點(diǎn)名稱，它在整個(gè)DCS系統(tǒng)里面只有一個(gè)，不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)的現(xiàn)象，這個(gè)數(shù)據(jù)在進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的組態(tài)程序里面被調(diào)用。如果在系統(tǒng)已經(jīng)生成之后，對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)信息做出一定的改動(dòng)，會(huì)存在非常大的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 I/O模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)I/O類型和測(cè)點(diǎn)的數(shù)量可以把I/O模塊的類型和數(shù)量確定下來，再根據(jù)系統(tǒng)對(duì)硬件提出了相關(guān)要求，來設(shè)計(jì)I/O模塊。這些I/O模塊只要一插到系統(tǒng)里，就可以投入使用，所有進(jìn)行輸入的通道、進(jìn)行輸出的通道和工作時(shí)候所使用的電源，都要相互隔離開來。無論卡鍵的哪個(gè)通道發(fā)生了故障，其他通道的工作都不會(huì)受到影響。任何一個(gè)模塊在工作的時(shí)候出現(xiàn)故障，或者被完全拔出來，其他模塊的運(yùn)行也絲毫不會(huì)受到影響。

2.3 主控制模塊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

把I/O模塊確定下來之后，實(shí)現(xiàn)了在生產(chǎn)的過程中把儀表的信號(hào)接入到控制系統(tǒng)里面，然后再進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)倪^程。但是要想讓DCS系統(tǒng)具有檢查的功能，還需要對(duì)I/O模塊進(jìn)行管理，并且對(duì)一些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行交換和處理，設(shè)計(jì)控制站里面的主控模塊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的模塊。其中，主控模塊在控制站里面是最重要的部分，它主要用來協(xié)調(diào)好軟件和硬件之間的關(guān)系，以及一些需要進(jìn)行控制的任務(wù)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O信號(hào)的處理、控制計(jì)算、通信控制處理等作用。

3 系統(tǒng)軟件功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

組態(tài)軟件能夠支持系統(tǒng)的開發(fā)、生成、測(cè)試、運(yùn)行和程序維護(hù)，它主要用在那些中小型生產(chǎn)設(shè)備里面，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和控制工作。這個(gè)軟件是面向車間的監(jiān)控而設(shè)計(jì)的，它對(duì)數(shù)據(jù)采集的頻率、系統(tǒng)響應(yīng)的速度要求非常高，主要用來支持I/O設(shè)備的工作。組態(tài)軟件在DCS系統(tǒng)里面設(shè)置需要進(jìn)行監(jiān)控的對(duì)象，借助于界面系統(tǒng)來實(shí)時(shí)反映出每個(gè)監(jiān)控對(duì)象的工作狀態(tài)。因?yàn)樵谶M(jìn)行控制計(jì)算的過程中，需要用到很多數(shù)據(jù)信息，因此需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行失真壓縮，導(dǎo)致數(shù)據(jù)保存的時(shí)間比較短。

3.2 智能設(shè)備的通訊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.2.1 通訊模塊

XP248模塊，是4串口多協(xié)議通訊模塊，是JX-300XP DCS系統(tǒng)與其他智能設(shè)備互連的網(wǎng)間連接設(shè)備，它主要用來支持Modbus協(xié)議的主機(jī)模式和從機(jī)模式。在每路串口里面，能夠進(jìn)行掛接的設(shè)備低于或等于32個(gè)，通訊模塊還能夠支持RS-232和RS-485的通訊方式，具備通道冗余功能及卡件冗余功能。

3.2.2 Modbus通訊協(xié)議

Modbus協(xié)議工業(yè)里面是一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)。借助于這個(gè)協(xié)議，控制器與控制器之間、經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)同其他的一些設(shè)備之間能夠自由通信。無論控制器是用什么網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)通信的，它都能對(duì)控制器的消息結(jié)構(gòu)進(jìn)行定義。這個(gè)協(xié)議描述了控制器對(duì)設(shè)備進(jìn)行訪問的全過程，并且還能夠?qū)ζ渌O(shè)備的請(qǐng)求作出相應(yīng)的回應(yīng)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候，它還能識(shí)別出來，并做下記錄。Modbus協(xié)議制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。它能夠在RS-232，RS-422，RS-485和以太網(wǎng)接口的設(shè)備中使用。當(dāng)在 Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信的時(shí)候，這個(gè)協(xié)議要求控制器能夠辨別設(shè)備存在的地址，并對(duì)地址發(fā)來的信息進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)信息做出相應(yīng)的反應(yīng)。如果需要對(duì)地址信息進(jìn)行回應(yīng)，控制器會(huì)自動(dòng)生成反饋的信息，借助于Modbus協(xié)議將這些反饋信息傳輸出去。Modbus控制器的數(shù)據(jù)通信一般使用Master/Slave（主/從站）方式，在主控制站里面能夠?qū)π枰獋鬏數(shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行出初始化。

4 結(jié)語

DCS系統(tǒng)能夠在工業(yè)生產(chǎn)里面進(jìn)行控制，讓生產(chǎn)過程里面的集中監(jiān)控和集中管理成為可能，有效的避免了那些常規(guī)儀表功能單一、布局分散以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)危險(xiǎn)高度集中的問題。該系統(tǒng)使得工業(yè)生產(chǎn)過程里面的控制精度更加高了，在很大程度上減少了企業(yè)對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和系統(tǒng)運(yùn)行所需要的成本，保障了工業(yè)生產(chǎn)的安全性和平穩(wěn)性，在工業(yè)生產(chǎn)中有非常重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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