王宏偉 姜硯澤

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DCS系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用與展望分析

王宏偉 姜硯澤

南京國能環(huán)保工程有限公司，江蘇 南京 211102

隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的不斷發(fā)展完善，DCS系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)也更加智能化和綜合化。DCS系統(tǒng)中的控制層和現(xiàn)場(chǎng)層都能夠直接采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，融合可編程邏輯控制器、各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)等組成大系統(tǒng)，其功能可以滿足過程的控制，也可以達(dá)到批量控制和離散應(yīng)用要求。簡(jiǎn)單分析了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用及未來發(fā)展情況。

DCS系統(tǒng)；現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；應(yīng)用

1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與DCS系統(tǒng)

DCS系統(tǒng)，分布式控制系統(tǒng)。在國內(nèi)自控行業(yè)中被稱為集散控制系統(tǒng)，是一個(gè)過程監(jiān)控級(jí)與過程控制機(jī)共同組成將通信網(wǎng)絡(luò)作為傳輸紐帶的數(shù)級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其綜合了4C技術(shù)包括計(jì)算機(jī)、通訊、顯示和控制，有分散控制集中管理的特點(diǎn)。作為計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和控制技術(shù)的結(jié)合物，DCS系統(tǒng)經(jīng)常利用多個(gè)過程站對(duì)一個(gè)過程里的數(shù)個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行控制，控制器與控制器之間以網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

現(xiàn)場(chǎng)總線用于制造、過程自動(dòng)化等多領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的相互連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，是一種新型的開放式分布控制系統(tǒng)，以智能傳感、數(shù)字通訊以及計(jì)算機(jī)控制等為主要內(nèi)容的技術(shù)，在全球范圍的使用程度較高?，F(xiàn)場(chǎng)總線是在比較復(fù)雜的背景產(chǎn)生的，工廠自動(dòng)化需要的是信息集成，而來自底層設(shè)備的信息量最大，并且信息分布的范圍很廣，采取較為統(tǒng)一的接線方式，用模擬信號(hào)達(dá)到測(cè)量控制的目的，但實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外界和設(shè)備與設(shè)備間的信息交換難度較大，所以急需開發(fā)專門用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或者網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場(chǎng)總線通過數(shù)字通信總線實(shí)現(xiàn)信息的互換，完成控制功能的控制與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的管理維護(hù)上，提高信息傳輸能力是重點(diǎn)，還要減少現(xiàn)場(chǎng)控制單方面的信息往返，信息在現(xiàn)場(chǎng)就能夠完成。如果利用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線方式可以減少較多的投資和安裝量，還可以節(jié)省一半的安裝費(fèi)。

2 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在DCS中的應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)融入DCS的系統(tǒng)構(gòu)成

在已掌握技術(shù)的基礎(chǔ)上,PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)融入到DCS系統(tǒng)中，所變現(xiàn)出來的特點(diǎn)有：保持原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的控制站點(diǎn)不改變，在組態(tài)、監(jiān)管和上層通訊網(wǎng)絡(luò)中與DCS系統(tǒng)是兼容的。在原控制站上增加了DP站卡，PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)可以取代本地I/O，也可以接入DP的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以及PA現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。在同樣一個(gè)DCS系統(tǒng)可以同時(shí)使用DP主站控制器及原來的DCS控制器。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)DP主站硬件設(shè)計(jì)

DP主站卡分為DP主站模塊和DP主站底板，分別負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通訊和模塊與控制器間的通訊。兩個(gè)部分主要通過八位并行總線連接，其設(shè)計(jì)如圖1，主要部分是DP底板，虛線內(nèi)為主站模塊。由DP的RS232端口進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，將組態(tài)的信息在XML格式文件中。主站模塊會(huì)根據(jù)組態(tài)信息，輪詢網(wǎng)絡(luò)中的從站，交換的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在DP的DPRAM里。MCUI的職責(zé)是通過串行總線和主控制卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和轉(zhuǎn)換協(xié)議。DP從站的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在輸出和輸入緩沖區(qū)，其各種周期參數(shù)和寄存器設(shè)定儲(chǔ)存在參數(shù)設(shè)定和寄存器區(qū)域。通過MAILBOX交換網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和主站與從站的數(shù)據(jù)來代替NETTOOL軟件，在整個(gè)過程中需要重點(diǎn)關(guān)注MAILBOX的輸入輸出區(qū)。

2.3 FCS總線控制系統(tǒng)

與DCS的三層結(jié)構(gòu)而言，現(xiàn)場(chǎng)總線只有兩個(gè)層次，操作管理和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。將DCS中的輸入輸出控件并入智能設(shè)備，各自進(jìn)行轉(zhuǎn)換及矯正處理，不用經(jīng)過主控系統(tǒng)，使得控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，降低了費(fèi)用，方便后期維護(hù)。操作人員在控制室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、校驗(yàn)和整定參數(shù)，從而使得系統(tǒng)的精度提高，抵抗干擾的能力增強(qiáng)。在部分較大型的控制系統(tǒng)運(yùn)行著復(fù)雜的閉環(huán)控制，其中運(yùn)行模式的不確定性較多，需要用擁有強(qiáng)大運(yùn)算能力的DCS來完成控制作用。FCS系統(tǒng)的出現(xiàn)，簡(jiǎn)化了操作流程，其作用在一定程度上更強(qiáng)大。但DCS依然有其獨(dú)特的作用，有繼續(xù)存在的必要。

圖1 DP主站原理

3 現(xiàn)場(chǎng)總線控制在DCS系統(tǒng)的展望

目前，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系（FCS）統(tǒng)發(fā)揮的作用日益增大，其核心還是總線協(xié)議，數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備為基礎(chǔ)，其本質(zhì)是現(xiàn)場(chǎng)信息處理。FCS能夠減少電纜和橋架等設(shè)備，節(jié)省安裝費(fèi)用和后續(xù)維護(hù)開支。與PID控制相比，F(xiàn)CS系統(tǒng)可以直接將PID的閉環(huán)控制功能引入到執(zhí)行器中，改善性能，控制周期也將大大縮短。DCS系統(tǒng)采用模擬型號(hào)，所以無法診斷維護(hù)工程師站的儀表。FCS系統(tǒng)實(shí)行數(shù)字化模式，現(xiàn)場(chǎng)傳輸多變量信息，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷組態(tài)功能。DCS系統(tǒng)在某些工作環(huán)境中確實(shí)優(yōu)于FCS；在未來一段時(shí)間內(nèi)，將是FCS和DCS兩者有機(jī)結(jié)合的控制系統(tǒng)，F(xiàn)CS逐漸占據(jù)其中心地位。

4 結(jié)束語

DCS系統(tǒng)因?yàn)橛辛爽F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)而更加靈活和開放，增加了新型系統(tǒng)方式及企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管理模式的可能性?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的飛速發(fā)展和FCS系統(tǒng)的成熟，F(xiàn)CS系統(tǒng)可以DCS系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成了一種新型的DCS系統(tǒng)，既會(huì)克服DCS系統(tǒng)本身的不足，又可以實(shí)現(xiàn)FCS不能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在分布式控制系統(tǒng)的應(yīng)用在生產(chǎn)安全和環(huán)境控制上會(huì)發(fā)揮更大的作用。

[1]李輝,張浩,包偉華等.PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2011,28(11)：75-78.

[2]王洋.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].河北煤炭,2009,(3)：15-16.

TQ325.14；TP273

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