陸杰鋒 徐燕娟

摘? 要：DCS控制系統(tǒng)的功能十分強(qiáng)大，如PID控制、串級(jí)控制、連續(xù)控制等，廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制精度。在文章中，以現(xiàn)場中總線冗余技術(shù)為前提，對(duì)DCS控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)架構(gòu)進(jìn)行分析。然后結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)具體的設(shè)計(jì)方式予以探究，主要包括T3000對(duì)象、總線控制系統(tǒng)兩部分?；诖?，可以為相關(guān)人員提供參考，優(yōu)化DCS控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，強(qiáng)化其整體性能。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線;冗余技術(shù);DCS控制系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP273? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）25-0101-02

Abstract： The function of DCS control system is very powerful， such as PID control， cascade control， continuous control and so on. It is widely used in various industries to achieve optimal control accuracy. In this paper， on the premise of field bus redundancy technology， the specific design architecture of DCS control system is analyzed. Then， combined with the actual situation， the specific design method is explored， including T3000 object and bus control system. Based on this， we can provide reference for the relevant personnel， optimize the design of DCS control system， and strengthen its overall performance.

Keywords： field bus; redundancy technology; DCS control system; system design

前言

DCS控制系統(tǒng)，即Distributed Control System分布式控制系統(tǒng)。對(duì)于該系統(tǒng)的功能而言，可以滿足大型工業(yè)生產(chǎn)控制的相關(guān)需求。系統(tǒng)主要以綜合自動(dòng)化角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)與過程監(jiān)控、過程控制的結(jié)合，同時(shí)還融入了4C技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、顯示與控制技術(shù)等。由此可見，DCS控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的綜合性，能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供諸多便利。

1 基于現(xiàn)場總線冗余技術(shù)的DCS控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)

在本文的分析中，主要將現(xiàn)場總線的高級(jí)控制過程，作為DCS控制系統(tǒng)的試驗(yàn)對(duì)象。具體而言，F(xiàn)F現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)作為本次實(shí)驗(yàn)的核心系統(tǒng)，同時(shí)還將其作為常規(guī)模擬量I/O分布控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)關(guān)接入系統(tǒng)。另外，EPA以太網(wǎng)控制系統(tǒng)，則主要應(yīng)用于控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)，并對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)、FF現(xiàn)場總線的運(yùn)行提供支持。總線冗余控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。對(duì)于DCS控制系統(tǒng)的構(gòu)成而言，主要涉及以下幾方面：（1）現(xiàn)場總線過程T3000控制系統(tǒng)，為本次實(shí)驗(yàn)的對(duì)象。（2）FF現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，包括FF總線DCS系統(tǒng)、常規(guī)模擬量I/O模塊控制。（3）EPA現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，包括DCS系統(tǒng)、常規(guī)模擬量I/O模塊控制。（4）工控平臺(tái)以及軟件系統(tǒng)[1]。圖1為總線冗余控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

2 基于現(xiàn)場總線冗余技術(shù)的DCS控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式

在設(shè)計(jì)DCS控制系統(tǒng)的過程中，需要在T3000裝置上確定9個(gè)點(diǎn)，并將檢測傳感智能儀表安裝在點(diǎn)上。其中，所有控制系統(tǒng)、儀表檢測均與信號(hào)控制柜進(jìn)行連接。將信號(hào)柜的模擬信號(hào)引出，即4mA至20mA。然后，通過1入、2出的連接方式實(shí)現(xiàn)對(duì)隔離變送器信號(hào)的劃分。一路信號(hào)在通過IF模塊以后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換，在形成FF總線以后直接進(jìn)入總線控制系統(tǒng)。基于此，能夠?qū)ΜF(xiàn)場信號(hào)進(jìn)行檢測、監(jiān)控與顯示。另一路信號(hào)則與EPA總線控制系統(tǒng)直接連接，同時(shí)完成以上功能。隨后的設(shè)計(jì)工作主要體現(xiàn)在以下幾方面：

2.1 設(shè)計(jì)T3000對(duì)象

在本次實(shí)驗(yàn)中，其所需要的控制對(duì)象主要有復(fù)合加熱水箱、儲(chǔ)水箱、有機(jī)玻璃水箱，系統(tǒng)以兩條獨(dú)立閉環(huán)回路為主，最終形成相應(yīng)的閉環(huán)回饋系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中，將智能儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在不同的回路上，便可以滿足高級(jí)過程控制實(shí)驗(yàn)的既定要求。不僅如此，還可以通過實(shí)驗(yàn)控制的方式對(duì)串級(jí)控制進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)其具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性、靈活性、通用性。由于本次實(shí)驗(yàn)的流程中，選擇了9個(gè)不同的測試點(diǎn)，在安裝FF協(xié)議智能儀表、EPA協(xié)議智能儀表、HART協(xié)議智能儀表的基礎(chǔ)上，形成了一個(gè)高級(jí)的、完整的過程控制系統(tǒng)?；诖?，有效提高了DCS控制系統(tǒng)的性能，對(duì)于發(fā)揮現(xiàn)場總線冗余技術(shù)、優(yōu)化現(xiàn)場控制方式具有重要意義[2]。

2.2 設(shè)計(jì)總線控制系統(tǒng)

在DCS控制系統(tǒng)中所安裝的諸多智能儀表，其信號(hào)采用1入、2出的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)隔離變送器的分離。然后將兩個(gè)不同的總線與控制系統(tǒng)相互連接，最終實(shí)現(xiàn)總線冗余的目的，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。具體而言，設(shè)計(jì)總線控制系統(tǒng)的過程中，必須結(jié)合實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)FF總線控制系統(tǒng)、EPA現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，最大程度上提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，強(qiáng)化其整體性能。具體的設(shè)計(jì)方式主要包括以下幾方面：

2.2.1 FF總線控制系統(tǒng)

本文所選擇的FF總線DCS控制系統(tǒng)，實(shí)際上屬于新一代分布式現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，可以將FF現(xiàn)場總線技術(shù)、DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行緊密融合。因此，現(xiàn)場控制的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)硬件接線方式的利用，并對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。另外，還可以通過現(xiàn)場總線方式實(shí)現(xiàn)對(duì)智能設(shè)備的控制，因此適合應(yīng)用在大規(guī)模、中規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)控制中。將其作為前提，可以有效強(qiáng)化邏輯控制功能、批處理控制功能、過程控制功能等，進(jìn)而滿足化工、石油、污水處理、焦化、水泥、冶金等行業(yè)的有效控制。

由于隔離變送器所輸入的信號(hào)中，包含一路可以與IF模塊連接的信號(hào)，并在轉(zhuǎn)換成為FF總線信號(hào)以后，實(shí)現(xiàn)與DCS控制站之間的連接。通過交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)服務(wù)器、操作員站、工程師站之間連接，形成完整的FF現(xiàn)場總線DCS系統(tǒng)。對(duì)于工程師站而言，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)操作指令、軟硬件資源等組態(tài)過程的定義。操作員站則主要應(yīng)用于人機(jī)交互方面，包括記錄打印報(bào)表、趨勢顯示、報(bào)警、監(jiān)視、操作等，基于對(duì)流程界面直觀監(jiān)控，便于工作人員隨時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的控制方式，提高工作的針對(duì)性、合理性。除此之外，系統(tǒng)中數(shù)據(jù)服務(wù)器，主要具有日記記錄、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能，便于為后續(xù)的控制、分析對(duì)比等，提供有價(jià)值的參考，彰顯系統(tǒng)數(shù)據(jù)在現(xiàn)場控制中的重要作用[3]。

2.2.2 EPA現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

在設(shè)計(jì)EPA現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的過程中，需要將針對(duì)性的技術(shù)應(yīng)用在其中。EPA屬于一種全新的控制技術(shù)，適合應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的控制中，能夠?qū)崿F(xiàn)開放性實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的既定標(biāo)準(zhǔn)。以現(xiàn)場總線冗余技術(shù)為前提，EPA可以將更多先進(jìn)的、成熟的IT技術(shù)，廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)的控制系統(tǒng)中。在此前提下，能夠充分發(fā)揮以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)、穩(wěn)定、高效的優(yōu)勢，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)UDP/IP協(xié)議的合理調(diào)度。將其作為基礎(chǔ)，能夠在現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行中，構(gòu)建一套全新的實(shí)時(shí)工作監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)。

另外，由于隔離變送器所輸出的信號(hào)中，有一路信號(hào)與EPA總線直接連接，并傳輸至DCS控制站中。所以能夠利用數(shù)據(jù)服務(wù)器、操作員站、工作站與交換機(jī)之間的連接，實(shí)現(xiàn)構(gòu)建EPA現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的目標(biāo)。通過以上的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線冗余技術(shù)、DCS控制系統(tǒng)之間的融合，最終強(qiáng)化系統(tǒng)的整體性能，為工業(yè)生產(chǎn)過程的監(jiān)控、管理提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，降低了現(xiàn)場操作人員的控制難度。

3 結(jié)束語

綜上所述，以現(xiàn)場總線冗余技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的DCS控制系統(tǒng)，其整體架構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，因此必須采用合理的方式，開展并推進(jìn)設(shè)計(jì)工作。在具體的設(shè)計(jì)工作中，可以將硬件、軟件進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)合，進(jìn)而滿足模擬仿真、實(shí)踐一體化的要求。在實(shí)踐應(yīng)用中，為了能夠獲得理想的實(shí)驗(yàn)效果，工作人員需要對(duì)諸多工業(yè)過程量進(jìn)行合理控制，包括液位、流量、壓力、溫度等參數(shù)，進(jìn)而充分發(fā)揮DCS控制系統(tǒng)的作用，并彰顯現(xiàn)場總線冗余技術(shù)的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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