第326期中國測試技術(shù)Vol32 No 6CHINA MEASUREMENT TECHNOLOGYNov 2006DCS系統(tǒng)改造方案的設(shè)想李瑋(常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院江蘇常州213000摘要:通過分析傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)向新型的FCS系統(tǒng)過渡中存在的主要問題提出一種立足于已有的DCS系統(tǒng),只做少量投入即可完成改造的方案。并配合該方案,設(shè)計了一種現(xiàn)場總線轉(zhuǎn)換器電路,此類轉(zhuǎn)換器電路的硬件、軟件均采用模塊組合的結(jié)構(gòu),以此充分適應(yīng)和利用原有DCS系統(tǒng)的布局和資源,可以在最大程度上減少DCS系統(tǒng)升級改造的費(fèi)用。關(guān)鍵詞:DCS;FCS;改造方案;轉(zhuǎn)換器電路;節(jié)點(diǎn)設(shè)計;智能節(jié)點(diǎn)中圖分類號:TP273;TP205文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672-4984(2006)060124-0Improvement Plan to DCS SystemLI WeiChangzhou College of Engineering Technology, Changzhou 21300, China)Abstract: By analyzing the subject problem that traditional DCS system exists in transition to new FCS system, theauthor proposed improvement plan to the existing DCS system with small investment and designed a new converterng expense.Key words: DCS; FCS; Rehabilitation plan; Converters circuit; Design of node; Intelligent nod1引言統(tǒng)FCS則要求現(xiàn)場儀表是自身帶有微處理器的數(shù)目前,在過程控制領(lǐng)域中,DCS系統(tǒng)已經(jīng)得到字式智能儀表。但徹底替換低層儀表進(jìn)行,花費(fèi)是了廣泛的應(yīng)用,占據(jù)了主導(dǎo)地位。但是從自動控制驚人的,也是不現(xiàn)實(shí)的。當(dāng)然,目前市場上也有各種系統(tǒng)的發(fā)展來看,采用總線技術(shù)的FCS系統(tǒng)必將最各樣的智能節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換裝置不過這些裝置為了適應(yīng)終取代DCS系統(tǒng)。各種不同的應(yīng)用環(huán)境,一般都是集成有多路輸入和不過經(jīng)長期的研究和實(shí)踐,DCS系統(tǒng)巳建立了輸出的通用型結(jié)構(gòu)。不但價格相對較高,而且使用一套標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和靈活化的成熟策略,為應(yīng)用時比較適用于現(xiàn)場測控點(diǎn)集中的地方如果測控點(diǎn)企業(yè)帶來了明顯地整體效益。相比較而言FCS系統(tǒng)距離較大時,還是需要很長的接線體現(xiàn)不出總線的正處于探索應(yīng)用階段還未形成一種統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢。體系。因而,控制界普遍認(rèn)為FCS系統(tǒng)完全替代22FCS系統(tǒng)的功能模塊和組態(tài)控制功能還不完善DCS系統(tǒng)尚需經(jīng)歷一段較長的過渡時期。同時,對作為FCS系統(tǒng)的主體的現(xiàn)場測控節(jié)點(diǎn),其組態(tài)于一些已經(jīng)投入巨資建立有完善DCS系統(tǒng)的企業(yè),功能模塊太少且不能執(zhí)行快速復(fù)雜的算法在石油舍棄前期投入,重新建立新型FCS系統(tǒng)是不現(xiàn)實(shí)化工等行業(yè)則存在有很多的多變量控制要求對這的。因此,筆者認(rèn)為,當(dāng)前找到一種合理的方案,在類多輸入、多輸出點(diǎn)的情形,FCS系統(tǒng)尚無良好的解充分利用原有DCS資源地基礎(chǔ)上,少量投入,采用決方法。然而,具有成熟策略的DCS則有上百種功改造的手段,來實(shí)現(xiàn)FCS系統(tǒng)功能的方式更具有實(shí)能塊具有方便、靈活、豐富的組態(tài)能力。故就目前際意義。情況而言,存在復(fù)雜控制要求的場合,FCS系統(tǒng)還暫2DCS系統(tǒng)改造中存在的主要問題時無法完全勝任。2.1直接向FCS系統(tǒng)改造經(jīng)濟(jì)代價高中國煤化立并存目前工業(yè)控制中大量的現(xiàn)場控制儀表為模擬CNMHG40多種現(xiàn)場總線每儀表,不具備控制和通信功能,而現(xiàn)場總線控制系其自已叫心興以,在其特定領(lǐng)域內(nèi)具收稿日期:200605-10;收到修改稿日期:200607-22有一定的優(yōu)勢,但還沒有一種現(xiàn)場總線能覆蓋所有作者簡介:李瑋(1972-),女,講師,主要從事自動控制方面的應(yīng)用范圍。而現(xiàn)在各異構(gòu)網(wǎng)要真正做到互可操作的研究和互用,并不是一件容易的事情。因此,FCS強(qiáng)調(diào)的方數(shù)據(jù)第32卷第6期李瑋DCS系統(tǒng)改造方案的設(shè)想125開放性就受到了限制。行器等裝置,而不是通過改變低層儀表和設(shè)備來適3DCS系統(tǒng)向FCS系統(tǒng)過渡的改造設(shè)想應(yīng)轉(zhuǎn)換裝置的方法來達(dá)到系統(tǒng)改造的目的。這種做由以上分析不難看出,盡管FCS的先進(jìn)性是法更有利于對原有DCS系統(tǒng)資源的運(yùn)用無庸置疑的,然而指望短時間內(nèi)在控制領(lǐng)域中完同時,將FCS系統(tǒng)作為DCS系統(tǒng)的一個節(jié)點(diǎn)使全替代DCS系統(tǒng)是不可能的。推廣FCS系統(tǒng)應(yīng)因用,這樣只要每個節(jié)點(diǎn)中的遵循同樣的總線協(xié)議,而企業(yè)實(shí)際情況來定。具體在我國,新建企業(yè)可以不同的節(jié)點(diǎn)可以有著不同的總線協(xié)議。DCS系統(tǒng)可優(yōu)先考慮采用FCS;但對于一個已擁有了投入運(yùn)通過支持這些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場網(wǎng)卡,有機(jī)地將這些節(jié)點(diǎn)行且行之有效的DCS系統(tǒng)的企業(yè)來說,是沒有必構(gòu)成一個大系統(tǒng)使用,因此實(shí)現(xiàn)了不同總線協(xié)議在要投入大量資金去更新它的。企業(yè)可以通過技術(shù)同一系統(tǒng)中的使用了。改造和升級系統(tǒng)的做法,循序漸進(jìn)地向FCS系統(tǒng)4測控轉(zhuǎn)換器電路硬件的設(shè)計過渡。本方案中測控轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計分為4類模塊電過渡過程的具體改造做法可以是利用現(xiàn)場總路:CPU系統(tǒng)板、數(shù)據(jù)采集輸入板、控制輸出板和電線將DCS系統(tǒng)的現(xiàn)場級徹底開放,實(shí)現(xiàn)總線控制的源板。并可按需要外加單片機(jī)的顯示鍵盤電路。其功能。然后將一定區(qū)域的低層測控點(diǎn)作為原DCS中輸人板還可分為模擬量輸入和數(shù)字量輸入兩種;系統(tǒng)的一個節(jié)點(diǎn)"掛接到DCS系統(tǒng)中。充分利用同樣輸出板也有模擬量和數(shù)字量之分。其結(jié)構(gòu)如DCs的豐富組態(tài)和完善的策略解決復(fù)雜的控制要圖1所示。求以及不同總線系統(tǒng)并存的總線難題,使FCS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。也就是說,在現(xiàn)場利用一些小型的CPU系統(tǒng)板總線通信控制測控轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)電源的采集和實(shí)時控制。然后通過一塊支持這些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場cPU(單片機(jī)鍵盤板協(xié)議轉(zhuǎn)換器,使FCS成為DCS的一個節(jié)點(diǎn)。讓DCS控制站負(fù)責(zé)進(jìn)行各種復(fù)雜的運(yùn)AD轉(zhuǎn)換DA轉(zhuǎn)換][多路選擇多路選擇算、控制及建模。在這一改造設(shè)想中,所放大多路選擇采用的測控點(diǎn)轉(zhuǎn)換器電路有多路選擇別于目前市面供應(yīng)的現(xiàn)成的智能節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換裝置。本設(shè)計「數(shù)量方案中的智能轉(zhuǎn)換電路是一筱個具有模塊結(jié)構(gòu)的電路構(gòu)形。采用一塊帶有某種總線通信接口的單片機(jī)最小系統(tǒng)模擬量輸入模擬量輸出開關(guān)量輸人開關(guān)量輸出板為核心,根據(jù)實(shí)際情況,設(shè)1硬件模塊結(jié)構(gòu)圖計不同類型的輸入輸出的電路模塊,然后根據(jù)現(xiàn)場本測控轉(zhuǎn)換器硬件電路設(shè)計的主要特點(diǎn)有:測控點(diǎn)的布局的實(shí)際情況來決定使用哪種電路進(jìn)1可以根據(jù)實(shí)際需要的輸入、輸出以及輸入行連接使用。同樣,將單片機(jī)系統(tǒng)程序也設(shè)計為模出信中國煤化工模塊電路與CPU系塊結(jié)構(gòu),根據(jù)不同的硬件結(jié)構(gòu)裝入不同的程序塊。統(tǒng)板CNMHG類現(xiàn)場轉(zhuǎn)換器。這種設(shè)計成本低,投入代價小,組合靈活。能夠真正(2)模擬量輸入模塊電路可根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程做到從原DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā),分析系統(tǒng)特點(diǎn)用靈中有關(guān)物理參數(shù)的檢測技術(shù)及特點(diǎn)設(shè)計,使之可以活多變的轉(zhuǎn)換器去適應(yīng)DCS系統(tǒng)原有的變送器執(zhí)直接與現(xiàn)場變送器傳感器連接。(下轉(zhuǎn)第137頁)第32卷第6期王春曉等:帶USB接口的智能測量儀表的設(shè)計137熱插拔高帶寬、數(shù)據(jù)傳輸快且穩(wěn)低成本等優(yōu)點(diǎn),[5]徐愛鉤智能化測量控制儀表原理與設(shè)計M北京:北京具有較高的實(shí)用性。相信它將會有一個很好的市場航空航天大學(xué)出版社,1995.前景。[6]楊振江DA、AD轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)與實(shí)用線路M西安:參考文獻(xiàn)西安電子科技大學(xué)出版社,1996]何立民MCS51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M北京:北陰]張念準(zhǔn),江浩USB總線接口開發(fā)指南M北京:北京京航空航天大學(xué)出版社,1990國防工業(yè)出版社,2001.2]沈德金陳粵初等MCS-51系列單片機(jī)接口電路與應(yīng) Chirs Cant Window WDM設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)指南北用程序?qū)嵗齅北京北京航空航天大學(xué)出版社,190京:北京機(jī)械工業(yè)出版社,2000]陳顯禎等單片微機(jī)開發(fā)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)技術(shù)成都四陰李志偉USB技術(shù)在飛機(jī)外場設(shè)備測試中的應(yīng)用計算川大學(xué)出版杜,1992機(jī)工程與設(shè)計,2003,240)172-74陳汝全陸朝明等電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊]北 PDIUSBD12 USB interface device with parallel bus Rev京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994Philips Product Data, 2001上接第125頁)線協(xié)議(3)根據(jù)原DCS系統(tǒng)的現(xiàn)場布局,合理設(shè)置輸入、輸出通道數(shù)量,并可方便地進(jìn)行擴(kuò)展。(4)只要保證在同一區(qū)域中使用相同的總線和總主線協(xié)議即作為DCS系統(tǒng)的一個節(jié)點(diǎn)采用一種總線初始化通過針對該總線系統(tǒng)的網(wǎng)卡"掛接"入原DCS系統(tǒng)。就可以實(shí)現(xiàn)在同一套DCS系統(tǒng)中出現(xiàn)多種不同總線控制函數(shù)庫現(xiàn)場10數(shù)據(jù)處理組態(tài)信息結(jié)構(gòu)的情況,以此解決不同總線并存使用的問題。(5)由于采用了總線控制技術(shù),各控制回路尤圖2軟件結(jié)構(gòu)框圖其是簡單的、傳統(tǒng)的控制回路可通過總線直接實(shí)現(xiàn)6結(jié)束語控制,而不需要像原來的DCS系統(tǒng)那樣由上位機(jī)進(jìn)本文作者的創(chuàng)新觀點(diǎn)是:提出了一種針對現(xiàn)今行處理,不但可以作到真正的低層分散檢測和控已經(jīng)存在的DCS系統(tǒng)進(jìn)行改造的方案不同于目前制,而且控制速度也可得到大幅度的提高提升了常采用的方法之處就在于本方案是以最大限度地整個系統(tǒng)的可靠性。適應(yīng)原有的DCS系統(tǒng)為立足點(diǎn)的。走一條低投入、5測控轉(zhuǎn)換器的軟件設(shè)計高適用性的改造路線。為已具備有DCS系統(tǒng)的企業(yè)為了使得該測控電路具有更大的適應(yīng)性和靈向FCS系統(tǒng)過渡提供一套切實(shí)可行的改造方案。參考文就活度將軟件的設(shè)計也模塊化。即將控制中所使用(U陽憲惠現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用北京:清華大學(xué)出版到的各類算法、Io驅(qū)動程序等分別編寫成小的程社,1999序塊,在系統(tǒng)改造過程中按實(shí)際情況靈活組合。例凹李正軍基于CAN總線的分布式測控系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)如:根據(jù)對不同采樣信號的要求分析,適應(yīng)不同的計自動化儀表2003,24(6):25-28傳感器編寫具有針對性的子程序塊。然后在硬件]盧玨現(xiàn)場總線系統(tǒng)存在的問題及解決方案研究門福建電腦,2004,9:18-19組合完成后將適應(yīng)該場合的子程序塊進(jìn)行組合調(diào){q王毅曾華亮新一代過程控制智能儀表Cx系列試后寫入單片機(jī)中。同理根據(jù)不同的控制裝置編數(shù)據(jù)采集和控制站門微計算機(jī)信息,2003,19(9):51寫對應(yīng)的子程序,和硬件組合后使用。51,53.具體而言,軟件系統(tǒng)可分為兩個部分:一是控姜超F(xiàn)CS控制系統(tǒng)在化工自動化控制中的應(yīng)用費(fèi)制函數(shù)庫,包含各類常用自動控制算法模塊,根據(jù)TH中國煤化工實(shí)際控制要求組態(tài)使用;二是初始化和0驅(qū)動程向常規(guī)儀表的兼容性及現(xiàn)CNMHD現(xiàn)代電力,003,20序,根據(jù)具體使用場合,配合硬件完成通道檢測(1):53-56.中斷處理、0驅(qū)動,以及網(wǎng)絡(luò)通信等功能,如圖2李漢軍彭楚武基于現(xiàn)場總線的集散式計算機(jī)控制系統(tǒng)所示。(FDCS)研究小湖南工程學(xué)院學(xué)報2004,(14)3:23-25