第326期中國測試技術Vol32 No 6CHINA MEASUREMENT TECHNOLOGYNov 2006DCS系統(tǒng)改造方案的設想李瑋(常州工程職業(yè)技術學院江蘇常州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,設計了一種現(xiàn)場總線轉換器電路,此類轉換器電路的硬件、軟件均采用模塊組合的結構,以此充分適應和利用原有DCS系統(tǒng)的布局和資源,可以在最大程度上減少DCS系統(tǒng)升級改造的費用。關鍵詞:DCS;FCS;改造方案;轉換器電路;節(jié)點設計;智能節(jié)點中圖分類號:TP273;TP205文獻標識碼: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,在過程控制領域中,DCS系統(tǒng)已經得到字式智能儀表。但徹底替換低層儀表進行,花費是了廣泛的應用,占據(jù)了主導地位。但是從自動控制驚人的,也是不現(xiàn)實的。當然,目前市場上也有各種系統(tǒng)的發(fā)展來看,采用總線技術的FCS系統(tǒng)必將最各樣的智能節(jié)點轉換裝置不過這些裝置為了適應終取代DCS系統(tǒng)。各種不同的應用環(huán)境,一般都是集成有多路輸入和不過經長期的研究和實踐,DCS系統(tǒng)巳建立了輸出的通用型結構。不但價格相對較高,而且使用一套標準化、通用化和靈活化的成熟策略,為應用時比較適用于現(xiàn)場測控點集中的地方如果測控點企業(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用階段還未形成一種統(tǒng)一、標準的優(yōu)勢。體系。因而,控制界普遍認為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,其組態(tài)于一些已經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,筆者認為,當前找到一種合理的方案,在類多輸入、多輸出點的情形,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,來實現(xiàn)FCS系統(tǒng)功能的方式更具有實能塊具有方便、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)改造經濟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,在其特定領域內具收稿日期: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用范圍。而現(xiàn)在各異構網(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強調的方數(shù)據(jù)第32卷第6期李瑋DCS系統(tǒng)改造方案的設想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備來適3DCS系統(tǒng)向FCS系統(tǒng)過渡的改造設想應轉換裝置的方法來達到系統(tǒng)改造的目的。這種做由以上分析不難看出,盡管FCS的先進性是法更有利于對原有DCS系統(tǒng)資源的運用無庸置疑的,然而指望短時間內在控制領域中完同時,將FCS系統(tǒng)作為DCS系統(tǒng)的一個節(jié)點使全替代DCS系統(tǒng)是不可能的。推廣FCS系統(tǒng)應因用,這樣只要每個節(jié)點中的遵循同樣的總線協(xié)議,而企業(yè)實際情況來定。具體在我國,新建企業(yè)可以不同的節(jié)點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通過支持這些節(jié)點的現(xiàn)場網(wǎng)卡,有機地將這些節(jié)點行且行之有效的DCS系統(tǒng)的企業(yè)來說,是沒有必構成一個大系統(tǒng)使用,因此實現(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,循序漸進地向FCS系統(tǒng)4測控轉換器電路硬件的設計過渡。本方案中測控轉換器電路設計分為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,實現(xiàn)總線控制的源板。并可按需要外加單片機的顯示鍵盤電路。其功能。然后將一定區(qū)域的低層測控點作為原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"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。其結構如DCs的豐富組態(tài)和完善的策略解決復雜的控制要圖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)進行有機的結合。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換電路實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)電源的采集和實時控制。然后通過一塊支持這些節(jié)點的現(xiàn)場cPU(單片機鍵盤板協(xié)議轉換器,使FCS成為DCS的一個節(jié)點。讓DCS控制站負責進行各種復雜的運AD轉換DA轉換][多路選擇多路選擇算、控制及建模。在這一改造設想中,所放大多路選擇采用的測控點轉換器電路有多路選擇別于目前市面供應的現(xiàn)成的智能節(jié)點轉換裝置。本設計「數(shù)量方案中的智能轉換電路是一筱個具有模塊結構的電路構形。采用一塊帶有某種總線通信接口的單片機最小系統(tǒng)模擬量輸入模擬量輸出開關量輸人開關量輸出板為核心,根據(jù)實際情況,設1硬件模塊結構圖計不同類型的輸入輸出的電路模塊,然后根據(jù)現(xiàn)場本測控轉換器硬件電路設計的主要特點有:測控點的布局的實際情況來決定使用哪種電路進1可以根據(jù)實際需要的輸入、輸出以及輸入行連接使用。同樣,將單片機系統(tǒng)程序也設計為模出信中國煤化工模塊電路與CPU系塊結構,根據(jù)不同的硬件結構裝入不同的程序塊。統(tǒng)板CNMHG類現(xiàn)場轉換器。這種設計成本低,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)生產過程做到從原DCS系統(tǒng)結構出發(fā),分析系統(tǒng)特點用靈中有關物理參數(shù)的檢測技術及特點設計,使之可以活多變的轉換器去適應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,[5]徐愛鉤智能化測量控制儀表原理與設計M北京:北京具有較高的實用性。相信它將會有一個很好的市場航空航天大學出版社,1995.前景。[6]楊振江DA、AD轉換器接口技術與實用線路M西安:參考文獻西安電子科技大學出版社,1996]何立民MCS51系列單片機應用系統(tǒng)設計M北京:北陰]張念準,江浩USB總線接口開發(fā)指南M北京:北京京航空航天大學出版社,1990國防工業(yè)出版社,2001.2]沈德金陳粵初等MCS-51系列單片機接口電路與應 Chirs Cant Window WDM設備驅動程序開發(fā)指南北用程序實例M北京北京航空航天大學出版社,190京:北京機械工業(yè)出版社,2000]陳顯禎等單片微機開發(fā)調試與實驗技術成都四陰李志偉USB技術在飛機外場設備測試中的應用計算川大學出版杜,1992機工程與設計,2003,240)172-74陳汝全陸朝明等電子技術常用器件應用手冊]北 PDIUSBD12 USB interface device with parallel bus Rev京:機械工業(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,合理設置輸入、輸出通道數(shù)量,并可方便地進行擴展。(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)信息結構的情況,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,各控制回路尤圖2軟件結構框圖其是簡單的、傳統(tǒng)的控制回路可通過總線直接實現(xiàn)6結束語控制,而不需要像原來的DCS系統(tǒng)那樣由上位機進本文作者的創(chuàng)新觀點是: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存在的DCS系統(tǒng)進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。適應原有的DCS系統(tǒng)為立足點的。走一條低投入、5測控轉換器的軟件設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性和靈向FCS系統(tǒng)過渡提供一套切實可行的改造方案。參考文就活度將軟件的設計也模塊化。即將控制中所使用(U陽憲惠現(xiàn)場總線技術及其應用北京:清華大學出版到的各類算法、Io驅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)點的設如:根據(jù)對不同采樣信號的要求分析,適應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組合完成后將適應該場合的子程序塊進行組合調{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信息,2003,19(9):51寫對應的子程序,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用費制函數(shù)庫,包含各類常用自動控制算法模塊,根據(jù)TH中國煤化工實際控制要求組態(tài)使用;二是初始化和0驅動程向常規(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驅動,以及網(wǎng)絡通信等功能,如圖2李漢軍彭楚武基于現(xiàn)場總線的集散式計算機控制系統(tǒng)所示。(FDCS)研究小湖南工程學院學報2004,(14)3:23-25