DCS系统过程控制功能的设计与实现

摘 要：该文主要介绍了DCS系统的基本功能，从仪表I/O点清册的制定、I/O模块设计和主控制模块和数据转发模块的设计三个方面来分析该控制系统硬件功能的设计与实现，从组态软件和系统与智能设备的通讯实现两个方面来分析该控制系统软件功能的设计与实现，最后对该文的研究内容做出了总结。

关键词：DCS系统 硬件功能 软件功能 设计与实现

中图分类号：TH-3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（c）-0019-01

1 系统基本功能

1.1 安全性能

DCS控制系统禁止越权来进行数据的存取和显示工作，它针对安全级别不相同的用户设置了不同的登录用户名、密码以及操作权限。DCS系统还能够消除切换操作程序的时候，对工业生产过程造成的冲击力。比如它可以自由的在MAN/AUTO/CASC等控制方式中切换，而不对生产过程造成任何负面影响，具有一定的安全性能。

1.2 数据处理功能

数据处理功能也是DCS系统一个非常重要的功能。该系统能够建立生产数据库，设计和生成生产的时候需要的报表，还能处理生产管理中所需要的很多有用的数据信息。DCS系统将这些数据信息存储下来之后，能计算出这些数据里面的最小值、最大值、平均值、标准值、偏差值、累计值等，帮助操作人员进行数据分析，发现存在的问题，提高生产效率。

1.3 操作监控功能

DCS系统建立在微处理机的基础之上，可以进行数字控制、逻辑控制、PID参数自整定和数据采集等操作，监控整个操作过程。这个系统还可以用画面的形式将信息更直观的表现出来，方便工作人员进行操作。

2 系统硬件设计及工程实现

2.1 仪表I/O点清册的设计与实现

根据工艺的生产要求，DCS系统可以明确在实际生产过程中需要进行控制的目标，对仪表监测点的种类进行统计，还能根据控制系统的硬件来做出设计。通常情况下，I/O点清册需要包含I/O编号、I/O类型、供电方式、模拟量量程、报警和动作值等相关信息。“I/O编号”是一种点名称，它在整个DCS系统里面只有一个，不会出现重复的现象，这个数据在进行实时监控的组态程序里面被调用。如果在系统已经生成之后，对这个数据信息做出一定的改动，会存在非常大的风险。

2.2 I/O模块设计与实现

根据I/O类型和测点的数量可以把I/O模块的类型和数量确定下来，再根据系统对硬件提出了相关要求，来设计I/O模块。这些I/O模块只要一插到系统里，就可以投入使用，所有进行输入的通道、进行输出的通道和工作时候所使用的电源，都要相互隔离开来。无论卡键的哪个通道发生了故障，其他通道的工作都不会受到影响。任何一个模块在工作的时候出现故障，或者被完全，其他模块的运行也丝毫不会受到影响。

2.3 主控制模块和数据转发模块的设计与实现

把I/O模块确定下来之后，实现了在生产的过程中把仪表的信号接入到控制系统里面，然后再进行信号传输的过程。但是要想让DCS系统具有检查的功能，还需要对I/O模块进行管理，并且对一些数据信息进行交换和处理，设计控制站里面的主控模块和数据转发的模块。其中，主控模块在控制站里面是最重要的部分，它主要用来协调好软件和硬件之间的关系，以及一些需要进行控制的任务，来实现对I/O信号的处理、控制计算、通信控制处理等作用。

3 系统软件功能的设计与实现

3.1 组态软件的设计与实现

组态软件能够支持系统的开发、生成、测试、运行和程序维护，它主要用在那些中小型生产设备里面，用来进行数据的采集和控制工作。这个软件是面向车间的监控而设计的，它对数据采集的频率、系统响应的速度要求非常高，主要用来支持I/O设备的工作。组态软件在DCS系统里面设置需要进行监控的对象，借助于界面系统来实时反映出每个监控对象的工作状态。因为在进行控制计算的过程中，需要用到很多数据信息，因此需要对这些数据进行失真压缩，导致数据保存的时间比较短。

3.2 智能设备的通讯设计与实现

3.2.1 通讯模块

XP248模块，是4串口多协议通讯模块，是JX-300XP DCS系统与其他智能设备互连的网间连接设备，它主要用来支持Modbus协议的主机模式和从机模式。在每路串口里面，能够进行挂接的设备低于或等于32个，通讯模块还能够支持RS-232和RS-485的通讯方式，具备通道冗余功能及卡件冗余功能。

3.2.2 Modbus通讯协议

Modbus协议工业里面是一个通用标准。借助于这个协议，控制器与控制器之间、经由网络同其他的一些设备之间能够自由通信。无论控制器是用什么网络来实现通信的，它都能对控制器的消息结构进行定义。这个协议描述了控制器对设备进行访问的全过程，并且还能够对其他设备的请求作出相应的回应。当设备出现故障的时候，它还能识别出来，并做下记录。Modbus协议制定了消息域格局和内容的公共格式。它能够在RS-232，RS-422，RS-485和以太网接口的设备中使用。当在 Modbus网络上通信的时候，这个协议要求控制器能够辨别设备存在的地址，并对地址发来的信息进行识别，根据信息做出相应的反应。如果需要对地址信息进行回应，控制器会自动生成反馈的信息，借助于Modbus协议将这些反馈信息传输出去。Modbus控制器的数据通信一般使用Master/Slave（主/从站）方式，在主控制站里面能够对需要传输的数据进行出初始化。

4 结语

DCS系统能够在工业生产里面进行控制，让生产过程里面的集中监控和集中管理成为可能，有效的避免了那些常规仪表功能单一、布局分散以及计算机控制系统危险高度集中的问题。该系统使得工业生产过程里面的控制精度更加高了，在很大程度上减少了企业对系统的维护和系统运行所需要的成本，保障了工业生产的安全性和平稳性，在工业生产中有非常重要的作用。

参考文献

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