DCS控制系统在实践教学中的改进与创新

摘 要： 学院组建了DCS控制实验室，但在学院开设的“DCS控制实验实训”课程中，发现DCS控制系统存有一定的缺陷和不足。文章针对学院现有DCS控制系统的不足，应用所学专业知识，提出改进思路，改进方案涉及工程的重新组态，DCS系统的再扩展分配问题和处理温度实验效果不佳等问题；整合现有的可行实验项目方案，添加其他一些可行的实验方案，完善实验内容。最终提高教学质量，满足教学要求，提高自身能力。

关键词： DCS JX300-X 实践教学

学院在2006年组建了DCS控制实验室，至今已有6年多时间，为苏南地区培养了一大批DCS控制人才，服务了地方企业，满足了一定量的企业需求，但该实验室随着时间的延长和学院招生规模的扩展，弊端逐渐显露出来。现我们利用4年所学的专业知识，改进和创新现有的DCS控制系统，使DCS控制实验室能更好地为提高教学质量和培养人才服务。

主要改进和创新的对象DCS产品为浙江中控自动化系列的品牌产品WebField JX -300XP，通过该平台，指出该实验室建设的不足和DCS系统存在的缺陷，而后提出Jx-300x DCS控制系统改进方案，最终完成实现DCS控制系统改进效果。针对学院现有的DCS控制系统进行改进，一方面可以巩固所学的专业基础知识和培养解决实际工程问题的能力，进一步领会DCS控制系统的软硬件组态方法，另一方面可以弥补我院现有的DCS控制系统的不足。

1.现有Jx-300x DCS教学中的缺陷

1.1控制对象数量不足

随着时学院招生规模的不断扩展，实验室现存在6个控制对象，出现紧缺偏少问题，训练岗位严重紧缺。以一个基准班（60人）为例，分上下午2批，每个控制对象为一组，一共可分为12组，每组人数为5人，即每组有5个同学完成同一个实验，如表1.1所示，对学生来说缺乏足够的锻炼时间，一个小组往往只有组长在做实验，组员围观。一部分学生在实际实验实训过程中，出现松懈和不认真对待态度，出现许多不良现象。

如图1.1所示，给出了现有的DCS控制系统，A组学生所涉及的对象有：6台工控机、控制站机笼1、控制对象三大部分组成，在6台工控机中，只有一台为工程师站，能完成实验的参数修改，其余5台是操作员站，只能监控，即在任何时候5个人当中只有1位学生在做实验。B组学生所涉及的对象有：6台工控机、控制站机笼2、控制对象（控制台）三部分，情况跟A组一样。注：整个DCS实验室有3个控制站机柜，每个控制站机柜带2个小组，故共有6个小组（ABCDEF）。

1.2实验项目繁多

目前存在的实验项目是6年前“浙江中控”用JX-300XP组态软件做的工程，可做实验内容较多，极其不合理，如图1.2所示，理由如下：在已有的组态工程中，可以做的实验项目较多，但考虑实验教学安排一般只有18学时，也就是最多可做6个实验。且第一次实验安排学生了解设备，掌握基本操作，其实质只有5个实验可以安排。

1.3温度控制传感器及执行元件的缺陷

目前可控硅调压装置有斩波（移相）触发、周期过零（PWM）触发和周波过零（CYC）触发。使用斩波（移相）调压控制，导致在电网中产生高次谐波，对电源有污染。而周波过零（CYC）触发最大限度地利用交流电的周期特性，对温度控制系统有较高的控制精度，较少的干扰和电源污染。目前系统可控硅调压装置使用的是斩波（移相）触发，是由全隔离三相交流调压模块（STY380D75G）和三相同步变压器模块（TB-3）组成的。随着使用年限的增加，设备陆续出现问题，特别是在设计生产阶段就已经存在的缺陷现在完全暴露出来。更换后可控硅调压装置是由三相交流固态继电器（SSR-3H380D35）和固态继电器周波控制模块（SSR-CYC）。该组合方式采用的是周波过零触发方式。

2.控制系统硬件配置改进

2.1控制站机柜分配方法

由于一个控制站机柜最多配置5只机笼，其中1个为电源机笼，4个为IO机笼，1个IO机笼对应安装1个IO单元。根据现有设备情况，可在控制站机柜里再添加2个机笼，使得一个控制站机柜有4个IO机笼。以至3个控制站机柜各再添加2个IO机笼，共添加6个机笼，以至学生分组数进一步扩大，每批就可分12组（ABCDEFGHIJKM组），每组成员可分至2～3人。如表2.1所示，比以前组成员减少一半。

2.2整体结构分配方法

由于每组的项目实验都是互不影响的，因此每组只需要一个主控卡和一对互为冗余的数据转发卡。分组情况如下：

A组学生涉及3台工控机、控制站机笼1、控制对象；

B组学生涉及3台工控机、控制站机笼2、控制对象；

C组学生涉及3台工控机、控制站机笼3、控制对象；

D组学生涉及3台工控机、控制站机笼4、控制对象.

由此可见，每个控制站可带4个小组，每组的3台工控机可分为1个工程师站、2个操作员，大大提高了工作效率，使得学生锻炼时间增多，涉及学生面广。多数学生都能参与进来，提高了教学质量。

2.3Jx-300x组态流程图改进情况

流程图改进遵循实验课时数，选择效果较好的实验，涉及重点知识内容，包括典型控制回路的等原则，选择了如图2.1所示的实验题目，实验七、八为备用实验，以防其他实验出现不可预知的故障。

3.结语

本文应用所学专业知识，从基础上提出了改进思路。改进方案涉及工程的重新组态、DCS系统的再扩展分配和处理温度实验效果不佳等问题。整合现有的可行实验项目方案，添加其他可行的实验方案，完善实验内容。最终达到提高教学质量，满足教学要求，提高自身专业知识和能力等目的。

参考文献：

[1]丁建强，任晓，卢亚平.计算机控制技术及其应用[C].清华大学出版社，2012.

[2]李红娇.DCS系统下组态软件的设计与实现[D].北京交通大学，2010.

[3]王庆.集散控制系统在造纸中的设计与实现[D].江苏大学，2007.

通讯作者：卢亚平