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摘 要：目前DCS控制系统在国内外已广泛应用，是当今最流行的控制系统。但对于中小型装置（200点内），这类系统显得造价过于昂贵。板卡式DCS控制系统，使用力控组态软件，解决在中小型装置使用计算机控制系统造价高，系统调试困难，维护工作量大的问题。
关键词：组态软件；DCS ；板卡式
中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：1671-7953(2009)02-0077-03
1 DCS控制系统概述
DCS控制系统成功而广泛的应用证明了其体系结构的先进性、可靠性和功能的完整性。DCS控制系统采用了最先进的技术和开放性标准（COM/DCOM技术、OPC服务器标准、Active X），向用户提供了更大的应用空间，是适应企业各种自动化需求的、开放的、规模可变的控制系统［1］。
DCS系统采用分布式结构，在开放式的冗余通讯网络上分布了多台现场程控站（FCS），这些现场程控站都带有独立的功能处理器，每个功能处理器都可为了完成特定的任务而进行组态和编程［2］。用于现场控制的程控单元其物理位置分散、控制功能分散，系统功能分散，而用于过程监视及管理的人-机接口单元其显示、操作、记录、管理功能集中。
2 板卡式DCS控制系统
板卡式DCS由四部份组成：I/O板、控制器、操作站和通讯网络。I/O板主要完成模拟和数字的转换（A/D和D/A转换）；控制器是DCS的核心部件，任务是完成以PID为主要功能的过程控制，用户编写应用程序大都采用组态方式；操作站差别比较大，主要差别是选用PC机还是选用小型机、采用UNIX还是采用NT操作系统、采用专用的还是通用的监控软件,操作系统和监控软件配合比较好时可以减少死机现象［3-4］。
板卡式DCS控制系统特点表现在：
1）解决在中小型装置（200点内）计算机控制系统造价高，系统调试困难，维护工作量大。
2）现场系统通过一个控制箱与系统连接，控制箱集供电系统、变频器、移相调压器、以及现场继电器为一体，并提供现场系统所有驱动电力［5］。它仅需通过标准接线端子接收工控机的控制信号即能完成所有控制功能，形成一体化设计。从而实现了现场系统与控制系统完全独立的模块化设计。
3）控制箱侧面是工业标准接线端子盒。这种标准信号接口可以使现场系统与用户自行选定的DCS系统、PLC系统、DDC系统方便连接，甚至用户自己用单片机组成的系统都可以对现场系统进行控制［6］。
3 板卡式DCS控制系统使用的组态软件
3.1 力控组态软件
项目中使用了北京三维力控科技有限公司的组态软件。力控软件以计算机为基本工具，为实施数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统［7］。在过程监控中发挥了核心作用，可以帮助企业消除信息孤岛，降低运作成本，提高生产效率，加快市场反应速度［8］。
力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，缩短了自动化工程师的系统集成的时间，大大的提高了集成效率［9］。
3.2 组态软件的开发、运行系统
力控监控组态软件支持Windows 98、NT、2000、XP等操作系统；采用面向对象的设计，集成化的开发环境；开发系统采用更多的组件和控件来方便您构成强大的系统；丰富的函数和设备驱动程序使集成更容易；增强的过渡色与渐进色功能，从根本上解决了很多同类软件在过多使用过渡色、渐进色时，严重影响画面刷新速度和系统运行效率的问题；提供面向对象编程方式，内置间接变量、中间变量、数据库变量，支持自定义函数，支持大画面和自定义菜单，方便您构造强大的企业级运行系统；脚本类型和触发方式多样，支持数组运算和循环；支持一机多屏，组建多画面时不需要多屏卡［10］。
3.3 力控组态新工程的步骤
通过一个简单的例子，介绍用力控组态新工程的基本步骤。
新工程的简介
3.3.1 假设的工艺过程
工艺设备包括一个油罐，一个进油控制阀门，一个出油控制阀门。用于控制两台阀门的PLC，如下图所示：
3.3.2 PLC的逻辑算法：
当进油控制阀门打开时，则开始进油。一旦存储罐即将被注满，进油控制阀门关闭，出油控制阀门打开。一旦存储罐即将被排空，进油控制阀门打开，出油控制阀门关闭。如此反复进行。
3.3.3 力控的PLC仿真驱动
SIMULATOR-力控的PLC仿真驱动
SIMULATOR是力控的PLC仿真程序，为了适应本例子的要求，内嵌了逻辑算法，并且对数据通道作了约定：
增量寄存器１（模拟输入区）第0通道对应油罐的液位
PLC1的DI区域（数字输入区）第0通道控制油罐的进油控制阀门
PLC1的DI区域（数字输入区）第1通道控制油罐的出油控制阀门
PLC1的DO区域（数字输出区）第0通道启动/停止PLC程序的开关
3.3.4 工程要完成的目标
1）创建一幅工艺流程图，图中包括一个油罐，一个进油控制阀门和出油控制阀门，全部使用电磁阀带动气缸阀。
2）阀门根据开关状态而变色，开时为红色，关时为绿色。
3）创建实时数据库，并与SIMULATOR进行数据连接，完成一幅工艺流程图的动态数据及动态棒图显示。
4）用两个按钮实现启动和停止，启动和停止PLC程序。
创建组态界面
进入力控的开发系统后，可以为每个工程建立无限数目的画面，在每个画面上可以组态相互关联的静态或动态图形。这些画面是由力控开发系统提供的丰富的图形对象组成的。开发系统提供了文本、直线、矩形、圆角矩形、圆形、多边形等基本图形对象，同时还提供了增强型按钮、实时\历史趋势曲线、实时\历史报警、实时\历史报表等组件。开发系统还提供了在工程窗口中复制、删除、对齐、打成组等编辑操作，提供对图形对象的颜色、线型、填充属性等操作工具。
3.3.5 运行
力控工程初步建立完成，进入运行阶段。首先保存所有组态内容，关闭DBManager(如果没关闭)。在力控的开发系统（DRAW）中选择“文件\进入运行”菜单命令，进入力控的运行系统。在运行系统中选择“文件\打开”命令，从“选择窗口”选择“储罐液位监控示例”。显示出力控的运行画面，点击“开始”按钮，开始运行PLC1的程序。这时会看见阀门打开，存储罐液位开始上升，一旦存储罐即将被注满，它会自动排放，然后重复以上的过程。可以在任何时候点击“停止”按钮来中止这个过程，如下图所示：
3.3.6 制作运行包
力控的制作运行包的功能，可以将当前工程组态的信息和力控的运行环境压缩成几个文件，形成Setup安装盘。当工程完成后，可以将这样一张安装盘交到用户的手上，当机器发生严重故障使控制应用受到破坏时，用户可以用这张Setup安装盘进行安装，一次性恢复完整的力控控制系统，确保了系统的安全，大大地减少了维护工作量。
4 总结与展望
新型板卡式DCS系统解决在中小型装置（300点内）出现的标准DCS计算机控制系统造价高，系统调试困难，维护工作量大的问题。 采用力控监控组态软件实现控制方案。现场系统通过一个控制箱与系统连接，控制箱集供电系统、变频器、移相调压器、以及现场继电器为一体，并提供现场系统所有驱动电力。它仅需通过标准接线端子接收工控机的控制信号即能完成所有控制功能，形成一体化设计。从而实现了现场系统与控制系统完全独立的模块化设计。控制箱侧面是工业标准接线端子盒。这种标准信号接口可以使现场系统与用户自行选定的DCS系统、PLC系统、DDC系统方便连接，甚至用户自己用单片机组成的系统都可以对现场系统进行控制。
在均苯四甲酸、均苯四甲酸二酐生产装置的自动化系统对比中，造价仅为原价格的四分之一不到。操作性能优良，控制精度高，可靠性好。
参考文献
［1］ Drew Heywood著.王奇睿，陈文飞译. windows 2000网络服务［M］. 北京：电子工业出版社，2002（49）.
［2］ 吴道虎.基于工业Ethernet的现场实际应用及其策略［M］.武汉：国内外机电一体化技术. 2003.
［3］ 王恩荣.自动控制原理［M］.北京：化学工业出版社，2001.
［4］ 俞金寿，何衍庆，邱宣振.化工自控工程设计［M］.上海：华东化工学院出版社，1992.
［5］ Drew Heywood著.王奇睿，陈文飞译.windows 2000网络服务［M］.2002.
［6］ 张新微.集散系统应用基础及其应用［M］.北京：化工工业出版社，1990.
［7］ 马国华.监控组态软件及其应用［M］. 北京：清华大学出版社，2001.
［8］ 阳宪惠. 现场总线技术及其应用［M］. 北京：清华大学出版社，1996.
［9］ 吴秋峰. 自动化系统计算机网络［M］. 北京：机械工业出版社，2001.
［10］徐皑冬. 基于以太网的工业控制网络［J］. 信息与控制，2000(2).
关键词：组态软件；DCS ；板卡式
中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：1671-7953(2009)02-0077-03
1 DCS控制系统概述
DCS控制系统成功而广泛的应用证明了其体系结构的先进性、可靠性和功能的完整性。DCS控制系统采用了最先进的技术和开放性标准（COM/DCOM技术、OPC服务器标准、Active X），向用户提供了更大的应用空间，是适应企业各种自动化需求的、开放的、规模可变的控制系统［1］。
DCS系统采用分布式结构，在开放式的冗余通讯网络上分布了多台现场程控站（FCS），这些现场程控站都带有独立的功能处理器，每个功能处理器都可为了完成特定的任务而进行组态和编程［2］。用于现场控制的程控单元其物理位置分散、控制功能分散，系统功能分散，而用于过程监视及管理的人-机接口单元其显示、操作、记录、管理功能集中。
2 板卡式DCS控制系统
板卡式DCS由四部份组成：I/O板、控制器、操作站和通讯网络。I/O板主要完成模拟和数字的转换（A/D和D/A转换）；控制器是DCS的核心部件，任务是完成以PID为主要功能的过程控制，用户编写应用程序大都采用组态方式；操作站差别比较大，主要差别是选用PC机还是选用小型机、采用UNIX还是采用NT操作系统、采用专用的还是通用的监控软件,操作系统和监控软件配合比较好时可以减少死机现象［3-4］。
板卡式DCS控制系统特点表现在：
1）解决在中小型装置（200点内）计算机控制系统造价高，系统调试困难，维护工作量大。
2）现场系统通过一个控制箱与系统连接，控制箱集供电系统、变频器、移相调压器、以及现场继电器为一体，并提供现场系统所有驱动电力［5］。它仅需通过标准接线端子接收工控机的控制信号即能完成所有控制功能，形成一体化设计。从而实现了现场系统与控制系统完全独立的模块化设计。
3）控制箱侧面是工业标准接线端子盒。这种标准信号接口可以使现场系统与用户自行选定的DCS系统、PLC系统、DDC系统方便连接，甚至用户自己用单片机组成的系统都可以对现场系统进行控制［6］。
3 板卡式DCS控制系统使用的组态软件
3.1 力控组态软件
项目中使用了北京三维力控科技有限公司的组态软件。力控软件以计算机为基本工具，为实施数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统［7］。在过程监控中发挥了核心作用，可以帮助企业消除信息孤岛，降低运作成本，提高生产效率，加快市场反应速度［8］。
力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，缩短了自动化工程师的系统集成的时间，大大的提高了集成效率［9］。
3.2 组态软件的开发、运行系统
力控监控组态软件支持Windows 98、NT、2000、XP等操作系统；采用面向对象的设计，集成化的开发环境；开发系统采用更多的组件和控件来方便您构成强大的系统；丰富的函数和设备驱动程序使集成更容易；增强的过渡色与渐进色功能，从根本上解决了很多同类软件在过多使用过渡色、渐进色时，严重影响画面刷新速度和系统运行效率的问题；提供面向对象编程方式，内置间接变量、中间变量、数据库变量，支持自定义函数，支持大画面和自定义菜单，方便您构造强大的企业级运行系统；脚本类型和触发方式多样，支持数组运算和循环；支持一机多屏，组建多画面时不需要多屏卡［10］。
3.3 力控组态新工程的步骤
通过一个简单的例子，介绍用力控组态新工程的基本步骤。
新工程的简介
3.3.1 假设的工艺过程
工艺设备包括一个油罐，一个进油控制阀门，一个出油控制阀门。用于控制两台阀门的PLC，如下图所示：
3.3.2 PLC的逻辑算法：
当进油控制阀门打开时，则开始进油。一旦存储罐即将被注满，进油控制阀门关闭，出油控制阀门打开。一旦存储罐即将被排空，进油控制阀门打开，出油控制阀门关闭。如此反复进行。
3.3.3 力控的PLC仿真驱动
SIMULATOR-力控的PLC仿真驱动
SIMULATOR是力控的PLC仿真程序，为了适应本例子的要求，内嵌了逻辑算法，并且对数据通道作了约定：
增量寄存器１（模拟输入区）第0通道对应油罐的液位
PLC1的DI区域（数字输入区）第0通道控制油罐的进油控制阀门
PLC1的DI区域（数字输入区）第1通道控制油罐的出油控制阀门
PLC1的DO区域（数字输出区）第0通道启动/停止PLC程序的开关
3.3.4 工程要完成的目标
1）创建一幅工艺流程图，图中包括一个油罐，一个进油控制阀门和出油控制阀门，全部使用电磁阀带动气缸阀。
2）阀门根据开关状态而变色，开时为红色，关时为绿色。
3）创建实时数据库，并与SIMULATOR进行数据连接，完成一幅工艺流程图的动态数据及动态棒图显示。
4）用两个按钮实现启动和停止，启动和停止PLC程序。
创建组态界面
进入力控的开发系统后，可以为每个工程建立无限数目的画面，在每个画面上可以组态相互关联的静态或动态图形。这些画面是由力控开发系统提供的丰富的图形对象组成的。开发系统提供了文本、直线、矩形、圆角矩形、圆形、多边形等基本图形对象，同时还提供了增强型按钮、实时\历史趋势曲线、实时\历史报警、实时\历史报表等组件。开发系统还提供了在工程窗口中复制、删除、对齐、打成组等编辑操作，提供对图形对象的颜色、线型、填充属性等操作工具。
3.3.5 运行
力控工程初步建立完成，进入运行阶段。首先保存所有组态内容，关闭DBManager(如果没关闭)。在力控的开发系统（DRAW）中选择“文件\进入运行”菜单命令，进入力控的运行系统。在运行系统中选择“文件\打开”命令，从“选择窗口”选择“储罐液位监控示例”。显示出力控的运行画面，点击“开始”按钮，开始运行PLC1的程序。这时会看见阀门打开，存储罐液位开始上升，一旦存储罐即将被注满，它会自动排放，然后重复以上的过程。可以在任何时候点击“停止”按钮来中止这个过程，如下图所示：
3.3.6 制作运行包
力控的制作运行包的功能，可以将当前工程组态的信息和力控的运行环境压缩成几个文件，形成Setup安装盘。当工程完成后，可以将这样一张安装盘交到用户的手上，当机器发生严重故障使控制应用受到破坏时，用户可以用这张Setup安装盘进行安装，一次性恢复完整的力控控制系统，确保了系统的安全，大大地减少了维护工作量。
4 总结与展望
新型板卡式DCS系统解决在中小型装置（300点内）出现的标准DCS计算机控制系统造价高，系统调试困难，维护工作量大的问题。 采用力控监控组态软件实现控制方案。现场系统通过一个控制箱与系统连接，控制箱集供电系统、变频器、移相调压器、以及现场继电器为一体，并提供现场系统所有驱动电力。它仅需通过标准接线端子接收工控机的控制信号即能完成所有控制功能，形成一体化设计。从而实现了现场系统与控制系统完全独立的模块化设计。控制箱侧面是工业标准接线端子盒。这种标准信号接口可以使现场系统与用户自行选定的DCS系统、PLC系统、DDC系统方便连接，甚至用户自己用单片机组成的系统都可以对现场系统进行控制。
在均苯四甲酸、均苯四甲酸二酐生产装置的自动化系统对比中，造价仅为原价格的四分之一不到。操作性能优良，控制精度高，可靠性好。
参考文献
［1］ Drew Heywood著.王奇睿，陈文飞译. windows 2000网络服务［M］. 北京：电子工业出版社，2002（49）.
［2］ 吴道虎.基于工业Ethernet的现场实际应用及其策略［M］.武汉：国内外机电一体化技术. 2003.
［3］ 王恩荣.自动控制原理［M］.北京：化学工业出版社，2001.
［4］ 俞金寿，何衍庆，邱宣振.化工自控工程设计［M］.上海：华东化工学院出版社，1992.
［5］ Drew Heywood著.王奇睿，陈文飞译.windows 2000网络服务［M］.2002.
［6］ 张新微.集散系统应用基础及其应用［M］.北京：化工工业出版社，1990.
［7］ 马国华.监控组态软件及其应用［M］. 北京：清华大学出版社，2001.
［8］ 阳宪惠. 现场总线技术及其应用［M］. 北京：清华大学出版社，1996.
［9］ 吴秋峰. 自动化系统计算机网络［M］. 北京：机械工业出版社，2001.
［10］徐皑冬. 基于以太网的工业控制网络［J］. 信息与控制，2000(2).