集散型自动控制系统

关键词： 查表 发油 运算 数据

集散型自动控制系统（精选十篇）

集散型自动控制系统 篇1

关键词：参数设置,查表,质量发货,体积发货,阀门控制,小量发货,键盘接口

1 发油机硬件配置

1.1 控制单元及与两个显示接口的通讯连接

核心硬件为松下FP∑可编程控制器作为发油控制单元, 该设备小巧但功能强大, 有一个编程口及可扩展一个RS485通讯口, 485通讯口用于与上位机进行通讯, 有16个输入口及16个输出口, 有4个高速计数口, 可作为下装式发货设备能对4个台位进行发货控制, 有12K内存, 有3999个寄存器及最多可设计5999步程序, 采用可组态带输入按键的MD204L中文点阵显示屏, 可显示及修改PLC内部寄存器、继电器数值, 实发量显示屏采用原厂家的旧段式液晶显示屏, 用于直接显示动态发油量, MD204L通过自身的RS232接口与PLC编程口进行通讯读取数据, PLC不需另扩展通讯口, 通过对PLC进行编程, 利用其三个晶体管输出口向段式显示屏发送BIN码显示发油数据。

1.2 中文显示屏

中文显示屏采用MD204L设备作为部件, 通过P L C的编程口进行通讯, 其具有0~9个数字键及10个可自定义的功能键, 带背景光STN的液晶显示, 可显示24英文字符×4行, 即12汉字×4行的字符, 通过编程组态以文字形式或指示灯形式监视修改PLC内部寄存器或继电器数值, 从而使操作人员能够自如地控制机器设备。

该部件带设定功能, 既能监视数据又能设定数据, 寄存器设定具有上下限和加密属性, 只有系统口令打开时才能修改数据, 密码由工具菜单设置, 可设定数据上下限, 使超过上下限的数据无效, 防止输入过大或过小数据, 造成数据出错。

1.3 段式显示屏

利用旧发油机的液晶显示屏作实发量的段式显示板, 建立人机界面, 采用模拟串口传送方式, 不占用PLC的通讯口, 只占用PLC的三个晶体管输出点。串行接收PLC发送的BIN码, 通过单片机处理送到显示屏显示, 由主板上的拨码开关来设定小数点的位置及接收BIN码的类型。可接收有符号整型数B I N码, 也可接收无符号整型数B I N码, 通过Y口的Y1、Y2、Y3三个端口最高可显示发油数据的8位数据。

2 发货流程

通过键盘接口输入六位提单号码, 确认后, 下位到上位机发油数据库查找对应的提单号, 如果提单号、油台号正确就把该单号的预发量、发货类别 (公斤或升) 写到下位机, 在发货前把有关参数, 如:密度、仪表系统、阀门参数、小定量等有关参数锁死, 以上参数在发货时禁止修改。

2.1 原按质量发货模式

根据GB/T1885-1998中的公式1:m= (ρ20-0.0011) ×Vt×VCF。

ρ20是固定不变的标准密度, Vt是实时采集的视体积数, V t=N/K, N为高速计数口得到的脉冲数, K为仪表系数, VCF是每5秒钟对管线温度采集根据当前标准密度进行查表而得到的体积修正系数, 每5秒钟如果发现温度已发生变化, 则把先前温度下的质量数封存, 再取当前温度下的VCF进行计算质量, 过5秒钟后若发现温度已变化则再进行封存, 这样累计起来的质量数m就是我们所发油品的质量数, 发油控制是根据累计质量数m进行控制泵阀动作。

2.2 按质量或按体积发货模式

根据公式2:V20=VCF*Vt=VCF1×V1, (VCF1为当月发油温度体积修正系数, V1为当月温度下的体积) , 所以公式V1=Vt× (VCF/VCF1) , 根据公式1与公式2可得到公式3:m= (ρ2 0-0.0 0 1 1) ×Vt× (V C F/VCF1) , 此时的m为一实时参数, 不一定是实时质量数。

2.2.1 按质量发油

当发油机接收到要求按质量发油时, 则把VCF1置为1即可, 此时就是根据第2.1的质量模式进行发油, 根据公式3可得m= (ρ20-0.0011) ×Vt×VCF, 此时累计不同温度下的m就是我们所发油品质量数。

2.2.2 按体积发油

当发油机接收到要求按体积发油时, 首先把ρ20置为1.0011, 根据公式3可得公式4:m=Vt× (VCF/VCF1) , 此时的m为体积数, 根据省公司的要求, 实际温度与当月发油温度高低有两种可能性。

(1) 当实际温度比当月发油温度低时, 不用进行补偿, 即把VCF/VCF1置为1, 根据公式4可得m=Vt, 此时累计不同温度下的m就是我们所发油品视体积数。

(2) 当实际温度比当月发油温度高时, 公式4:m=Vt× (VCF/VCF1) , 把实际温度下的体积修正为当月发油温度下的体积进行累计, 每5秒检测管线温度, 当温度发生变化时, 把当前温度下演算成当月发油温度下的体积封存, 把温度发生变化后封存起来的当月发油温度体积进行累计, 取此累计数进行控制泵阀的动作, 把ERP验单的交运数量作为预发量进行发油。

无论是按质量方式或按体积方式发货泵阀的控制都是根据参数m的累计数进行控制。

3 查表

通过PLC软件的数据编辑器进行数据编辑, 由于成品油温度基本上都是处于0℃到60℃之间, 把0到60每隔0.25℃ (因为60B表的VCF值是每隔0.25℃就是一个新值) 的顺序值写入数据表, 把不同密度段范围0到60℃的VCF值写入数据表, 每隔5秒钟读取温度变送器的模拟量计算温度值, 当发现此温度值与上次温度值一致时, 不用查表修改当前的VCF值, 当温度发生变化时, 通过矩阵运算, 根据相应密度及温度查表得到新的VCF值从而更新原VCF。

4 阀门控制

有关名词:恒定流速A、预发量m、实发量B、小定量C、提前量D、过冲量E、阀门进油排油时间F、流速精度G、关阀控制速度H。

恒定流速:由于电液阀设计问题, 当其全开, 以最大流量发货, 到达需要关阀的情况下, 就很难准确对其进行控制关阀, 为了易于控制阀门, 增加其灵敏度, 在发货过程中流速控制在最大流量的80%范围内。

提前量:当发油剩余额小于提前量时, 下位机对阀门进行多级关阀控制, 直到流量处于关阀控制速度范围内。

小定量:一般小定量比提前量多100个单位。

过冲量:由于下位机发关阀指令到阀门完全关闭需要一定时间, 在这段时间内是有一定油品流过阀门的, 一般都是几个单位。

4.1 预发量比小定量大时的发货过程

保证阀门的开度使其流速恒定为恒定流速A范围, 当爵时流速大于流速A时, 通过对常开阀进油达到减小主阀开度的目的, 进油时间为F, 当爵时流速比流速A小时, 通过对常闭阀排油达到增加主阀开度的目的, 排油时间为F。在发货过程中, 当剩余量小于提前量D时, 每隔1秒对常开阀进油F时间, 减小主阀开度, 直到爵时流速处于关阀控制速度H范围内, 在没发货完成, 爵时流速不处于速度H范围内时, 都会对常开阀及常闭阀进行进油排油, 保证爵时流速处于关阀控制速度范围内。当剩余量小于过冲量E时, 立刻停止泵阀的控制电源。

4.2 当预发量比小定量小时的发货过程

由于当预发量比小定量小时, 如果阀门开度太大, 会造成多发货的现象, 为了控制精度, 此时只能控制爵时流速为关阀控制速度H范围内发货。

5 单机发油

5.1 参数设置

当上位机与下位机通讯出现故障时, 可在下位机对部分重要参数进行设置, 例如发油标准密度、当月发油温度、仪表系数、发货速度、过冲量等, 对参数的设置必需输入超级用户密码, 增加系统的保密性, 密码可根据操作员需要随时更改, 防止司机人为乱操作造成油库不必要的损失。

5.2 单机发油

在单机发油之前, 必须核对当次发油的标准密度及当月发油温度是否已更改为最新参数。

在主界面中文提示司机输入提单号, 回车确认后提示选择按公斤发油或按体积升发油, 然后按提示输入预发量, 按回车键发油机自动检测本货车是否接好静电设备装置, 如静电接地不良好则不给予发货, 提示报警接好静电设备。

本发油机可保存100条单机发油记录, 当通讯正常, 数据自动随条向上位机发送进行记录, 保证发油数据的完整性。

当通讯正常时, 发油机自动进行判断, 自动进行联网, 不需跟踪设置联网方式发油。

6 本发油机的实用性

集散型自动控制系统 篇2

基于集散控制技术的污水处理自动控制系统

摘要：结合新疆回收地膜清洗污水的特点及水循环需要,采用“EIC三电一体化”计算机集散控制技术,设计了一种小型的污水处理自动控制系统,重点阐述了系统的结构和控制原理以及关键控制技术,并通过实验及仿真得出了关键参数.作 者：徐立军    段友莲    XU Li-jun    DUAN You-lian  作者单位：新疆工业高等专科学校,新疆,乌鲁木齐,830091 期 刊：环境科技  ISTIC  Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)：2010, 23(5) 分类号：X5 关键词：污水处理    DCS    PLC    变频器    PID   

解析集散控制系统在电力的应用 篇3

【关键词】集散型控制系统；DCS；电力；火电厂

【中图分类号】TP27

【文献标识码】A

【文章编号】1672—5158（2012）10-0113-02

随着科学技术不断发展，一系列先进科学技术被研发出来，使得全球经济发展得到了飞速提高。集散控制系统虽然并非新兴科学技术系统，但其在近几年得到一定的提高与改善，适应了科学技术的发展潮流，在各行各业中得到了广泛应用。不言而喻，其给社会带来很大的效益，但同时也存在一些问题，急需要我们去解决。

1　集散控制系统概述

1.1　含义

集散控制系统，即Distributed　Control　System，简称DCS，主要指的是在生产过程中进行集中管理与分散控制的一种计算机系统，其随着现代化大型工业生产技术不断提高而进步，并且在过程控制越来越复杂的今天，这种综合性的控制系统减少了传统控制的复杂化。DCS属于一种综合性技术，包含了网络技术、计算机技术、自动控制技术及通讯技术等，其将危险进行分散，控制那些集中优化的系统。总的来说，DCS主要包括了三个组成部分，即集中管理、通讯网络和分散控制。

1.2　工作过程

对于DCS的具体工作过程而言，包括控制回路组态、控制方案的选择及趋势画面的生成等。在控制回路组态完成后，便会生成一系列组态信息文件，当系统开始运行之前，就会根据不同的文件属性进行组态信息的分类，将它们分类后下装到各个控制单元和操作员站，控制单元能够根据该组态的信息文件的具体内容，将安置在EPROM（Erasable　Programmable　ReadOnly　Memory）模块库里的相关控制算法找出来，然后一一执行计算操作；结果计算出来之后，利用驱动装置就能将它们送到相关的执行机构，从而完成控制的目的；操作员站的相关工作人员根据组态所提供的内容，便能对系统生产状况进行监控。

1.3　特点

DCS运用在监控系统中，有着很多优势，其与传统的常规监视控制系统比较，主要具有以下几个方面的特点：

1.3.1　分级递阶式的控制，实现了彼此间的相互协调：DCS系统中所具有的分级递阶系统的优点在于，各个分级系统拥有自身的分工范围，相互之间不是彼此阻碍，而是彼此之间共同协作。一般而言，这样的协调合作只需要通过上一分级就能完成。

1.3.2　分散控制能有效提高设备利用率：这里的分散不是单纯的分散控制，其含义还包括了诸如地域分散、设备分散、人员分散、危险分散及操作分散等内容。分散控制的主要目的在于分散危险，从而提高设备的可利用率，从而开放系统使其产品的更换更加简易化。

1.3.3　开放系统属于专门通讯系统：这种开放系统是以规范化且实际存在的接口作为标准依据，从而建立的网络系统、计算机系统及相关联的通讯系统。这种开放系统具有以下特征：相互操作性、可移植性、可用性及可适宜性。此外，其具有开放系统全部的特征，能将控制系统的应用分散，从而使得选择产品及更换产品更加方便。

1.3.4　利用自治与协调性来实现其他控制：DCS自治性主要体现在各个组成部分上，这些组成部分分别需要完成生产中的信号处理、数据采集、数据计算及数据的发送等，它们属于各司其职的自治系统，并不会相互妨碍；DCS的协调性主要体现在了通讯系统上，主要作用在于完成各项数据的传输，即分散过程控制装置与操作管理装置之间的数据传输，以及完成数据的协调，即上下级之间或同级之间的数据协调作用。

2　DCS在电力中应用遇到的问题探析

目前，市场上所提供的DCS系统在实际应用中依然存在一些问题，比如故障方面、实时性方面、组态便捷及权限保护方面、制造工艺与安装工艺方面及软件可靠性方面等。这里以DCS在火电厂中的应用常见问题为例进行分析探讨一下：

2.1　DCS主要热控系统投资比例过低

在我国一些火电厂中，其控制系统虽然采用了DCS，但在与之有关的测量、控制仪表等方面的投入力度不够，投资也很有限，比如执行器与变送器等；有些火电厂虽然选用了前述相关系统，但是选择的产品精度较低、可靠性较差，从而影响了整个DCS系统的可靠性。

2.2　未能及时跟上时代步伐

当前，世界处在计算机时代，大部分工作都离不开计算机，因此DCS在电厂的应用也应该充分跟上时代步伐，追随电子计算机技术的发展而共同发展。但目前我国在这方面还有所欠缺，主要在于电厂建设初期，对于电厂自身的综合考虑不到位，从而在选择DCS系统时出现了一定的误差，使得一些设备在配置上并不对位。此外，随着自动化水平越来越高，也就要求了DCS控制系统的硬件应跟上这种自动化发展水平，因此必须保持统一。这样在一定程度上能减少同主厂房DCS问的相互通讯，从而在设备的数量与管理维护方面的要求就减少了。

2.3　缺乏一定的实效性

DCS在实际中的应用，应讲究一定的实效性，但是目前在电厂中使用DCS，某些地方依然缺乏必要的实效性。比如对于装设计算机而言，其主要作用在于保障设备组的运用安全、可靠，同时也对整个机组起着监控的作用，提高其综合自动化的水平。但，某些电厂并不以为然，在计算机的配置上并没太上心。

3　电厂中DCS的应用分析

本文主要以火电厂为例，探讨DCS在其中的应用。就目前来看，DCS以其优越『生在火电厂中得到了不断发展和完善，某些厂家通过自身不断创新与研发，已经研究出了专用于小型机组的DCS。具体而言，火电厂中对于DCS的使用主要包括以下几个方面：

3.1　数据的采集、模拟量的控制和顺序控制

在火电厂中，数据的采集与模拟量的控制都需要DCS来实现，而辅机与电动阀门往往只需要常规的控制就能实现。对于DCS控制而言，我们需要设置后备仪表盘与后备操作台，然后采用带附接操纵台式或操作台式的方式进行指示灯、后备仪表及操作开关等的布置。此外，虽然辅机与电动阀门控制及一些简单的联锁都与DCS有着一定的关联，但是这些联锁依然需要常规的控制或者说是需要顺序控制来加以实现。

3.2　全厂自动化的集中控制

在火电厂中，对于全厂的自动化实现而言，需要对机、炉、电三者进行集中控制才能得到很好的实现。在这种方式下，DCS主要用于电气与仪表的控制，因此具有高度自动化，机、炉、电三者之间能做到最好的密切配合，相互间协调操作，从而对于机组的经济与安全运行提供了保障，同时也为运行管理与统一指挥提供了方便。

3.3

特殊热电机组

对于火电厂而言，其中一些较为基本的热电机组，往往由DCS辅助系统来完成，主要有两种：炉膛安全监控系统（FSSS）和汽轮机数字电液调节系统（DEH）；而对于一些较为特殊或者自动化程度要求较高的机组而言，则需要高级的DCS系统，其中还包含了电气监控系统（ECS）。在火电厂的实际工作中，有了这些DCS系统的控制作用，使得事故明显减少了，能耗也降低了，从而大大提高了火电厂的经济效益。

4　结语

DCS在电厂中的应用应根据过程控制的实际需求出发，有针对性的进行选择，尤其要针对自身不足（不论是结构还是采用的器件与技术），不断开拓创新，努力提高与发展，从而使得DCS在电厂中的应用变得更加成熟。

参考文献

[1]刘继春，王晔，汪富强等.集散控制系统在岭澳核电站中应用[J].电力自动化设备，2010，30（6）：105-110

[2]邓红霞.DCS集散控制系统设计组态及应用[D].华东师范大学，2009

[3]杜之正，吕丽霞，范巧云等.DCS在国能惠民生物质电厂中的应用[J].重庆电力高等专科学校学报，2012，17（3）：77-80

[4]崔世超，杨鹏飞.电力企业电气监控系统接入DCS方式的研究[J].硅谷，2012，（5）：100-100

集散型控制技术在供水工程上的应用 篇4

随着计算机技术的飞速发展,集散型控制系统在工业生产中得到了广泛的应用。所谓集散型控制,就是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种控制技术。它具有通用性强、组态灵活、控制功能完善、人机界面友好、数据处理功能强大、运行安全可靠等诸多特点。同时,随着大功率半导体技术和微电子技术的快速发展,变频器的性价比逐步提高,在各行业也得到了日益广泛的应用。

我公司变频供水系统综合应用了工控组态、变频驱动、可编程序控制器、远程数据通讯等先进技术,构成了一个典型的集散型控制系统。从实际运行情况看,该系统大幅度提高了公司供水的自动化水平,提高了供水可靠性,降低了电能消耗,取得了可观的经济效益和社会效益。

1 系统设计要求

公司供水系统包括大口井至水厂取水,水厂至十一区供水,水厂至一区取水,一区至二、三区供水和一区至八、九区供水等五个子系统。设计之初,我们就明确提出了如下要求,以指导接下来的设计工作。

(1)往十一区,二、三区,八、九区供水应用变频技术,实现恒压变频供水;

(2)对大口井水泵应用软启动技术;

(3)水厂泵房、大口井泵房、一区泵房设现场控制单元,完成数据采集、控制、通讯工作;

(4)值班室设工控机一台,对整个系统进行监控和管理;

(5)系统软、硬件设计首先考虑可靠性要求。

2 设备选型

工控机选用研华工控机IPC-610P(PⅢ866/128M/40G+MOXA多串口卡),安装Windows98或Windows2000操作系统;选用昆仑256点通用版工控组态软件作为系统软件;变频器选用三垦力达电气有限公司的SPF系列高性能多功能静音式变频器;软启动器选用罗克韦尔公司的产品,过载能力强、性能极好;可编程序控制器及模拟量采集模块选用西门子的S7-200系列产品,即CPU226和EM231,该系列产品功能齐全,性价比高,是中、小型系统的首选;指令元件选用施耐德的产品,热继电器选用西门子的产品,其它低压电器则选用国产名牌德力西的产品。

3 系统原理

如图1所示,工控机作为上位机置于水厂值班室内,运行经过二次开发的组态软件,完成对整个系统的监控和管理工作:远程控制各泵房水泵启停;在显示器上显示各泵房采集的数据量(电机电流、电源电压、供水压力及频率、水位等);根据各泵房采集的数据量进行判断和控制;动态显示各水泵的工作状态、记录故障详情并作报警提示;与各泵房的PLC进行数据通讯。可编程序控制器PLC作为现场控制单元,由CPU模块、I/O模块及模拟量模块组成,完成如下工作:按设定的方式控制水泵运行;采集各数据量并对数据进行分析后作出相应控制;将采集到的模拟量和开关量远传至工控机。

电机电流、电源电压、水位等模拟量经过电量隔离变送器或液位变送器转换为0-5V或4-20mA的标准信号送至模拟量模块EM231进行采集,而供水压力和变频器输出频率则直接由变频器的模拟量输出端子送至模拟量模块EM231进行采集。

4 变频供水原理

如图2所示,该系统采用恒压变频供水技术,其基本原理就是由压力传感器、变频器和水泵构成一闭环控制系统。变频器根据设定压力和压力传感器检测到的即时管网压力进行PI运算,得出一个频率值,驱动水泵电机以该频率运行,这样,系统就能根据用水量的变化改变电机运行频率(即改变电机转速),从而保证管网压力处于恒定状态。

5 通讯的实现

随着计算机在工业控制领域的广泛应用,计算机和计算机之间、计算机和现场控制单元(包括PLC、变频器、现场仪表、智能采集模块等)之间以及现场控制单元相互之间的通讯要求越来越强烈,也正是这种强烈要求促进了通讯技术的快速发展。工业控制领域内还是以串行通讯为主,从最初的RS232到现在的各种现场总线,我们可以选择更多的通讯方式,然而,各大公司的工控产品所支持的通讯方式之间兼容性并不是很好,给我们的选择造成了困难。

经过仔细考虑和实际测试,我们最终确定了合适的通讯方式。工控机本身带有两个RS232通讯接口,为了满足和三处泵房的通讯需求,我们扩充了一块MOXA多串口卡;可编程序控制器CPU226本身带有两个RS485通讯接口。工控机和水厂泵房距离近,就采用RS485进行通讯,通讯物理介质为屏蔽双绞线(RVVP-2×0.75),此种通讯方式传输距离约为数百米,传输速率较快。工控机和一区泵房相距约1千米、工控机和大口井泵房相距约1.5千米,它们之间已有电话电缆(20对)相连。为了节约成本,我们优先考虑利用已有的电话电缆线作为通讯物理介质。首先我们想用RS485进行通讯,并在线路两端加了远程通讯驱动模块,但是由于线路长、通讯介质不合适、电磁干扰大,最后失败了。后经多方查找资料,决定采用调制解调器进行远程通讯。利用调制解调器通过公共电话网进行远程数据通讯,理论上是可行的,并且其通讯距离可以通过增加中继而无限延伸。通俗的讲,只要两个地方能通电话,那么就能通过这种方式实现通讯连接,其缺点就是传输速率慢。如图3所示,工控机和一区泵房内的PLC利用Modem及C区交换机进行通讯,工控机和大口井泵房内的PLC利用Modem及一部小交换机(2/8线)进行通讯,该小交换机还顺带解决了值班室、水厂泵房、大口井泵房之间的电话联络问题。从实际运行情况看,效果挺好,通讯速率也能满足要求,这样就解决了该工程的一个难题。

6 结束语

这次变频供水系统设计采用了集散型控制技术,取得了满意的效果。其实在其它领域,比如输配电,也可以采用集散型控制技术以大幅提高自动化水平和管理水平。从技术角度讲,集散型控制系统仅仅是针对工业生产过程的较底层的控制系统。目前,各大公司纷纷推出了基于计算机网络的工厂级信息管理系统,其特点就是将参与生产的各要素作为信息在局域网上互联共享,以方便管理者进行管理和决策。我们这次尝试也算是为工厂信息化发展作一个铺垫。

摘要：本文以工程实例介绍了集散型控制系统在工业生产中的应用。详细阐述了系统设计思路和一些技术难点的解决方法。

关键词：组态软件,工控机,PLC,变频器,通讯

参考文献

[1]S7-200产品目录.

[2]S7-200可编程序控制器系统手册.

[3]廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社.

集散型自动控制系统 篇5

【摘 要】集散控制系统运行维护是过程控制类自动化专业核心课程之一，以该课程为例，从课程开发理念、课程开发路径、课程教学实施等方面探讨学习领域课程的开发模式。

【关键词】高职 DCS 学习领域 课程开发

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2014）10C-0061-03

集散控制系统运行维护是过程自动化相关专业的一门核心专业课程。课程知识涉及自动控制原理、组态软件技术、过程控制技术等内容，其在人才培养中占据重要地位。但一直以来，课程教学过分重视基本原理，缺乏应用实践，缺少与现场工作相结合的实用知识，学生只会死记硬背书本上的原理和公式，无法掌握知识和技能，不能突出工作实践在课程体系中的逻辑主线地位。

我院电气自动化技术专业团队每年都深入合作企业开展人才需求调研，从企业的反馈信息分析，企业需要的过程自动化技术专业人才不仅能熟练地维护检测仪表、过程控制系统，而且要掌握生产工艺，具备集散控制系统组态、运行、维护的技能，并且企业还重视学生发现解决问题能力、团队合作能力以及敬业精神等方面的职业素养。因此，专业团队按学习领域课程理念对专业核心课程集散控制系统运行维护进行了重新设计。

一、课程开发理念

参照职业岗位任职要求和国家职业资格标准，在课程设计中把培养学生的技术应用能力放在首位，围绕职业岗位必需的知识和能力设置课程内容，以企业真实生产活动为背景设计课程训练项目，内容和过程都实现工学结合，从而实现教学情境对接工作情境，让学生通过完成具体项目来构建相关的理论知识、培养职业能力。使学生今天在学校掌握的知识和技能就是明天到企业从事岗位工作所需的知识和技能，为学生今后的职业生涯打下良好的基础。

二、课程开发路径

（一）工作岗位群调研

调研是课程开发的基础和依据，我们对广西华银铝业、广西南糖集团、北京燕化正邦检修公司等企业进行了调研，对专业面向的工作岗位群进行岗位调研和职业能力分析归纳。

（二）典型工作任务分析

召开企业专家、职教专家座谈会，对岗位（群）的典型工作任务、职业能力进行分析，典型工作任务的确定为课程体系的行动领域和学习领域建立奠定了基础。专业面向岗位（群）的典型工作任务如图1所示。

（三）课程体系构建

分析研究典型工作任务所对应的职业能力（行动能力），归纳培养这些职业能力所需的知识，建立起知识点对应的学习领域内容，再通过分析学习领域和行动领域之间的对应关系，从而确定学习领域的内容、数量，从而确定本专业学习领域课程体系。专业课程体系如图1所示。

图1

（四）专业人才培养方案制订

确定了专业的学习领域课程体系之后，以此为基础制订专业的人才培养方案，并经专业理事分会讨论确定。

（五）课程标准制定

课程标准是课程目标、课程内容、实施建议的教学指导性文件。包括以下内容：课程信息、课程定位、设计思路、课程目标、课程内容、要求与教学设计、实施建议等。

（六）核心课程开发

课程的开发涉及职教课程理论、专业技术、教学实践等各方面，因此我院成立了由专业教师、广西华银铝业公司工程师、高教研究室专家组成的课程开发团队。高教研究室专家提供职教理念、课程开发过程指导；企业工程师把关课程内容的技术先进性、项目代表性和理论正确性；专业教师则负责完成课程开发的主要任务。

三、课程的开发与实施

在课程体系中，集散控制系统运行维护是为培养专业核心能力而设置的主干课程，学时 120 课时，安排在毕业设计、顶岗实习之前开设。课程通过相关教学项目的训练，学习过程控制系统的理论知识，培养技术运用能力，为学生学习后续课程，胜任岗位工作，适应职业变换和继续学习打下一定的基础。

（一）课程的岗位与能力目标

集散控制系统运行维护课程参照过程控制系统维护员职业岗位任职要求和仪表维修工国家职业标准，充分考虑学生今后胜任职业所需的知识和技能，直接反映职业岗位或职业角色对从业者的能力要求，在课程项目的训练中培养学生的职业能力。相关的职业岗位典型工作任务与行动领域、专业行动能力分析如表1所示，此表内容为本课程学习领域能力目标确定、课程内容设计的重要依据。

表1 职业岗位行动领域分析表

（二）课程的内容设计

课程设计以项目为载体，任务为驱动，分为基础、专项、综合三大块，共设计有 2 个基础项目，3 个专项项目，1个综合项目。所有项目均来自生产一线，由浅入深设计课程项目内容和教学顺序，符合学生学习的认知规律。所设项目内容涵盖职业岗位能力要求，符合国家职业标准。如表2所示。

表2 课程项目化设计

（三）学习情境设计

所有在项目教学中使用的设备与生产一线同步；所有仿真环境应逼真地反映生产情境；教学现场应能开展理论和实践一体化的教学；所有的项目取自于实际工程，工学结合始终贯穿于整个教学过程，具体表现在以下几个方面：

项目训练中使用国内品牌、主流产品——和利时DCS，该系统已成为项目教学训练的主要设备。控制系统选择典型的检测、控制仪器仪表，采用成熟的控制方案，教学内容与工业实际应用相一致，实现教学内容全面“工学结合”。

模拟企业环境现场教学，课程的教学在实训室现场教学，教学环境贴近企业环境和氛围，教学过程按照实际岗位工作过程，模拟企业部门活动，分配教师和学生担当不同的角色，以典型工作任务为载体来设计活动、组织教学，从而实现理论与实践的有机结合，使学生能够直观地体验工作过程，激发学习的兴趣。

校外企业现场教学和校内教学的工学交替，根据课程教学要求，安排学生到实习基地观摩、见习，企业技术人员现场教学，使学生接触真实岗位，熟悉职业岗位能力的基本要求，激发学生的求知欲望和学习热情。

（四）课程实施设计

按实际工作过程和情境来组织教学，通过“教、学、做”一体化、“任务驱动、行动导向”的项目化教学，每个项目均按照实际的系统开发过程，即控制方案、设备选择、硬件组态、软件组态、系统调试投运的工作流程，分解项目任务，设计组织教学，提供完整工作过程的体验机会，逐步将角色由学习者向工作者过渡，如图2所示。

图2 课程教学的组织实施

（五）实施过程的校企“双教学监控”

企业参与课程实施过程的教学监控。聘请行业专家、企业管理人员与团队教师共同组建成立专业理事分会，企业派出专家全面参与制定质量监控标准与实践教学环节评价，有效监控学生理论教学和项目实训全过程，如图3所示。

图3 企业参与课程的教学监控

（六）教学效果的校企“双评价考核”

考核是对教学效果的直接检验，能激发学生的上进心和荣誉感。为确保考核的公正、合理，由承担课程的校企双方从课程项目学习、课外学习和理论考试三方面进行考核，如图4所示。

图4 企业参与、多层面考核

四、课程改革效果

经过近年来对课程结构、教学方法、教学模式等进行的一系列改革和实践，重点培养学生的岗位职业能力和岗位迁移能力，实现“教、学、做”的有机统一。按照职业岗位设置课程，依照工作任务重构课程，参照国家职业资格标准考核。学生在虚拟工厂接受职业训练，技能水平得到显著提高。

【参考文献】

[1]王秩卿，张堤，赵英凯.“集散控制系统”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2009（1）

[2]刘占年. 基于工作过程的《集散控制系统应用技术》课程改革与探索[J]. 兰州石化职业技术学院学报，2009（12）

[3]周哲民，匡芬芳. 学习领域课程开发探析[J]. 职业教育研究，2010（11）

【作者简介】梁广瑞（1979- ），男，广西南宁人，广西机电职业技术学院讲师，硕士；李 宁（1978- ），男，广西南宁人，广西机电职业技术学院副教授，硕士。

（责编 丁 梦）endprint

【摘 要】集散控制系统运行维护是过程控制类自动化专业核心课程之一，以该课程为例，从课程开发理念、课程开发路径、课程教学实施等方面探讨学习领域课程的开发模式。

【关键词】高职 DCS 学习领域 课程开发

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2014）10C-0061-03

集散控制系统运行维护是过程自动化相关专业的一门核心专业课程。课程知识涉及自动控制原理、组态软件技术、过程控制技术等内容，其在人才培养中占据重要地位。但一直以来，课程教学过分重视基本原理，缺乏应用实践，缺少与现场工作相结合的实用知识，学生只会死记硬背书本上的原理和公式，无法掌握知识和技能，不能突出工作实践在课程体系中的逻辑主线地位。

我院电气自动化技术专业团队每年都深入合作企业开展人才需求调研，从企业的反馈信息分析，企业需要的过程自动化技术专业人才不仅能熟练地维护检测仪表、过程控制系统，而且要掌握生产工艺，具备集散控制系统组态、运行、维护的技能，并且企业还重视学生发现解决问题能力、团队合作能力以及敬业精神等方面的职业素养。因此，专业团队按学习领域课程理念对专业核心课程集散控制系统运行维护进行了重新设计。

一、课程开发理念

参照职业岗位任职要求和国家职业资格标准，在课程设计中把培养学生的技术应用能力放在首位，围绕职业岗位必需的知识和能力设置课程内容，以企业真实生产活动为背景设计课程训练项目，内容和过程都实现工学结合，从而实现教学情境对接工作情境，让学生通过完成具体项目来构建相关的理论知识、培养职业能力。使学生今天在学校掌握的知识和技能就是明天到企业从事岗位工作所需的知识和技能，为学生今后的职业生涯打下良好的基础。

二、课程开发路径

（一）工作岗位群调研

调研是课程开发的基础和依据，我们对广西华银铝业、广西南糖集团、北京燕化正邦检修公司等企业进行了调研，对专业面向的工作岗位群进行岗位调研和职业能力分析归纳。

（二）典型工作任务分析

召开企业专家、职教专家座谈会，对岗位（群）的典型工作任务、职业能力进行分析，典型工作任务的确定为课程体系的行动领域和学习领域建立奠定了基础。专业面向岗位（群）的典型工作任务如图1所示。

（三）课程体系构建

分析研究典型工作任务所对应的职业能力（行动能力），归纳培养这些职业能力所需的知识，建立起知识点对应的学习领域内容，再通过分析学习领域和行动领域之间的对应关系，从而确定学习领域的内容、数量，从而确定本专业学习领域课程体系。专业课程体系如图1所示。

图1

（四）专业人才培养方案制订

确定了专业的学习领域课程体系之后，以此为基础制订专业的人才培养方案，并经专业理事分会讨论确定。

（五）课程标准制定

课程标准是课程目标、课程内容、实施建议的教学指导性文件。包括以下内容：课程信息、课程定位、设计思路、课程目标、课程内容、要求与教学设计、实施建议等。

（六）核心课程开发

课程的开发涉及职教课程理论、专业技术、教学实践等各方面，因此我院成立了由专业教师、广西华银铝业公司工程师、高教研究室专家组成的课程开发团队。高教研究室专家提供职教理念、课程开发过程指导；企业工程师把关课程内容的技术先进性、项目代表性和理论正确性；专业教师则负责完成课程开发的主要任务。

三、课程的开发与实施

在课程体系中，集散控制系统运行维护是为培养专业核心能力而设置的主干课程，学时 120 课时，安排在毕业设计、顶岗实习之前开设。课程通过相关教学项目的训练，学习过程控制系统的理论知识，培养技术运用能力，为学生学习后续课程，胜任岗位工作，适应职业变换和继续学习打下一定的基础。

（一）课程的岗位与能力目标

集散控制系统运行维护课程参照过程控制系统维护员职业岗位任职要求和仪表维修工国家职业标准，充分考虑学生今后胜任职业所需的知识和技能，直接反映职业岗位或职业角色对从业者的能力要求，在课程项目的训练中培养学生的职业能力。相关的职业岗位典型工作任务与行动领域、专业行动能力分析如表1所示，此表内容为本课程学习领域能力目标确定、课程内容设计的重要依据。

表1 职业岗位行动领域分析表

（二）课程的内容设计

课程设计以项目为载体，任务为驱动，分为基础、专项、综合三大块，共设计有 2 个基础项目，3 个专项项目，1个综合项目。所有项目均来自生产一线，由浅入深设计课程项目内容和教学顺序，符合学生学习的认知规律。所设项目内容涵盖职业岗位能力要求，符合国家职业标准。如表2所示。

表2 课程项目化设计

（三）学习情境设计

所有在项目教学中使用的设备与生产一线同步；所有仿真环境应逼真地反映生产情境；教学现场应能开展理论和实践一体化的教学；所有的项目取自于实际工程，工学结合始终贯穿于整个教学过程，具体表现在以下几个方面：

项目训练中使用国内品牌、主流产品——和利时DCS，该系统已成为项目教学训练的主要设备。控制系统选择典型的检测、控制仪器仪表，采用成熟的控制方案，教学内容与工业实际应用相一致，实现教学内容全面“工学结合”。

模拟企业环境现场教学，课程的教学在实训室现场教学，教学环境贴近企业环境和氛围，教学过程按照实际岗位工作过程，模拟企业部门活动，分配教师和学生担当不同的角色，以典型工作任务为载体来设计活动、组织教学，从而实现理论与实践的有机结合，使学生能够直观地体验工作过程，激发学习的兴趣。

校外企业现场教学和校内教学的工学交替，根据课程教学要求，安排学生到实习基地观摩、见习，企业技术人员现场教学，使学生接触真实岗位，熟悉职业岗位能力的基本要求，激发学生的求知欲望和学习热情。

（四）课程实施设计

按实际工作过程和情境来组织教学，通过“教、学、做”一体化、“任务驱动、行动导向”的项目化教学，每个项目均按照实际的系统开发过程，即控制方案、设备选择、硬件组态、软件组态、系统调试投运的工作流程，分解项目任务，设计组织教学，提供完整工作过程的体验机会，逐步将角色由学习者向工作者过渡，如图2所示。

图2 课程教学的组织实施

（五）实施过程的校企“双教学监控”

企业参与课程实施过程的教学监控。聘请行业专家、企业管理人员与团队教师共同组建成立专业理事分会，企业派出专家全面参与制定质量监控标准与实践教学环节评价，有效监控学生理论教学和项目实训全过程，如图3所示。

图3 企业参与课程的教学监控

（六）教学效果的校企“双评价考核”

考核是对教学效果的直接检验，能激发学生的上进心和荣誉感。为确保考核的公正、合理，由承担课程的校企双方从课程项目学习、课外学习和理论考试三方面进行考核，如图4所示。

图4 企业参与、多层面考核

四、课程改革效果

经过近年来对课程结构、教学方法、教学模式等进行的一系列改革和实践，重点培养学生的岗位职业能力和岗位迁移能力，实现“教、学、做”的有机统一。按照职业岗位设置课程，依照工作任务重构课程，参照国家职业资格标准考核。学生在虚拟工厂接受职业训练，技能水平得到显著提高。

【参考文献】

[1]王秩卿，张堤，赵英凯.“集散控制系统”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2009（1）

[2]刘占年. 基于工作过程的《集散控制系统应用技术》课程改革与探索[J]. 兰州石化职业技术学院学报，2009（12）

[3]周哲民，匡芬芳. 学习领域课程开发探析[J]. 职业教育研究，2010（11）

【作者简介】梁广瑞（1979- ），男，广西南宁人，广西机电职业技术学院讲师，硕士；李 宁（1978- ），男，广西南宁人，广西机电职业技术学院副教授，硕士。

（责编 丁 梦）endprint

【摘 要】集散控制系统运行维护是过程控制类自动化专业核心课程之一，以该课程为例，从课程开发理念、课程开发路径、课程教学实施等方面探讨学习领域课程的开发模式。

【关键词】高职 DCS 学习领域 课程开发

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2014）10C-0061-03

集散控制系统运行维护是过程自动化相关专业的一门核心专业课程。课程知识涉及自动控制原理、组态软件技术、过程控制技术等内容，其在人才培养中占据重要地位。但一直以来，课程教学过分重视基本原理，缺乏应用实践，缺少与现场工作相结合的实用知识，学生只会死记硬背书本上的原理和公式，无法掌握知识和技能，不能突出工作实践在课程体系中的逻辑主线地位。

我院电气自动化技术专业团队每年都深入合作企业开展人才需求调研，从企业的反馈信息分析，企业需要的过程自动化技术专业人才不仅能熟练地维护检测仪表、过程控制系统，而且要掌握生产工艺，具备集散控制系统组态、运行、维护的技能，并且企业还重视学生发现解决问题能力、团队合作能力以及敬业精神等方面的职业素养。因此，专业团队按学习领域课程理念对专业核心课程集散控制系统运行维护进行了重新设计。

一、课程开发理念

参照职业岗位任职要求和国家职业资格标准，在课程设计中把培养学生的技术应用能力放在首位，围绕职业岗位必需的知识和能力设置课程内容，以企业真实生产活动为背景设计课程训练项目，内容和过程都实现工学结合，从而实现教学情境对接工作情境，让学生通过完成具体项目来构建相关的理论知识、培养职业能力。使学生今天在学校掌握的知识和技能就是明天到企业从事岗位工作所需的知识和技能，为学生今后的职业生涯打下良好的基础。

二、课程开发路径

（一）工作岗位群调研

调研是课程开发的基础和依据，我们对广西华银铝业、广西南糖集团、北京燕化正邦检修公司等企业进行了调研，对专业面向的工作岗位群进行岗位调研和职业能力分析归纳。

（二）典型工作任务分析

召开企业专家、职教专家座谈会，对岗位（群）的典型工作任务、职业能力进行分析，典型工作任务的确定为课程体系的行动领域和学习领域建立奠定了基础。专业面向岗位（群）的典型工作任务如图1所示。

（三）课程体系构建

分析研究典型工作任务所对应的职业能力（行动能力），归纳培养这些职业能力所需的知识，建立起知识点对应的学习领域内容，再通过分析学习领域和行动领域之间的对应关系，从而确定学习领域的内容、数量，从而确定本专业学习领域课程体系。专业课程体系如图1所示。

图1

（四）专业人才培养方案制订

确定了专业的学习领域课程体系之后，以此为基础制订专业的人才培养方案，并经专业理事分会讨论确定。

（五）课程标准制定

课程标准是课程目标、课程内容、实施建议的教学指导性文件。包括以下内容：课程信息、课程定位、设计思路、课程目标、课程内容、要求与教学设计、实施建议等。

（六）核心课程开发

课程的开发涉及职教课程理论、专业技术、教学实践等各方面，因此我院成立了由专业教师、广西华银铝业公司工程师、高教研究室专家组成的课程开发团队。高教研究室专家提供职教理念、课程开发过程指导；企业工程师把关课程内容的技术先进性、项目代表性和理论正确性；专业教师则负责完成课程开发的主要任务。

三、课程的开发与实施

在课程体系中，集散控制系统运行维护是为培养专业核心能力而设置的主干课程，学时 120 课时，安排在毕业设计、顶岗实习之前开设。课程通过相关教学项目的训练，学习过程控制系统的理论知识，培养技术运用能力，为学生学习后续课程，胜任岗位工作，适应职业变换和继续学习打下一定的基础。

（一）课程的岗位与能力目标

集散控制系统运行维护课程参照过程控制系统维护员职业岗位任职要求和仪表维修工国家职业标准，充分考虑学生今后胜任职业所需的知识和技能，直接反映职业岗位或职业角色对从业者的能力要求，在课程项目的训练中培养学生的职业能力。相关的职业岗位典型工作任务与行动领域、专业行动能力分析如表1所示，此表内容为本课程学习领域能力目标确定、课程内容设计的重要依据。

表1 职业岗位行动领域分析表

（二）课程的内容设计

课程设计以项目为载体，任务为驱动，分为基础、专项、综合三大块，共设计有 2 个基础项目，3 个专项项目，1个综合项目。所有项目均来自生产一线，由浅入深设计课程项目内容和教学顺序，符合学生学习的认知规律。所设项目内容涵盖职业岗位能力要求，符合国家职业标准。如表2所示。

表2 课程项目化设计

（三）学习情境设计

所有在项目教学中使用的设备与生产一线同步；所有仿真环境应逼真地反映生产情境；教学现场应能开展理论和实践一体化的教学；所有的项目取自于实际工程，工学结合始终贯穿于整个教学过程，具体表现在以下几个方面：

项目训练中使用国内品牌、主流产品——和利时DCS，该系统已成为项目教学训练的主要设备。控制系统选择典型的检测、控制仪器仪表，采用成熟的控制方案，教学内容与工业实际应用相一致，实现教学内容全面“工学结合”。

模拟企业环境现场教学，课程的教学在实训室现场教学，教学环境贴近企业环境和氛围，教学过程按照实际岗位工作过程，模拟企业部门活动，分配教师和学生担当不同的角色，以典型工作任务为载体来设计活动、组织教学，从而实现理论与实践的有机结合，使学生能够直观地体验工作过程，激发学习的兴趣。

校外企业现场教学和校内教学的工学交替，根据课程教学要求，安排学生到实习基地观摩、见习，企业技术人员现场教学，使学生接触真实岗位，熟悉职业岗位能力的基本要求，激发学生的求知欲望和学习热情。

（四）课程实施设计

按实际工作过程和情境来组织教学，通过“教、学、做”一体化、“任务驱动、行动导向”的项目化教学，每个项目均按照实际的系统开发过程，即控制方案、设备选择、硬件组态、软件组态、系统调试投运的工作流程，分解项目任务，设计组织教学，提供完整工作过程的体验机会，逐步将角色由学习者向工作者过渡，如图2所示。

图2 课程教学的组织实施

（五）实施过程的校企“双教学监控”

企业参与课程实施过程的教学监控。聘请行业专家、企业管理人员与团队教师共同组建成立专业理事分会，企业派出专家全面参与制定质量监控标准与实践教学环节评价，有效监控学生理论教学和项目实训全过程，如图3所示。

图3 企业参与课程的教学监控

（六）教学效果的校企“双评价考核”

考核是对教学效果的直接检验，能激发学生的上进心和荣誉感。为确保考核的公正、合理，由承担课程的校企双方从课程项目学习、课外学习和理论考试三方面进行考核，如图4所示。

图4 企业参与、多层面考核

四、课程改革效果

经过近年来对课程结构、教学方法、教学模式等进行的一系列改革和实践，重点培养学生的岗位职业能力和岗位迁移能力，实现“教、学、做”的有机统一。按照职业岗位设置课程，依照工作任务重构课程，参照国家职业资格标准考核。学生在虚拟工厂接受职业训练，技能水平得到显著提高。

【参考文献】

[1]王秩卿，张堤，赵英凯.“集散控制系统”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2009（1）

[2]刘占年. 基于工作过程的《集散控制系统应用技术》课程改革与探索[J]. 兰州石化职业技术学院学报，2009（12）

[3]周哲民，匡芬芳. 学习领域课程开发探析[J]. 职业教育研究，2010（11）

【作者简介】梁广瑞（1979- ），男，广西南宁人，广西机电职业技术学院讲师，硕士；李 宁（1978- ），男，广西南宁人，广西机电职业技术学院副教授，硕士。

浅谈化工自动化集散控制系统 篇6

关键词：化工自动化,集散控制系统,仪表

DCS是以微处理器为基础, 综合运用了计算机技术、图形显示技术、网络通信技术和自动控制技术, 对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种计算机综合控制系统。

1 DCS在化工行业中的市场情况

DCS在石油化工系统中广泛应用是因为它能满足以下功能: (1) 模拟量的数据采集和控制; (2) 开关量的顺序控制; (3) 开关量、模拟量结合进行控制, 即混合控制。除此三项控制功能外, 还有人机界面友好、安全可靠、易于安装、容易使用、便于维护、便于扩展和升级换代等特点。

据估计, 由于DCS在化工行业大中型自控装置中近五年内没有可替代产品, 目前, 我国石化行业要有一千多套装置需要应用DCS控制, 而设备更新改造扩容也需要扩大原来DCS系统, 至于日常维护、备品备件, 那也是很可观的, 所以今后一段时间内, DCS在化工行业中的重要性是不容置疑的。

2 DCS的主要构成

DCS主要由控制站、操作站和工程师站、数据通信及网络等三部分构成。

2.1 控制站

控制站DCS系统中, 控制站是一个完整的计算机, 实际运行中可以暂时在不与操作站及网络相连的情况下, 完成过程控制策略, 保证生产装置运行。控制站作为一个完整的计算机, 它的主要I/O设备为现场的输入、输出处理设备, 即过程输入/输出 (PI/O) , 包括信号变换与信号调理, A/D、D/A转换。在信号变换过程中采用隔离技术以防止来自现场的干扰信号, 以及与现场连接的端子及输入、输出信号的物理位置的方便确认, 这是至关重要的。控制站是整个DCS的基础, 它的可靠性和安全性最为主要, 死机和控制失灵的现象是绝对不允许的, 而且冗余、掉电保护、抗电磁干扰、构成防爆系统等方面都有效而可靠, 才能满足用户要求。

2.2 操作站和工程师站

DCS系统形成初期操作站各工程师站合一, 即操作站具有操作员功能、工程师功能、通信功能和高级语言功能等。其中工程师功能中包括系统组态、系统维护、系统通用功能。DCS操作站是典型的计算机, 有着丰富的外围设备和人机界面。操作站要实现其多项功能, 必须完成数据组织和存储两方面任务, 如与工位号相关的一些数据, 在操作站中要对由某控制站某端子与现场仪表相连的, 由物理位置决定的工位规定工位号 (即特征号或标签Tag) 各工位说明 (可以用汉字) , 使之与工艺对象一致, 以保证工艺操作人员的操作, 工位号可以在整个系统中通用。其它还有系统配置、操作标记、趋势记录、历史数据管总貌画面组态、工艺单元或区域组态等, 这些均组织成文件, 最终形成数据库, 存储在硬盘的相应区域, 使数据具有独立性和共享性、保证数据的实时性、完整性和安全性。

2.3 数据通信及网络

上两节所述控制站、操作站、工程师站, 均为通信网络的节点, DCS网络上的节点还可能有上位机 (高级控制计算站) 、与工厂管理网相连的网关等。DCS网络是DCS的生命线, 在DCS整个系统的实时性、可靠性和可扩充性方面起着重要的作用。在当前DCS中通信功能的发展是与全厂管理网络技术相融合, 逐渐实现通信网络由多重结构向扁平化过渡, 所以更具有开放性。DSC系统的规模与通信能力有关系, 而通信的复杂性主要表现在品的互联问题, 这样才能够既保证了系统的扩展性, 又保护了用户的初期投资。

3 提高DCS应用水平的途径

3.1 改进控制算法

各种类型的DCS对控制算法进行了改进。例如, 采用分离的PID控制算法, 对积分控制采用积分分离、梯形积分等;对微分算法采用微分先行、实际微分和滤波等, 采用离散的差拍控制算法、改进大林算法和V1 E1算法等。

3.2 改进控制系统

根据扰动情况增设前馈控制, 并与原有的反馈控制结合;根据扰动情况组成串级控制;根据控制系统的关联情况设置解耦控制;根据对象的时滞情况设置时滞补偿控制;为提高系统的安全性设置选择性控制;采用模糊控制等智能控制。

3.3 充分发挥计算机的计算功能

采用基于模型的按计算指标控制的控制系统, 例如, 热量控制、温度补偿的控制等;采用软测量技术, 使一些难于测量或暂时还无法测量的过程变量能够根据一些容易测量的过程变量来推算获得;优化控制, 建立生产过程的数学模型, 对生产过程优化, 用简单实用的方法找出系统的瓶颈, 从局部优化到整体优化。

3.4 连续控制与离散控制结合

采用离散控制与连续控制结合, 提高控制质量或控制水平, 例如, 在批量控制开始时用离散控制将控制阀全开, 然后在被控变量达到某一设定值时自动切换到连续控制等;开停车控制等。

3.5 管理和控制结合

将生产过程数据传送到管理部门, 用于生产过程的调度、计划等, 建立管理信息系统;组建过程集成控制系统, 将信息集成, 实现综合自动化。

上述提高DCS应用水平的方法在实际生产应用中已经取得一定经济效益。

4 DCS系统应用中遇到的问题

4.1 选型问题

石化行业中无论新建项目或是改造项目, 首先是DCS的选型问题。鉴于各种DCS有其通用性, 且参与竞争的DCS厂家或系统集成商较多, 所以各设计院或业主在标书中均不指定DCS的型号, 只规定I/O点数、控制回路数、控制室与现场工艺装置之间的物理位置、人机界面要求、先进控制或数学模型优化等方面的要求、与整个企业管理网络之间关系等项要求, 标书中为了显示公平、公正、公开的原则, 选型应在标书中多列出国际或国外的各项标准同时, 也要重视国内DCS相关标准。

4.2 关于业绩问题

DCS的功能比较复杂, DCS开发过程是针对不同行业的, 而且具体的工程项目的要求也很多, 很难对DCS做唯一的选择, 业主选用选型风险小的DCS这是合情合理的。因此, 如某国产DCS可靠性很高, 在类似工艺的中小装置上应用很好, 又有系统扩充能力等, 再加上国产DCS厂家掌握原程序, 可以按照业主要求增加某些特殊功能等, 所以在同等价格的条件下, 可以参加竞争。

4.3 服务问题

DCS是技术含量很高的产品, 服务问题成了DCS厂家或系统集成商的新亮点。如何做好前服务、中服务、后服务非常重要的, 应该把DCS工程有始有终的做好, 搞好服务, 使DCS工程经济效益、社会效益双丰收。

5 结语

目前, DCS广泛应用于生产过程控制中, 较好地解决了用户对系统大容量、高可靠、智能化、开放性等方面的要求。DCS系统在石化生产中的应用已经趋于成熟, 及时总结和归纳应用经验, 有利于规范应用、避免低水平的问题重复发生、提高应用效率、为智能化工厂提供一个可靠稳定的过程控制基础平台。

参考文献

[1]郑名登.我国化工自动化发展现状和水平[J].化工自动化及仪表, 1998, 25 (3) .[1]郑名登.我国化工自动化发展现状和水平[J].化工自动化及仪表, 1998, 25 (3) .

[2]梁瑜.DCS系统应用小结[J].河南化工, 2005, 22.[2]梁瑜.DCS系统应用小结[J].河南化工, 2005, 22.

电厂输煤集散控制系统 篇7

输煤系统是火电企业生产的重要组成部分, 电厂输配煤系统是发电设备可靠运行的关键环节。而输煤系统设备较多且各设备间联锁关系复杂, 设备运行环境恶劣, 安全可靠性要求高。落后的输煤设备不仅效率低而且输送量不准确, 手工操作又将人为因素引入输煤环节, 使工艺配煤难以在生产中保持稳定, 严重影响配煤环节及发电效率。采用集散控制系统对输煤过程进行监控及逻辑联锁判断, 能有效提高输煤效率, 保证生产中煤源安全, 使配煤过程稳定运行[1]。

目前, 集散控制系统 (DCS) 已在工业控制领域中得到广泛应用, 其“管理集中, 控制分散”的模式更有利于实现企业“管-控”一体化的管理模式。本文介绍的电厂输煤控制系统采用和利时的HOLLIAS-MACSV设计并组态, 运行稳定, 安全可靠, 实时性较好。

1 系统构成

1.1 控制系统基本结构

输煤控制系统结构如图1所示, 它由各个站点及网络构成, 站点即管理网络中的节点, 包括操作员站、现场控制站和工程师站。

操作员站可以完成对现场设备及各输入输出点的实时监视和控制, 是操作人员与现场的交互平台。工程师站完成系统运行前的组态工作, 以及系统运行过程中工艺参数和工艺条件的变更。对于小型DCS系统, 操作员站和工程师站可以合并为操作站, 同时承担组态及监控任务。现场控制站是控制系统的核心, 是连接现场及控制室的枢纽, 它完成控制系统的输入信号采集、输出信号控制及数据处理等[2]。

系统模块即输入输出 (I/O) 模块, 可以按照采样周期输入检测信号和输出控制信号。输煤系统主要用来控制皮带传送的时间及开停车顺序以及监视煤仓的储煤状态, 因此选取开关量输入输出模块及模拟量输入模块做为现场采集控制单元。

1.2 控制网络

控制网络用于实现各站点之间的数据传送及资源共享, 网络包括系统网络和控制网络。系统网络连接操作站和现场控制站, 可实现远程监控现场工况。控制网络主要连接现场控制站的I/O模块及主处理器。

1.3 应用软件

系统应用软件主要是指组态软件和操作软件。组态软件根据工艺条件定义硬件设备信息、网络构成, 以及建立输入输出参数数据库。操作软件用于实现动态画面显示及实时数据监控, 其中数据报表分析功能可以用来对重要参数进行定性分析。

2 控制系统组态

2.1 控制设备组态

设备组态包括系统站点组态和I/O模块组态两部分。系统站点组态的任务是完成现场控制站、操作站的硬件配置;I/O模块组态是对现场模块进行选型及通道分配。

本输煤DCS系统配置了一个工程师站和一个操作员站, 采用工程师站、操作员站双机冗余、主从备份的模式。实行口令配置, 将组态与操作隔离, 提高了系统运行的安全性。

2.2 数据库总控组态

数据库总控组态定义了各输入/输出点的名称、类型及数据操作范围, 为实现参数超限报警、系统联锁提供条件设定。

根据输煤系统工艺要求对输入/输出点进行数据定义。包括参数位号、设备序号、联锁条件、报警限、输入输出信号类型等。

2.3 控制器算法组态

算法组态用于用户程序控制方案的实施, 将组态程序通过系统网络下装至现场控制站主控存储单元, 经仿真调试、模拟试车, 以实现按工艺条件的自动运行。

输煤系统主要依靠皮带输送煤料, 皮带开停车顺序是主要逻辑关系, 既要保证高效率的传送煤量, 还应该不出现原煤堆积的现象。煤料的配比与皮带传送的煤量时间也是保证生产的关键, 因此控制算法中应对皮带开启及停止运行的间隔时间给予充分考虑。

2.4 图形组态

图形组态软件主要用于编辑生成系统运行时所需的工况图及参数监视画面 (如图2所示) , 以实现输煤生产过程的在线监控。在静态图形中添加动态数据, 能够使生产数据实时显示。为解决数据采集的滞后性, 可以根据实际工况调整参数采样周期。

3 结论

输煤集散控制系统生产设备庞大, 运行距离较远, 系统关联性较强, 是一个综合的系统工程, 不仅与控制系统设计、运行设备的质量密切相关, 而且还需要完善的输煤工艺、可靠的工艺设备、准确的传感器信号作为可靠运行的必备条件。采用集散控制系统取代传统仪表对整个输煤过程进行监测和控制, 减轻了现场工人的劳动强度, 提高了控制效果, 也使系统的自动化程度达到了一个新的水平。

摘要：输送煤料是火电行业生产的重要环节, 输煤系统控制水平直接影响到发电厂的生产运行。介绍了控制系统的基本结构, 阐述了控制系统的应用组态方法, 实际应用表明利用集散系统对输煤过程进行监测、控制、逻辑判断, 能有效提高生产效率。

关键词：输煤系统,集散控制,组态

参考文献

[1]葛修军.PLC在输煤程控系统中的应用[J].煤炭技术, 2009, 28 (8) :25-27.

焦炉集散控制系统的开发与应用 篇8

焦炉是焦化企业的主要设备,随着焦化企业的不断增加,生产规模的不断扩大,焦炉的安全稳定运行成为企业生产和发展的必要条件。焦化化工生产的介质种类多,大都具有高黏度、强腐蚀、高温、有毒等特性,因而造成流量、压力、温度的测量难度大、精度低。采用常规仪表,其控制精度低、故障率高、维修费用高,从而增加了生产成本。目前,集散控制系统(DCS)已普遍应用于工业控制领域中,其“集中管理,分散控制”的控制模式更适应现代化企业生产管-控一体化的思想。本文介绍的焦炉控制系统就是基于HOLLIAS-MACSV而设计的集散控制系统,该系统运行稳定可靠,实时性好,对焦炉的安全生产起到了重要的作用。

1焦炉集散控制系统简介

1.1 系统结构

焦炉控制系统由操作站、现场控制站和服务器站组成。操作站由工程师站和操作员站组成。工程师站是DCS中的一个特殊功能站,其主要作用是对DCS进行应用组态;操作员站主要完成人机界面的功能,是操作人员对现场监视与控制的平台。现场控制站是DCS的核心,系统主要的控制功能由它来完成。服务器站的主要功能是完成监督控制层的工作,如整个生产装置或全厂运行状态的监视,对生产过程各个部分出现的异常情况发现和处置,向更高层的生产调度和生产管理系统提供实时数据和执行控制调节等。

HOLLIAS-MACSV系统采用了目前世界上先进的现场总线技术(Profibus-DP总线)对控制系统进行计算机监控。集散控制系统的网络分为监控网络、系统网络和控制网络3个层次。监控网络实现工程师站、操作员站、高级计算站与系统服务器的互连,系统网络实现现场控制站与系统服务器的互连, 控制网络实现现场控制站与过程I/O单元的通讯。

现场I/O参数的采集和控制由现场控制站内的FM系列功能模块完成。I/O单元包括:热电阻输入模块FM143A,转换类型为Cu50、Pt100;热电偶输入模块FM147A,转换类型为E、K等;数字量输入模块FM161D和数字量输出模块FM171;模拟量输入模块FM148A和模拟量输出模块FM151。

1.2 系统软件

HOLLIAS-MACSV系统软件提供了动态丰富、操控直观方便的人机交互界面,功能强大的一体化组态编程与调试软件实现了对全系统所有功能的组态;强大的数据储存与处理能力可以记录所有重要的历史数据并提供生产数据分析报表。其主要包括:设备组态软件、数据库总控软件、服务器算法软件、控制器算法软件、图形组态软件、报表生成软件。

2系统组态

MACSV系统提供的是一个通用的系统组态和运行控制平台,应用系统需要通过工程师站软件组态产生,即把通用系统提供的模块化的功能单元按一定的逻辑组合起来,形成一个能完成特定要求的应用系统。系统组态后将产生应用系统的数据库、控制运算程序、历史数据库、监控流程图以及各类生产管理报表。系统组态流程见图1。

2.1 设备组态

系统设备分为系统设备组态和I/O设备组态两部分。系统设备组态的任务是完成系统网和监控网络上各个网络节点设备(系统服务器、操作员站和现场控制站)的硬件配置;I/O设备组态是以现场控制站为单位来完成每个站的I/O单元(I/O模块、远程I/O等)配置。

焦炉DCS系统配置一个工程师站(站号10)和两个操作员站(站号50、51),采用双机冗余、主从备份的控制器模式。系统网络中的节点数据诊断周期为3s,故障周期为5s。

2.2 数据库总控组态

数据库总控组态软件用于定义MACSV应用系统的核心数据环境——数据库。数据库组态软件由3部分组成:数据库总控、数据库编辑、控制表编辑。数据库组态就是定义和编辑系统各站的点信息。

根据焦炉控制系统的不同工艺要求对模拟量输入、输出(AI、AO)和数字量输入、输出(DI、DO)进行数据定义,包括点名、设备号、报警上下限、量程、输入和输出格式等。

2.3 服务器算法组态

服务器算法软件是用来实现在MACSV应用系统的服务器上运行控制方案的组织和基本构成。用树型结构表现工程、站和控制方案之间的关系,设置控制方案的基本属性,如方案名、方案采用的语言(顺序流程图SFC、结构文本语言ST、功能块图FBD、梯形图LD、计算公式FM)、运算周期、运算开关、运算次序等。

2.4 控制器算法组态

控制器算法用来实现在MACSV应用系统的现场控制站主控单元上运行控制方案的组织和基本构成。

焦炉集散控制系统中的控制回路主要针对集气管压力进行调节。焦炉集气管压力的稳定是焦炉正常生产的重要因素,它要求控制精度高、反应快。集气管压力控制回路采用了模糊控制与PID控制的“智能控制器”,如图2所示。MACSV系统中所采用的“智能控制器”是在常规控制器的基础上加入启发式的专家经验(实际上是引入了非线性手段),解决“快速性”和“超调量”之间的矛盾,做到既无超调又快速。在偏差较小时,采用PID控制算法将被控对象的误差值控制在一定范围之内,系统将自动趋向平衡点。在偏差较大时,控制器切换为模糊控制模式,根据煤气总管压力、外供煤气压力、风机出口压力、机前吸力以及1#炉、2#炉集气管压力等参数的综合判断,分别使控制器的输出为大、中、小值,以尽快减小偏差,当偏差减小到一定值时,再切换到PID控制。

2.5 图形组态

图形组态软件主要用于编辑生成MACSV应用系统运行时所需的工艺流程图,用来实现工艺生产过程的在线监控。在静态图形中添加动态数据,可实现生产数据的实时显示,并利用动态特性定义动态点显示方式及条件,显示报警、联锁等相关工艺参数。

3结论

焦炉集散控制系统生产工艺流程复杂,系统关联性强,测量介质腐蚀性强,易堵、易结晶,给检测、控制带来极大困难。用MACSV控制系统取代传统仪表对整个生产过程进行检测和控制,能够保证生产安全、稳定。该系统的投入减轻了现场工人的劳动强度,提高了控制效果,改善了产品质量。

参考文献

[1]沈晓群,胡即明,叶继英.基于MACS的集散控制系统的开发与应用[J].自动化技术与应用,2007,26(8):19-21.

集散系统控制软件的普适模型 篇9

关键词：集散控制系统,设计模式,状态机,MVC,状态模式

0 引 言

随着嵌入式微处理器的发展, 软件的成本、作用等因素在嵌入式系统中所占的比例越来越大。为了提高嵌入式软件的质量和开发速度, 不少现代软件工程方法在该领域得到了充分应用。在工业控制领域, 集散控制系统具有危险分散、控制分散, 而操作和管理集中[1]等特点, 因而得到了广泛的应用。集散控制系统中主控软件的好坏对整个系统的优劣起着至关重要的作用。本文结合实际开发经验, 提炼出一个集散控制系统中主控软件的普适模型。该模型运用了设计模式等面向对象程序设计技术[2], 采用分层方式进行描述, 适用于主控模块采用嵌入式微处理器的中小型集散控制系统, 可用C或C++语言实现。

1 状态机及设计模式

状态机是一个三元组T = (Q, I, Ψ) , 其中Q是一个系统的所有可能状态的集合, I是系统中的所有可能事件的集合, (Ψ: I ×Q → Q) 是一个转换函数, 决定任何一个可能的事件到达某一状态时将要进入的下一状态。常用的状态机的描述形式是状态图。状态模式是对状态机的一种有效的软件实现方式, 它充分利用面向对象的多态技术, 避免了嵌套的switch语句, 从而实现了软件结构的高内聚和松耦合[6], 状态模式的结构如图1所示。MVC模式是把表示逻辑与业务逻辑相分离的设计模式, 由模型、视图和控制器三部分组成。模型封装数据对象, 视图作为模型的显示, 表示数据对象的当前状态, 控制器定义对用户的输入执行相应操作的接口, 它用来操作模型和数据对象。

2 分层设计

2.1 系统模型

如图2所示, 集散控制系统主要由功能模块、主控系统和通信总线三部分构成。

不同的功能模块通过总线与主控系统进行通信, 功能模块之间不能直接进行通信, 必须通过主控系统中转。功能模块是可以脱离主控系统独立工作的功能实体, 它有独立的MCU、独立的控制程序, 接受来自主控系统的命令和参数, 并向主控系统汇报状态信息。主控系统可以是工控机也可以是任意的嵌入式系统, 但一般都包含显示设备 (如:LCD显示器) 、输入设备 (如:键盘) 和总线控制设备。主控系统的主要功能包括:存储系统配置参数;按规则调度各功能模块协调工作;收集、存储和显示各模块的状态信息;提供完成业务逻辑所需的算法等等。

2.2 分层模型

系统被分为了五层, 其中高三层 (用户接口层、控制层和业务逻辑层) 分别与MVC设计模式[3]的视图、控制器和模型相对应。业务逻辑层之下是功能对象层及协议和设备驱动层, 这两层是分别对软件实体、硬件实体及通信协议实体的抽象, 这些实体在软件中表现为对象, 是应用其它设计模式的基础[4]。软件的分层模型如图3所示。

2.2.1 用户接口层

用户接口层主要处理用户输入和显示输出, 一般由图形界面和键盘输入两部分构成。在显示内容多于一个页面的情况下, 可以采用状态机来为图形界面建模, 如图4所示。在显示结构较复杂的时候, 比如包含层叠式窗口时, 还可以使用分层状态机模型[5]。当然, 如果软件运行在Windows、Linux等操作系统上时, 可以使用MFC、JFC等框架轻易地实现软件的图形界面显示。按键和显示内容一般有某种对应关系, 根据不同的设计方法, 主要有两种, 其一是状态无关, 即在任何显示界面下, 同一按键的功能是相同的;其二是状态相关, 即在不同的界面下, 同一个按键的功能可能不同。不论属于哪种情况, 在采用MVC模式的结构中, 输入/输出消息均由控制层来处理, 用户接口层只起接收输入或显示输出等简单功能, 而控制层本身就是状态相关的, 因此可以方便地处理以上两种情况。

2.2.2 控制层

控制层的主要功能是根据用户输入和当前的业务逻辑状态, 决定调用或执行业务逻辑层的什么过程或方法, 接收来自系统内部的消息 (如:定时器消息等) 并根据需要调用用户界面层的接口函数, 更新显示内容, 它起着业务逻辑和用户接接口层间的桥梁作用。

传统的MVC模式中, 控制层与用户接口层和业务逻辑层间的联系采用函数直接调用的方式实现, 因此它们之间的耦合度相当高, 不利于系统扩展和代码复用。采用分层模型后, 可以使用命令模式[6]、状态模式[5]或更细的分层方法[3]来增加控制器的内聚度, 降低层间的耦合度, 提高代码复用率。

2.2.3 业务逻辑层

业务逻辑层是实现系统功能的地方, 系统中各部件动作的先后顺序、互斥关系、配置信息[7]等都在此实现。在控制系统中, 业务逻辑层的最好实现方式是状态模式。

每个业务逻辑状态代表系统正在执行某个任务。任务的执行依赖于功能对象层提供的功能对象, 即按照一定的先后顺序调用不同功能对象的方法。例如, 假设某系统中有若干个功能对象, 为了实现某一任务需要其中三个对象协同工作, 其顺序图如图5所示。采用实时状态模式的另外一个好处是统一了业务逻辑层对外的接口, 把接口与实现进行了分离, 提高了软件的鲁棒性和扩展性。

2.2.4 功能对象层

功能对象是对系统中完成特定任务的功能模块的抽象, 是业务逻辑的低层抽象。例如, 某系统中要控制四个不同类型的电机, 每个电机由不同的驱动电路和控制电路实现不同的功能, 则主控软件中将定义一个电机的抽象类, 派生四个具体类, 并定义四个对象, 每个对象对应一个电机。这四个对象称之为功能对象。

根据功能对象的作用范围, 可以把它们分为服务类功能对象和事物类功能对象。服务类功能对象为其它功能对象提供某种服务。服务类功能对象内部又可进一步提炼出公共的服务类对象, 即把多个服务类对象都需要的共同部分抽象出来的对象。同理, 功能对象也可以如此处理, 以提高代码的重用率和对象的内聚度。功能对象层中对象间的关系如图6所示。

功能对象和功能模块之间并非一一对应, 一个功能对象可以对应几个功能模块的功能, 也可以只是某个功能模块的部分功能, 当然也可以是某个功能模块的简单封装。

2.2.5 协议栈和设备驱动层

设备驱动是硬件设计工程师提供的软件接口。协议栈是系统中主从模块间通信协议的软件实现。集散控制系统中常采用工业以太网、SPI、RS485、I2C、CAN等总线, 这些总线协议都有专门的芯片实现, 甚至有的微控制器中自带某些总线部件。协议栈就是在这些总线协议的基础上, 根据具体应用定义的通信协议完成数据的传输, 相对于OSI参考模型[8], 包含网络层到会话层的所有功能。考虑到控制系统的特点, 通信协议一般都比较简单、高效, 因此协议栈一般可用一到两层来实现。低层完成寻址和帧传输较验功能, 高层完成解释、会话等功能。

2.3 系统消息及处理

控制系统中, 根据作用可以把消息分为两大类:控制消息和状态消息。控制消息可以由用户操作触发, 也可以由某些状态消息触发 (如:异常消息) 。前者始于控制层, 终于功能对象层;后者主要产生于业务逻辑层并分别由控制层和业务逻辑层处理。状态消息由各模块主动报告或回答主控系统查询而产生, 主要由业务逻辑层和控制层处理, 表现为更新显示或产生相关控制消息。

控制系统中, 消息的处理有轮询和中断两种方式。轮询系统中, 又有两种方法, 其一是把所有消息分成不同的优先级, 每次轮询时, 先把所有的消息都收集上来, 然后按优先级排序, 再依次处理;其二是按一定的顺序轮询各个模块, 当检查到消息时立即处理, 处理完后再轮询下一个模块。这三种方法各有优缺点, 可根据具体应用, 灵活采纳。

3 结 论

集散控制系统以其固有的优点, 已成为控制系统发展的主流[9]。按照上述模型, 我们成功地完成了某大型医疗设备的主控软件开发。软件的结构及其中的某些类具有一定的通用性, 可以方便地应用到其它类似软件的开发中。

参考文献

[1]陈卫红, 刘先广, 张伟勇.史密斯预估PID控制在I_A_s集散控制系统中的应用[J].计算机工程与设计, 2002, 23 (9) :63-65.

[2]曾献辉, 路林吉, 邵世煌.面向对象技术在集散控制系统流程图组态软件中的应用[J].中国纺织大学学报, 1998, 24 (5) :35-39.

[3]李春红, 高健华.使用分层模型改进MVC设计架构[J].计算机工程与设计, 2007, 28 (4) :766-769.

[4]黄春伦, 张合庆, 张有光, 等.碳氧比测井软件的通用化设计[J].电子测量技术, 2006, 29 (3) :110-112.

[5]Miro Samek Ph D.嵌入式系统的微模块化程序设计—实用状态图C/C++实现[M].敬万钧, 陈丽蓉, 译.北京:北京航空航天大学出版社, 2004:46-69.

[6]Erich Gmma, Richard Helm, 等.设计模式[M].李英军, 马晓星, 等译.北京:机械工业出版社, 2004:154-162.

[7]胡真华.集散控制系统的软件组态[J].湖南大学学报:自然科学版, 2002, 29 (3) :141-144.

[8]伍劲峰.OSI七层参考模型解析[J].软件导刊, 2006 (9) :46-47.

集散型自动控制系统 篇10

近年来,随着信息技术和人类社会的不断发展,“楼宇自动化”已成为现代化建筑的新趋势。在一幢智能大厦内,根据客流量大小、层楼高度及其停站数等因素,往往需设置多台电梯。为了提高电梯的运行效率和充分满足楼内客流量的需要,以及尽可能地缩短乘客的候梯时间,一般将所有的电梯集中布置在一起,进行统一的管理和控制,即实现电梯群控。这种电梯的控制不是简单的起停问题,还涉及到监控和远程控制。采用电梯集散控制系统利用计算机监控网络对建筑内的电梯群运行状态进行集中远程监控,是实现楼宇自动化的需要。

1 集散控制系统组成与特点

集散控制系统DCS(Distributed Control System),又称分布或分散控制系统,它以微处理机为核心,实现地理上和功能上的控制,同时通过高速数据通道把各个分散点的信息集中起来,进行集中的监视和操作,并实现复杂的控制和优化。

1.1 集散控制系统组成

DCS采用标准化、模块化和系列化的设计,是一个由监控管理级、过程控制级、现场级组成的以通讯网络为纽带的集中显示而分散操作、控制的系统,具体结构如图1所示。

DCS在垂直方向分为监控管理级、过程控制级、现场级。各级既相互独立又相互联系,每一级又可水平分解成若干子集。从功能上看,纵向分散意味着不同级的不同功能,如实时控制、实时过程管理等;而横向分散则意味着同级设备具有类似功能。

1.2 集散控制系统特点

DCS的主要特点是集中管理和分散控制。分散是在相互协调基础下的自治,分散的含义不仅是分散控制,还包含有地域分散、功能分散、危险分散、以及操作分散等含义,分散的最终目的是为了有效提高设备的可利用率,提高系统运行的可靠性。

2 电梯集散控制系统方案

电梯集散控制系统作为智能大厦(BAS)系统的一个分站,要求它控制和扫描电梯升降层的信号,并将其传送到中央控制站;对各部电梯的运行状态检测、故障检测与报警,其中包括厅门、厢门故障检测与报警、轿厢上下限超限故障报警以及钢绳轮超速故障报警等;各部电梯的开/停控制和电梯群控,当任一层用户呼叫电梯时,能够使最接近用户的同方向电梯率先到达用户层,以节省用户的等待时间;自动检测电梯运行的繁忙程度以及控制电梯组的开启/停止的台数,以便节省能源;当发生火警,控制所有的电梯降至首层,并切断电梯的供电电源;能够显示各电梯的运行状态;对电梯的运行及故障情况定时进行记录,并向上位管理计算机(BMS)送出。

2.1 电梯集散控制系统总体结构

根据对电梯控制系统的要求,电梯集散控制系统必须以计算机为核心,组成一个智能化的控制系统才能完成所要求的任务;同时,作为智能建筑的子系统,它还必须与大楼管理计算机系统进行通讯,以便与智能大厦系统成为有机整体。因此,电梯集散控制系统结构如图2所示。

2.2 电梯集散控制系统的主要硬件选择

2.2.1 下位机的选择

DCS系统的现场级也称为下位机,是控制系统的核心。电梯集散控制系统的下位机是由可编程序控制器(PLC)构成的控制系统,主要包括主控电路、辅助电源、安全回路、层显回路和输入/输出信号调理电路等模块。其中PLC是下位机系统的核心,PLC负责采集传感器信号和操作台信号,通过收集厅外呼叫、轿箱内选层、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器等信号,并根据PLC的存储器中设计好的控制逻辑进行运算,最后根据PLC的处理结果,发出起动、运行、换速、平层、制动停梯等控制信号,为变频器提供运行方向和速度指令。

在进行PLC选型时主要考虑以下几点:

1)PLC控制系统的I/O点数:在电梯控制系统中,PLC的输入信号主要有呼叫、选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器、检修、消防、泊梯、称重信号;输出信号主要有楼层及方向指示、开关门、上行、下行、速度信号等。一般应先估算出输入输出(I/O)点数,并留出10%～15%的I/O裕量后选择相应规模的PLC。

2)PLC的内存:在选择PLC的程序存储器容量时,要根据PLC开关量输入输出点数、模拟量输入输出点数进行估算。一般地,可按照经验公式选取。总存储器字数=(开关量输入点数+开关量输出点数)×10+模拟量点数×150,并要留出25%的裕量。

2.2.2 上位机的选择

DCS系统的过程控制级又称为上位机,也称为操作监视级。由于电梯控制性质决定了电梯集散控制系统要具有高度的安全可靠性,因此系统采用有工业控制计算机(IPC)组成的上位机系统。

根据电梯集散控制系统的功能要求,在上位机IPC中主要运行监控程序,因此IPC系统要具有以下功能:

1)实时显示电梯的运行状况(自动、司机、检修、消防)

2)动态显示电梯所在的楼层、电梯的开关门状态

3)报表功能(操作报表、报警数据报表)

4)操作功能(远程选梯、开梯、锁梯操作)

5)报警功能(报警时发出报警信息并将报警信息及时通知维保人员)

6)实时数据显示功能

7)密码验证、用户登陆功能

在具体选择系统的主机机型时,应考虑底版是否具有再扩展能力、CPU的运算速度、存储器的大小、显示器的类型等问题,然后只需根据监控任务选择相应的硬件批配置,再配以软件设计等,即可完成监控任务。

2.2.3 上位机系统与下位机系统的通信

在电梯集散控制系统中,上位机IPC要实时的获得下位机PLC系统的运行数据,并且还要将IPC系统设置的参数和命令实时的传送到各个PLC系统中,这就要求IPC与PLC间进行通信。在IPC与PLC的控制系统中都提供标准的RS232通信接口,因此IPC与PLC的通信采用标准的串行通信进行。但是RS232存在传输距离较近(一般不超过15M)、抗干扰性能差等缺点,因此在电梯集散控制系统中通常采用RS485串行接口,使得上位机和下位机可以进行远距离通信,其安全通信距离可达1200m。

另外在电梯集散控制系统中,上位机IPC要与多台电梯的PLC控制系统进行通信,以获得每部电梯的运行数据,这就要求IPC能够同时与多部电梯实现通信。一般IPC与多台PLC之间可采用主从方式进行多机通信,构成分布式监控系统。

由于在IPC与PLC的系统中,只提供RS232串行通信接口,因此必须采用RS232到RS485接口转换器,进行标准串行接口的相互转换。具体连接如图3所示。

因此上位机系统主要对下位机进行远程监控,上位机系统要能够随时查看电梯的当前运行状态并进行记录、控制电梯的运行、异常情况进行报警显示和处理。目前利用MCGS(Monitor and Control Generated System,通用监控系统)组态软件开发的应用软件程序,能够以较低的成本实现电梯的集中监控,满足电梯监控系统的实时要求,特别是能够对电梯控制系统产生的故障信息及时地传送到中心控制室,并将报警时现场的实际数据采集到报警数据库中,供维修时用来分析故障产生的原因,因此得到了广泛应用。

3 结束语

随着社会生活水平的提高和科学技术的发展,人们对电梯的控制还提出了智能化、绿色环保、网络化、信息化等更高的要求。因此,采用电梯集散控制系统利用计算机监控网络对建筑群的电梯运行状态进行集中远程监控,必将成为今后电梯控制技术的发展趋势。

摘要：随着信息技术和控制技术的不断发展,基于集散控制技术的电梯群控系统的开发也成为楼宇自动化控制技术研究的热点。在本文中研究了基于IPC构成的上位机与PLC构成的下位机组成的电梯集散控制系统的组成和特点,构建了系统的通信模式,并介绍了上位机和下位机系统的主要硬件的选择原则。

关键词：电梯集散控制,上位机,下位机

参考文献

[1]张德良.集散控制系统原理及其应用[M].北京:电子工业出版社,2007.

[2]张庆来.电梯现代智能控制技术[M].北京:机械工业出版社,2009.

[3]川白焰,吴鸿,杨国田.分散控制系统与现场总线控制系统——基础、评选、设计和应用[M].北京:中国电力出版社出版,2001.