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DCS在制造业工业中的自动控制应用制 DCS在制造业工业中的自动控制应用 DCS in the manufacturing industry automatic control system 李 明 LI Ming (重庆工程职业技术学院,重庆 400052) 摘 要: DCS 结构是分布式系统,利用计算机对生产过程进行集中监视、分散控制的一项新技术。集散 控制系统是对生产自动化控制的主流技术。文章介绍了 SUPCON JX-300X 的 DCS 系统和监 控软件为 SCKey 组态软件,系统结构和工作原理等。该系统具有自动化、结构简单、控制灵 活、危险性低、管理性强等优点。 关键词: DCS;电气系统;制造;控制系统 中图分类号:TP273 文献标识码:B 文章编号:1009-0134(2012)10(上)-0097-03 Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2012.10(上).31
0 引言 进入二十一世纪,伴随经济的发展,计算机 技术的飞跃,制造业、工业遇到了新的机遇也面 临挑战,需要研究新的制造技术、新型的制造模 式等。计算机信息管理系统在制造业、金融业、 商业等各种行业都有应用,进行管理和决策。制 造业在这方面的应用又区别于其他行业,它需要 解决生产过程和控制方面的问题。DCS 系统是制 造业计算机信息管理的一个基本模式。DCS 即集 散控制系统,采用分散控制、集中操作的管理思 想。DCS 利用操作站管理、操作、监视整个过程, 用控制站分散控制各过程。提高工业、制造业的 产品质量、提高生产自动化水平和劳动生产率。 1 DCS概述 集散控制系统主要对象是大型的工业、制造 业生产等,从综合自动化方向考虑,研发原则为 分解和协调,其核心是微处理器,并结合控制技 术、通信和显示技术的一种新型控制系统。一个 典型的 DCS 结构分为不同的四层: 现场级:主要设备是传感器、执行器、变送 器等。位于被控生产的附近,将物理量转化成电 信号。 控制级:分成数据采集站和过程控制站。负 责接收现场设备送来的信号,经过计算和转换后, 发回现场执行。两者的区别是数据采集站无法直 接实现控制功能。
调整设定值、操作设备;归类、整理、打印报表 等;监督控制生产过程。 管理级:监测运行状况,预测未知情况,辅 助管理人员决策,实现规划目标。 DCS 具有许多优良特性,连接方式灵活,内 容多样,危险和功能分散: 集中监控:主要是监视任务,并具备一定管 理功能。配备齐全的设备,还有良好的用户界面, 能够实现高级控制、质量评估。 分散控制:除了将控制分散,还包括人员、 地区、设备、功能等分散,可以将危险分散降低, 提高设备的利用率。 系统开放性:包括可移植性、互操作性、适 宜性、可用性。大大提高了系统的适应性和灵活 性,使产品应用、变换更方便。 2 DCS系统结构 本文 DCS 系统结构如图 1 所示,上位机采用 SUPCON JX-300 ,主要组成包括工程师站、操作 站、控制站和过程控制网络等。其中通信网络结 构是一个三层网络,上层为信息管理网,TCP/IP 的以太网,连接至各部门,实现全部的管理通信。 中间是过程控制层,称作 SCnet II 。连接网络其他 部分,实现信息传输。底层是控制站内部,指挥 式令牌网,转发协议,是系统的主要性能指标。 2.1 通信网络 信息管理网利用 MFS 上安装双重网络接口, 将企业信息管理网和中间层 Scnet II 进行桥接,获
收稿日期:2012-08-06 作者简介:李明(1960-) ,男,广东中山人,副教授,高级工程师,主要从事煤矿电气技术与电气安全的教学和技术 服务。 第34卷 第10期 2012-10(上) 【97】
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图1 DCS系统结构图 取 JX-300 系统的运行信息和过程参数, 同时向下 传送上层管理的调度指令和相关的指导信息 。采 用大型数据库 ,实现决策 、统计 、调度等。 2.1.1 Scnet II网 双高速冗余以太网 SCnet II 。 它直接连接系 统的控制站 、操作站 、工程师站等 ,传送过程利 用它控制实时信息通道, 自动化 、 可靠性很高, SCnet II 还能连接上层信息管理网或其他设备。 SCnet II 网络系统是在 10base Ethernet 上开发 的 ,都是采用以太网控制器做为各个节点的通讯 接口 ,传输符合 TCP/IP 和 UDP/IP 协议。
图2 SCnet II网络的双重化冗余结构 2.1.2 SBUS总线 主要负责主控制卡 、数据转发卡和 I/0 卡的信 息交换。 SBUS 总线一共分成两层: 第一层现场总线 ,物理上在控制站的 I/O 机笼 间 ,主要负责信息交换 ,连接主控制卡和数据转 发卡。 第 二 层 SBUS-S1 网 络 。 位 于 各 I/0 机 笼 内, 连接数据转发卡和各块 I/O 卡件的信息交换任务。 2.2 操作站 硬件包括显示器 、IPC 、SCnet II 网卡 、专用 键盘和打印机等 。工程师站的硬件配置和操作站 的大致相同 ,软件配置上稍微有所区别 ,工程师 站安装了操作 、监视 、系统组态 、维护等软件。 2.3 控制站 直接连接现场的 I/O 单元 ,对整个生产过程实 时监控 。通过硬件和软件配置的不同构成不同的 结构, 包括逻辑控制站 、数据采集站等 。控制站 的核心是主控制卡 ,通过高速网络实现信号 I/O。 同时完成数据采集 、控制和各种算法。 3 系统组态 DCS 系统具有复杂性和通用性 ,使得现场有 许多功能和参数要由用户设定 。将用户为系统设 定各项参数的操作成为“ 系统组态 ”。本文选用的 监控软件为 SCKey 组态软件 ,界面友好 、支持各 种控制方案 。图 3 为组态设计流程图:
操作站组态 操作小组组态 控制分组面面组制/组态
逻辑控制方案绘制/组态
编译
组态下载
组态传递
运行 图3 组态设计流程图 JX-300 系统最多 15 个控制站 ,IP 地址范围 2~31 ,控制站包括相互冗余的两块主控制卡 ,每 一块使用不同的网络码 ,IP 不能重复 。地址和主 控卡硬件的跳线地址匹配 。操作站(工程师站)最 多能有 32 组 ,每个站有两块冗余的网卡 ,它们享
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用一个 IP ,但是网络码不同,IP 也是统一编排, 不能重复。控制站的网络节点可扩展,其总线结 构也能扩展 I/O 卡件。I/O 组态包括数据转发卡、 I/O 卡件、信号点的设置。 4 DCS的系统监控 系统 I/O 组态完成后,就要用控制方案来对实 现信号和要求的控制。控制组态分为常规和自定 义控制方案,本文选择自定义控制方案中的图形 编程方式实现控制功能。工作原理是模拟量输入 信号的测量值进入回路,根据质量码信息判断是 否有报警,再根据给定值切换开关状态选择同路 的外给定或内给定,外给定,则同路给定值 ESV 成员的值;内给定,则取 SV 成员值或监控画面 回路中 SV 值,同时得到偏差值 SV—PV ,若超出 偏差报警限则报警。若需要输入补偿,则利用 JA 引脚实现,补偿后信号将用PID 参数调节;如果 有输出补偿,通过输出引脚完成。PID 调节和补 偿在回路投自动的情况下完成。即开关 swAM 调 制 ON, 若跟踪开关 swTV 为 OFF ,回路 MV 引脚 MV 引出。如果 swAMOFF .即手动控制时操作员 可手动调节 MV 。若 swTV 为 ON ,则 MV 直接输 出 TV 引脚的值。 5 结论 本文选用了 SUPCON JX-300X 的 DCS 系统来 设计实现对工业、制造业自动化控制技术,设计 和实现了系统的硬件和组态设计。系统具有良好 的自动化程度、管理水平强、提高生产率,便于 管理层监督和控制生产过程。DCS 技术在各类行 业的自动化控制中发挥了巨大作用,随着对其研 究的深入和技术的成熟,将不断完善和广泛应用。 参考文献: [ 1] 何杨欢. OPC技术在DCS数据采集系统中的应用[J], 化 工进展, 2006( 12): 1496-1498. [2] 高军礼, 卢卓权. 步进电机一体化控制系统的设计[J]. 微 计算机信息, 2007, 4-1: 69-70. [3] 陈显枝, 陈冲, 林蔚, 吴星. 基于OPC 技术的DCS 信息集 成系统[J], 福州大学学报: 自然科学版, 2006(5): 67-68. [4] 王常力, 罗安. 集散型控制系统的选型与应用[M]. 北京: 清华大学出版社. [5] 白焰, 吴鸿, 杨国田. 分散控制系统与现场总线控制系 统[M]. 北京: 中国电力出版社, 2001: 22-102. [6] 邓旭东. 分散控制系统的电气控制技术的研究和开发[J]. 四川电力技术, 2003, 1(5): 11-12. [7] 王树青, 赵鹏程. 集散型计算机控制系统[M]. 杭州: 浙江 大学出版社, 2001.
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的机制及与之配套的规章制度作为保证,达到动 态更新与维护的目的。ERP 系统除了企业运作时 候的业务数据需要定期更新外,其他主要的规则, 资源信息的变更均需与对应的业务部门的工作紧 密结合在一起,定时进行更新。 4 结论 经济的全球化及各行业的激烈竞争为 ERP 系 统在制造企业的应用提供了必要性要求和可行性 实践。基于作业成本法的信息化管理系统,通过 构建 ERP 环境下作业成本管理体系,将劳动力、 辅助材料、工装刀具等企业资源纳入了管理控制 范围,促进了企业内部资源的管理和优化。 本文以长城汽车为例,深入探讨了如何将 ERP 和 ABCM 有机地融为一体,使其构成一个完 全集成的无缝系统,同时对实现此系统功能所需 要的硬件技术进行了说明,以促进国内制造企业 整体价值链的优化,争取在国际竞争中取得优势。 参考文献: [ 1] 汉米尔顿·斯科特. 构建高效ERP系统. 制造企业ERP实 施指南[M]. 北京: 机械工业出版社, 2004. [2] 张晓天. 制造业企业应用作业成本法的实例研究[J]. 企 业经济, 2009, ( 12), 57-60. [3] 侯艳辉, 郝敏, 袁清和. ERP环境下平衡积分卡与作业成 本管理集成研究[J]. 财务与管理, 2010, (2), 71-72. [4] 李艳芳, 朱辉. 浅谈作业成本管理在企业中的应用[J]. 成 本管理, 2010, (2), 125-126.
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作者: 李东魁, 姜丽丽, 左海滨, 谭赞林, LI Dong-kui, JIANG Li-li, ZUO Hai-bin, TAN Zan-lin 作者单位: 李东魁,LI Dong-kui(北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083;包头师范学院信息科学与技术学院,包 头014030), 姜丽丽,左海滨,JIANG Li-li,ZUO Hai-bin(北京科技大学冶金与生态工程学院,北京,100083) , 谭赞林,TAN Zan-lin(深圳市怡天磁性材料有限公司,深圳,518066)
英文刊名: Manufacturing Automation 年,卷(期): 2012,34(19)
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