DCS与FCS水循环实验系统

孙 洪

(苏州市职业大学 电子信息工程系，江苏 苏州 215104)

DCS与FCS水循环实验系统

孙 洪

(苏州市职业大学 电子信息工程系，江苏 苏州 215104)

为了体现流程类企业自动化与信息系统的关键技术与装备系统,设计制作了过程控制综合实践教学装置.该实验系统模拟常见的液体循环工业现场,包括被控对象和DCS、FCS控制系统,能够以实物的形式完整、直观地体现DCS和FCS两种控制系统的硬件连接和软件组态,非常适用于高等院校自动化专业及相近专业的过程控制的教学实验、毕业设计及科研开发等.

集散控制系统；现场总线控制系统；水循环系统；组态软件

Abstract:To show the key technology and equipment system of automation and information system of process enterprises, an integrated practical teaching system of process control is designed. The system simulates a common liquid cycle system in industry, including the controlled object, the Distributed Control System (DCS) and Field Control System (FCS). The system shows completely and visually the hardware connection and the software configuration of DCS and FCS.It is suitable for teaching experiment and graduation project of automation and other similar majors in colleges, as well as research development of process control.

Key words:DCS; FCS; water cycle system; configuration software

集散控制系统(distributed control system，DCS)和现场总线控制系统(field control system，FCS)是目前广泛应用于过程控制中的自动化控制系统.

DCS是集4C(communication，computer，control，CRT)技术于一身的监控技术，是第4代过程控制系统.DCS最初是针对传统的现场设备创建的，其明显特点是1台仪表1对线接到I/O，信息全都是二进制或模拟信号形成的，必须通过D/A与A/D转换，由控制站挂到局域网LAN.DCS系统是个大系统，同时也是封闭式系统，各公司产品基本不兼容.但由于开发较早，已经得到较长时间和较为广泛的应用[1-2].

FCS是第5代过程控制系统，是3C(communication，computer，control)技术的融合.FCS实现了信息处理现场化，用全数字化、智能、多功能取代了模拟式单功能的仪器、仪表、控制装置，是21世纪自动化控制系统的发展方向[3].

传统控制系统的维护和改造还需要DCS，因此FCS完全取代传统的DCS还需要一个漫长的过程，同时DCS本身也在不断地发展与完善.

为了体现DCS和FCS这两种在流程类企业自动化与信息系统的关键技术与装备系统，设计制作了过程控制综合实践教学装置，该装置包括被控对象和DCS、FCS控制系统，下面具体介绍DCS与FCS在水循环系统中的应用.

1 被控对象

过程控制实验系统被控对象装置如图1所示.这是一个水循环系统，水流从储水箱中由变频泵或工频泵抽出，经过PA气动调节阀或电动调节阀、PA流量计或模拟流量计、多个阀门进入有机玻璃水箱和有夹层的锅炉.有机玻璃水箱安装PA压力传感器和模拟压力传感器，用于检测液面的高度.锅炉安装有PT100温度传感器，检测锅炉内、锅炉夹层(水循环冷却)、盘管(长管道，模拟长距离传输)内温度.其中，温度、液面、流量为被控量，锅炉内加热棒、变频器(控制变频泵)、电动/气动阀门为执行机构，用于调节被控量.

图1 过程控制实验系统被控对象装置——水循环系统

2 DCS控制系统

DCS控制系统由DCS控制柜和监控系统组成.DCS控制系统框图如图2所示.

DCS控制柜中的装置主要包括:电源开关、DCS控制器(和利时FM801 MCU)、I/O模块、DP终端匹配器、三相调压器(改变锅炉内加热棒的输出功率)、变频器、以太网交换机、温度变送器等.上位机监控系统包括1台工程师站和3台操作员站.所有的设备通过不同的网络连接在一起.

3 FCS控制系统

FCS控制系统由FCS控制柜和监控系统组成.FCS控制系统框图如图3所示.

FCS控制柜中的装置主要包括:电源开关、PLC(siemens S7-300，CPU315-2DP)、I/O模块、DP/PA适配器、三相调压器、变频器、以太网交换机、温度变送器等.上位机监控系统包括1台服务器和3台操作员站.各设备通过不同的网络连接在一起.

图2 DCS控制系统框图

图3 FCS控制系统框图

4 组态软件

监控组态软件包括系统组态、过程控制组态、画面组态、报表组态、用户的方案及显示方式.使用组态软件可以生成相应的应用系统，便于灵活地更改与扩充.

本实验系统中，DCS控制系统采用了MACSV作为监控组态软件，FCS控制系统采用WinCC作为监控组态软件.

如图4所示为试验系统的实物图，如图5所示为由组态软件编制的仪表控制系统例程界面.

图4 试验系统的实物图

图5 仪表控制系统例程界面

5 结 论

本实验系统模拟了工业现场常见的液体循环工作现场，能够以实物的形式完整、直观地体现DCS和FCS两种控制系统的硬件连接和软件组态，非常适用于高等院校自动化专业及相近专业的过程控制的教学实验、毕业设计及科研开发等.

[1] 刘国海. 集散控制与现场总线[M]. 北京: 机械工业出版社,2006:1-4.

[2] 何衍庆,黄海燕,黎冰. 集散控制系统原理及应用[M]. 北京: 化学工业出版社,2009:3-5.

[3] 周兵,林锦实. 现场总线技术与组态软件应用[M]. 北京: 清华大学出版社,2008:3-10.

(责任编辑: 沈凤英)

DCS and FCS in Water Cycle Experimental System

SUN Hong
(Department of Electronic Information Engineering， Suzhou Vocational University, Suzhou 215104, China)

TP277

A

1008-5475(2011)01-0013-03

2010-11-22;

2010-12-15

苏州市职业大学科研基金资助项目(SZDQ09L01)

孙 洪(1972-), 女,山东济南人,讲师,博士,主要从事机器人技术和过程控制研究.