蔡震宇　刘芳

摘 要：在当下经济发展的浪潮中，DCS自动控制系统已逐步展露其优势。而DCS自动控制系统的设计理念则充分决定了系统实现、运行效果以及所代表的自动化水平等多项问题。因此，着眼于DCS自动控制系统软件的设计分析十分重要。本文将从系统软件结构设计、硬件结构设计以及系统数据库设计三方面着手对DCS自动控制系统的设计进行分析。

关键词：DCS自动控制系统；软件设计；硬件设计

DCS自动控制系统的广泛应用，对于现今各种生产制造行业来说是生产方式方面跨越性的进步。DCS自动控制系统通过网络监视、控制、数据处理等功能，实现了生产过程的系统化、规模化，提高生产效率，有效降低生产成本，有利于DCS系统用户与管理层对数据的快速分析，从而进行生产决策，提高生产效益。

一、DCS系统概述

（一）DCS系统的发展

自上世纪九十年代DCS系统第一次出现至今，其发展过程分别从系统功能、控制功能以及开发性三个方面进行了技术性跨越。为跟随科技发展进步的趋势，人类的在生活方式以及生产行为的观念有所改变，从单一的生产方式转变为当下网络集中监控，即以计算机为中心运作的自动控制系统。当前，DCS自动控制系统已经广泛应用于各加工制造行业。

（二）典型的DCS系统

典型的DCS系统结构可理解为由过程控制级和过程监控级组成的多级计算机系统，由厂管理网为出发点，包含2各以上中央操作站，以可靠性较高的计算机为主体，可配备相关打印机，形成包含多个控制站的控制网络，以流畅完整地完成系统的监控、操作及反馈工作，实现对现场信号的收集、处理、监视、操作、控制、记录、生成等功能。因而，管理者能通过操作人员的反馈，明晰本厂生产流程及运行情况，并通过控制结果进行决策分析，降低生产成本，提高产品质量，保证整厂的内部控制制度合理实施，实现生产效益最大化。

（三）DCS自动控制系统的特点

高可靠性。DCS自动控制系統具有非常高的可靠性，原因在于DCS将整个控制系统分为若干各分散的子系统，其不同功能的实现也分散在不同的计算机，因此，分配至每台计算机的任务较为简单，错误关联性较小，而组成系统的可靠性也因此提高，同时也利于系统的维护。

抗干扰性。DCS自动控制系统中，各计算机之间在信息传输的过程中，如有改善扩充系统功能时，由于DCS的设计采用标准化、开放化、系统化、模块化的理念，在进行改变的过程中不会影响整个系统功能。

此外，DCS自动控制系统具有较高的适用性，且性价比高，使得本厂可以低成本投资，获得高效率的控制系统，以满足厂的生产管理模式，提高生产效益。

二、DCS自动控制系统的设计分析

（一）系统软件结构设计

DCS自动控制系统的功能可主要分为3部分，即监控、控制及分析。因此，在软件结构设计的过程中首先要根据需求考虑其功能。在软件设计体系中，包括支撑软件与运行软件，支撑软件包括操作系统软件与网络通信软件，运行软件指系统组态软件和系统监控软件。在此基础上，可以通过支撑软件，保证系统硬件与软件的正常运行，并支持通信协议，结合系统运行软件，可进行数据的收集与处理，同时实现监视、操作与控制等功能。

当下，采用最为广泛的DCS设计与实现的方式是集成方式，在DCS系统软件实现的过程中，必须采用较为成熟规范的环境，并以此为起点进行系统应用软件的开发。

操作系统软件和工具软件均可采用微软产品，要注意系统组态软件的支持软件类型。网络通信软件的实现方法需根据控制网络来选定，可选取通信网络基础软件与硬件相配的软件，同时通过编程完成接下来的功能。系统监控软件一般采用自主开发的形式，而创立系统监控软件的关键之处在于系统实施数据库的创建。首先要确定的是数据库的各个组成部分，进行其结构描述与关联操作。

监控软件可从其实现的功能入手，其功能主要包括数据处理、控制、报警、记录、报表生成、生成历史比较趋势图等。数据处理功能主要通过收集系统的数字信号，结合计算机的数据连接、数据变化等技术实现；控制功能可通过组态软件实现顺序、连锁以及回路控制；报警功能可预先设定优先报警级别，区分时态和属性；记录主要针对重要事件、重要数据与参数等进行记录，并连接数据库进行存储；报表生成功能可根据数据连接技术，连接实时数据库和历史数据库产生报表，便于用户和管理者对数据信息的使用等。

（二）系统数据库的设计

系统数据库的设计可包括实时数据库的设计和历史数据库的设计。

实施数据库是以系统中硬件与软件的操作基础上形成的，可通过I/O设备以及I/O驱动软件为收集现场数据提供端口，从而对原始数据进行处理。然而，由于实时数据库的储存空间有限，其定期清理与备份是十分必要的。在删除旧数据，输入新数据的同时，客户端将会收到数据库更新提醒。

系统中的历史数据库会将某些因时间而变化而产生的信息自动储存至稳定性较好的设备中，这种数据可生成多种图表形式，便于用户及管理者理解。历史数据库的存储量受存储介质空间大小的影响，同时也严格要求时间的标注，具有可靠性、共享性等特点。

（三）DCS自动控制系统硬件结构设计

DCS自动控制系统硬件包含现场控制、过程控制、过程管理、经营管理四个级次，相互协调，共同实现数据的收集、控制与处理。DCS自动控制系统的数据收集过程设备时通过I/O来完成，其表现形式为模块化，每个模块有多个通道，有利于传感器与执行器的连接。每个I/O都会通过独立的通道以单点卡或者对应连接箱电缆排序的方式连接现场的接线箱，为简化维修过程，可针对每个不同的I/O连接通道采用不同类型的I/O卡。此外，用户是根据实际需求来选择I/O卡，在系统设计的过程中，可用2块I/O卡公共的冗余接线底座，可提高其适应性。

三、总结

DCS自动控制系统对现代工业的生产方式产生了一定规模的影响，对自动化水平的提高起到了积极促进作用。同时，随着近年来计算机网络通讯技术的飞速发展，同时也要求DCS自动控制系统不断地完善与提高，我国工业生产模式也将进一步提升与飞跃。

参考文献：

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