模塊化、可視化數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)展望

邱宣振 周晶

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

1 模塊化、可視化數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)的發(fā)展

DCS、PLC、SCADA系統(tǒng)發(fā)展甚快，網(wǎng)絡(luò)的普及、數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制與通信功能一體化日趨明顯。但對于一些專用系統(tǒng)，中小控制各種系統(tǒng)如何將這些系統(tǒng)模塊化組合，配上軟件可以小型化到19"電腦，又可配上專用通用軟件，使用戶盡量簡單操作，節(jié)省編程時(shí)間，減少精力和成本（傻瓜型）。而制造商轉(zhuǎn)向技術(shù)服務(wù)型，則大大提高各方面效益。

從2000年左右以來，這些系統(tǒng)以各種形式出現(xiàn)，如叫做可編程嵌入式系統(tǒng)；嵌入式CPU模塊；可編程自動化控制器；可編程控制模塊；模塊化、可視化數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)。至今還未看到統(tǒng)一名稱或簡稱（縮寫）。

2 模塊化、可視化數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)的組成

所謂模塊化，即根據(jù)對象的需要，系統(tǒng)可由各種模塊組合在一起，有AI/A0、DI/D0、熱電偶、熱電阻、開關(guān)量4～20mA脈沖等各種模塊組合而成，模塊間可采用485總線通訊。

所謂可視化，即各種模塊組合后配上電源模塊，打印和顯示裝置，可以和DCS、PLC、SCADA等系統(tǒng)一樣顯示。

所謂控制系統(tǒng)就是將模塊化、可視化裝置配上電腦，調(diào)試軟件等成一完整的控制系統(tǒng)。目前市場上應(yīng)用不一。有應(yīng)用于空調(diào)的監(jiān)控系統(tǒng)、用于多路校驗(yàn)儀系統(tǒng)，但是向?qū)Ｓ没?、中小型發(fā)展亦是一種趨勢，如：鍋爐、藥廠、石化、化工、輕工等行業(yè)。

3 模塊化、可視化數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)的硬件、軟件組成

模塊化、可視化數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)是一個(gè)靈活可變的不同性能模塊組合，由于德國Delphin Technology AG 已通過ISO 9001:2008認(rèn)證，下面以德國Delphin公司的模塊化、可視化數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)的功能為例說明。

德國Delphin模塊化、可視化數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)可運(yùn)用于各類中小型工業(yè)過程或?qū)Ｓ眠^程，作為數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)DCS、PLC、SCADA功能，如：用于燃?xì)廨啓C(jī)等軸振動測試、化肥廠過程監(jiān)視、潔凈室監(jiān)視、實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集、燈具加熱系統(tǒng)測試站等。

輸入信號可選：mA、mV、RTD、TC，脈沖計(jì)數(shù)，分辨率18位。

輸出信號可為：mA、mV、脈寬調(diào)制（時(shí)間比例控制），分辨率16位。

可實(shí)現(xiàn)冷端口溫度補(bǔ)償、溫壓補(bǔ)償，可接收PROFIBUS-DP信號，通過MODBUS、RS-485、RS-232、RJ45接以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)等，直接與帶有關(guān)通信接口的設(shè)備例如：攪拌機(jī)、記錄儀等連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。Delphin系統(tǒng)的軟件，包含ProfiSignal Go數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)系統(tǒng)、Profisignal Basic監(jiān)視和開發(fā)系統(tǒng)、Profisignal Klicks自動化和開發(fā)系統(tǒng)、Profisignal DataService/Configurator數(shù)據(jù)服務(wù)/組態(tài)和緊湊型測量系統(tǒng)；并具有ProfiMessage的擴(kuò)展在線分析功能、擴(kuò)展監(jiān)視功能和擴(kuò)展自動功能[1-2]。

為對該公司的靈活組成系統(tǒng)及功能予以清楚表示，見下表。

表 Delphin 模塊化、可視化數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 Profisignal Go趨勢圖

圖2 Profisignal Basic圖

4 Delphin的典型應(yīng)用（據(jù)該公司資料介紹）

（1）振動測量：A、單-Message 設(shè)備即可采集、分析和監(jiān)視多達(dá)16臺同步的軸振動傳感器。B、發(fā)電機(jī)最小氣隙非接觸式監(jiān)視。C、燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中，監(jiān)視動態(tài)壓力振動（信息加密）。D、軸承系統(tǒng)的預(yù)防性維護(hù)系統(tǒng)診斷及定性、定量診斷。（見圖4）

（2）化肥產(chǎn)品生產(chǎn)過程監(jiān)控：Message設(shè)備和Profisignal 采集和監(jiān)視來自1 000多個(gè)硬件和軟件的數(shù)據(jù)、監(jiān)視振動、顯著改善機(jī)器正常運(yùn)行時(shí)間及故障的早期檢測。

（3）印刷公司經(jīng)以太網(wǎng)的能源和過程數(shù)據(jù)采集：一家大型工業(yè)印刷公司，使用30臺Massage設(shè)備來采集并處理1 200個(gè)不同參數(shù)，生成精確月報(bào)表及故障分析。

圖3 Profisignal Klicks圖

圖4 8×同步振動輸入

（4）加熱裝置試驗(yàn)臺自動化以節(jié)能；試驗(yàn)臺自動化以提高可用性和簡化維護(hù)；實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集及自動化程序；環(huán)境模擬裝置；產(chǎn)品測試臺等等。

5 從工程應(yīng)用對模塊化、可視化數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)的探討

作為一種新技術(shù)的產(chǎn)品工程上歡迎、探討，當(dāng)然亦有一些疑點(diǎn)，希望在有關(guān)資料中詳細(xì)說明，如在Delphin 的資料中對信號接地已有深入考慮，各種不同信號源接地或不接地的均可接入。因?yàn)槠漭斎胪ǖ兰请姼綦x的，不會有影響。

但從傳統(tǒng)的各種總線的資料介紹讓人們似懂非懂，如以前有的資料介紹一根總線可以接12個(gè)點(diǎn)，但對接執(zhí)行器的一根線實(shí)際上是能接4個(gè)點(diǎn)，解釋了一大堆原因，但是最初的資料未講清楚。所以我們認(rèn)為，作為一種新技術(shù)產(chǎn)品無論用戶、供貨商還是制造商都應(yīng)深入探討應(yīng)用，一開始就解決實(shí)際問題，如下述問題。

5.1 專用裝置的軟件、硬件現(xiàn)場調(diào)試由供貨方完成

供貨方重視高科技服務(wù)，完成專用裝置軟件、硬件調(diào)試，這是一大概念的轉(zhuǎn)變。因?yàn)楣に噮?shù)控制、開關(guān)控制，聯(lián)鎖報(bào)警的軟件、硬件配置系統(tǒng)調(diào)試、檢驗(yàn)的完成。要涉及到很廣泛的科技知識面，而且是不斷更新的知識，用戶方面在建設(shè)初期要配齊各種專業(yè)人員，要學(xué)習(xí)，要多人，要較長時(shí)間。故初期的任務(wù)可由供貨方配備人員完成，因不僅從工程上、軟件、硬件安裝、調(diào)試、檢驗(yàn)要考慮完整，還要培訓(xùn)用戶方，且要速度快。這樣做從總體上能大大節(jié)省人力、時(shí)間、金錢。但這與傳統(tǒng)的方式是一大改變。據(jù)報(bào)道國外亦在向這方面轉(zhuǎn)變概念，有的儀表制造方的技術(shù)服務(wù)工作量已達(dá)到70%。如果裝置開車調(diào)試以至于以后的維護(hù)主要由供貨方負(fù)責(zé)，這樣供貨方不斷精益求精，提高、改進(jìn)，配備的各種專業(yè)人才可服務(wù)廣大用戶，供貨方將服務(wù)提到重要的地位，則其配備的各種專業(yè)人員不會難得有用無事可做、無收益，而用戶方則亦不要為配齊各種人員而煩惱，而且還要花大量工資。高科技的專用、中小型項(xiàng)目供貨方以服務(wù)工作為主當(dāng)然實(shí)施有具體問題，還要不斷摸索，但國內(nèi)供貨方可以先做起來。

5.2 靈活可變要實(shí)事求是的說明

按資料報(bào)道模塊化、可視化數(shù)據(jù)檢測控制裝置輸入/輸出各種要求靈活可變是一大特色，但因?yàn)榧夹g(shù)是發(fā)展的，可能一開始有某些做不到，供貨方應(yīng)實(shí)事求是告訴用戶方，如一般信號用4～20mA可以，485信號是否亦可以；HART信號能否用，如果HART信號要轉(zhuǎn)換由供貨方還是由用戶方來完成，如果項(xiàng)目談判時(shí)供應(yīng)方都說可以，到具體應(yīng)用時(shí)推脫，則品牌的威信就建立不起來。國內(nèi)不少供貨商已具備解決這些問題的能力，對此高科技產(chǎn)品應(yīng)該一開始就做出威信，將責(zé)任承擔(dān)起來。

5.3 軟件功能按需要設(shè)置，不要都是一大堆參考數(shù)據(jù)

現(xiàn)代儀表的特點(diǎn)是充分發(fā)揮軟件的功能，良好的軟件功能是先進(jìn)性的標(biāo)志，是管理數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來源。然而有些總線軟件很豐富，而儀表選用時(shí)不可取舍，一上來一大堆參數(shù)，用戶來不及看，主要的數(shù)據(jù)反而未顧上。如HART軟件在某些控制閥的智能定位器上未做好取舍，在DCS顯示屏上總是一大堆參數(shù)。Delphin系統(tǒng)的Profisignal Go 軟件可配置不同的硬件來完成不同需要的功能，在這方面已經(jīng)有了改進(jìn)，希望供貨方能進(jìn)一步與用戶方溝通，針對用戶需要取舍軟件。

5.4 電子技術(shù)的可靠性概念

對用戶，現(xiàn)代的儀表控制系統(tǒng)其可靠性概念已有很大的改變，不僅指在機(jī)械振動下可靠，接線可靠，而且要有防泄密技術(shù)，防黑客技術(shù)，Delphin 系統(tǒng)已有考慮，如燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中，監(jiān)視動態(tài)壓力振動，通過Message采集的振動信號，其安全和分析的重要信息進(jìn)行加密。模塊化、可視化數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)結(jié)合時(shí)代發(fā)展，一開始就應(yīng)有一個(gè)高起點(diǎn)。專用研究單位已經(jīng)將抗外來干擾技術(shù)研究到電纜、橋架的考慮[3]。

5.5 防爆及防護(hù)要求的明確

因?yàn)槟K化、可視化裝置體積小，不少是放在現(xiàn)場，亦可用互相通信連成一體。在工業(yè)現(xiàn)場，一般控制室在非防爆區(qū)，不要求防爆，防護(hù)等級也較低，但在工業(yè)現(xiàn)場，如在危險(xiǎn)區(qū)域0區(qū)、1區(qū)或2區(qū)，則既要考慮防爆又要考慮防護(hù)。這中間應(yīng)注意采用防爆的新標(biāo)志方法，從2011年8月1日起，我國頒布引入設(shè)備保護(hù)級別EPL的新防爆標(biāo)志方法[4]，如隔爆型產(chǎn)品，以前標(biāo)志方法為ExdⅡBT4，新標(biāo)志方法為ExdbⅡBT4或ExdⅡBT4Gb，對于在新老過渡期的產(chǎn)品可采用ExdⅡBT4/ExdⅡBT4Gb的組合表示方法[5]。

對于防爆產(chǎn)品同時(shí)要具有防護(hù)要求等級，工業(yè)現(xiàn)場防爆產(chǎn)品其防護(hù)等級一般為IP65（塵密、防噴水）[6]。

5.6 屏蔽電纜的要求

因?yàn)殡姶鸥蓴_通過電纜的耦合途徑有靜電耦合、電磁耦合、輻射耦合[7]，應(yīng)用模塊化、可視化數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)于各臺硬件裝置之間的連接電纜，在工程現(xiàn)場，與一般DCS之間連接用電纜采用的是否一樣要求，還是不一樣要求，還是有專門要求，用戶與供貨商都要清楚。

5.7 接地要求

等電位接地是目前工程設(shè)計(jì)中一般均采用的方法，在諸多大型石化、化工項(xiàng)目中的應(yīng)用都證明采用等電位接地連接的儀表系統(tǒng)均能正常工作[8]，在一般中小型項(xiàng)目亦采用等電位連接，但目前亦有一些DCS制造廠商要求單獨(dú)設(shè)儀表接地極。模塊化、可視化數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)對現(xiàn)場各種設(shè)備的接地要求在產(chǎn)品應(yīng)用中要說明清楚。一般接地電阻（接地極對地電阻與接地連接電阻之和）是小于4Ω、接地連接電阻是小于1Ω，而產(chǎn)品樣本中更要說明清楚采用等電位接地還是單獨(dú)接地。

5.8 可視化要求中、英文版均有

模塊化、可視化數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)有國外的，亦有國內(nèi)的，亦有國內(nèi)外合作的。由于這些系統(tǒng)大部分為專用的工程系統(tǒng)，主要用戶為中、小型，故純英文版不一定都合適，特別有很多是專用名詞，新名詞。供貨方應(yīng)都中、英文翻譯好，有中文版亦有英文版。

[1] Delphin technology .product Catalogne [EB/OL] . [2012/2013].http://www.delphin.com.

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[3] 梁俊.系統(tǒng)集成優(yōu)化之物理層解決方案[C].2012學(xué)術(shù)年會暨自動化與儀表裝置應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會論文集.上海. 2012.11.

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