模块化、可视化数据检测控制系统展望

邱宣振 周晶

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

1 模块化、可视化数据检测控制系统的发展

DCS、PLC、SCADA系统发展甚快，网络的普及、数据采集、工业控制与通信功能一体化日趋明显。但对于一些专用系统，中小控制各种系统如何将这些系统模块化组合，配上软件可以小型化到19"电脑，又可配上专用通用软件，使用户尽量简单操作，节省编程时间，减少精力和成本（傻瓜型）。而制造商转向技术服务型，则大大提高各方面效益。

从2000年左右以来，这些系统以各种形式出现，如叫做可编程嵌入式系统；嵌入式CPU模块；可编程自动化控制器；可编程控制模块；模块化、可视化数据检测控制系统。至今还未看到统一名称或简称（缩写）。

2 模块化、可视化数据检测控制系统的组成

所谓模块化，即根据对象的需要，系统可由各种模块组合在一起，有AI/A0、DI/D0、热电偶、热电阻、开关量4～20mA脉冲等各种模块组合而成，模块间可采用485总线通讯。

所谓可视化，即各种模块组合后配上电源模块，打印和显示装置，可以和DCS、PLC、SCADA等系统一样显示。

所谓控制系统就是将模块化、可视化装置配上电脑，调试软件等成一完整的控制系统。目前市场上应用不一。有应用于空调的监控系统、用于多路校验仪系统，但是向专用化、中小型发展亦是一种趋势，如：锅炉、药厂、石化、化工、轻工等行业。

3 模块化、可视化数据检测控制系统的硬件、软件组成

模块化、可视化数据检测控制系统是一个灵活可变的不同性能模块组合，由于德国Delphin Technology AG 已通过ISO 9001:2008认证，下面以德国Delphin公司的模块化、可视化数据检测控制系统的功能为例说明。

德国Delphin模块化、可视化数据检测控制系统可运用于各类中小型工业过程或专用过程，作为数据采集控制系统，实现DCS、PLC、SCADA功能，如：用于燃气轮机等轴振动测试、化肥厂过程监视、洁净室监视、实验室数据采集、灯具加热系统测试站等。

输入信号可选：mA、mV、RTD、TC，脉冲计数，分辨率18位。

输出信号可为：mA、mV、脉宽调制（时间比例控制），分辨率16位。

可实现冷端口温度补偿、温压补偿，可接收PROFIBUS-DP信号，通过MODBUS、RS-485、RS-232、RJ45接以太网、互联网、内联网等，直接与带有关通信接口的设备例如：搅拌机、记录仪等连接，进行数据交换。Delphin系统的软件，包含ProfiSignal Go数据采集和实时系统、Profisignal Basic监视和开发系统、Profisignal Klicks自动化和开发系统、Profisignal DataService/Configurator数据服务/组态和紧凑型测量系统；并具有ProfiMessage的扩展在线分析功能、扩展监视功能和扩展自动功能[1-2]。

为对该公司的灵活组成系统及功能予以清楚表示，见下表。

表 Delphin 模块化、可视化数据检测控制系统构成

图1 Profisignal Go趋势图

图2 Profisignal Basic图

4 Delphin的典型应用（据该公司资料介绍）

（1）振动测量：A、单-Message 设备即可采集、分析和监视多达16台同步的轴振动传感器。B、发电机最小气隙非接触式监视。C、燃气轮机的燃烧室中，监视动态压力振动（信息加密）。D、轴承系统的预防性维护系统诊断及定性、定量诊断。（见图4）

（2）化肥产品生产过程监控：Message设备和Profisignal 采集和监视来自1 000多个硬件和软件的数据、监视振动、显著改善机器正常运行时间及故障的早期检测。

（3）印刷公司经以太网的能源和过程数据采集：一家大型工业印刷公司，使用30台Massage设备来采集并处理1 200个不同参数，生成精确月报表及故障分析。

图3 Profisignal Klicks图

图4 8×同步振动输入

（4）加热装置试验台自动化以节能；试验台自动化以提高可用性和简化维护；实验室数据采集及自动化程序；环境模拟装置；产品测试台等等。

5 从工程应用对模块化、可视化数据检测控制系统的探讨

作为一种新技术的产品工程上欢迎、探讨，当然亦有一些疑点，希望在有关资料中详细说明，如在Delphin 的资料中对信号接地已有深入考虑，各种不同信号源接地或不接地的均可接入。因为其输入通道件是电隔离的，不会有影响。

但从传统的各种总线的资料介绍让人们似懂非懂，如以前有的资料介绍一根总线可以接12个点，但对接执行器的一根线实际上是能接4个点，解释了一大堆原因，但是最初的资料未讲清楚。所以我们认为，作为一种新技术产品无论用户、供货商还是制造商都应深入探讨应用，一开始就解决实际问题，如下述问题。

5.1 专用装置的软件、硬件现场调试由供货方完成

供货方重视高科技服务，完成专用装置软件、硬件调试，这是一大概念的转变。因为工艺参数控制、开关控制，联锁报警的软件、硬件配置系统调试、检验的完成。要涉及到很广泛的科技知识面，而且是不断更新的知识，用户方面在建设初期要配齐各种专业人员，要学习，要多人，要较长时间。故初期的任务可由供货方配备人员完成，因不仅从工程上、软件、硬件安装、调试、检验要考虑完整，还要培训用户方，且要速度快。这样做从总体上能大大节省人力、时间、金钱。但这与传统的方式是一大改变。据报道国外亦在向这方面转变概念，有的仪表制造方的技术服务工作量已达到70%。如果装置开车调试以至于以后的维护主要由供货方负责，这样供货方不断精益求精，提高、改进，配备的各种专业人才可服务广大用户，供货方将服务提到重要的地位，则其配备的各种专业人员不会难得有用无事可做、无收益，而用户方则亦不要为配齐各种人员而烦恼，而且还要花大量工资。高科技的专用、中小型项目供货方以服务工作为主当然实施有具体问题，还要不断摸索，但国内供货方可以先做起来。

5.2 灵活可变要实事求是的说明

按资料报道模块化、可视化数据检测控制装置输入/输出各种要求灵活可变是一大特色，但因为技术是发展的，可能一开始有某些做不到，供货方应实事求是告诉用户方，如一般信号用4～20mA可以，485信号是否亦可以；HART信号能否用，如果HART信号要转换由供货方还是由用户方来完成，如果项目谈判时供应方都说可以，到具体应用时推脱，则品牌的威信就建立不起来。国内不少供货商已具备解决这些问题的能力，对此高科技产品应该一开始就做出威信，将责任承担起来。

5.3 软件功能按需要设置，不要都是一大堆参考数据

现代仪表的特点是充分发挥软件的功能，良好的软件功能是先进性的标志，是管理数据库的数据来源。然而有些总线软件很丰富，而仪表选用时不可取舍，一上来一大堆参数，用户来不及看，主要的数据反而未顾上。如HART软件在某些控制阀的智能定位器上未做好取舍，在DCS显示屏上总是一大堆参数。Delphin系统的Profisignal Go 软件可配置不同的硬件来完成不同需要的功能，在这方面已经有了改进，希望供货方能进一步与用户方沟通，针对用户需要取舍软件。

5.4 电子技术的可靠性概念

对用户，现代的仪表控制系统其可靠性概念已有很大的改变，不仅指在机械振动下可靠，接线可靠，而且要有防泄密技术，防黑客技术，Delphin 系统已有考虑，如燃气轮机的燃烧室中，监视动态压力振动，通过Message采集的振动信号，其安全和分析的重要信息进行加密。模块化、可视化数据检测控制系统结合时代发展，一开始就应有一个高起点。专用研究单位已经将抗外来干扰技术研究到电缆、桥架的考虑[3]。

5.5 防爆及防护要求的明确

因为模块化、可视化装置体积小，不少是放在现场，亦可用互相通信连成一体。在工业现场，一般控制室在非防爆区，不要求防爆，防护等级也较低，但在工业现场，如在危险区域0区、1区或2区，则既要考虑防爆又要考虑防护。这中间应注意采用防爆的新标志方法，从2011年8月1日起，我国颁布引入设备保护级别EPL的新防爆标志方法[4]，如隔爆型产品，以前标志方法为ExdⅡBT4，新标志方法为ExdbⅡBT4或ExdⅡBT4Gb，对于在新老过渡期的产品可采用ExdⅡBT4/ExdⅡBT4Gb的组合表示方法[5]。

对于防爆产品同时要具有防护要求等级，工业现场防爆产品其防护等级一般为IP65（尘密、防喷水）[6]。

5.6 屏蔽电缆的要求

因为电磁干扰通过电缆的耦合途径有静电耦合、电磁耦合、辐射耦合[7]，应用模块化、可视化数据检测控制系统于各台硬件装置之间的连接电缆，在工程现场，与一般DCS之间连接用电缆采用的是否一样要求，还是不一样要求，还是有专门要求，用户与供货商都要清楚。

5.7 接地要求

等电位接地是目前工程设计中一般均采用的方法，在诸多大型石化、化工项目中的应用都证明采用等电位接地连接的仪表系统均能正常工作[8]，在一般中小型项目亦采用等电位连接，但目前亦有一些DCS制造厂商要求单独设仪表接地极。模块化、可视化数据检测控制系统对现场各种设备的接地要求在产品应用中要说明清楚。一般接地电阻（接地极对地电阻与接地连接电阻之和）是小于4Ω、接地连接电阻是小于1Ω，而产品样本中更要说明清楚采用等电位接地还是单独接地。

5.8 可视化要求中、英文版均有

模块化、可视化数据检测控制系统有国外的，亦有国内的，亦有国内外合作的。由于这些系统大部分为专用的工程系统，主要用户为中、小型，故纯英文版不一定都合适，特别有很多是专用名词，新名词。供货方应都中、英文翻译好，有中文版亦有英文版。

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

[2] Delphin technology . Applications[EB/OL] . [2012].http://www.delphin.com.

[3] 梁俊.系统集成优化之物理层解决方案[C].2012学术年会暨自动化与仪表装置应用学术交流会论文集.上海. 2012.11.

[4] 徐建平.新版GB3836系列标准解读与实施[J] .石油化工自动化，2011,47（2）：9-18.

[5] 邱宣振，王秀娟.防爆新标准及各种新标注方法[J].医药工程设计，2011,32（6）：41-44.

[6] 朱国英.正压防爆技术在自控设备中的应用[J].自动化仪表，2011,33（5），80-82 .

[7] 陈靖元、王瑞东、马玉亮、徐义亨.控制电缆的屏蔽[J] .石油化工自动化，2012,48（5）：44-45、55.

[8] 苏雪峰.仪表及控制系统接地设计工程评析[J].石油化工自动化，2012,48（4）：15-17.