SUPMAX800D分散控制系統(tǒng)是自儀股份最新開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代大型分散控制系統(tǒng)(DCS)，目前在電力、交通、冶金、化工等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并取得良好的市場(chǎng)業(yè)績(jī)。但是工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，在各大廠商的產(chǎn)品技術(shù)與質(zhì)量近似的情況下，如何提高自主產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)占有率，這在擁有遠(yuǎn)見卓識(shí)的領(lǐng)導(dǎo)層面前不僅迫在眉睫而且已經(jīng)提上日程。在保證產(chǎn)品性能與質(zhì)量的前提下，通過改進(jìn)產(chǎn)品，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步升級(jí)，不失為提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑．而電子產(chǎn)品市場(chǎng)的繁榮與快速發(fā)展，大量性能高、價(jià)格低的元器件不斷涌現(xiàn)，也為這一途徑的實(shí)現(xiàn)提供了可行的技術(shù)條件和堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。SUPMAX800D卡件改進(jìn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目就是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。

SUPMAX800D控制系統(tǒng)中10卡件是其主要組成部分，也是本次改進(jìn)的主要目標(biāo)．I0卡件主要接收上位機(jī)的組態(tài)和命令并發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，同時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)并發(fā)送為主控制器DPU，參與系統(tǒng)的控制。主要包括AI卡f電流輸入卡）、TC卡（熱電偶輸入卡）、RTD卡（熱電阻輸入卡）、AO卡（電流輸入卡）、DI卡（數(shù)字量輸入卡）和DO卡（數(shù)字量輸出卡）這六種卡仵。每一個(gè)I0卡件主要由1塊CPU板和2塊通道板構(gòu)成。CPU板主要包括CPU和CPLD等主要的元器件；通道板主要包括實(shí)現(xiàn)通道輸入或者輸出功能的元器件。本項(xiàng)目的改進(jìn)計(jì)劃在滿足卡件功能、性能、結(jié)構(gòu)尺寸不變的前提下，更新?lián)Q代各種低功耗、快速、價(jià)格優(yōu)惠的器件，例如，對(duì)于量大的鉭電容采用價(jià)格便宜的電解電容，芯片封裝盡量采用小型的貼片式的，采用無鉛環(huán)保的，抗EMC性能好的等等同時(shí)，在軟件設(shè)計(jì)上對(duì)軟件程序的精簡(jiǎn)，去掉臃腫的多余代碼。采用新器件改進(jìn)后整個(gè)系統(tǒng)會(huì)更加輕盈、快捷，具有生機(jī)活力，而且性價(jià)比高，市場(chǎng)前景廣闊。

此外，對(duì)于RTD卡件，由于國(guó)家傾向于批建中大型電廠項(xiàng)目，而自儀股份所簽約電廠項(xiàng)目也趨于中大型電廠項(xiàng)目，系統(tǒng)需要測(cè)量RTD的點(diǎn)數(shù)在不斷增加。同時(shí)國(guó)內(nèi)外其他的控制系統(tǒng)，RTD模塊的點(diǎn)數(shù)均從4點(diǎn)擴(kuò)大到6點(diǎn)、8點(diǎn)．因此，在對(duì)原RTD卡件（4點(diǎn)）進(jìn)行硬件改進(jìn)的同時(shí)，還開發(fā)新的8點(diǎn)RTD卡件。這樣原來需要2塊RTD卡件來實(shí)現(xiàn)8路熱電阻信號(hào)，現(xiàn)在只需要1塊8點(diǎn)RTD的卡件即可。這在滿足市場(chǎng)需求的同時(shí)，最大程度的進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，

對(duì)于SUPMAX800D控制系統(tǒng)中主要10卡件，其工作原理如下：

1、DI數(shù)字量輸入卡：供電電壓有24V和48兩種，輸入方式又有內(nèi)供電和外供電兩種，總共可以派生出4類DI卡，來滿足不同的現(xiàn)場(chǎng)需求。電路板都是一致的，通過焊接器件的不同來生產(chǎn)不同的類型。輸入端有橋式整流電路，通過光電隔離，進(jìn)入到中間的CPU板進(jìn)行信號(hào)采集和處理．

2.DO數(shù)字量輸出卡：通過選配繼電器板有丌路輸出和觸點(diǎn)輸出兩種，通過CPU的I/O管腳輸出控制電平，來控制場(chǎng)效應(yīng)管的開或關(guān)，從而控制繼電器的輸出，輸出通道總共16路。

3.AI模擬量電流輸入卡：接收8路4-20 mA電流信號(hào)，可以選擇外供電，提供給老式的兩線制儀表電源，輸入信號(hào)通過精密電阻采樣電壓，通過多路選擇器，進(jìn)行雙積分電路的計(jì)算，來獲取輸入的電流量，精度可以在千分之一以內(nèi)。

4.AO模擬量電流輸出卡：同時(shí)獨(dú)立的輸出8路隔離的4-20mA電流，每路的負(fù)載能力在750歐姆。

5.TC熱電偶輸入卡：接收8路熱電偶信號(hào)輸入，也可作為電壓輸入卡，接收0-5V的輸入，輸入電路同樣用的是雙積分電路。

6.RTD熱電阻輸入卡：處理PT100和Cu50兩種類型，4路相互隔離的輸入通道，精度可以達(dá)到千分之一。

針對(duì)以上卡件的硬軟件情況，在卡件改進(jìn)設(shè)計(jì)中，確定了相應(yīng)的設(shè)計(jì)原理：

1.在結(jié)構(gòu)、尺寸、主要功能性能都不變的前提下，主要選擇成本低的元件替代原來成本高的元件，實(shí)現(xiàn)改進(jìn)目的。

2.ACPU和DCPU的PCB不變。主要改AI、AO、DI、DO、TC、RTD六種卡件的PCB。

3.鉭電容采用電解電容替代；精密電阻采用小型貼片式精密電阻；luF/50V電容改為0850封裝。

4.三極管和MOSFET采用較小功率的型號(hào)，體積和成本都得到了降低。

5.EEPROM采用24C02，IIC接口．降低了成本．但軟件要做相應(yīng)的修改．

6.接插件采用便宜的接插件。

7.LED燈采用便宜的型號(hào)，封裝不變。

而對(duì)于8點(diǎn)RTD卡件，相應(yīng)的設(shè)計(jì)前提如下：

1)在4路的RTD模塊基礎(chǔ)上擴(kuò)大點(diǎn)數(shù)到8路．

2)不需要修改RTD的機(jī)械結(jié)構(gòu)，不需要額外對(duì)現(xiàn)場(chǎng)接線端子進(jìn)行修改，方便接入到控制系統(tǒng)中。

3)不需要更換CPU等元器件，僅僅增加RTD信號(hào)采集通道。

4)最小改動(dòng)的原則，以最低的人力物力，來實(shí)現(xiàn)8點(diǎn)RTD的功能，最大節(jié)約資源。

當(dāng)確定設(shè)計(jì)原理后，便是概要設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)，即初樣設(shè)計(jì)。然后是PCB布線，準(zhǔn)備器件清單，進(jìn)行器件采購(gòu)。在此過程中．電子元器件的篩選和替換是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。研發(fā)人員將原卡件板子上能改動(dòng)的元器件列出清單，并就當(dāng)前電子市場(chǎng)上能夠找到的相應(yīng)的能替代的元器件進(jìn)行列表和排序，根據(jù)以下篩選原則進(jìn)行篩選：1、不影響性能；2、價(jià)格便宜；3、采購(gòu)容易；4、改動(dòng)小。篩選出的元器件還要依次上板子進(jìn)行調(diào)試，是否最終滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過大量元器件信息的篩選，經(jīng)過研發(fā)人員的多次實(shí)驗(yàn)，最后才確定下替換元器件的清單，總共約33個(gè)。在硬件、軟件完成設(shè)計(jì)并調(diào)試后，再進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。并按照SUPMAX800D控制系統(tǒng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全性能測(cè)試，最終測(cè)試全部通過。

在這個(gè)過程中，一度遇到不少難題，但是在研發(fā)團(tuán)隊(duì)的努力和堅(jiān)持下，使問題得到完美解決，比如AO卡件的電流一度輸出不止確。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)替換的元器件運(yùn)算放大FHP3130IM8X有問題．經(jīng)過試驗(yàn)換回原來的OPA703后，同時(shí)將AO的PWM波的光耦前端電阻需要從3.3K換成2K后，解決了問題。又比如在全性能測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)AI卡件的電快速群脈沖試驗(yàn)通不過。經(jīng)過檢查和分析，將AI卡通道輸入的開關(guān)三極管NTF3055L108TIG;換為改進(jìn)以前MTD3055VL后，試驗(yàn)通過．而8點(diǎn)RTD的開發(fā)難點(diǎn)在于一個(gè)采樣CPU只具有兩個(gè)外部中斷，原來4點(diǎn)RTD時(shí)，一個(gè)外部中斷處理一個(gè)通道的數(shù)據(jù)。而現(xiàn)在8點(diǎn)RTD，需要解決一個(gè)外部中斷處理兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)的難點(diǎn)。研發(fā)人員經(jīng)過不懈的努力，解決的這個(gè)難點(diǎn)，保證項(xiàng)目的順利完成。

最后該產(chǎn)品達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

1、AI模擬量信號(hào)輸入卡(AI)，完成4-20mA輸入信號(hào)的采集功能，精度要求為±0.1%FS。

2、毫伏信號(hào)輸入卡(TC)，完成熱電偶信號(hào)的采集功能。精度要求如下：

0~5V為±0.1%FS：

0～100mV為±0.2%FS:

0～20mV精度要求為±0.3%FS。

3、熱電阻信號(hào)輸入卡(RTD)，完成對(duì)熱電阻信號(hào)的采集，精度要求如下：

PT100精度為±0.2FS；

Cu50精度為±0.3FS。

4、模擬信號(hào)輸出卡(AO)，實(shí)現(xiàn)(4～20)mA電流的輸出，精度要求為±0.1%FS。

5、數(shù)字信號(hào)輸入卡(DI)，實(shí)現(xiàn)16路0、48V電平或T觸點(diǎn)數(shù)字量輸入。

6、數(shù)字信號(hào)輸出卡(DO)，實(shí)現(xiàn)16路輸出開關(guān)量或T觸點(diǎn)信號(hào)。

由于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的10卡件，是在器件的主要參數(shù)不變的前提下，對(duì)10卡件中影響價(jià)格比較大的器件進(jìn)行了更換，從而在設(shè)計(jì)的源頭就把好關(guān)，因此設(shè)計(jì)后的10卡件功能、性能、結(jié)構(gòu)尺寸等都沒有發(fā)生變化，滿足SUPMAX800D控制系統(tǒng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．并且按SUPMAX800D控制系統(tǒng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全性能測(cè)試，滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求．同時(shí)SUPMAX800D卡件改進(jìn)設(shè)的IO卡件是公司自行開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)可以允分利用自儀公司的集團(tuán)優(yōu)勢(shì)，使產(chǎn)品的成本相對(duì)比較低，同國(guó)內(nèi)產(chǎn)品相比具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。因此大規(guī)模的投產(chǎn)應(yīng)用，不僅具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且還有良好的社會(huì)效益。

SUPMAX800D分散控制系統(tǒng)是自儀股份拳頭產(chǎn)品，在“系統(tǒng)做大，儀表做強(qiáng)”的戰(zhàn)略目標(biāo)下，堅(jiān)定不移創(chuàng)出自己的品牌，走出自己的特色。本次SUPMAX800D卡件改進(jìn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目充分響應(yīng)了公司在新市場(chǎng)環(huán)境下的應(yīng)變策略。通過自身性能改進(jìn)和升級(jí)換代，以穩(wěn)定、可靠的性能和高性價(jià)比產(chǎn)品，來提高公司產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和占有率，在良性競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)，提升公司產(chǎn)品知名度和美譽(yù)度，未來將在上業(yè)控制領(lǐng)域?qū)覄?chuàng)佳績(jī)，再塑輝煌。