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)領域得到了廣泛的應用，并取得良好的市場業(yè)績。但是工業(yè)控制系統(tǒng)領域的競爭日益激烈，在各大廠商的產(chǎn)品技術與質(zhì)量近似的情況下，如何提高自主產(chǎn)品的競爭力和市場占有率，這在擁有遠見卓識的領導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，通過改進產(chǎn)品，對系統(tǒng)進一步升級，不失為提高產(chǎn)品競爭力的有效途徑．而電子產(chǎn)品市場的繁榮與快速發(fā)展，大量性能高、價格低的元器件不斷涌現(xiàn)，也為這一途徑的實現(xiàn)提供了可行的技術條件和堅實的技術保障。SUPMAX800D卡件改進設計項目就是在這樣的背景下應運而生。

SUPMAX800D控制系統(tǒng)中10卡件是其主要組成部分，也是本次改進的主要目標．I0卡件主要接收上位機的組態(tài)和命令并發(fā)送到現(xiàn)場設備，同時采集現(xiàn)場的數(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；通道板主要包括實現(xiàn)通道輸入或者輸出功能的元器件。本項目的改進計劃在滿足卡件功能、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、價格優(yōu)惠的器件，例如，對于量大的鉭電容采用價格便宜的電解電容，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，在軟件設計上對軟件程序的精簡，去掉臃腫的多余代碼。采用新器件改進后整個系統(tǒng)會更加輕盈、快捷，具有生機活力，而且性價比高，市場前景廣闊。

此外，對于RTD卡件，由于國家傾向于批建中大型電廠項目，而自儀股份所簽約電廠項目也趨于中大型電廠項目，系統(tǒng)需要測量RTD的點數(shù)在不斷增加。同時國內(nèi)外其他的控制系統(tǒng)，RTD模塊的點數(shù)均從4點擴大到6點、8點．因此，在對原RTD卡件（4點）進行硬件改進的同時，還開發(fā)新的8點RTD卡件。這樣原來需要2塊RTD卡件來實現(xiàn)8路熱電阻信號，現(xiàn)在只需要1塊8點RTD的卡件即可。這在滿足市場需求的同時，最大程度的進行改進設計和實現(xiàn)，

對于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，進入到中間的CPU板進行信號采集和處理．

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輸出兩種，通過CPU的I/O管腳輸出控制電平，來控制場效應管的開或關，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，可以選擇外供電，提供給老式的兩線制儀表電源，輸入信號通過精密電阻采樣電壓，通過多路選擇器，進行雙積分電路的計算，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：同時獨立的輸出8路隔離的4-20mA電流，每路的負載能力在750歐姆。

5.TC熱電偶輸入卡：接收8路熱電偶信號輸入，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，精度可以達到千分之一。

針對以上卡件的硬軟件情況，在卡件改進設計中，確定了相應的設計原理：

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，實現(xiàn)改進目的。

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，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，封裝不變。

而對于8點RTD卡件，相應的設計前提如下：

1)在4路的RTD模塊基礎上擴大點數(shù)到8路．

2)不需要修改RTD的機械結(jié)構(gòu)，不需要額外對現(xiàn)場接線端子進行修改，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信號采集通道。

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

當確定設計原理后，便是概要設計與詳細設計，即初樣設計。然后是PCB布線，準備器件清單，進行器件采購。在此過程中．電子元器件的篩選和替換是產(chǎn)品設計中的關鍵。研發(fā)人員將原卡件板子上能改動的元器件列出清單，并就當前電子市場上能夠找到的相應的能替代的元器件進行列表和排序，根據(jù)以下篩選原則進行篩選：1、不影響性能；2、價格便宜；3、采購容易；4、改動小。篩選出的元器件還要依次上板子進行調(diào)試，是否最終滿足設計要求。經(jīng)過大量元器件信息的篩選，經(jīng)過研發(fā)人員的多次實驗，最后才確定下替換元器件的清單，總共約33個。在硬件、軟件完成設計并調(diào)試后，再進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。并按照SUPMAX800D控制系統(tǒng)的企業(yè)標準進行全性能測試，最終測試全部通過。

在這個過程中，一度遇到不少難題，但是在研發(fā)團隊的努力和堅持下，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)替換的元器件運算放大FHP3130IM8X有問題．經(jīng)過試驗換回原來的OPA703后，同時將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。又比如在全性能測試中，發(fā)現(xiàn)AI卡件的電快速群脈沖試驗通不過。經(jīng)過檢查和分析，將AI卡通道輸入的開關三極管NTF3055L108TIG;換為改進以前MTD3055VL后，試驗通過．而8點RTD的開發(fā)難點在于一個采樣CPU只具有兩個外部中斷，原來4點RTD時，一個外部中斷處理一個通道的數(shù)據(jù)。而現(xiàn)在8點RTD，需要解決一個外部中斷處理兩個通道的數(shù)據(jù)的難點。研發(fā)人員經(jīng)過不懈的努力，解決的這個難點，保證項目的順利完成。

最后該產(chǎn)品達到的主要技術指標如下：

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

2、毫伏信號輸入卡(TC)，完成熱電偶信號的采集功能。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、熱電阻信號輸入卡(RTD)，完成對熱電阻信號的采集，精度要求如下：

PT100精度為±0.2FS；

Cu50精度為±0.3FS。

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

5、數(shù)字信號輸入卡(DI)，實現(xiàn)16路0、48V電平或T觸點數(shù)字量輸入。

6、數(shù)字信號輸出卡(DO)，實現(xiàn)16路輸出開關量或T觸點信號。

由于本項目設計的10卡件，是在器件的主要參數(shù)不變的前提下，對10卡件中影響價格比較大的器件進行了更換，從而在設計的源頭就把好關，因此設計后的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)標準．并且按SUPMAX800D控制系統(tǒng)的企業(yè)標準進行全性能測試，滿足標準的要求．同時SUPMAX800D卡件改進設的IO卡件是公司自行開發(fā)、設計、生產(chǎn)可以允分利用自儀公司的集團優(yōu)勢，使產(chǎn)品的成本相對比較低，同國內(nèi)產(chǎn)品相比具有一定的價格優(yōu)勢。因此大規(guī)模的投產(chǎn)應用，不僅具有良好的經(jīng)濟效益，而且還有良好的社會效益。

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”的戰(zhàn)略目標下，堅定不移創(chuàng)出自己的品牌，走出自己的特色。本次SUPMAX800D卡件改進設計項目充分響應了公司在新市場環(huán)境下的應變策略。通過自身性能改進和升級換代，以穩(wěn)定、可靠的性能和高性價比產(chǎn)品，來提高公司產(chǎn)品市場競爭力和占有率，在良性競爭的同時，提升公司產(chǎn)品知名度和美譽度，未來將在上業(yè)控制領域?qū)覄?chuàng)佳績，再塑輝煌。