DCS控制系統(tǒng)的升級改造

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(中鹽青海昆侖堿業(yè)有限公司，青海 德令哈817099)

1 系統(tǒng)概況

中鹽青海昆侖堿業(yè)有限公司熱電車間DCS控制系統(tǒng)采用MACSV系統(tǒng)，系統(tǒng)版本為MACSV 5.2.3 SP2，系統(tǒng)配置為：

控制室：15臺計(jì)算機(jī)主機(jī)，15臺計(jì)算機(jī)顯示器。

電子間：10面主控機(jī)柜， 7面擴(kuò)展柜。

DCS系統(tǒng)配置見表1。

表1 DCS系統(tǒng)配置表

2 原有控制系統(tǒng)存在的問題

2.1 電子元件老化

所有電子產(chǎn)品都有一定壽命，5～7年屬于設(shè)備的老化峰期，模塊經(jīng)過多年運(yùn)行，受空氣、灰塵及腐蝕性氣體侵蝕、老化后會出現(xiàn)工作不穩(wěn)定的情況，各DP接頭及節(jié)點(diǎn)處也會出現(xiàn)氧化、松動等現(xiàn)象，DP鏈路阻抗會增大，如超過系統(tǒng)要求值，則會造成模塊離線等情況，嚴(yán)重的會導(dǎo)致系統(tǒng)非計(jì)劃停車，影響正常生產(chǎn)。熱電車間DCS系統(tǒng)自2010年投產(chǎn)以來運(yùn)行已有8年時間，近兩年來DCS故障率明顯增加，從2016年開始，運(yùn)行期間曾多次出現(xiàn)模塊離線、燒壞、通道壞、電路板小配件掉落等故障，嚴(yán)重影響設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 服務(wù)器問題

現(xiàn)有MA5系統(tǒng)采用的是服務(wù)器結(jié)構(gòu)，服務(wù)器位于上位和控制器之間，將上位機(jī)的指令和現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過服務(wù)器來交換。熱電車間采用的上位機(jī)、服務(wù)器系統(tǒng)為XP，微軟已于14年宣布XP系統(tǒng)退役，停止對該系統(tǒng)的更新，目前所有主流計(jì)算機(jī)廠家生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)硬件無法識別XP系統(tǒng)。2014年服務(wù)器出現(xiàn)過無法切換、通訊故障，2015年出現(xiàn)過服務(wù)器無法登錄在線下裝故障，2017年服務(wù)器硬盤故障， DELL廠家表示此型號已停產(chǎn)，無備件更換，這就意味著一旦服務(wù)器出現(xiàn)故障，無法購買備件，導(dǎo)致DCS系統(tǒng)癱瘓，造成非計(jì)劃停車，存在嚴(yán)重安全隱患，急需解決。

2.3 網(wǎng)絡(luò)問題

DCS系統(tǒng)中采用交換機(jī)構(gòu)建實(shí)時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)最大的風(fēng)險(xiǎn)在于發(fā)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降，甚至網(wǎng)絡(luò)癱瘓，進(jìn)而引起DCS系統(tǒng)崩潰導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生跳閘事故。熱電車間DCS系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行近十年，操作站主機(jī)、網(wǎng)卡、交換機(jī)等已經(jīng)進(jìn)入不穩(wěn)定運(yùn)行階段，因其質(zhì)量或性能可能引起數(shù)據(jù)刷新速度緩慢，甚至演變成網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴造成系統(tǒng)崩潰情況發(fā)生，為了減少事故發(fā)生，防患于未然，需將操作站主機(jī)、交換機(jī)、網(wǎng)卡同時更換。

2.4 控制器問題

多年來DCS系統(tǒng)硬件擴(kuò)展及軟件組態(tài)的增補(bǔ)修改已經(jīng)使CPU負(fù)荷超過了臨界狀態(tài)(實(shí)際平均負(fù)荷已達(dá)33%，和利時出廠規(guī)定正常負(fù)荷不能超過30%)，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。DCS控制器負(fù)荷過重，容易造成控制器數(shù)據(jù)處理滯后，甚至造成整個系統(tǒng)的癱瘓。而一旦控制系統(tǒng)癱瘓必須廠家專業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場處理，勢必給企業(yè)造成停產(chǎn)損失。

18#站公用系統(tǒng)多次出現(xiàn)主控單元故障，導(dǎo)致A、B主控在故障情況下無法進(jìn)行無擾切換，一旦A主控有任何故障，將導(dǎo)致整個公用系統(tǒng)癱瘓，無法運(yùn)行，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2.5 系統(tǒng)局限性

隨著自動化水平不斷升級，原有MACSV5.2.3因系統(tǒng)局限性，無法實(shí)現(xiàn)在線下裝，生產(chǎn)運(yùn)行中遇到的修改量程、修改通道等問題無法及時解決，只能等到全廠大修才能進(jìn)行修改，造成備件的極大浪費(fèi)，對生產(chǎn)帶來極大不便。

3 升級方案及優(yōu)勢

因公司生產(chǎn)需求無法長時間停車，此次升級面臨最大的問題是工作時間緊、工作量大，為保證在僅有的4天全廠停車檢修時間內(nèi)完成此次DCS系統(tǒng)升級任務(wù)，決定按照以下方案進(jìn)行改造：

3.1 軟件升級

將現(xiàn)有DCS系統(tǒng)軟件部分由MACSV 5.2.3 SP2升級為MACS V6.5.3。新的系統(tǒng)軟件提供合法、專用的軟件授權(quán)。由和利時公司提供升級后的MACS V6.5.3系統(tǒng)軟件升級資料和全套電子版系統(tǒng)資料。

服務(wù)器、操作員站安裝微軟正版授權(quán)的Windows 7操作系統(tǒng)。

MACS V6.5.3與原有FM系列模塊具有很好的兼容性，所以原有FM系列模塊不更換，直接將DCS系統(tǒng)升級改造到MACS V6.5.3+K主控工作，不更改原有的DCS系統(tǒng)各站的所有功能(操作、顯示、報(bào)警、趨勢顯示、歷史趨勢歷史數(shù)據(jù)顯示和查詢等)。

3.2 硬件升級

1)取消服務(wù)器IO通訊的功能

點(diǎn)對點(diǎn)結(jié)構(gòu)：操作站直接與控制站直接通訊，系統(tǒng)更加穩(wěn)定，風(fēng)險(xiǎn)更加分散，減輕了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)負(fù)荷，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定度。 操作員站直接訪問控制器真正的點(diǎn)對點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

2)所有操作員站升級

工程師站使用和利時公司驗(yàn)證的工作站主機(jī)平臺T5810、液晶顯示器、雙口網(wǎng)卡。操作員站硬件采用DELL 5050MT維塔式工作站，主要技術(shù)參數(shù)為：CPU，Intel 酷睿i5 7500，3.4 GHz；內(nèi)存，2×4 G；硬盤， 500 GB。

3)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)升級

將原有的4臺交換機(jī)更換為最新的GM010-ISW-24L系列，此交換機(jī)為和利時有自主研發(fā)的防網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴交換機(jī)，可明顯的抑制網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，大大提高或改善網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能，更利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 控制器升級

DCS控制器的升級主要是將原有的FM801控制器升級為K-CU01控制器。和利時公司K-CU01控制器是K系列硬件的控制器模塊，是系統(tǒng)的核心控制部件，支持兩路冗余IO-BUS和從站I/O模塊進(jìn)行通訊，支持兩路冗余以太網(wǎng)和上位機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)時上傳過程數(shù)據(jù)以及診斷數(shù)據(jù)?？梢栽诰€下裝和更新工程，且不會影響現(xiàn)場控制。比FM801控制器具有更強(qiáng)大的運(yùn)算能力，完全兼容FM系列 I/O卡件。

因?yàn)镕M801控制器和K-CU01控制器都是MACSV系列硬件，所以升級時組態(tài)只需要用自帶軟件工具導(dǎo)入就可以，不會改變原有的控制策略。由于FM801控制器和K-CU01控制器安裝結(jié)構(gòu)相同，因此，只需將原FM801控制器機(jī)架拆除，在相同位置安裝K-CU01控制器即可，原有I/O卡件和端子接線不變，從而能以最短的時間、最低的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級。

3.4 系統(tǒng)升級優(yōu)勢

1)MACS V6安全可靠的控制器軟硬件

HEROS操作系統(tǒng)——內(nèi)置防火墻功能。雙網(wǎng)故障不影響控制。

優(yōu)化的控制軟件——完善的冗余機(jī)制等改進(jìn)保證控制的可靠性。

專業(yè)的算法庫——符合行業(yè)使用需要的算法庫，便于使用。

100M通信網(wǎng)絡(luò)——高速以太網(wǎng)保證了系統(tǒng)的高可靠性。

2)MACS V6靈活可靠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

單層單層控制網(wǎng)——結(jié)構(gòu)簡潔，操作方便，安全可靠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

可靠的監(jiān)控功能——操作員與控制器點(diǎn)對點(diǎn)通訊，保證可靠的數(shù)據(jù)采集和操作。

便攜的下裝過程——增加測點(diǎn)，修改畫面或方案頁，下裝操作站和控制站直接生效。

安全的歷史站——提供豐富的歷史數(shù)據(jù)?？膳c控制站通信，提供數(shù)據(jù)采集的備份功能。

網(wǎng)絡(luò)安全方案——和利時定制交換機(jī)預(yù)防網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，已申請專利。

4 升級后DCS系統(tǒng)現(xiàn)狀

1)MACS V6系統(tǒng)報(bào)警及日志記錄數(shù)量較MACS V5增加

表2 報(bào)警及日志記錄數(shù)量比較

2)MACS V6系統(tǒng)CPU負(fù)荷較MACS V5系統(tǒng)大幅下降

表3 CPU負(fù)荷比較

5 結(jié) 語

本次DCS控制系統(tǒng)升級改造保留原有DCS系統(tǒng)各站的所有功能，保留原有I/O點(diǎn)數(shù)，CP負(fù)荷保持在10%以內(nèi)，保證DCS控制系統(tǒng)升級改造后整個系統(tǒng)的完整性、可靠性、安全性，系統(tǒng)可用性達(dá)到99.99%，升級后的工作站的硬件和軟件都具有高可靠性，系統(tǒng)升級后未改變原系統(tǒng)I/O卡件及通道編號，方便升級改造后的維護(hù)。

通過此次升級改造，提高了DCS控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度，優(yōu)化了軟、硬件，提升了DCS控制系統(tǒng)的可用率和運(yùn)行效率，用最小的投入換取最大的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。