基于CS3000 系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

盛 暉

（中國石油克拉瑪依石化公司動(dòng)力廠）

某石化動(dòng)力廠采用3 套CS3000 系統(tǒng)對(duì)鍋爐和汽機(jī)車間的設(shè)備進(jìn)行控制。3 套系統(tǒng)的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)差別很大。 為了實(shí)現(xiàn)CS3000 系統(tǒng)的集中控制和指定操作站對(duì)其他各域數(shù)據(jù)的調(diào)用功能，為今后優(yōu)化自動(dòng)控制奠定基礎(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)各控制系統(tǒng)在通信上聯(lián)系但在物理上獨(dú)立的功能，必須對(duì)CS3000 系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)改造。 聯(lián)網(wǎng)過程主要包括備份參數(shù)、修改同名、軟硬件升級(jí)、擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)、增加設(shè)備和拆分項(xiàng)目7 部分。 因?yàn)閯?dòng)力廠的裝置無法全部同時(shí)停工，因此聯(lián)網(wǎng)必須采用分階段和分步進(jìn)行的解決方案，確保任何一個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施都不影響其他項(xiàng)目的正常運(yùn)行。

1 聯(lián)網(wǎng)前的情況

2001 年1 月投用的3#鍋爐控制系統(tǒng)和公用部分控制系統(tǒng)采用1 臺(tái)AFS10D 型控制站，配置4 臺(tái)操作站（軟件版本CS3000（R2.20），操作站采用的系統(tǒng)），操作系統(tǒng)是Windows NT，通信協(xié)議均采用雙層冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，Vnet 網(wǎng)主要實(shí)現(xiàn)控制器與操作站間的通信。 Ethernet 網(wǎng)用于操作站之間的通信。

2004 年7 月投用的1#、2#鍋爐控制系統(tǒng)采用2 臺(tái)AFS40D 型控制站， 配置7 臺(tái)操作站，操作站采用的系統(tǒng)軟件版本號(hào)為CS3000（R3.04），操作系統(tǒng)是Windows XP， 通信協(xié)議均采用雙層冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，Vnet 網(wǎng)主要實(shí)現(xiàn)控制器與操作站之間的通信。 Ethernet 網(wǎng)用于操作站之間的通信。

2009 年10 月投用的4#鍋爐控制系統(tǒng)和公用部分控制系統(tǒng)采用2 臺(tái)AFV10D 型控制站，配置4 臺(tái)操作站，操作站采用的系統(tǒng)軟件版本號(hào)為CS3000（R3.08），操作系統(tǒng)是Windows XP，通信協(xié)議均采用雙層冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，控制器與操作站以及操作站之間的通信均采用Vnet/IP 協(xié)議。

2 聯(lián)網(wǎng)難點(diǎn)

聯(lián)網(wǎng)的難點(diǎn)是要求實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)目的CS3000 系統(tǒng)在通信上相互聯(lián)系， 但在物理上又相互獨(dú)立，也就是要求指定操作站能夠調(diào)用其他域的數(shù)據(jù)，同時(shí)要求各項(xiàng)目的組態(tài)軟件能夠單獨(dú)在線下裝且各項(xiàng)目檢修時(shí)不影響其他項(xiàng)目的正常運(yùn)行。

3 聯(lián)網(wǎng)的總體設(shè)計(jì)

3.1 拆分項(xiàng)目

1#、2#鍋爐原為獨(dú)立的一套系統(tǒng)，在組態(tài)時(shí)由一個(gè)項(xiàng)目完成。 本次聯(lián)網(wǎng)需要將它分為兩個(gè)項(xiàng)目，增加1 個(gè)工程師站，變?yōu)閮商转?dú)立的系統(tǒng)，1#、2#鍋爐各自使用獨(dú)立的工程師站并設(shè)立各自獨(dú)立的項(xiàng)目，以便分別工作，互不影響。 同時(shí)對(duì)系統(tǒng)之間的硬件部分進(jìn)行連接并各自離線下裝。

3.2 劃分域

根據(jù)CS3000 系統(tǒng)的技術(shù)要求和本次聯(lián)網(wǎng)的目的， 將各聯(lián)網(wǎng)后的系統(tǒng)分為7 個(gè)域，1#鍋爐控制站作為1#域，1#鍋爐操作站作為2#域；2#鍋爐控制站作為3#域，2#鍋爐操作站作為7#域；3#鍋爐和部分公共系統(tǒng)控制站作為5#域，3#鍋爐操作站作為6#域；4#鍋爐和部分公共系統(tǒng)的控制站和操作站作為4#域。同時(shí)將硬件地址做相應(yīng)修改并離線下裝。

3.3 聯(lián)網(wǎng)的時(shí)間要求

提前做好參數(shù)備份和修改同名工作，提前敷設(shè)光纜和熔纖。 在各項(xiàng)目獨(dú)立檢修時(shí)進(jìn)行軟件升級(jí)、硬件升級(jí)、擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)及增加設(shè)備等工作。 在具備聯(lián)接條件時(shí)將各CS3000 系統(tǒng)通過三層交換機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。

3.4 聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)要求

首先，所有操作站安裝Windows XP 和VI701型橫河專用通信網(wǎng)卡，同時(shí)保證組態(tài)軟件版本一致，才能實(shí)現(xiàn)各CS3000 系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)。

由第1 節(jié)聯(lián)網(wǎng)前的情況簡(jiǎn)介可知，要實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)需要更換3#鍋爐CS3000 系統(tǒng)的操作站， 使之能夠運(yùn)行Windows XP 系統(tǒng)。同時(shí)將1#、2#和3#鍋爐CS3000 系統(tǒng)組態(tài)軟件的版本升級(jí)至R3.08，并更換其操作站內(nèi)橫河專用的通信網(wǎng)卡。 其次增加3 個(gè)域控制器作為Vnet 和Vnet/IP 網(wǎng)絡(luò)的連接，增加1 對(duì)三層交換機(jī)用于各域之間的通信數(shù)據(jù)管理。 最后因雙絞線傳輸距離超過100m 就無法保證信號(hào)質(zhì)量， 原控制室與集中控制室距離約400m，超出雙絞線的傳輸能力，為保證傳輸信號(hào)質(zhì)量，本次改造選用光纜連接。

3.5 變更操作站

將1#DCS 和2#DCS 機(jī)柜間的外面作為汽機(jī)車間外操間，布置1#汽輪機(jī)操作站（HIS0260）、2#汽輪機(jī)操作站 （HIS0760） 和公共系統(tǒng)操作站（HIS0661）。

將原3#鍋爐控制室作為鍋爐外操室，并分別布置1#鍋爐操作站 （HIS0259）、2#鍋爐操作站（HIS0759）、3#鍋爐操作站（HIS0662）和4#鍋爐操作站（HIS0461）。

其余的操作站和工程師站（HIS0261、HIS0262、HIS0263、HIS0264、HIS0459、HIS0460、HIS0462、HIS0463、HIS0464、HIS0660、HIS0663、HIS0664、HIS0761、HIS0762、HIS0763、HIS0764）全部布置到集中控制室。

3.6 安裝多項(xiàng)目軟件包

將 4 個(gè) 工 程 師 站（HIS0264、HIS0764、HIS0664、HIS0464） 和2 個(gè)操作站 （HIS0661 和HIS0463）用于監(jiān)控公共系統(tǒng)，并將這6 個(gè)站安裝多項(xiàng)目軟件包，以便實(shí)現(xiàn)各域通信上的聯(lián)系。

3.7 建立鏡像站

在每個(gè)項(xiàng)目工程師站組態(tài)軟件中建立的其他項(xiàng)目中安裝多項(xiàng)目軟件包鏡像站，以便監(jiān)控其他域的數(shù)據(jù)庫。

4 聯(lián)網(wǎng)增加的設(shè)備

4.1 域控制器

域控制器的作用是將Vnet 協(xié)議轉(zhuǎn)換為Vnet/IP 協(xié)議，并將同軸電纜接口轉(zhuǎn)換為RJ45 接口。對(duì)不同域的CS3000 系統(tǒng)進(jìn)行管理， 實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)目間數(shù)據(jù)的交換和處理。

域控制器有兩個(gè)互為冗余的BCV 模塊，其中紅色部分是域和站的地址撥碼開關(guān)，每個(gè)模塊分為左右兩側(cè)進(jìn)行撥碼設(shè)置。以該動(dòng)力廠3#鍋爐的域控制器為例，模塊的左側(cè)為采用Vnet 協(xié)議的域和站的地址設(shè)定區(qū)域，撥碼為域5 站13；右側(cè)為采用Vnet/IP 協(xié)議的域和站的地址設(shè)定區(qū)域，撥碼為域6 站13；在組態(tài)軟件中域控制器的屬性須設(shè)定成BCVV0613。

4.2 L2 交換機(jī)

L2 交換機(jī)即雙層交換機(jī)。工作流程是當(dāng)交換機(jī)從某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，先讀取包頭中源MAC 地址， 這樣就知道源MAC 地址的機(jī)器是連在哪個(gè)端口上的。 再讀取包頭中的目的MAC 地址，并在地址表中查找相應(yīng)的端口。 如果地址表中有與這個(gè)目的MAC 地址對(duì)應(yīng)的端口， 就把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這個(gè)端口上。 如果地址表中找不到相應(yīng)的端口， 則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當(dāng)目的機(jī)器對(duì)源機(jī)器回應(yīng)時(shí)，交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)目的MAC 地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)， 在下次傳送數(shù)據(jù)時(shí)就不再對(duì)所有端口進(jìn)行廣播。 不斷循環(huán)這個(gè)過程，對(duì)全網(wǎng)的MAC 地址信息都可以學(xué)習(xí)到。

4.3 光纜終端盒

光纜終端盒主要用于光纜終端的固定， 光纜與尾纖的熔接和余纖的收容與保護(hù)。 終端盒是光纜端頭接入之處，然后通過光跳線接入光交換機(jī)。

4.4 光纜

光纖的通信距離可達(dá)幾百米、幾千米甚至幾萬米，且光纖通信不會(huì)受到信號(hào)的干擾。 特別注意光纖在使用中不要過度彎曲和繞環(huán)，否則會(huì)增加光在傳輸過程中的衰減。 光纖分為單模和多模兩種，多模傳輸距離較近（最遠(yuǎn)550m），單模傳輸距離較遠(yuǎn)。 光纜可分為四芯、六芯及八芯等。

該動(dòng)力廠聯(lián)網(wǎng)是將整個(gè)控制站放到遠(yuǎn)程，通過光纖連接集中控制室的操作站。每一個(gè)BUS 需要兩芯 （傳送TX、 接收RX 各需要一芯光纜），BUS1 和BUS2 冗余的通信放到兩根光纜上，這樣，即使是使用過程中一根光纜斷了，也不會(huì)影響冗余通信，增強(qiáng)了通信的可靠性。

動(dòng)力廠聯(lián)網(wǎng)采用四芯單模光纜。 光纖的熔接要注意光纜兩頭，TX 對(duì)應(yīng)RX，RX 對(duì)應(yīng)TX。 熔接好的光纖要先進(jìn)行衰減率測(cè)試，測(cè)試沒問題后直接連接，調(diào)試正常。

4.5 L3 交換機(jī)

L3 交換機(jī)即三層交換機(jī)，它解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后，網(wǎng)段中子網(wǎng)必須依賴路由器進(jìn)行管理的情況，解決了傳統(tǒng)路由器速度低且復(fù)雜所造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題。

使用前，需將隨交換機(jī)提供的專用電纜連接至個(gè)人計(jì)算機(jī)的9 針串行端口上，將電纜的另一端連接至交換機(jī)的控制臺(tái)端口上，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上啟動(dòng)超級(jí)終端進(jìn)行設(shè)置，路徑為WINDOWS 的程序/附件/通信/超級(jí)終端。

4.6 跳線

跳線用于光交換機(jī)和終端盒之間的連接。

光纖跳線按傳輸媒介的不同可分為常見的硅基光纖的單模跳線和多模跳線， 還有以其他（如塑膠等）為傳輸媒介的光纖跳線。 按連接頭結(jié)構(gòu)形式可分為：ST 跳線、LC 跳線、MTRJ 跳線及MPO 跳線等。 一般單模光纖的光纖跳線用黃色，接頭和保護(hù)套為藍(lán)色。 多模光纖的光纖跳線用橙色或灰色，接頭和保護(hù)套用米色或黑色。

光纖跳線使用后，一定要用保護(hù)套將光纖接頭保護(hù)起來，避免灰塵和油污損害光纖的耦合。

5 聯(lián)網(wǎng)工作

5.1 備份參數(shù)

因各控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)前會(huì)出現(xiàn)離線下裝或停電超過72h 的情況， 所以必須對(duì)參數(shù)進(jìn)行備份，這些參數(shù)包括報(bào)警值、PID 設(shè)定值等。具體方法是在組態(tài)軟件首頁View 選中l(wèi)oadd， 再選中save FCS Tuning parameter 即可。

5.2 修改同名

不同項(xiàng)目可能存在相同的位號(hào)和功能塊名，聯(lián)網(wǎng)前必須進(jìn)行修改，否則會(huì)導(dǎo)致不同域之間的調(diào)用錯(cuò)誤。 具體方法是將聯(lián)網(wǎng)的項(xiàng)目放在一個(gè)項(xiàng)目中， 在組態(tài)軟件首頁tools 選中check for Double，再選中Defined Tags，即可找到同名的位號(hào)進(jìn)行修改。

5.3 軟件升級(jí)

將CS3000 系統(tǒng)的所有操作站統(tǒng)一安裝Windows XP 操作系統(tǒng)， 組態(tài)軟件統(tǒng)一安裝R3.08 版本。

5.4 硬件升級(jí)

更換4 臺(tái)3#鍋爐和公用系統(tǒng)DCS 操作站，安裝橫河VI701 型專用通信網(wǎng)卡，并將17 塊1#～3#鍋爐CS3000 系統(tǒng)操作站的原橫河專用通信網(wǎng)卡VF701 更換成VI701 型。 通信網(wǎng)卡安裝好后，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的IP 地址采用奇校驗(yàn)對(duì)DIP 開關(guān)進(jìn)行撥號(hào)。

5.5 擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)

1#～3#鍋爐CS3000 系統(tǒng)的模擬量和開關(guān)量的通道都沒有足夠的余量。 本次聯(lián)網(wǎng)對(duì)1#、2#鍋爐DCS 的兩個(gè)控制站各增加1 個(gè)節(jié)點(diǎn)單元，3#鍋爐DCS 的1 個(gè)控制站增加2 個(gè)節(jié)點(diǎn)單元。

5.6 增加設(shè)備

1#～3#鍋爐CS3000 系統(tǒng)各增加1 個(gè)AVR10D型域控制器，同時(shí)需要對(duì)域控制器進(jìn)行硬件上IP地址的撥號(hào)和在CS3000 軟件上屬性的設(shè)置。 1#～4#鍋爐CS3000 系統(tǒng)各增加兩對(duì)L2 交換機(jī)、2 個(gè)終端接線盒。整個(gè)CS3000 系統(tǒng)增加一對(duì)L3 交換機(jī)和3km 光纜。

5.7 拆分項(xiàng)目

本次改造， 在組態(tài)軟件中將1#、2#鍋爐原來的一個(gè)項(xiàng)目分成1#鍋爐和2#鍋爐兩個(gè)項(xiàng)目，在硬件上將兩個(gè)控制站分開，并各自通過域控制器與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。 因1#鍋爐和2#鍋爐無法同時(shí)停工改造，根據(jù)實(shí)際情況，定于在2#鍋爐停工、1#鍋爐運(yùn)行的情況下進(jìn)行項(xiàng)目拆分。1#、2#鍋爐項(xiàng)目拆分前后的硬件連接如圖1、2 所示。

圖1 1#、2#鍋爐項(xiàng)目拆分前的硬件連接

圖2 1#、2#鍋爐項(xiàng)目拆分后的硬件連接

拆分項(xiàng)目的具體步驟如下：

a. 檢查DCS 操作站系統(tǒng)畫面中1#、2#鍋爐的Vnet1 和Vnet2 指示燈是否正常， 綠色表示通信正常，紅色表示不正常。

b. 斷開1#鍋爐控制站1#電纜通信耦合器開關(guān)，觀察Vnet2 和操作站畫面數(shù)據(jù)顯示是否正常，正常則斷開2#鍋爐控制站1#電纜通信耦合器開關(guān)，并拆除1#電纜，然后從粗細(xì)纜轉(zhuǎn)換器處拆除3#電纜；不正常則停止操作，查找原因。

c. 將1#電纜連接至粗細(xì)纜轉(zhuǎn)換器后與操作站的VI701 網(wǎng)卡相連，待1#鍋爐停工時(shí)則與域控制器相連。

d. 測(cè)試1#電纜是否連接好， 接好進(jìn)行步驟e，否則檢查處理。

e. 閉合1#鍋爐控制站1#電纜通信耦合器開關(guān)。

f. 斷開1#鍋爐控制器2#電纜通信耦合器開關(guān)，按照同樣的步驟拆除4#電纜，將2#電纜連接至粗細(xì)纜轉(zhuǎn)換器后與操作站的VF701 網(wǎng)卡相連，待1#鍋爐停工時(shí)則與域控制器相連。

經(jīng)過項(xiàng)目拆分后，原來的一個(gè)項(xiàng)目變成了兩個(gè)項(xiàng)目，這兩個(gè)項(xiàng)目在物理上實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立，在各裝置停工時(shí)分別通過域控制器、L2 交換機(jī)和L3交換機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的通信。

4#鍋爐和公用系統(tǒng)完成建設(shè)后，因其控制站與操作站之間的通信為Vnet/IP 協(xié)議， 所以只通過L2 交換機(jī)和L3 交換機(jī)即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的通信。

利用3#鍋爐和公用系統(tǒng)停工檢修的機(jī)會(huì)，對(duì)其控制站加裝節(jié)點(diǎn)單元，增加域控制器并離線下裝，同時(shí)通過域控制器、L2 交換機(jī)和L3 交換機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的通信。

6 聯(lián)網(wǎng)的組態(tài)

6.1 操作站的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置

操作站VI701 網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)安裝后生成兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接，分別設(shè)置為172.16.域名.站名，子網(wǎng)掩碼255.255.0.0 和192.168.128+域名.129+站名，子網(wǎng)掩碼255.255.255.0。

6.2 域控制器的設(shè)置

在CS3000 組態(tài)軟件中的每個(gè)項(xiàng)目下新建域控制器并進(jìn)行屬性設(shè)置。 該動(dòng)力廠在項(xiàng)目KSHRD-1 下建立域控制器BCVV0202，類型設(shè)置Station Type 為AVR10D-Q Vnet Router（for Dual-Redundant V net）， 地址設(shè)置Domain Number 為2，Station Number 為2。

6.3 域控制器的離線下裝

在軟件上完成域控制器的屬性設(shè)置；在硬件上完成域控制器的域號(hào)和站號(hào)的撥號(hào)設(shè)置，同時(shí)接好網(wǎng)絡(luò)電纜，并給域控制器提供220V（AC）電源。

以上工作完成后，就可以進(jìn)行域控制器的離線下裝。 離線下裝的操作以項(xiàng)目KSHRD-1 的域控制器為例， 該域控制器為2#域的2#站，在Change BCV property 設(shè)置中除2#域之外的1#、3#、4#、5#、6#和7#域均要打勾，然后按“確定”按鈕即可完成離線下裝。

6.4 安裝多項(xiàng)目軟件包

多項(xiàng)目軟件包是橫河一個(gè)非常實(shí)用的軟件包，其作用是安裝多項(xiàng)目軟件包的操作站除能監(jiān)控本域的數(shù)據(jù)外， 還能夠監(jiān)控其他各域的數(shù)據(jù)。該石化動(dòng)力廠指定了4 個(gè)工程師站和2 個(gè)公共系 統(tǒng) 操 作 站 （HIS0264、HIS0764、HIS0664、HIS0464、HIS0661 和HIS0463） 共計(jì)6 個(gè)站安裝多項(xiàng)目軟件包， 把動(dòng)力廠不同項(xiàng)目的CS3000 系統(tǒng)連成一體，實(shí)現(xiàn)互相操作和監(jiān)視。 工程師站的組態(tài)軟件中必須進(jìn)行多項(xiàng)目軟件包的組態(tài)設(shè)置。具體在項(xiàng)目/common/multipjt 中進(jìn)行。 以1#鍋爐項(xiàng)目為例，Project name 設(shè)置為KSHRD-1，Project ID 設(shè) 置 為P1，Product name 設(shè) 置 為CS3000，PC Name 設(shè)置為HIS0264。

6.5 建立鏡像站

為了實(shí)現(xiàn)在本域監(jiān)控其他域的數(shù)據(jù)庫，就必須在每個(gè)項(xiàng)目的工程師站建立鏡像站。 建立鏡像站時(shí)， 除本域外的其他安裝多項(xiàng)目軟件包的站均要建立鏡像站。 以動(dòng)力廠2#域工程師站HIS0264 中建立鏡像站和屬性設(shè)置為例， 需要建 立STN0463、STN0464、STN0661、STN066 4 和STN0764 共5 個(gè)鏡像站。 以鏡像站STN0463 為例，Station Type 設(shè)置為UHMIS Unified Operation和Monitoring Station；Station Address 設(shè)置為Domain Number 和Station Number， 其值分別為4、63。

7 結(jié)束語

某石化動(dòng)力廠不同時(shí)期的CS3000 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后目前已正常運(yùn)行， 實(shí)現(xiàn)了CS3000 系統(tǒng)的集中控制和指定操作站對(duì)其他各域數(shù)據(jù)的調(diào)用，為母管制設(shè)備提高自動(dòng)控制打下了基礎(chǔ)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了各控制系統(tǒng)在通信上聯(lián)系、在物理上獨(dú)立的功能。 采用分階段、分步進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)的解決方案，既保證了不同裝置的正常運(yùn)行又達(dá)到了聯(lián)網(wǎng)的目的。