橫河DCS控制系統(tǒng)升級(jí)改造分析

何曉云，肖琦

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司延安石油化工廠，陜西 延安 727406)

0 引言

DCS是分散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，又叫集中管理分散控制系統(tǒng)。它是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、圖形顯示技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為一體的過(guò)程控制和工程管理的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集中管理分散控制，把危險(xiǎn)分散到各個(gè)回路，滿足了對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的要求。DCS控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的廣泛應(yīng)用，使人們對(duì)控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性及良好使用性、適用性、實(shí)用性要求越來(lái)越高。

1 延安石油化工廠設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀

延安石油化工廠6套主工藝裝置及其輔助裝置、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)DCS控制系統(tǒng)選用了橫河電機(jī)新一代的生產(chǎn)綜合控制系統(tǒng)CENTUM-CS3000系統(tǒng)，基于微軟windows XP操作系統(tǒng)運(yùn)行。廠區(qū)內(nèi)設(shè)一個(gè)中心控制室，主生產(chǎn)裝置、輔助裝置、公用工程及儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)(熱力系統(tǒng)除外)的DCS顯示操作站和部分控制站及附屬設(shè)備均集中在中心控制室，進(jìn)行集中操作、控制和管理。

2 系統(tǒng)升級(jí)改造的必要性

日本橫河機(jī)電CS3000 Vnet/IP系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)基于微軟windows XP操作系統(tǒng)運(yùn)行。我廠DCS系統(tǒng)HIS和ENG均為DELL塔式工作站或服務(wù)器。由于微軟公司于2014年4月完全放棄windows XP，停止為所有有windows XP的用戶提供修復(fù)、產(chǎn)品更新以及安全補(bǔ)丁等服務(wù)，同時(shí)涉及的產(chǎn)品還有off ice 2003。由更新的Windows 10Enterprise 2016 LTSB (64-bit)操作系統(tǒng)替代，使控制系統(tǒng)在安全方面受到很大的威脅。同時(shí)DELL公司也停止了所有基于windows XP系統(tǒng)的硬件銷售。雖然升級(jí)換代產(chǎn)品型號(hào)變化不大，但是不能降級(jí)安裝windows XP，預(yù)裝的windows10操作系統(tǒng)，又不能支持CS 3000系統(tǒng)應(yīng)用軟件的運(yùn)行。舊系統(tǒng)由于工作站長(zhǎng)周期運(yùn)行，其主機(jī)硬盤、主板、電源、顯卡等配件嚴(yán)重老化，且新采購(gòu)備品備件沒(méi)有windows XP的驅(qū)動(dòng)程序，導(dǎo)致新的工作站不能安裝橫河的CS300軟件，直接影響生產(chǎn)裝置的控制與操作，只有將系統(tǒng)升級(jí)Windows 10開(kāi)發(fā)的CENTUM VP 才能從根本上上解決問(wèn)題。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、CRT技術(shù)的飛速發(fā)展，控制系統(tǒng)也發(fā)展迅速。DCS系統(tǒng)從軟、硬件的穩(wěn)定性和技術(shù)先進(jìn)性，到系統(tǒng)的開(kāi)放性、可操作性、數(shù)據(jù)安全性、通訊功能的完善性都有了很大的提高，為升級(jí)換代提供了便利條件和可操作性。

經(jīng)多次與橫河廠家工程師進(jìn)行技術(shù)交流，同時(shí)考慮到控制系統(tǒng)軟硬件的穩(wěn)定性和技術(shù)先進(jìn)性，確定將CS3000升級(jí)至高可用性、高穩(wěn)定性、良好開(kāi)放性、良好的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)安全性、完善的通訊功能的CENTUM VP系統(tǒng)，其新的界面按照人體工程學(xué)設(shè)計(jì)和排列，有效減少操作員的疲勞和不適，能更方便獲得有效信息。改善操作的安全性和操作速度，提高生產(chǎn)效率，使得信息更為高效化。與CS3000相比，每個(gè)畫面的信息量為之前的4倍(View Set功能)，可同時(shí)顯示過(guò)程、安全、設(shè)備信息。相關(guān)信息可分組顯示，使重要警報(bào)明確化，操作判斷速度是之前的2倍，可以節(jié)約60%的時(shí)間。重要信息明確化，使操作人員可以迅速地連接想要的信息，最小化處理必要信息的操作步驟[1]。

2.1 CENTUM VP系統(tǒng)主要特點(diǎn)

(1)全新綜合系統(tǒng)。根據(jù)不同需要，以工廠運(yùn)行自動(dòng)化為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)IEC(儀表、電氣、計(jì)算機(jī))綜合，PA(過(guò)程自動(dòng)化)/FA(工廠自動(dòng)化)綜合，儀表室的統(tǒng)一，區(qū)域的統(tǒng)一，CIM的構(gòu)成等。

(2)開(kāi)放性強(qiáng)。采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)和接口：FDDI、Ethernet、Foundation、Field-bus、RS232C、RS422、RS485。向上可采用以太網(wǎng)與上位機(jī)通信，向下采用開(kāi)放的RS-232C或422/RS485接口。采用標(biāo)準(zhǔn)軟件windows 10操作系統(tǒng)，使它更加開(kāi)放化，更加容易被掌握。

(3)可靠性高。CENTUM VP是采用先進(jìn)的冗余容錯(cuò)技術(shù)的DCS系統(tǒng)，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：FCS的CPU采用RISC和“Pair and Spare”(成對(duì)備用)技術(shù)；采用ECC(糾錯(cuò))內(nèi)存；系統(tǒng)全冗余：V網(wǎng)、FCU、RIO總線、NIU，電源都能雙重化配置。

(4)控制功能強(qiáng)。CENTUM VP提供了多種功能豐富的模塊，反饋控制是通過(guò)各種功能塊用CAD方式完成。順序控制有4種方式：順控表、邏輯圖、SFC、SEBOL?？刂普究蓪?shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)控制、多變量預(yù)測(cè)控制、模糊控制、自整定功能(標(biāo)準(zhǔn)控制功能中包含)。

(5)工程簡(jiǎn)捷。CENTUM VP提供高效的CAE，直接用Control Drawing圖進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)及組態(tài)，使方案設(shè)計(jì)和軟件組態(tài)同步進(jìn)行，最大限度地簡(jiǎn)化了軟件開(kāi)發(fā)流程。提供仿真調(diào)試軟件包、可對(duì)工程軟件進(jìn)行出廠測(cè)試。可使用自行文件軟件包將所有工程數(shù)據(jù)打印存檔。

(6)漢化界面。支持二級(jí)漢字字庫(kù)，組態(tài)生成到畫面顯示都是漢字，更熟悉更方便。

2.2 CENTUM CS 3000與CENTUM VP部分功能對(duì)比

CENTUM CS 3000與CENTUM VP部分功能對(duì)比如表1所示。

表1 CENTUM CS 3000 與CENTUM VP部分功能對(duì)比

3 升級(jí)前的準(zhǔn)備工作

3.1 系統(tǒng)License檢查收集

軟件License是一種格式合同，用以規(guī)定和限制軟件用戶使用軟件的權(quán)利，每個(gè)客戶擁有專屬 License，為軟件授權(quán)管理提供可靠保障，防止非授權(quán)使用防止盜版破解。由于CENTUM-CS3000與CENTUM-VP的授權(quán)在安裝、分配方式上存在很大差異，因此授權(quán)的收集和確認(rèn)非常重要。

(1)檢查所有操作站、工程師站CS3000授權(quán)，并對(duì)單機(jī)授權(quán)數(shù)量、類型進(jìn)行按照名稱進(jìn)行詳細(xì)記錄。

(2)在工程師站上采集CS3000授權(quán)，并進(jìn)行保存。

(3)將采集到的與單機(jī)授權(quán)、授權(quán)存儲(chǔ)盤進(jìn)行逐一核對(duì)。

(4)對(duì)OPC、PRM等的授權(quán)進(jìn)行單獨(dú)確認(rèn)，并與紙質(zhì)版授權(quán)進(jìn)行核對(duì)。

3.2 項(xiàng)目備份

(1)備份前應(yīng)將現(xiàn)場(chǎng)控制器內(nèi)的所有參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

(2)對(duì)每臺(tái)操作站、工程師站的趨勢(shì)記錄、報(bào)警記錄進(jìn)行保存。

(3)對(duì)項(xiàng)目中的報(bào)表、罐容等特殊應(yīng)用軟件進(jìn)行備份。(4)對(duì)工程師站中的在線項(xiàng)目進(jìn)行備份。在DCS控制系統(tǒng)停機(jī)之前，再對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行備份。

3.3 型號(hào)確認(rèn)

所有操作站、工程師站、OPC站、PRM站的型號(hào)進(jìn)行確認(rèn)，能夠支持WIN10，CENTUM-VP運(yùn)行的操作站配置。

3.4 檢查記錄

告知工藝人員在項(xiàng)目備份后，做好調(diào)整參數(shù)的修改記錄，并在裝置停工前對(duì)累計(jì)流量進(jìn)行檢查記錄[2]。

4 系統(tǒng)升級(jí)中的注意事項(xiàng)

現(xiàn)場(chǎng)硬件安裝、網(wǎng)絡(luò)連接完成，系統(tǒng)上電后，對(duì)DCS數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行下裝和系統(tǒng)的調(diào)試，檢查系統(tǒng)有無(wú)軟硬件、網(wǎng)絡(luò)報(bào)警。由于我廠DCS控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，軟件新舊版本多，升級(jí)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，因此升級(jí)改造過(guò)程中需要更為細(xì)致、全面，以保證系統(tǒng)想成功升級(jí)和平穩(wěn)運(yùn)行。

(1)程序編譯中如有項(xiàng)目工位重名、上下限量程小數(shù)點(diǎn)位不一致等情況，特別是控制域間的工位重復(fù)問(wèn)題，應(yīng)仔細(xì)檢查，逐一核對(duì)后進(jìn)行改正；

(2)由于CS300系統(tǒng)與CENTUM VP系統(tǒng)的畫面結(jié)構(gòu)有所不同，需要對(duì)原流程圖畫面進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并對(duì)轉(zhuǎn)換后的流程圖進(jìn)行測(cè)試、調(diào)整、確認(rèn)；

(3)完成系統(tǒng)軟硬件安裝和配置后，對(duì)系統(tǒng)的硬件、組態(tài)和應(yīng)用程序進(jìn)行測(cè)試檢查；

(4)操作員站、工程師站就位后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行檢查確認(rèn)。特別需要注意BUS1與BUS2網(wǎng)絡(luò)不能交叉連接；

(5)授權(quán)分配時(shí)，應(yīng)與原始授權(quán)的分配進(jìn)行再次確認(rèn)；

(6)對(duì)升級(jí)后項(xiàng)目進(jìn)行下裝時(shí)，建議對(duì)所有控制站進(jìn)行離線下裝；

(7)對(duì)歷史記錄、報(bào)警記錄等進(jìn)行恢復(fù)。

5 升級(jí)后的完善工作

(1)控制部分調(diào)試，復(fù)雜回路調(diào)試，邏輯調(diào)試；

(2)所有控制域網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)冗余進(jìn)行測(cè)試；

(3)聯(lián)系工藝人員在開(kāi)工前對(duì)所有流程圖、控制方案進(jìn)行檢查；

(4)在數(shù)據(jù)庫(kù)下載完成后，需要確認(rèn)當(dāng)前所使用的備份數(shù)據(jù)庫(kù)之后現(xiàn)場(chǎng)是否有參數(shù)調(diào)整，如有調(diào)整，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄的變動(dòng)參數(shù)，手動(dòng)錄入之前備份的數(shù)據(jù)庫(kù)，以保證所有參數(shù)的準(zhǔn)確性。；

(5)對(duì)升級(jí)后的特殊應(yīng)用軟件進(jìn)行測(cè)試；

(6)系統(tǒng)升級(jí)完成后，及時(shí)對(duì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行備份。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)DCS控制系統(tǒng)的升級(jí)改造，使操作站故障率大大降低，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更為穩(wěn)定，操作站的使用更為靈活，系統(tǒng)日常維護(hù)量減少，延長(zhǎng)了系統(tǒng)運(yùn)行壽命，提高了系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性。