壓氣站DCS系統(tǒng)軟件升級(jí)措施

牛書(shū)水 丁帥

【摘 要】東營(yíng)壓氣站離心機(jī)式壓縮機(jī)組使用DCS系統(tǒng)是日本橫河CENTUM-CS1000，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。但隨著生產(chǎn)狀況的不斷變化和使用時(shí)間的延長(zhǎng)，該系統(tǒng)暴露出元器件老化，HIS站硬件老化，不斷死機(jī)等問(wèn)題。本文分析了系統(tǒng)存在的問(wèn)題，闡述了升級(jí)措施及效果。

【關(guān)鍵詞】壓氣站；DCS系統(tǒng)；軟件升級(jí)；措施

一、運(yùn)行現(xiàn)狀

油氣集輸總廠東營(yíng)壓氣站離心機(jī)式壓縮機(jī)組使用DCS系統(tǒng)是日本橫河CENTUM-CS1000，已連續(xù)使用17年。

橫河電機(jī)CENTUM CS 1000集散控制系統(tǒng)是橫河公司為體現(xiàn)ETS概念而開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的集散型控制系統(tǒng)（DCS）的代表。它是一個(gè)結(jié)構(gòu)真正開(kāi)放的系統(tǒng)。該系統(tǒng)是面向中小型生產(chǎn)規(guī)模的超級(jí)生產(chǎn)控制系統(tǒng)，是由人機(jī)接口站、現(xiàn)場(chǎng)控制站、VLnet控制總線等組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。

二、存在問(wèn)題

2006年壓氣站進(jìn)行規(guī)模調(diào)整，對(duì)離心機(jī)進(jìn)行改造，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了重新組態(tài)。隨著生產(chǎn)狀況的不斷變化和使用時(shí)間的延長(zhǎng)，該系統(tǒng)暴露出元器件老化，HIS站硬件老化，不斷死機(jī)等問(wèn)題。具體問(wèn)題如下：

（1）工程師站和操作站為戴爾 OptiPlex GX110，所使用的操作系統(tǒng)為Windows NT 4.0，目前市場(chǎng)上已沒(méi)有工作站支持該操作系統(tǒng)。2臺(tái)工作站均處于隨時(shí)崩潰的邊緣，經(jīng)常死機(jī)。由于硬件老舊，工作站死機(jī)后很可能損壞無(wú)法再次啟動(dòng)。一旦2臺(tái)工作站均損壞，我們沒(méi)有可以替換的硬件，工作站無(wú)法修復(fù)，操作工將無(wú)法對(duì)離心機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，只能停車(chē)，影響壓氣站的正常生產(chǎn)。其次，操作站的操作鍵盤(pán)已經(jīng)使用16年，鍵盤(pán)面板破損，按鍵不靈敏，操作人員在操作時(shí)需要多次重復(fù)鍵入才能正確輸入?yún)?shù)，降低了離心機(jī)的調(diào)節(jié)效率。

（2）由于DCS系統(tǒng)電子原件老化，經(jīng)常出現(xiàn)離心機(jī)軸振動(dòng)過(guò)高、軸位移過(guò)高等誤報(bào)警，這些誤報(bào)警會(huì)導(dǎo)致離心機(jī)聯(lián)鎖停車(chē)。而在開(kāi)車(chē)過(guò)程中，若離心機(jī)開(kāi)車(chē)時(shí)，DCS系統(tǒng)出現(xiàn)振動(dòng)、軸位移等誤報(bào)警的狀況，離心機(jī)將無(wú)法正常開(kāi)車(chē)，甚至多次開(kāi)車(chē)不成功，浪費(fèi)了大量的天然氣和時(shí)間，將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

（3）由于設(shè)備老化，操作系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)通訊沖突、信息中斷的狀況，使得崗位員工對(duì)離心機(jī)壓力、流量等參數(shù)的調(diào)節(jié)滯后，不能使離心機(jī)在一個(gè)穩(wěn)定的工況下運(yùn)行，這不僅會(huì)引起離心機(jī)停車(chē)，還給生產(chǎn)帶來(lái)安全隱患。

三、升級(jí)措施

為更好的適應(yīng)目前操作需求，優(yōu)化調(diào)整工況，應(yīng)將原有的DCS老系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。

（一）控制系統(tǒng)由CS1000系統(tǒng)升級(jí)為橫河公司的CENTUM VP系統(tǒng)

在原有的控制回路的基礎(chǔ)上，CENTUM VP系統(tǒng)提供更多的回路點(diǎn)數(shù)、長(zhǎng)趨勢(shì)記錄功能。用于保存PID過(guò)程報(bào)警高低值、偏差、累積量、閥位值、閥門(mén)限位值、各類(lèi)系統(tǒng)報(bào)警值以及網(wǎng)絡(luò)自診斷等參數(shù)，提供升級(jí)后功能更加強(qiáng)大的組態(tài)平臺(tái)。

（二）數(shù)據(jù)采集組態(tài)520個(gè)回路

修改原有組態(tài)增加數(shù)據(jù)采集功能520個(gè)回路；通過(guò)并行工程組態(tài)作業(yè)及互交系統(tǒng)的生成功能以達(dá)到高效能的工程作業(yè)。物體導(dǎo)向性及繪畫(huà)式的組態(tài)功能使各種模擬回路、數(shù)據(jù)及順序邏輯可以達(dá)成。使得系統(tǒng)能達(dá)到200，000個(gè)工位號(hào)，256個(gè)站點(diǎn)。

此項(xiàng)目采用先進(jìn)的Windows 7作為操作平臺(tái)。HIS是采用Windows 7作為操作系統(tǒng)，它的主要的特點(diǎn)：支持100，000個(gè)工位號(hào)，支持2560個(gè)趨勢(shì)點(diǎn)，支持2500個(gè)流程窗口（包括流程圖畫(huà)面，控制組畫(huà)面和總貌畫(huà)面）這使市場(chǎng)上通用的商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)及通訊軟件能在它上面運(yùn)轉(zhuǎn)。在HIS的屏幕上，操作員可以觀察到所有掛在通信總線的各個(gè)配備狀況，可以觀察到控制站上的某一個(gè)I/O點(diǎn)的情況。屏幕的刷新速度快達(dá)1秒。HIS可以顯示各種畫(huà)面；如流程圖、控制組、趨勢(shì)等。它也可以監(jiān)視設(shè)備，通過(guò)指令窗口發(fā)送指令，記錄報(bào)警及其它事項(xiàng)和確認(rèn)報(bào)警。在HIS操作窗口的工具欄上，有過(guò)程報(bào)警指示和系統(tǒng)報(bào)警指示兩個(gè)知識(shí)燈。當(dāng)報(bào)警產(chǎn)生時(shí)各自針對(duì)過(guò)程報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警發(fā)出報(bào)警信號(hào)。報(bào)警聲音分為7種， 分別對(duì)應(yīng)不同級(jí)別的過(guò)程報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警。在過(guò)程報(bào)警信息畫(huà)面中可顯示最新生成的報(bào)警信息。每個(gè)HIS可存儲(chǔ)的 信息到EXCEL文件中，也可手動(dòng)保存。HIS可顯示系統(tǒng)狀態(tài)畫(huà)面，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，系統(tǒng)通過(guò)自檢測(cè)會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)報(bào)警信息，同時(shí)在系統(tǒng)狀態(tài)畫(huà)面中可時(shí)實(shí)顯示報(bào)警的具體設(shè)備的狀態(tài)，顯示故障信息。方便維護(hù)人員維修。

此外，橫河一個(gè)操作站HIS支持雙顯示屏連接，在一個(gè)操作站上同時(shí)可以在二個(gè)顯示屏上顯示不同的窗口，以增加每個(gè)操作站的操作能力。操作員可以通過(guò)操作員站鍵盤(pán)或鼠標(biāo)對(duì)連在HIS上的二個(gè)顯示器上不同的流程圖，或控制面板或趨勢(shì)圖或報(bào)警信息進(jìn)行操作。這樣可以大大的提高一個(gè)HIS的利用率，同時(shí)提高操作效率。

升級(jí)后橫河DCS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)二次開(kāi)發(fā)，由組態(tài)工程師輸入的部分，都可以依據(jù)用戶(hù)的需要而直接輸入漢字。流程圖畫(huà)面等供操作人員使用的界面中全部可以直接使用中文WINDOWS的漢字輸入方法調(diào)用中文WINDOWS的漢字字庫(kù)，并在操作員站上做直接顯示。

（三）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)功能軟件升級(jí)為CENTUM VP

操作和監(jiān)視面板：包括總貌畫(huà)面，控制分組畫(huà)面，參數(shù)調(diào)整畫(huà)面，操作員指導(dǎo)信息畫(huà)面，報(bào)警畫(huà)面和趨勢(shì)畫(huà)面。標(biāo)準(zhǔn)的視窗操作功能。趨勢(shì)記錄功能。操作員提示功能：包括過(guò)程報(bào)警，屏幕硬拷貝，操作員分組和級(jí)別保護(hù)功能。系統(tǒng)維護(hù)功能：包括系統(tǒng)組件狀態(tài)顯示，系統(tǒng)報(bào)警等。系統(tǒng)工具：包括文件維護(hù)，下裝，和保存等。

（四）OPC接口組態(tài)升級(jí)為CENTUM VP

OPC數(shù)據(jù)接口軟件包提供了HIS作為過(guò)程數(shù)據(jù)服務(wù)器的功能。HIS和FCS擁有實(shí)時(shí)的過(guò)程數(shù)據(jù)和保存的趨勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)。為了存取這些數(shù)據(jù)，必須有一個(gè)開(kāi)放的數(shù)據(jù)存取接口。這樣的一個(gè)接口起到了一個(gè)防火墻的功能，并且通過(guò)它DCS系統(tǒng)可以非常容易得與其他系統(tǒng)相連。

（五）MODBUS通訊軟件升級(jí)為CENTUM VP，組態(tài)回路120個(gè)

設(shè)計(jì)組態(tài)、仿真調(diào)試及操作監(jiān)視。采用Windows 7作為操作系統(tǒng)。運(yùn)行操作和監(jiān)視。采用了Windows 7作為操作系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的安全性和穩(wěn)定性。通過(guò)并行工程組態(tài)作業(yè)及互交系統(tǒng)的生成功能以達(dá)到高效能的工程作業(yè)。將原有工程師站操作系統(tǒng)升級(jí)為WINDOWS 7，橫河軟件升級(jí)為CENTUM VP，保留原有功能。物體導(dǎo)向性及繪畫(huà)式的組態(tài)功能使各種模擬回路、數(shù)據(jù)及順序邏輯可以達(dá)成。

升級(jí)后使得每個(gè)操作接面站都能互相備份，互為冗余，并能在線診斷故障、報(bào)警、切換和維修提示。具有各種常規(guī)的控制塊、順序控制塊和符合ISA SP88.01標(biāo)準(zhǔn)的批量控制軟件。其他功能轉(zhuǎn)換20項(xiàng)。將V net 控制總線作為連接各個(gè)站點(diǎn)（FCS，HIS，BCV 等）的實(shí)時(shí)控制總線。增加PID調(diào)節(jié)功能6種；壓力調(diào)節(jié)，溫度調(diào)節(jié)，液位調(diào)節(jié)，流量調(diào)節(jié)，串級(jí)調(diào)節(jié)，分程調(diào)節(jié)。完善設(shè)備的開(kāi)關(guān)、啟停及安全，聯(lián)鎖保護(hù)等控制功能80套。

四、改造效果

升級(jí)后，系統(tǒng)由原來(lái)的CS1000系統(tǒng)升級(jí)為VP系統(tǒng)。此系統(tǒng)安裝在WINDOWS 7操作平臺(tái)下，有利于后期的改造升級(jí)。VP系統(tǒng)是橫河最新的DCS系統(tǒng)，其穩(wěn)定性和可操作性相比于CS1000有了很大的提高。通過(guò)改造，消除了HIS站因元件老化運(yùn)行不穩(wěn)定的問(wèn)題。消除了系統(tǒng)誤報(bào)警。操作工在操作時(shí)系統(tǒng)反饋迅速，極大提高了安全性能。

按照此方案進(jìn)行升級(jí)，既能節(jié)約購(gòu)置新系統(tǒng)的投資，又能使得全站DCS系統(tǒng)與當(dāng)前的各項(xiàng)操作需求相吻合，是一個(gè)非常經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化升級(jí)方案。

【參考文獻(xiàn)】

【1】徐飛，仇志敏，張正斌 DCS系統(tǒng)中DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)及先進(jìn)控制應(yīng)用 《電子世界》，2014（16）：177-177.

【2】廖芳芳 DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)及先進(jìn)控制在DCS系統(tǒng)中應(yīng)用探討 《西南交通大學(xué)》，2005.