壓氣站DCS系統(tǒng)軟件升級措施

牛書水 丁帥

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

【關(guān)鍵詞】壓氣站；DCS系統(tǒng)；軟件升級；措施

一、運行現(xiàn)狀

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

橫河電機CENTUM CS 1000集散控制系統(tǒng)是橫河公司為體現(xiàn)ETS概念而開發(fā)生產(chǎn)的集散型控制系統(tǒng)（DCS）的代表。它是一個結(jié)構(gòu)真正開放的系統(tǒng)。該系統(tǒng)是面向中小型生產(chǎn)規(guī)模的超級生產(chǎn)控制系統(tǒng)，是由人機接口站、現(xiàn)場控制站、VLnet控制總線等組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、功能強大等特點。

二、存在問題

2006年壓氣站進行規(guī)模調(diào)整，對離心機進行改造，同時對系統(tǒng)進行了重新組態(tài)。隨著生產(chǎn)狀況的不斷變化和使用時間的延長，該系統(tǒng)暴露出元器件老化，HIS站硬件老化，不斷死機等問題。具體問題如下：

（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，目前市場上已沒有工作站支持該操作系統(tǒng)。2臺工作站均處于隨時崩潰的邊緣，經(jīng)常死機。由于硬件老舊，工作站死機后很可能損壞無法再次啟動。一旦2臺工作站均損壞，我們沒有可以替換的硬件，工作站無法修復(fù)，操作工將無法對離心機運行狀況進行監(jiān)控，只能停車，影響壓氣站的正常生產(chǎn)。其次，操作站的操作鍵盤已經(jīng)使用16年，鍵盤面板破損，按鍵不靈敏，操作人員在操作時需要多次重復(fù)鍵入才能正確輸入?yún)?shù)，降低了離心機的調(diào)節(jié)效率。

（2）由于DCS系統(tǒng)電子原件老化，經(jīng)常出現(xiàn)離心機軸振動過高、軸位移過高等誤報警，這些誤報警會導(dǎo)致離心機聯(lián)鎖停車。而在開車過程中，若離心機開車時，DCS系統(tǒng)出現(xiàn)振動、軸位移等誤報警的狀況，離心機將無法正常開車，甚至多次開車不成功，浪費了大量的天然氣和時間，將會造成巨大的經(jīng)濟損失。

（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，使得崗位員工對離心機壓力、流量等參數(shù)的調(diào)節(jié)滯后，不能使離心機在一個穩(wěn)定的工況下運行，這不僅會引起離心機停車，還給生產(chǎn)帶來安全隱患。

三、升級措施

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)進行升級。

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

在原有的控制回路的基礎(chǔ)上，CENTUM VP系統(tǒng)提供更多的回路點數(shù)、長趨勢記錄功能。用于保存PID過程報警高低值、偏差、累積量、閥位值、閥門限位值、各類系統(tǒng)報警值以及網(wǎng)絡(luò)自診斷等參數(shù)，提供升級后功能更加強大的組態(tài)平臺。

（二）數(shù)據(jù)采集組態(tài)520個回路

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

此項目采用先進的Windows 7作為操作平臺。HIS是采用Windows 7作為操作系統(tǒng)，它的主要的特點：支持100，000個工位號，支持2560個趨勢點，支持2500個流程窗口（包括流程圖畫面，控制組畫面和總貌畫面）這使市場上通用的商業(yè)數(shù)據(jù)庫及通訊軟件能在它上面運轉(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配備狀況，可以觀察到控制站上的某一個I/O點的情況。屏幕的刷新速度快達1秒。HIS可以顯示各種畫面；如流程圖、控制組、趨勢等。它也可以監(jiān)視設(shè)備，通過指令窗口發(fā)送指令，記錄報警及其它事項和確認(rèn)報警。在HIS操作窗口的工具欄上，有過程報警指示和系統(tǒng)報警指示兩個知識燈。當(dāng)報警產(chǎn)生時各自針對過程報警和系統(tǒng)報警發(fā)出報警信號。報警聲音分為7種， 分別對應(yīng)不同級別的過程報警和系統(tǒng)報警。在過程報警信息畫面中可顯示最新生成的報警信息。每個HIS可存儲的 信息到EXCEL文件中，也可手動保存。HIS可顯示系統(tǒng)狀態(tài)畫面，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，系統(tǒng)通過自檢測會產(chǎn)生系統(tǒng)報警信息，同時在系統(tǒng)狀態(tài)畫面中可時實顯示報警的具體設(shè)備的狀態(tài)，顯示故障信息。方便維護人員維修。

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

升級后橫河DCS系統(tǒng)可以實現(xiàn)二次開發(fā)，由組態(tài)工程師輸入的部分，都可以依據(jù)用戶的需要而直接輸入漢字。流程圖畫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，并在操作員站上做直接顯示。

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

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

（四）OPC接口組態(tài)升級為CENTUM VP

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

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

設(shè)計組態(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)具有很強的安全性和穩(wěn)定性。通過并行工程組態(tài)作業(yè)及互交系統(tǒng)的生成功能以達到高效能的工程作業(yè)。將原有工程師站操作系統(tǒng)升級為WINDOWS 7，橫河軟件升級為CENTUM VP，保留原有功能。物體導(dǎo)向性及繪畫式的組態(tài)功能使各種模擬回路、數(shù)據(jù)及順序邏輯可以達成。

升級后使得每個操作接面站都能互相備份，互為冗余，并能在線診斷故障、報警、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。將V net 控制總線作為連接各個站點（FCS，HIS，BCV 等）的實時控制總線。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)，串級調(diào)節(jié)，分程調(diào)節(jié)。完善設(shè)備的開關(guān)、啟停及安全，聯(lián)鎖保護等控制功能80套。

四、改造效果

升級后，系統(tǒng)由原來的CS1000系統(tǒng)升級為VP系統(tǒng)。此系統(tǒng)安裝在WINDOWS 7操作平臺下，有利于后期的改造升級。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。通過改造，消除了HIS站因元件老化運行不穩(wěn)定的問題。消除了系統(tǒng)誤報警。操作工在操作時系統(tǒng)反饋迅速，極大提高了安全性能。

按照此方案進行升級，既能節(jié)約購置新系統(tǒng)的投資，又能使得全站DCS系統(tǒng)與當(dāng)前的各項操作需求相吻合，是一個非常經(jīng)濟的優(yōu)化升級方案。

【參考文獻】

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

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