針對(duì)橫河DCS的計(jì)時(shí)功能改進(jìn)及批量組態(tài)方法

李 浩

（北京中燕建設(shè)工程有限公司，北京 102500）

某生產(chǎn)裝置運(yùn)行時(shí)，其中物料組分較重、粘稠，易積聚堵塞機(jī)泵。為了防止機(jī)泵運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)、堵塞嚴(yán)重，從而損壞設(shè)備，需要對(duì)運(yùn)行時(shí)間過久的機(jī)泵進(jìn)行備泵切換，定期離線清理維修。此裝置有145 個(gè)機(jī)泵，設(shè)備管理人員如果采用手工記錄的方式來記錄機(jī)泵的運(yùn)行時(shí)間，極易出現(xiàn)記錄失誤，導(dǎo)致設(shè)備不能及時(shí)得到檢修，不僅損壞設(shè)備，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)事故。為了解決此問題，使設(shè)備管理人員的操作方便、設(shè)備的運(yùn)行安全，儀表人員通過不停攻關(guān)，最終在DCS 中實(shí)現(xiàn)某裝置的145 個(gè)機(jī)泵的運(yùn)行計(jì)時(shí)。

1 系統(tǒng)配置

此裝置的DCS 系統(tǒng)為橫河Centum VP 系統(tǒng)，橫河電機(jī)最新產(chǎn)品系列。該系統(tǒng)性能可靠、功能先進(jìn)，具有更為直觀的人機(jī)界面，大容量現(xiàn)場(chǎng)控制站能夠快速準(zhǔn)確地處理數(shù)據(jù)，CPU 的冗余容錯(cuò)配置可以確?？捎眯愿哌_(dá)99.999 99%的連續(xù)操作[1]。系統(tǒng)提供了更好的信息可見性、性能預(yù)見性和操作靈活性。其簡(jiǎn)單通用的結(jié)構(gòu)，適用于各種工廠規(guī)模和行業(yè)[2]。

橫河Centum VP 系統(tǒng)主要由操作站（HIS）、工程師站（ENG）、現(xiàn)場(chǎng)控制站（FCS）、控制網(wǎng)絡(luò)（Vnet/IP）及其相應(yīng)附屬設(shè)備組成[3]。

1.1 I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控要求，此裝置要檢測(cè)和控制輸入輸出點(diǎn)的數(shù)量（I/O 點(diǎn)）為AI：727 點(diǎn)、AO：183 點(diǎn)、DI：579 點(diǎn)、DO：156 點(diǎn)。

1.2 硬件配置

根據(jù)I/O 點(diǎn)數(shù)及裝置的監(jiān)控要求，配置了一對(duì)冗余控制器，3 個(gè)控制柜，1 個(gè)電源柜、2 個(gè)輔助端子柜，4 臺(tái)操作站，1 臺(tái)工程師站，1 臺(tái)OPC 站，1 臺(tái)AMS 設(shè)備管理服務(wù)器，一對(duì)冗余交換機(jī)?？刂普竟?jié)點(diǎn)單元25 個(gè)，模擬量輸入卡89 個(gè)，模擬量輸出卡38 個(gè)，數(shù)字量輸入卡27 個(gè)，數(shù)字量輸出卡20 個(gè)，MODBUS 通訊卡4 個(gè)。

2 實(shí)現(xiàn)方法

現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)機(jī)泵都有一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)回訊DI（Digital Input，數(shù)字量輸入點(diǎn)）點(diǎn)，當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)回訊為“1”時(shí)代表現(xiàn)場(chǎng)機(jī)泵在運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)回訊為“0”時(shí)代表現(xiàn)場(chǎng)機(jī)泵已停止。因此，要想知道泵的運(yùn)行時(shí)間，只要對(duì)泵的運(yùn)行狀態(tài)回訊為“1”進(jìn)行計(jì)時(shí)，便可得到。具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

1）DCS 中有專用的TM 計(jì)時(shí)器模塊（Timer Block）用于計(jì)時(shí)，它的計(jì)時(shí)模式有兩種：“SEC：Second Timer”（秒計(jì)時(shí)器）、“MIN：Minute Timer”（分鐘計(jì)時(shí)器）。TM 計(jì)時(shí)器模塊計(jì)時(shí)上限PH 的數(shù)據(jù)范圍為0 ～100000。如果使用“秒計(jì)時(shí)器”模式，最大計(jì)時(shí)范圍100000s，換算為1.157D，時(shí)間太短，不滿足使用要求，因此只能使用“分鐘計(jì)時(shí)器”模式。

2）TM 計(jì)時(shí)器模塊的動(dòng)作指令需要工藝操作人員手動(dòng)或者內(nèi)部程序模塊發(fā)出。這些內(nèi)部程序模塊可以是ST16 順控表模塊（Sequence Table Block）、LC64 邏輯圖模塊（Logic Chart Block）、CALCU 通用計(jì)算模塊（General-Purpose Calculation Blocks）等。計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)需要在泵的運(yùn)行狀態(tài)回訊從“0”變?yōu)椤?”時(shí)上升沿啟動(dòng)，在泵的運(yùn)行狀態(tài)回訊從“1”變?yōu)椤?”時(shí)下降沿計(jì)時(shí)停止。人工操作肯定不能實(shí)時(shí)響應(yīng)，需要內(nèi)部程序模塊來實(shí)現(xiàn)，可以選擇ST16 順控表模塊，進(jìn)行邏輯運(yùn)算組態(tài)，內(nèi)容如下：

3）設(shè)備管理人員想知道的是泵運(yùn)行了多少天，并不需要精確知道運(yùn)行了多少秒（“秒計(jì)時(shí)器”模式）或多少分鐘（“分鐘計(jì)時(shí)器”模式），需要換算成天數(shù)，人工的換算過程還容易出現(xiàn)失誤。因此，需要一個(gè)CALCU 通用計(jì)算模塊用于時(shí)間單位的換算，把TM 計(jì)時(shí)器模塊的分鐘計(jì)時(shí)值換算為天數(shù)。CALCU 通用計(jì)算模塊組態(tài)如下：

采用此方案，每個(gè)機(jī)泵都要新建3 個(gè)DCS 內(nèi)部程序模塊，分別為：TM 計(jì)時(shí)器模塊、ST16 順控表模塊、CALCU通用計(jì)算模塊。

工作原理是：在ST16 順控表模塊內(nèi)判斷機(jī)泵的運(yùn)行狀態(tài)回訊是運(yùn)行還是停止，如果機(jī)泵在運(yùn)行狀態(tài)，就啟動(dòng)TM計(jì)時(shí)器模塊；如果機(jī)泵在停止?fàn)顟B(tài)，就停止TM 計(jì)時(shí)器模塊。CALCU 通用計(jì)算模塊實(shí)時(shí)把TM 計(jì)時(shí)器模塊的計(jì)時(shí)值從分鐘轉(zhuǎn)換為天數(shù)。

為了方便設(shè)備管理人員監(jiān)控，在流程圖中做集中顯示運(yùn)行時(shí)間，并且做好顏色修飾，運(yùn)行的機(jī)泵顯示天數(shù)為綠色，停止機(jī)泵顯示的天數(shù)為紅色。流程圖顯示畫面如圖1所示。

圖2 機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)回訊列表Fig.2 List of pump operation status feedback

優(yōu)點(diǎn)：

1）在DCS 中實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)泵運(yùn)行時(shí)間的計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)精確到分，為工藝提供準(zhǔn)確時(shí)間。

2）在流程圖中集中顯示運(yùn)行時(shí)間，并用顏色做好修飾，使設(shè)備管理人員能夠迅速掌握現(xiàn)場(chǎng)機(jī)泵的運(yùn)行情況、運(yùn)行時(shí)間，做到直觀、一目了然。

3）機(jī)泵計(jì)時(shí)可以設(shè)置時(shí)間上下限報(bào)警，提醒設(shè)備管理人員及時(shí)切換機(jī)泵。

4）機(jī)泵計(jì)時(shí)可以做歷史趨勢(shì)，為機(jī)泵的運(yùn)行狀況分析提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

缺點(diǎn)：

1）裝置有145 個(gè)機(jī)泵，每個(gè)機(jī)泵都要3 個(gè)內(nèi)部程序模塊，總共需要435 個(gè)內(nèi)部程序模塊，加大了DCS 系統(tǒng)中控制站CPU 的運(yùn)算量。

2）TM 計(jì)時(shí)器模塊的數(shù)據(jù)上限100000 分鐘，為69.44天，約2.31 個(gè)月。如果超過此時(shí)間，數(shù)據(jù)溢出，TM 計(jì)時(shí)器模塊產(chǎn)生計(jì)時(shí)到上限報(bào)警，不再繼續(xù)計(jì)時(shí)。經(jīng)過與設(shè)備管理人員溝通，機(jī)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間可到半年，計(jì)時(shí)范圍不能滿足其使用要求。

3 改進(jìn)方案

3.1 方案一

在上一個(gè)方案的基礎(chǔ)上，再加一個(gè)TM 計(jì)時(shí)器模塊。在第一個(gè)TM 計(jì)時(shí)器模塊計(jì)時(shí)到最大值時(shí)，觸發(fā)第二個(gè)TM 計(jì)時(shí)器模塊開始計(jì)時(shí)。這樣的話，累計(jì)時(shí)間可以達(dá)到69.44+69.44=138.88 天，換算為4.63 個(gè)月。

缺點(diǎn)：

1）如果每個(gè)機(jī)泵新再加1 個(gè)TM 計(jì)時(shí)器模塊，加上原方案每個(gè)機(jī)泵3 個(gè)內(nèi)部程序模塊，共有145×4=580 個(gè)內(nèi)部程序模塊在DCS 中運(yùn)行。繼續(xù)增加DCS 系統(tǒng)控制站中CPU的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，有可能影響DCS 的正?？刂?、監(jiān)視功能，影響裝置平穩(wěn)運(yùn)行。

2）計(jì)時(shí)時(shí)間只翻了一倍，但增加了CPU 運(yùn)行負(fù)荷，還有可能不滿足工藝使用，性價(jià)比比較低。

3.2 方案二

在初始方案的基礎(chǔ)上，做以下改進(jìn)：

1）每個(gè)機(jī)泵用2 個(gè)DCS 內(nèi)部程序模塊，分別為TM 計(jì)時(shí)器模塊、CALCU 通用計(jì)算模塊。

2）在CALCU 通用計(jì)算模塊中，通過內(nèi)部函數(shù)監(jiān)測(cè)機(jī)泵的回訊狀態(tài)變化，判斷是運(yùn)行還是停止，然后把TM 計(jì)時(shí)器模塊置為開始計(jì)時(shí)還是停止計(jì)時(shí)，然后在CALCU 通用計(jì)算模塊內(nèi)把TM 計(jì)時(shí)器模塊中的分鐘轉(zhuǎn)換為天數(shù)。

3）為了避免TM 計(jì)時(shí)器模塊達(dá)到計(jì)時(shí)上限，異常停止問題。在CALCU 通用計(jì)算模塊中，加一個(gè)判斷子程序，判斷TM 計(jì)時(shí)器模塊是否接近數(shù)據(jù)上限。若接近上限，提前處理，避免異常停止。具體實(shí)現(xiàn)：CALCU 通用計(jì)算模塊中參數(shù)P01 實(shí)時(shí)取自TM 計(jì)時(shí)器模塊計(jì)時(shí)值PV。如果P01 達(dá)到99999 min，代表TM 計(jì)時(shí)器模塊接近數(shù)據(jù)上限，此時(shí)CALCU 通用計(jì)算模塊中參數(shù)P02 累加1，對(duì)TM 計(jì)時(shí)器模塊計(jì)時(shí)值PV 清零，此時(shí)TM 計(jì)時(shí)器模塊繼續(xù)從零開始計(jì)時(shí)，不會(huì)停止計(jì)時(shí)。參數(shù)P02 即為每次達(dá)到計(jì)時(shí)上限進(jìn)位計(jì)數(shù)。CALCU 通用計(jì)算模塊自寫腳本如下：

優(yōu)點(diǎn)：

1）CALCU 通用計(jì)算模塊的參數(shù)P01、P02 的數(shù)據(jù)上限為99999999999，能達(dá)到的累計(jì)時(shí)間為：P02 數(shù)據(jù)上限×69.44 天=69.44×1011天=1.9×1010年。但是因?yàn)榱鞒虉D顯示數(shù)據(jù)位數(shù)有限制，數(shù)據(jù)顯示能夠達(dá)到9999.99 天，約為27.4 年。此裝置一般1 年檢修一次，考慮推廣到其他煉化裝置，一般4 ～5 年大修一次，因此這個(gè)計(jì)時(shí)范圍完全滿足各種需要。

2）每個(gè)機(jī)泵用2 個(gè)DCS 內(nèi)部程序模塊，比原方案減少145 個(gè)DCS 內(nèi)部程序模塊，從而減少DCS 系統(tǒng)控制站CPU 的負(fù)荷，提高了效率。

3）克服了橫河DCS 的TM 計(jì)時(shí)器模塊數(shù)據(jù)上限的限制，不只滿足了此裝置的使用，也為以后類似的工作提供了范例。

4 批量組態(tài)技巧

4.1 提出問題

在此次組態(tài)實(shí)施過程中，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)泵數(shù)量都有1 個(gè)運(yùn)行狀態(tài)回訊，總計(jì)145 個(gè)運(yùn)行狀態(tài)回訊信號(hào)分布在3 個(gè)DCS 現(xiàn)場(chǎng)控制站（站名為：FCS0209、FCS0210、FCS2011）中，其中現(xiàn)場(chǎng)控制站FCS0209 中有36 個(gè)，現(xiàn)場(chǎng)控制站FCS0210 中有46 個(gè)，現(xiàn)場(chǎng)控制站FCS0211 中有63 個(gè)。

通過以上的分析研究，最終方案是每個(gè)機(jī)泵用兩個(gè)DCS 內(nèi)部程序模塊，分別為TM 計(jì)時(shí)器模塊、CALCU 通用計(jì)算模塊，合計(jì)290 個(gè)內(nèi)部程序模塊。如果采用常規(guī)的組態(tài)方法，一個(gè)一個(gè)新建DCS 內(nèi)部程序模塊，還要逐個(gè)設(shè)置每個(gè)模塊內(nèi)部參數(shù)、編制腳本。

這些組態(tài)工作，在建立第一個(gè)機(jī)泵的兩個(gè)DCS 內(nèi)部程序模塊，并調(diào)試成功后，剩余的機(jī)泵組態(tài)，是重復(fù)、機(jī)械工作，非常耗費(fèi)時(shí)間和精力。不止效率低下，耗時(shí)費(fèi)力，還極易出現(xiàn)失誤。對(duì)于此種情況，特別適用自動(dòng)化程序腳本（VBA）處理的方法，來實(shí)現(xiàn)組態(tài)批量實(shí)現(xiàn)。

4.2 實(shí)現(xiàn)方法

VBA 是Office 辦公軟件中各套件內(nèi)嵌的編程語言，它采用Visual Basic 的語言和面向?qū)ο蠹夹g(shù)，能夠很方便地增強(qiáng)宿主的功能，實(shí)現(xiàn)用戶定制化的便捷技術(shù)[4]。VBA 是運(yùn)行在Microsoft Office 軟件之上，可以用來編寫非軟件自帶的功能的編程語言。Office 軟件提供豐富的功能接口，VBA 可以調(diào)用它們，實(shí)現(xiàn)自定義的需求。VBA 可以運(yùn)行在Office 軟件上，包括Excel、Word、PPT、Outlook 等。VBA語言在Office 軟件中是通用的，基本語法和用法都相同。但是每一個(gè)軟件具有自己獨(dú)有的對(duì)象，例如Excel 有單元格對(duì)象，Word 有段落對(duì)象，PPT 有幻燈片對(duì)象。本次使用的是Excel 中的VBA 應(yīng)用，利用Excel 內(nèi)嵌VBA 開發(fā)工具，可以開發(fā)出一些復(fù)雜、專業(yè)的應(yīng)用程序，對(duì)具體的數(shù)據(jù)進(jìn)行具體的開發(fā)處理[5]。

通過研究橫河DCS 組態(tài)軟件System View 中Control Drawing Builder 中組態(tài)文件的源代碼，尋找并發(fā)現(xiàn)規(guī)律，然后通過在Excel 中自編VBA 函數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化批量處理。

具體實(shí)現(xiàn)過程如下：

1）整理出機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)回訊在各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站的列表，以現(xiàn)場(chǎng)控制站FCS0209 為例，如2 圖所示。

2）拿其中一個(gè)機(jī)泵P-101A 作為模板。通過此機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)回訊YSLP101A，新建2 個(gè)DCS 內(nèi)部程序模塊，分別為TM 計(jì)時(shí)器模塊P101ARUNTM、CALCU 通用計(jì)算模塊P101ARUNCL。然后在Control Drawing Builder 組態(tài)界面菜單中，找到導(dǎo)出菜單（External File →Export...），把DCS內(nèi)部程序模塊的組態(tài)信息導(dǎo)出為TXT 格式。

3）若利用VBA 來自動(dòng)化批量處理，需要把導(dǎo)出的TXT 格式文件數(shù)據(jù)導(dǎo)入到EXCEL 中，如圖3 所示。

圖3 TXT文件導(dǎo)入到EXCELFig.3 TXT File import to Excel

圖5 TM計(jì)時(shí)器模塊P101ARUNTM、CALCU通用計(jì)算模塊P101ARUNCL的源代碼Fig.5 Source code for TM timer module P101ARUNTM and CALCU general calculation module P101ARUNCL

4）分析組態(tài)文件源代碼，識(shí)別規(guī)律。通過逐條對(duì)照分析，可以明確，在源代碼中，主要分為3 個(gè)部分：①最開始的部分，第1 行“:::SOURCE”到第16 行“::FHED”是Control Drawing Builder 控制圖源代碼的前半部分，此部分是每個(gè)Control Drawing Builder 控制圖的固定內(nèi)容；②從“:FNRM”到“::FNRM”是P101A 泵TM 計(jì)時(shí)器模塊P101ARUNTM 的源代碼。從“:FCAL”到“::FCAL”P101A泵CALCU 通用計(jì)算模塊P101ARUNCL 的源代碼。這部分內(nèi)容是需要修改的內(nèi)容，是組態(tài)的主要部分；③最后一部分“:::: SOURCE”是控制圖源代碼的后半部分，結(jié)束語句，也是固定內(nèi)容。

5）再具體分析源代碼中每行代表的設(shè)置屬性，然后用EXCEL 的VBA 腳本自編宏程序，把泵P101A 的相關(guān)信息替換為其他機(jī)泵，并且注意模塊序號(hào)、位置，還要根據(jù)每個(gè)控制圖中只能放置100 個(gè)內(nèi)部程序模塊，做好判斷、分塊，其中FCS2011 就需要分為2 個(gè)控制圖來組態(tài)。VBA 自編腳本如圖6 所示。

圖6 EXCEL中編寫的VBA腳本Fig.6 VBA Script written in Excel

6）把VBA 腳本生成的源代碼保存為TXT 文件，然后使用Control Drawing Builder 控制圖組態(tài)中的導(dǎo)入菜單（External File →Import...），導(dǎo)入到控制圖中，最終下裝組態(tài)。

5 總結(jié)

通過實(shí)施方案的不斷改進(jìn)，在DCS 中順利地實(shí)現(xiàn)了145 個(gè)機(jī)泵的運(yùn)行計(jì)時(shí)。不只在Centum VP 中可以使用，經(jīng)過測(cè)試，在Centum CS3000 中也能正常使用。既減少了人力的損耗，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確高效，還盡量減少對(duì)控制站平穩(wěn)運(yùn)行的影響，在這之間找到一個(gè)均衡點(diǎn)。還通過組態(tài)的技巧，減少了工作量，保證組態(tài)的準(zhǔn)確無誤，組態(tài)下裝后一次運(yùn)行成功。

這些方法在實(shí)現(xiàn)了計(jì)時(shí)功能的同時(shí)，不影響主要控制功能，還通過一些技巧達(dá)到高效、無誤，為以后類似的項(xiàng)目提供了很好的經(jīng)驗(yàn)。