DCS控制系统的升级改造

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(中盐青海昆仑碱业有限公司，青海 德令哈817099)

1 系统概况

中盐青海昆仑碱业有限公司热电车间DCS控制系统采用MACSV系统，系统版本为MACSV 5.2.3 SP2，系统配置为：

控制室：15台计算机主机，15台计算机显示器。

电子间：10面主控机柜， 7面扩展柜。

DCS系统配置见表1。

表1 DCS系统配置表

2 原有控制系统存在的问题

2.1 电子元件老化

所有电子产品都有一定寿命，5～7年属于设备的老化峰期，模块经过多年运行，受空气、灰尘及腐蚀性气体侵蚀、老化后会出现工作不稳定的情况，各DP接头及节点处也会出现氧化、松动等现象，DP链路阻抗会增大，如超过系统要求值，则会造成模块离线等情况，严重的会导致系统非计划停车，影响正常生产。热电车间DCS系统自2010年投产以来运行已有8年时间，近两年来DCS故障率明显增加，从2016年开始，运行期间曾多次出现模块离线、烧坏、通道坏、电路板小配件掉落等故障，严重影响设备安全稳定运行。

2.2 服务器问题

现有MA5系统采用的是服务器结构，服务器位于上位和控制器之间，将上位机的指令和现场数据通过服务器来交换。热电车间采用的上位机、服务器系统为XP，微软已于14年宣布XP系统退役，停止对该系统的更新，目前所有主流计算机厂家生产的计算机硬件无法识别XP系统。2014年服务器出现过无法切换、通讯故障，2015年出现过服务器无法登录在线下装故障，2017年服务器硬盘故障， DELL厂家表示此型号已停产，无备件更换，这就意味着一旦服务器出现故障，无法购买备件，导致DCS系统瘫痪，造成非计划停车，存在严重安全隐患，急需解决。

2.3 网络问题

DCS系统中采用交换机构建实时数据网络。以太网最大的风险在于发生网络风暴，导致网络性能下降，甚至网络瘫痪，进而引起DCS系统崩溃导致机组发生跳闸事故。热电车间DCS系统已经连续运行近十年，操作站主机、网卡、交换机等已经进入不稳定运行阶段，因其质量或性能可能引起数据刷新速度缓慢，甚至演变成网络风暴造成系统崩溃情况发生，为了减少事故发生，防患于未然，需将操作站主机、交换机、网卡同时更换。

2.4 控制器问题

多年来DCS系统硬件扩展及软件组态的增补修改已经使CPU负荷超过了临界状态(实际平均负荷已达33%，和利时出厂规定正常负荷不能超过30%)，不利于系统的稳定运行。DCS控制器负荷过重，容易造成控制器数据处理滞后，甚至造成整个系统的瘫痪。而一旦控制系统瘫痪必须厂家专业技术人员到现场处理，势必给企业造成停产损失。

18#站公用系统多次出现主控单元故障，导致A、B主控在故障情况下无法进行无扰切换，一旦A主控有任何故障，将导致整个公用系统瘫痪，无法运行，严重影响设备的安全、稳定运行。

2.5 系统局限性

随着自动化水平不断升级，原有MACSV5.2.3因系统局限性，无法实现在线下装，生产运行中遇到的修改量程、修改通道等问题无法及时解决，只能等到全厂大修才能进行修改，造成备件的极大浪费，对生产带来极大不便。

3 升级方案及优势

因公司生产需求无法长时间停车，此次升级面临最大的问题是工作时间紧、工作量大，为保证在仅有的4天全厂停车检修时间内完成此次DCS系统升级任务，决定按照以下方案进行改造：

3.1 软件升级

将现有DCS系统软件部分由MACSV 5.2.3 SP2升级为MACS V6.5.3。新的系统软件提供合法、专用的软件授权。由和利时公司提供升级后的MACS V6.5.3系统软件升级资料和全套电子版系统资料。

服务器、操作员站安装微软正版授权的Windows 7操作系统。

MACS V6.5.3与原有FM系列模块具有很好的兼容性，所以原有FM系列模块不更换，直接将DCS系统升级改造到MACS V6.5.3+K主控工作，不更改原有的DCS系统各站的所有功能(操作、显示、报警、趋势显示、历史趋势历史数据显示和查询等)。

3.2 硬件升级

1)取消服务器IO通讯的功能

点对点结构：操作站直接与控制站直接通讯，系统更加稳定，风险更加分散，减轻了网络数据负荷，提高了系统的稳定度。 操作员站直接访问控制器真正的点对点结构。

2)所有操作员站升级

工程师站使用和利时公司验证的工作站主机平台T5810、液晶显示器、双口网卡。操作员站硬件采用DELL 5050MT维塔式工作站，主要技术参数为：CPU，Intel 酷睿i5 7500，3.4 GHz；内存，2×4 G；硬盘， 500 GB。

3)网络交换机升级

将原有的4台交换机更换为最新的GM010-ISW-24L系列，此交换机为和利时有自主研发的防网络风暴交换机，可明显的抑制网络风暴，大大提高或改善网络运行性能，更利于系统的稳定运行。

3.3 控制器升级

DCS控制器的升级主要是将原有的FM801控制器升级为K-CU01控制器。和利时公司K-CU01控制器是K系列硬件的控制器模块，是系统的核心控制部件，支持两路冗余IO-BUS和从站I/O模块进行通讯，支持两路冗余以太网和上位机进行通讯，实时上传过程数据以及诊断数据。可以在线下装和更新工程，且不会影响现场控制。比FM801控制器具有更强大的运算能力，完全兼容FM系列 I/O卡件。

因为FM801控制器和K-CU01控制器都是MACSV系列硬件，所以升级时组态只需要用自带软件工具导入就可以，不会改变原有的控制策略。由于FM801控制器和K-CU01控制器安装结构相同，因此，只需将原FM801控制器机架拆除，在相同位置安装K-CU01控制器即可，原有I/O卡件和端子接线不变，从而能以最短的时间、最低的风险实现系统升级。

3.4 系统升级优势

1)MACS V6安全可靠的控制器软硬件

HEROS操作系统——内置防火墙功能。双网故障不影响控制。

优化的控制软件——完善的冗余机制等改进保证控制的可靠性。

专业的算法库——符合行业使用需要的算法库，便于使用。

100M通信网络——高速以太网保证了系统的高可靠性。

2)MACS V6灵活可靠的网络结构

单层单层控制网——结构简洁，操作方便，安全可靠网络结构。

可靠的监控功能——操作员与控制器点对点通讯，保证可靠的数据采集和操作。

便携的下装过程——增加测点，修改画面或方案页，下装操作站和控制站直接生效。

安全的历史站——提供丰富的历史数据。可与控制站通信，提供数据采集的备份功能。

网络安全方案——和利时定制交换机预防网络风暴，已申请专利。

4 升级后DCS系统现状

1)MACS V6系统报警及日志记录数量较MACS V5增加

表2 报警及日志记录数量比较

2)MACS V6系统CPU负荷较MACS V5系统大幅下降

表3 CPU负荷比较

5 结 语

本次DCS控制系统升级改造保留原有DCS系统各站的所有功能，保留原有I/O点数，CP负荷保持在10%以内，保证DCS控制系统升级改造后整个系统的完整性、可靠性、安全性，系统可用性达到99.99%，升级后的工作站的硬件和软件都具有高可靠性，系统升级后未改变原系统I/O卡件及通道编号，方便升级改造后的维护。

通过此次升级改造，提高了DCS控制系统的数据处理速度，优化了软、硬件，提升了DCS控制系统的可用率和运行效率，用最小的投入换取最大的经济回报。