艾默生DCS在海化纯碱厂的升级改造

2018-03-06，，

纯碱工业 2018年1期

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(山东海化股份有限公司纯碱厂，山东潍坊 262737)

DCS集散控制系统(Distributed control system)是随着计算机技术、网络技术及各大工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而成的综合控制系统。它是在计算机技术、网络技术、自控技术和显示技术的基础上建立起来的，其主要特点是控制分散，集中管理。基本思想是：分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCS集散控制系统一般由五部分组成：控制器、I/O板、操作站、通讯网络、图形及编程软件。

山东海化股份有限公司纯碱厂(以下简称海化纯碱)采用艾默生过程控制有限公司的DCS控制系统DeltaV用于煅烧、压缩、重碱、盐水、石灰、包装等装置生产的过程控制与管理，多年来的成功应用为企业安全生产和高效运行提供了切实的保障。但由于山东海化使用的DeltaV控制系统版本较早，随着生产运营的变化和自动化技术的发展，目前面临一些新的生命周期维护的问题，需要通过升级的方式为系统注入新的生命力。

本文着重介绍了艾默生DCS系统当前的运行状况和实施升级改造的必要性，阐述了更新改造方案和实施过程。

1 项目实施背景

山东海化股份有限公司纯碱厂采用艾默生过程控制有限公司的DCS控制系统DeltaV用于煅烧、压缩、重碱、盐水、石灰、包装等装置生产的过程控制与管理，多年来的成功应用为企业安全生产和高效运行提供了切实的保障。现场艾默生DCS系统有三个版本，最老5.3版到2017年已经运行17年，6.3版本已经运行15年，最新的7.4版也已经运行12年，系统长时间运行，已经老化严重，厂家已经停止生产该版本控制器(M5)和卡件，操作站为NT版本(1993年微软开发的)，早已淘汰，因无备件对系统进行维护，再出现问题将直接影响全厂生产运行,故进行升级改造。

现场3套DCS系统的主要部件的基本情况如表1所示。

表1 现场3套DCS系统的主要部件

2 项目更新改造内容及方案

2017年对老线艾默生DCS系统进行全面升级改造,同时对OPC、先进控制、MES、PI数据库和接口等进行调整、对接，保障生产正常稳定运行，具体内容如下：

2.1 DeltaV系统

三套DeltaV系统升级到DeltaV R5，原DeltaV用户数据、组态程序、流程画面等升级到DeltaV R5。

2.2 服务器及应用站、操作站

老线共有应用站、服务器6台，操作站26台，其中18台操作站为NT版本，其余为XP,现在早已淘汰，因常年一直开机运行主机老化严重，近几年主机故障增多，维护困难。服务器及操作站负载了老线DCS系统的操作画面、历史曲线和控制器操作等近1万点的工作负荷，现在备件缺乏严重，再出现操作站老化报废故障将无法处理，直接影响运行生产人员的正常操作，对生产存在极大隐患。

2.3 控制器、交换机及底板等

老线控制器三个版本中包含M5和MD控制器共28对，交换机26台，倾斜底板28套，其中M5控制器共10对，现老化严重，存在较大隐患，厂家大约10年前已停产，MD控制器18对，3年前已经买不到备件，现在已经停产，最新生产的MQ控制器不支持老系统，如果出现控制器坏的情况会导致停车。

2.4 OPC应用站、PI数据库与接口配置、先进控制与MES等系统

DCS系统升级后，为满足生产信息化及ERP管理信息化数据核算的需要，保障先控、MES和PI数据库和接口继续使用投运和进一步扩展深化，要对系统硬件和程序组态、接口配置等进行整体调整优化。

2.5 整体方案

针对现海化纯碱使用的艾默生DCS控制系统现状，此次对煅烧、石灰、包装压缩重碱、盐水装置的V6.3V5.3V7.4版本DCS更改采用Emerson DeltaV 中文 R5版本DCS系统的整体升级解决方案实施。要求采用系统升级的方式把系统当前控制器、操作站、网络系统、上位软件更新为DeltaV 最新MQ控制器以及DeltaV 中文 R5版本软件，操作站更新为Windows7 及WindowsServer2008，并更新操作站计算机为DeltaV指定的DELL专用最新配置的DCS操作站。

现系统上位软件中的控制程序、工艺流程等功能程序，将采用DeltaV 升级技术，同时升级到DeltaV 中文 R5版本的平台，保证系统更新之间的全兼容过渡。

整体升级项目主要包括：DeltaV 软件版本的升级；控制层控制器及卡件的升级；监控层硬件平台的升级；监控层操作系统的升级；通信网络的升级。具体要求如下：

2.5.1 DeltaV 软件版本的升级

艾默生DeltaV系统软件更新最新DeltaV 中文 R5版本。DeltaV 中文 R5版本采用了全中文操作员界面，包括按钮、菜单、描述信息、提示信息、报警信息、设备诊断信息全面汉化，操作员亦可自由输入中文信息到系统。完整的中文版工程技术手册和帮助文件使您从此无英文顾虑。本方案采用兼容性升级的方式把系统当前英文版DeltaV V6.3V5.3V7.4版本软件平稳升级为当前最新DeltaV 中文 R5版本，采用Emerson标准的Book online升级步骤，升级路径为V9.3，V10.3，中文R3，中文 R5。

2.5.2 控制层控制器及卡件的升级

对此建议采用DeltaV MQ冗余控制器。DeltaV MQ控制器提供了现场设备和控制网络上的其他节点之间的通信和控制。DeltaV系统控制器围绕着Emerson Plantweb高效全数字工厂架构，在系统和规模上都可伸可缩，符合从数个I/O到数万个I/O的全功能统一架构，可与现有的控制系统方便集成。整个DeltaV控制硬件中内置有可靠性和更高的系统可用性，确保冗余以太网、冗余控制器、冗余电源、冗余I/O卡件等高可靠性的安全级别。

2.5.3 监控层硬件平台的升级

DeltaV 中文 R5版本的移植对工作站硬件提出了更高的要求。另外工作站在使用中的稳定性会对整个生产过程的可观性、及时响应性和全局监控带来直接的影响。而现场机器已经全天24 h运行多年，在使用中已经出现了反映速度慢，故障率高，硬盘损坏等问题，及时进行工作站硬件升级无疑是非常有必要的。最新配置的Dell工作站以先进可靠的IT技术为依托，并且采用液晶显示器，方便于操作员的现场操作。

2.5.4 操作系统升级更新

Microsoft公司已经停止对Windows NT的支持，如今已经无法购买到预装Windows NT的计算机。针对于Windows NT系统的维护将越来越困难，同面临着无法安装系统补丁程序，修补系统漏洞问题，这将导致现有的系统地安全隐患日益严重，为了保证现有系统在其生命周期内稳定安全运行，升级为Windows 7&Win Server 2008 操作系统平台平滑过渡的方案。具体如下：主工程师站3台预装 Win Server 2008 操作系统；应用站3台预装Win 2008 Server 系统；操作站26台预装Windows 7 操作系统。

2.5.5 通讯系统升级

现有的DCS控制系统当前通信网络部分采用3COM品牌端口交换机，目前该型号交换机已经停产，无法获得相应的产品厂家的支持，加上其交流供电，风扇散热，没有远程光纤接口以及无法集成详尽诊断信息等非工业设计特点，随着使用时间的延长，开始出现网络通信有效带宽下降，通信出错率升高，数据丢包日益严重现象，为了确保DCS系统网络安全和高效，建议采用Emerson工业DCS网络方案，采用Emerson 智能工业级以太网交换机CE6052M03替换原有的3COM交换机。

由于系统早期机柜间数量较少，原有的交换机上的光纤接口随着后续扩展机柜的增加已经不能满足需求，而后续增加的各个机柜间的主副网控制网络则大多通过光纤收发器连接汇聚至轻灰机柜间，并由轻灰机柜间的交换机连接至中央控制室。相比较于光纤交换机，光纤收发器的故障率较高，使用寿命也较短，更大幅增加了设备数量和故障点，不便于维护及检修。因此在本方案中，直接采用配置了充足光口的工业交换机替换原有的光纤收发器，各个机柜间的网络节点通过光缆与光纤交换机直接相连，使得系统的数据通讯更有效率且网络架构更加稳定可靠。

图1 三套装置经采用光纤交换机优化后的网络示意图

3 项目升级改造后效果

通过合理组织，精心安排，有序调度，项目组利用停车大修期间5天的时间，于2017年6月8日完成系统的升级工作，自投用以来运行平稳，解决了服务器系统存在的现有故障问题，保障服务器的正常运行，避免事故发生，降低安全隐患；解决操作站无备件更新问题，解决火灾隐患；解决了控制器型号新备件不支持问题，保障控制器的正常运行，避免事故发生；为先控、MES及ERP生产计量数据采集的应用与扩展夯实底层基础；保障老线生产运行稳定，减少运行人员劳动轻度，极大提高了我厂的自动控制水平。