引言
DCS分為帶I/O部件的控制器、通信網絡和人機接口三大部分。人機接口是人與系統(tǒng)互通信息、起交互作用的設備，包括操作員接口站、工程師站和歷史站。操作員站和人相聯(lián)系，是DCS的重要組成部分，它為過程控制提供了一個最有效的觀察過程、觀察系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、管理系統(tǒng)的窗口。近年開發(fā)的操作員站又合并了工程師站、歷史站等功能，成為真正完整意義上的人機界面。
DCS控制器和I/O部件壽命通常15a以上，而操作員接口站(OIS)由于運動和電磁機械特性，隨著主機和附件的老化、損耗，故障概率大幅增大，壽命多在10a以下。同時由于部分傳統(tǒng)操作員站主、附件停產等原因，使備件價格和購買更成為困擾用戶的難題。另外傳統(tǒng)操作員站的操作系統(tǒng)和監(jiān)控軟件基本都是專用的，其數(shù)據(jù)不夠開放問題也成為企業(yè)信息管理的瓶頸。隨著計算機技術的發(fā)展，在DCS生命周期內，為了安全生產、解決備件問題、確保產品生命周期、保證投資的有效性等原因，傳統(tǒng)操作員站改造已提上日程。我國20世紀80、90年代進口的DCS大多已面臨這個問題。采用普通個人計算機(PC)、微軟操作系統(tǒng)、內嵌DCS驅動軟件的通用監(jiān)控軟件所組成的操作員站替代原專用操作員站是目前最實用和流行的改造方法。本文簡要介紹ABB貝利N9O、INFI90系統(tǒng)傳統(tǒng)操作員站的發(fā)展和改造情況。
一、操作員站功能和組成
作為DCS主要人機接口的OIS是操作員對生產過程和就地設備進行監(jiān)控、操作的工具，其提供的原始信息還可用于技術人員的分析、優(yōu)化和指導。OIS可分為硬件和軟件，硬件主要由操作員站主機、連接DCS網絡的接口和外部設備(鍵盤、顯示器、電源、打印機等)3部分組成;軟件主要包括操作系統(tǒng)、監(jiān)控軟件及DCS驅動軟件。
二、操作員站的發(fā)展
20世紀70年代DCS問世之初，由于通用PC還未推廣應用，DCS開發(fā)商買不到廉價可作為DCS操作員站主機的設備，只能各自開發(fā)集成，當時DCS操作員站的結構差別很大;操作員站的硬件、操作系統(tǒng)、監(jiān)控軟件、控制器驅動軟件都是專用的，DCS的各部件也是專用、封閉的系統(tǒng)，造成DCS投資維護費用都很高;DCS讀出數(shù)據(jù)困難，與其他工控系統(tǒng)、設備互連方法也少;一般無硬盤和動態(tài)流程圖，標簽量也較少。貝利N90早期OIU系列操作員站只有500標簽量且無硬盤和動態(tài)流程圖(后來增加了硬盤和流程圖)，20世紀80年代中期推出的MCS系列，特別是MCS PULS已達到30000標簽量并增設SCSI接口，性能也大為改善。
20世紀90年代初，為提高DCS網絡與操作員站主機的傳輸速度和增加標簽量，DCS廠家開始采用通用的硬件如DEC和SUN公司的小型機作為操作員站主機，貝利和FISHER的DCS采用DEC的VAX或ALPHA小型機，西屋和Foxboro的DCS采用SUN，操作系統(tǒng)也隨硬件分別采用第三方的如這2家公司的VMS和Solaris，但監(jiān)控軟件和控制器的驅動軟件仍是DCS開發(fā)商自行研發(fā)的專用軟件。貝利公司也推出了本質還是MCS的OIS2x和在MCS MTOS基礎上開發(fā)的VMS的OIS4x系列。
20世紀90年代末，隨著各種系統(tǒng)互連要求的迫切和通用PC和工控軟件的發(fā)展，特別是主要用于可編程控制器(PLC)操作員站的通用監(jiān)控軟件成熟并推向市場及DCS驅動軟件逐漸被開發(fā)，工控公司和DCS廠商都推出了采用PC、微軟操作系統(tǒng)和能讀寫控制器數(shù)據(jù)且速度合適、功能強大的高性能監(jiān)控軟件(如IFIX、INTOUCH等)的更綜合化、智能化的操作員站，其也能替代傳統(tǒng)操作員站。這些軟件包含許多以太網上的網絡套件，支持VB、JAVA、ActiveX，可把微軟的COM技術應用于編譯控件中，許多現(xiàn)成控件也可直接使用。
三、傳統(tǒng)操作員站的改造
目前，20世紀90年代投運的DCS操作員站硬件已陸續(xù)進入故障高發(fā)期，其部件大多是從DEC等第三方購買，但因HP兼并了已兼并DEC的COMPAQ公司，VAX和ALPHA機已不生產;SUN機雖還生產，其部件兼容性差等缺陷也無法滿足現(xiàn)行功能的需要;從傳統(tǒng)封閉的DCS網絡或操作員站讀取數(shù)據(jù)建立管理信息系統(tǒng)(MIS)比較困難，這些都使傳統(tǒng)操作員站的改造勢在必行;目前每套有獨立接口的DCS，幾乎都有公司開發(fā)了一些能較理想地完成操作顯示等功能、采用不同通用監(jiān)控軟件和驅動軟件的替代操作員站。DCS廠家為延長傳統(tǒng) DCS的壽命，也開發(fā)了一些開放性更好、功能更強的替代操作員站，如貝利替代操作員站就有七八種。替代操作員站多采用主站或服務器與DCS網絡接口相連的主/從結構和服務器/客戶機結構，2種結構都能保證傳統(tǒng)DCS的壽命，并使在Web結構的基礎上的操作員站更開放，與目前最新技術相適應。替代操作員站因采用的通用監(jiān)控軟件都遵從OPC、DDE等標準數(shù)據(jù)交換協(xié)議，故其聯(lián)網更容易，還可作為動態(tài)數(shù)據(jù)服務器，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的開放。替代操作員站可同原專用操作員站一起在DCS網絡上相互獨立運行，互不影響�？傊�，替代操作員站硬件都采用通用PC、微軟操作系統(tǒng)，區(qū)別主要在于采用的監(jiān)控軟件、驅動軟件及與DCS數(shù)據(jù)交換接口的不同。其中監(jiān)控和驅動軟件的編寫體系直接影響操作的方便性、實用性、穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)上下行的快速性;接口的不同則影響改造費用。ABB貝利公司的DCS引進較早，在我國占有30%多的份額，現(xiàn)以鄂州電廠的貝利DCS操作員站改造為例，介紹DCS傳統(tǒng)操作員站改造的解決方案及經驗。
3.1 改造方案論證
鄂州電廠2×300MW機組采用貝利公司的INFI90控制系統(tǒng)，操作員站為2主站(OIS25)2輔站(OIC)，都已運行8a多，主機、硬盤和顯示器等部件由于老化已多次發(fā)生死機等故障;主機卡件、硬盤軟驅等已停止生產，導致備件難以購買且價格很高;原操作員站報警、報表等存在功能缺陷，這些都嚴重影響機組的安全運行。針對這些問題，決定在大修期間對1號機組操作員站進行改造。目前貝利操作員站改造解決方案較多，為確定實施方案，對各方案進行了廣泛深入的前期調研，基本掌握了各方案的具體特點。
(l)ABB的Conductor NT。ABB貝利公司為解決其傳統(tǒng)操作員站問題，1997年以剛被兼并的FISCHER&PORTER公司S6000監(jiān)控軟件和自己開發(fā)的90通信驅動軟件為基礎開發(fā)了ConductorNT。ConductorNT連在PLANTLOOP和INFINET的接口上，可通過串行接口或SCSI接口進行數(shù)據(jù)交換，增加了許多功能，裝入工程師站程序還可實現(xiàn)工程師站的功能。但原操作員站圖形和標簽不能轉換升級，改造時必須人工重做，工程量大易造成錯誤;還存在開放性不夠好的問題;因2003年后又推出新式操作員站，故其軟件已不再開發(fā)升級，改造費用也較高。
(2)ABB的PowerGeneration Portal。PGP是ABB公司2003年在Tenore軟件基礎上推出的新一代DCS操作員站，也可替代90系統(tǒng)操作員站。其采用全方位冗余的服務器/客戶機結構;具有的數(shù)據(jù)庫內核特性使其有強大的歷史數(shù)據(jù)和事件的采集、儲存能力，又可同時作為歷史站和工程師站使用;信息高度集成，標簽容量大，完全開放性的界面，易于使用，支持畫面和標簽數(shù)據(jù)庫的轉換導入;采用完全開放的OPC、MODBUS、ODBC、TCP/IP等標準通信協(xié)議和應用標準化技術，支持第三方軟件和標準接口，可發(fā)展成為多種信息匯總的公用平臺。但因其推出較晚還在不斷升級完善。
(3)Emerson的DeltaV操作員站。Emerson公司購買了ROVISYS公司90系統(tǒng)OPC服務器的驅動技術，做了二次開發(fā)后移植到Delta V中，采用IFIX監(jiān)控軟件和Delta V的標簽數(shù)據(jù)庫組成操作員站。其標簽在1萬點以下時不需更換通信接口，數(shù)據(jù)庫可自動轉換。Emerson開發(fā)了大量第三方驅動軟件，其控件開發(fā)完整，IFIX軟件與VB等集成較好，又可二次開發(fā)，一些標準控件可直接使用在操作員站中，其功能全面、運行情況良好，支持SOE。但Delta V操作員站目前在中國電力領域還沒有應用實例 (在北美電廠有大量應用);其圖形畫面不能轉換升級; Emerson的特殊價格體系及其必須采用客戶機/服務器結構使得多臺操作員站同時改造才有更好的性價比。
(4)PREVISE的OpsCon。操作員站用IFIX作為監(jiān)控軟件內嵌PREVISE公司開發(fā)的90驅動軟件，接口仍用原ICI，部分數(shù)據(jù)庫和動態(tài)流程圖可用軟件轉換，其余用VB語言編寫，價格較低。但應用實例不多，不支持SOE。
(5)其他廠商推出的替代操作員站。如MATRIKON、MTL等公司都開發(fā)了幾十種DCS和 PLC的驅動軟件，寫IFIX、INTOUCH等監(jiān)控軟件集成后就可作為各DCS的替代操作員站。我國近年也開發(fā)了如組態(tài)王、SYNALL200、FORCE CONTROL等動態(tài)數(shù)據(jù)服務器軟件，它們有PLC驅動軟件也能讀一些DCS數(shù)據(jù)，但還沒有能作為DCS操作員站的軟件問世。若國內開發(fā)出DCS的驅動軟件并發(fā)展成替代操作員站，操作員站改造的費用將會更低。
通過反復調研論證，比較各方案優(yōu)劣，認為在價格和性能上非DCS廠商的替代操作員站雖然各有優(yōu)勢，但是存在缺少國內電廠應用實例或后續(xù)技術支持不夠等問題。PGP作為ABB公司推出的新操作員站，不但給出了編制OPC服務器的工具，又具有強大的數(shù)據(jù)庫和一些網絡套件，功能也更豐富、開放，數(shù)據(jù)庫、圖形可直接轉換，解決了老操作員站和 Conductor NT存在的不足。雖然在功能、開放性等方面可能還不如某些通用操作員站，但是ABB可保證PGP與DCS后續(xù)一致的技術支持和保證，費用也大幅下降。結合公司實際綜合考慮，最終確定PGP為操作員站改造的方案。
3.2 具體改造方案
鄂州電廠操作員站改造考慮到1號機組操作員站運行年限較長，故障更頻繁，決定將其在大修中全部更換成5臺PGP操作員站，將拆下的OIS清理、維修后作為2號機組操作員站的備品。這樣既能解決操作員站的備件問題又可節(jié)約費用，同時也避免了只改造或增設機組部分操作員站引起的操作員因不適應而很少甚至不去使用的無效改造問題。此次改造還為保證機組任何時候尤其是事故處理時技術人員監(jiān)控和管理有更多可用的人機接口，在值長臺增設了1套操作員站作為管理和備用站。
新操作員站配置了可同時操作、互為冗余的2臺PGPServer和3臺PGPClient。Server通過操作臺下加裝的2套ICI03直接與INFI環(huán)網進行SCSI相連，以滿足大容量、高速率的傳輸要求。Client通過交換機同Server構成以太網，保證只要任意1臺Server正常，3臺Client也可正常運行，提高了數(shù)據(jù)的安全性，保障了機組的正常操作，系統(tǒng)結構如圖1所示。操作員站改造完成后解決了目前傳統(tǒng)操作員站遇到的一系列問題，同時由于引入了很多最新技術，使操作員站功能更完善、更強大，也變成了集操作員站、工程師站、歷史站于一體的監(jiān)控、組態(tài)、查詢和管理的工具。同時它的開放性也使DCS與PLC等的互連得以實現(xiàn)，為在控制室實現(xiàn)輔助生產系統(tǒng)監(jiān)控、減少輔助生產系統(tǒng)控制點創(chuàng)造了條件。
四、結語
運行在PC、微軟平臺上，采用通用監(jiān)控軟件內嵌DCS驅動軟件、可讀寫的替代操作員站的出現(xiàn)是計算機、通信等技術發(fā)展的必然結果，也是DCS發(fā)展的需要。通用操作員站給DCS廠商引入了競爭機制，使人機界面?zhèn)浼辉偈蹹CS廠商的限制，為用戶帶來方便;適用面更廣，相對產量增大，使成本下降，用戶維護費用降低;開放性能更好，過程數(shù)據(jù)可直接送到以太網上，使傳統(tǒng)DCS達到了開放;主站可通過以太網連接數(shù)量不限的從站，可遠程操作，不同機型的聯(lián)網也變得更簡單;比專用操作員站更簡單，不需專業(yè)培訓，更新和升級容易。改造時應注意PC要合理配置、布線、分配負荷，防止死機;為保護昂貴的DCS網絡接口，替代操作員站主機與DCS接口上應設物理隔離如光電轉換等;若操作員站與外網相連應設防病毒感染和黑客攻擊的防火墻。總之，傳統(tǒng)操作員站通用替代改造解決了目前DCS傳統(tǒng)操作員站的一系列問題，保證了生產的安全、穩(wěn)定、長期、滿發(fā)和優(yōu)質運行;使DCS的可靠性、開放性、使用靈活性等大大提高;降低了生產費用，經濟效益顯著;實現(xiàn)了生產信息的對外傳輸，DCS強有力的信息管理和信息集成能力得以發(fā)揮。
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