引言

　　DCS分為帶I/O部件的控制器、通信網(wǎng)絡(luò)和人機(jī)接口三大部分。人機(jī)接口是人與系統(tǒng)互通信息、起交互作用的設(shè)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(gè)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(jī)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(yùn)動(dòng)和電磁機(jī)械特性，隨著主機(jī)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(shí)由于部分傳統(tǒng)操作員站主、附件停產(chǎn)等原因，使備件價(jià)格和購(gòu)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在DCS生命周期內(nèi)，為了安全生產(chǎn)、解決備件問題、確保產(chǎn)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(guó)20世紀(jì)80、90年代進(jìn)口的DCS大多已面臨這個(gè)問題。采用普通個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)、微軟操作系統(tǒng)、內(nèi)嵌DCS驅(qū)動(dòng)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(shí)用和流行的改造方法。本文簡(jiǎn)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(jī)接口的OIS是操作員對(duì)生產(chǎn)過程和就地設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、操作的工具，其提供的原始信息還可用于技術(shù)人員的分析、優(yōu)化和指導(dǎo)。OIS可分為硬件和軟件，硬件主要由操作員站主機(jī)、連接DCS網(wǎng)絡(luò)的接口和外部設(shè)備(鍵盤、顯示器、電源、打印機(jī)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(qū)動(dòng)軟件。

二、操作員站的發(fā)展

　　20世紀(jì)70年代DCS問世之初，由于通用PC還未推廣應(yīng)用，DCS開發(fā)商買不到廉價(jià)可作為DCS操作員站主機(jī)的設(shè)備，只能各自開發(fā)集成，當(dāng)時(shí)DCS操作員站的結(jié)構(gòu)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(qū)動(dòng)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(hù)費(fèi)用都很高;DCS讀出數(shù)據(jù)困難，與其他工控系統(tǒng)、設(shè)備互連方法也少;一般無硬盤和動(dòng)態(tài)流程圖，標(biāo)簽量也較少。貝利N90早期OIU系列操作員站只有500標(biāo)簽量且無硬盤和動(dòng)態(tài)流程圖(后來增加了硬盤和流程圖)，20世紀(jì)80年代中期推出的MCS系列，特別是MCS PULS已達(dá)到30000標(biāo)簽量并增設(shè)SCSI接口，性能也大為改善。

　　20世紀(jì)90年代初，為提高DCS網(wǎng)絡(luò)與操作員站主機(jī)的傳輸速度和增加標(biāo)簽量，DCS廠家開始采用通用的硬件如DEC和SUN公司的小型機(jī)作為操作員站主機(jī)，貝利和FISHER的DCS采用DEC的VAX或ALPHA小型機(jī)，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(qū)動(dòng)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(zhì)還是MCS的OIS2x和在MCS MTOS基礎(chǔ)上開發(fā)的VMS的OIS4x系列。

　　20世紀(jì)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(chǎng)及DCS驅(qū)動(dòng)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(qiáng)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(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)套件，支持VB、JAVA、ActiveX，可把微軟的COM技術(shù)應(yīng)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(jì)90年代投運(yùn)的DCS操作員站硬件已陸續(xù)進(jìn)入故障高發(fā)期，其部件大多是從DEC等第三方購(gòu)買，但因HP兼并了已兼并DEC的COMPAQ公司，VAX和ALPHA機(jī)已不生產(chǎn);SUN機(jī)雖還生產(chǎn)，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(wǎng)絡(luò)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(shì)在必行;目前每套有獨(dú)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(qū)動(dòng)軟件的替代操作員站。DCS廠家為延長(zhǎng)傳統(tǒng) DCS的壽命，也開發(fā)了一些開放性更好、功能更強(qiáng)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(wù)器與DCS網(wǎng)絡(luò)接口相連的主/從結(jié)構(gòu)和服務(wù)器/客戶機(jī)結(jié)構(gòu)，2種結(jié)構(gòu)都能保證傳統(tǒng)DCS的壽命，并使在Web結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上的操作員站更開放，與目前最新技術(shù)相適應(yīng)。替代操作員站因采用的通用監(jiān)控軟件都遵從OPC、DDE等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換協(xié)議，故其聯(lián)網(wǎng)更容易，還可作為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器，實(shí)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(wǎng)絡(luò)上相互獨(dú)立運(yùn)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(qū)動(dòng)軟件及與DCS數(shù)據(jù)交換接口的不同。其中監(jiān)控和驅(qū)動(dòng)軟件的編寫體系直接影響操作的方便性、實(shí)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(fèi)用。ABB貝利公司的DCS引進(jìn)較早，在我國(guó)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(jīng)驗(yàn)。

　　3.1 改造方案論證

　　鄂州電廠2×300MW機(jī)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(yùn)行8a多，主機(jī)、硬盤和顯示器等部件由于老化已多次發(fā)生死機(jī)等故障;主機(jī)卡件、硬盤軟驅(qū)等已停止生產(chǎn)，導(dǎo)致備件難以購(gòu)買且價(jià)格很高;原操作員站報(bào)警、報(bào)表等存在功能缺陷，這些都嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。針對(duì)這些問題，決定在大修期間對(duì)1號(hào)機(jī)組操作員站進(jìn)行改造。目前貝利操作員站改造解決方案較多，為確定實(shí)施方案，對(duì)各方案進(jìn)行了廣泛深入的前期調(diào)研，基本掌握了各方案的具體特點(diǎn)。

　　(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(qū)動(dòng)軟件為基礎(chǔ)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(jìn)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(shí)現(xiàn)工程師站的功能。但原操作員站圖形和標(biāo)簽不能轉(zhuǎn)換升級(jí)，改造時(shí)必須人工重做，工程量大易造成錯(cuò)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(jí)，改造費(fèi)用也較高。

　　(2)ABB的PowerGeneration Portal。PGP是ABB公司2003年在Tenore軟件基礎(chǔ)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(wù)器/客戶機(jī)結(jié)構(gòu);具有的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)核特性使其有強(qiáng)大的歷史數(shù)據(jù)和事件的采集、儲(chǔ)存能力，又可同時(shí)作為歷史站和工程師站使用;信息高度集成，標(biāo)簽容量大，完全開放性的界面，易于使用，支持畫面和標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)換導(dǎo)入;采用完全開放的OPC、MODBUS、ODBC、TCP/IP等標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，支持第三方軟件和標(biāo)準(zhǔn)接口，可發(fā)展成為多種信息匯總的公用平臺(tái)。但因其推出較晚還在不斷升級(jí)完善。

　　(3)Emerson的DeltaV操作員站。Emerson公司購(gòu)買了ROVISYS公司90系統(tǒng)OPC服務(wù)器的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，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(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)組成操作員站。其標(biāo)簽在1萬點(diǎn)以下時(shí)不需更換通信接口，數(shù)據(jù)庫(kù)可自動(dòng)轉(zhuǎn)換。Emerson開發(fā)了大量第三方驅(qū)動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)控件可直接使用在操作員站中，其功能全面、運(yùn)行情況良好，支持SOE。但Delta V操作員站目前在中國(guó)電力領(lǐng)域還沒有應(yīng)用實(shí)例 (在北美電廠有大量應(yīng)用);其圖形畫面不能轉(zhuǎn)換升級(jí); Emerson的特殊價(jià)格體系及其必須采用客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)使得多臺(tái)操作員站同時(shí)改造才有更好的性價(jià)比。

(4)PREVISE的OpsCon。操作員站用IFIX作為監(jiān)控軟件內(nèi)嵌PREVISE公司開發(fā)的90驅(qū)動(dòng)軟件，接口仍用原ICI，部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)和動(dòng)態(tài)流程圖可用軟件轉(zhuǎn)換，其余用VB語(yǔ)言編寫，價(jià)格較低。但應(yīng)用實(shí)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(qū)動(dòng)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(guó)近年也開發(fā)了如組態(tài)王、SYNALL200、FORCE CONTROL等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器軟件，它們有PLC驅(qū)動(dòng)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(guó)內(nèi)開發(fā)出DCS的驅(qū)動(dòng)軟件并發(fā)展成替代操作員站，操作員站改造的費(fèi)用將會(huì)更低。

　　通過反復(fù)調(diào)研論證，比較各方案優(yōu)劣，認(rèn)為在價(jià)格和性能上非DCS廠商的替代操作員站雖然各有優(yōu)勢(shì)，但是存在缺少國(guó)內(nèi)電廠應(yīng)用實(shí)例或后續(xù)技術(shù)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(wù)器的工具，又具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)和一些網(wǎng)絡(luò)套件，功能也更豐富、開放，數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形可直接轉(zhuǎn)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(shù)支持和保證，費(fèi)用也大幅下降。結(jié)合公司實(shí)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(hào)機(jī)組操作員站運(yùn)行年限較長(zhǎng)，故障更頻繁，決定將其在大修中全部更換成5臺(tái)PGP操作員站，將拆下的OIS清理、維修后作為2號(hào)機(jī)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(fèi)用，同時(shí)也避免了只改造或增設(shè)機(jī)組部分操作員站引起的操作員因不適應(yīng)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(jī)組任何時(shí)候尤其是事故處理時(shí)技術(shù)人員監(jiān)控和管理有更多可用的人機(jī)接口，在值長(zhǎng)臺(tái)增設(shè)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(shí)操作、互為冗余的2臺(tái)PGPServer和3臺(tái)PGPClient。Server通過操作臺(tái)下加裝的2套ICI03直接與INFI環(huán)網(wǎng)進(jìn)行SCSI相連，以滿足大容量、高速率的傳輸要求。Client通過交換機(jī)同Server構(gòu)成以太網(wǎng)，保證只要任意1臺(tái)Server正常，3臺(tái)Client也可正常運(yùn)行，提高了數(shù)據(jù)的安全性，保障了機(jī)組的正常操作，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shí)由于引入了很多最新技術(shù)，使操作員站功能更完善、更強(qiáng)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(shí)它的開放性也使DCS與PLC等的互連得以實(shí)現(xiàn)，為在控制室實(shí)現(xiàn)輔助生產(chǎn)系統(tǒng)監(jiān)控、減少輔助生產(chǎn)系統(tǒng)控制點(diǎn)創(chuàng)造了條件。

四、結(jié)語(yǔ)

　　運(yùn)行在PC、微軟平臺(tái)上，采用通用監(jiān)控軟件內(nèi)嵌DCS驅(qū)動(dòng)軟件、可讀寫的替代操作員站的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，也是DCS發(fā)展的需要。通用操作員站給DCS廠商引入了競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，使人機(jī)界面?zhèn)浼�不再受DCS廠商的限制，為用戶帶來方便;適用面更廣，相對(duì)產(chǎn)量增大，使成本下降，用戶維護(hù)費(fèi)用降低;開放性能更好，過程數(shù)據(jù)可直接送到以太網(wǎng)上，使傳統(tǒng)DCS達(dá)到了開放;主站可通過以太網(wǎng)連接數(shù)量不限的從站，可遠(yuǎn)程操作，不同機(jī)型的聯(lián)網(wǎng)也變得更簡(jiǎn)單;比專用操作員站更簡(jiǎn)單，不需專業(yè)培訓(xùn)，更新和升級(jí)容易。改造時(shí)應(yīng)注意PC要合理配置、布線、分配負(fù)荷，防止死機(jī);為保護(hù)昂貴的DCS網(wǎng)絡(luò)接口，替代操作員站主機(jī)與DCS接口上應(yīng)設(shè)物理隔離如光電轉(zhuǎn)換等;若操作員站與外網(wǎng)相連應(yīng)設(shè)防病毒感染和黑客攻擊的防火墻�？傊�，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(chǎn)的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)期、滿發(fā)和優(yōu)質(zhì)運(yùn)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(chǎn)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著;實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)信息的對(duì)外傳輸，DCS強(qiáng)有力的信息管理和信息集成能力得以發(fā)揮。 

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本文標(biāo)題：分散控制系統(tǒng)傳統(tǒng)操作員站的分析與改造

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