橫河μ-X L系統操作站升級改造實施

河北鋼鐵集團邯鋼公司自動化部 王偉兵 李仁華

橫河μ-X L系統操作站升級改造實施

河北鋼鐵集團邯鋼公司自動化部 王偉兵 李仁華

μ-XL系統是日本橫河公司早期的DCS控制系統，隨著使用年限的增加故障趨于頻繁。由于操作站硬件采用的是比較專用的設備，無論是備件采購還是故障處理都十分被動。通過使用橫河BCV協議轉換器,將μ-XL系統的操作站直接升級為CS3000的操作站，從根本上解決了原有操作站存在的問題。

μ-XL系統；CS3000系統；RL總線；V net總線；BCV轉換器

0 前言

邯鋼4高爐鼓風風機控制系統是在1997年隨風機設備成套整體從日本三菱引進的，控制系統采用的是日本橫河公司早期的DCS系統μ-XL，現在已經運行了16年。隨著使用年限的增加，故障率逐漸增多，原有系統的備件絕大部分已停產，維護服務極其困難。特別是人機界面（MOPS）使用的是DOS下的操作系統，界面修改、程序備份都很困難，因此很有必要對其升級改造。

1 原有μ-XL系統概況和存在的問題

1.1 原有μ-XL系統概況

μ-XL系統由一臺專用操作站MOPS（兼有工程師站功能）、一套就地控制單元MFCU組成。就地控制單元包括的卡件有：回路通信插件LCS,模擬量I/O卡件VM1、VM2，狀態I/O卡件ST2。RL總線RLBUS承擔系統內的通信。就地控制單元通過通信卡件LCS與定風壓調節器、定風量調節器和防喘振調節器通信實現信號交換。系統結構圖如圖1所示。

1.2 存在的主要問題

由于系統已經運行了16年，在運行的后期主要問題發生在專用操作站上，而現場控制單元MFCU基本沒有發生過故障。操作站的主要故障表現為：由于硬盤磁道損壞不能讀取數據造成操作站不能啟機，由于是DOS系統下的硬盤，硬盤容量比較小，現在市面上已經很難買到；操作站集成主板故障造成操作站不能正常通信和工作；軟驅損壞造成更換硬盤后系統軟件不能重新安裝和備份；由于系統應用軟件是在DOS系統下使用BASIC語言開發的，使得程序修改非常繁瑣；畫面軟件數據采樣周期太長，造成數據趨勢不能捕捉到瞬間故障信號不便于故障分析。

圖1 系統結構圖

2 升級改造方案

2.1 升級改造方案一

將系統整體升級為橫河CS3000 DCS系統。這樣升級的優點是：無論是就地控制單元還是操作站都得到整體更新，徹底解決了系統老化的問題。缺點是：一次性投資比較大；工作量比較大，一方面需要重新編程，另一方面需要重新將所有I/O點接線，工藝也沒有較長的停機機會。

2.2 升級改造方案二

統計分析控制系統發生的故障主要部位是在操作站部分，控制單元MFCU部分運行穩定，因此升級改造方案主要是針對操作站部分。如果僅僅是對操作站部分簡單的進行硬件更新，一方面是硬件已經停產多年，備件價格昂貴；另一方面系統操作站原有的許多弊端不能得到徹底解決。但是可以通過采用橫河公司的BCV 協議轉換器，將原系統μ-XL的RL總線協議轉換為橫河CS3000 V net總線協議，從而直接將原系統專用操作站升級為通用的CS3000系統操作站。原有的操作站保留作為工程師站，系統新增加了一臺操作站作為操作使用。這種改造方案的優點是：相對于第一種方案投資較小；由于現場控制單元控制程序不需要更改，只需要更新操作站畫面，因此工期短（有24小時檢修即可完成）；操作站更換為市面通用的商用計算機減少了對專用計算機的依賴。缺點是：不能徹底解決系統老化問題。

通過對以上兩種方案的比較和論證，最終采用了第二種升級改造方案。

3 方案實施及實現的新功能

3.1 方案的實施

改造后的系統結構拓撲圖如圖2所示。通過協議轉換后CS3000的操作站可以直接讀取原有系統數據，畫面軟件可以在離線狀態下先期進行了編程，協議轉換器在不停車的情況下先期進行了硬件安裝。在高爐休風24小時的情況下，由于準備工作充分圓滿完成了升級改造。3.2 實現的新功能

圖2 升級后的系統結構圖

3．2．1 監視功能擴展

所有原有工位在CS3000操作站都能操作和監視。

3．2．2 組態功能

新的CS3000工程師站/操作站能夠對整個系統進行組態工作，包括工位生成、控制分組、流程圖、總貌畫面、趨勢畫面組態等。

3．2．3 打印功能

CS3000工程師站/操作員站可以將操作站的畫面非常容易的考貝下來，打印機使用市場通用的打印機。

3．2．4 報表功能

CS3000提供了報表日志數據處理（小時、班、日、月），并且可以用市面上流行的商用打印機打印，費用低。

3．2．5 長趨勢功能

CS3000橫河電機提供了原始數據和日志數據的長期歷史存儲，便于分析問題。

3．2．6 操作記錄功能

系統以時間為順序，將控制系統的手自動切換、控制對象的啟停、以及工藝設定參數變更前后值等各種操作記錄在歷史信息記錄中。

3．2．7 標準的OPC接口

容易實現控制系統與信息管理信息系統數據的連接。

3．2．8 控制監視畫面

監控畫面可以將各種過程變量以棒狀圖的形式顯示出來。風機崗位操作人員可根據需要將8或者16個參數為一組進行任意組合，實現同時對多個回路監視、操作。通過點擊參數可以調出該參數的詳細信息，對于連續調節回路，能夠詳細顯示出被調變量、設定值、輸出值、運行方式和調節參數等相關信息。同時為了便于PID參數調整，參數調整畫面配有采樣周期為1秒、顯示時間長度為48分鐘的調整趨勢畫面；對于邏輯控制回路，顯示出相關的設備狀態。新版本可支持1S或10S的歷史趨勢記錄點數量高達到每個HIS站1024點。工藝總貌窗口可顯示整個風機的運行狀態和軸系檢測、風機排氣壓力、溫度等相關重要工藝參數。工藝參數發生報警時，系統以聲光方式提示運行人員，并可迅速切至相應的操作畫面以方便運行人員進行處理。也可以通過操作員鍵盤直接調出報警畫面，顯示報警類型、報警時間、工位號、當前過程值和報警值，并可迅速切到相應的操作畫面以方便運行人員進行及時處理。畫面按時間順序排列顯示報警信息，出現在畫面的最頂端的是最新的報警，當報警信息超過200個報警點時，自動從畫面刪除最早的報警信息（自動進入歷史記錄）。可通過操作員鍵盤或畫面進行報警確認，確認后的報警將不再閃爍提示。 報警級別分為6個等級，使用不同的顏色和符號區分等級，當兩個報警同時發生時，根據優先等級進行顯示。操作員可以對任一信號進行“報警閉鎖AOF”的手動設定及解除，該功能僅僅是對報警信息發出的屏蔽，對數據的采集和運算處理不產生影響。Help功能具有完善的操作、功能幫助信息，運行人員可以調取HELP功能獲取豐富的幫助信息。

3．2．9 檢索及報告功能

風機操作運行人員可以方便的檢索和打印各種工藝信息參數，包括：報警信息匯總、數據匯總；歷史報告可以查詢運行人員操作記錄，操作時間等信息用于事故分析。系統維護工程師也可以方便的檢索和調取各種系統信息，包括模擬量一覽、異常過程輸入點等信息用于系統維護。

3．2．10 系統維護界面

通過鍵盤上的功能鍵，系統維護人員可調出系統狀態畫面。顯示出系統上所連接的各個站的工作狀態，就地控制單元MFCU的I/O模件的狀態，系統資源使用情況，通訊總線的工作狀態等信息。系統中任一站點或站點內I/O卡件發生故障，系統維護畫面上會以聲光報警的方式進行提示。

3．2．11 操作指導畫面

畫面以圖象或文字的方式向風機操作人員顯示出設備啟動、運行、停止等操作時的指導信息。

4 結束語

通過對μ-XL控制系統操作員站的升級，不但解決了長期以來困擾的故障率較高而且難以恢復的問題，而且節約了費用和改造的工作量，同時也為以后的備品備件通用化奠定了基礎。對于同類型控制系統操作員站的升級改造也具有一定的參考意義。

[1]馮光亮．DCS顯示數據突然變大原因分析及對策[J]．自動化技術與應用,2008,04:32-37．

[2]何錦錦,趙星．邯鋼中板線噴印機改造實踐[J]．河北冶金,2014,09:40-44．

圖3 訂閱號中的學生留言節選

3 結論

微信是超過五億人在使用的手機應用程序，可以支持發送語音短信、視頻、圖片和文字，可以群聊，僅耗少量流量，適合大部分智能手機。對廣大的青年學生而言，微信已經成為了一種新的生活方式。借助微信平臺，開展與專業課程相結合的輔助教學，也是一種對學習的全新探索。我們借用微信平臺，通過推送對學生進行興趣引導，引導學生熟悉Aether軟件，再結合課內教學，進一步積極引導學生參加大學生集成電路設計大賽，實踐證明，取得了較良好的效果，也得到了學生積極的回應。當然了，由于是初次嘗試，因此，還有許多地方做得不盡完善，還需要不斷的改進和努力。同時，也要感謝大賽的主辦方和支持方，是他們不懈的努力，為我們的學生提供了這么良好的平臺和機會，讓學生得以在專業的道路上更加貼近實際，貼近行業（圖3）。

致謝：

感謝2013年浙江省高等教育教學改革和課堂教學改革項目的大力資助（kg2013169），感謝院系領導對大學生集成電路設計大賽的支持，感謝我校歷屆參賽的學生們。

Upgrading the operation station of Yokogawaμ-XL system

Wang weibing,Li renhua
(Automation department,Handan Iron and Steel Company,Hebei Iron and Steel Group,Handan,Hebei,056000)

μ-XL system is the early DCS control system of Yokogawa Electric Corporation，with the increase of service life tends to frequent fault. Because the operation station hardware is the special，both spare parts purchasing or fault processing are very passive. Through the use of BCV protocol converter，μ-XL system operation station is upgraded to CS3000 operating station，from the fundamental solution to the problems of the original operating station.

μ-XL system；CX3000 system；RLBUS；V net BUS；BCV converter

唐瑩（1981-），女，浙江杭州人，博士，副教授，研究方向為新型半導體器件的理論研究和樣品研制。

韋一（1983-），男，浙江杭州人，博士，講師，研究方向為新型納米器件電路設計和研制。