艾默生DCS在海化純堿廠的升級改造

，，

(山東海化股份有限公司純堿廠，山東 濰坊 262737)

DCS集散控制系統(Distributed control system)是隨著計算機技術、網絡技術及各大工業生產自動化的不斷興起和過程控制要求的日益復雜應運而成的綜合控制系統。它是在計算機技術、網絡技術、自控技術和顯示技術的基礎上建立起來的，其主要特點是控制分散，集中管理。基本思想是：分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態方便。DCS集散控制系統一般由五部分組成：控制器、I/O板、操作站、通訊網絡、圖形及編程軟件。

山東海化股份有限公司純堿廠(以下簡稱海化純堿)采用艾默生過程控制有限公司的DCS控制系統DeltaV用于煅燒、壓縮、重堿、鹽水、石灰、包裝等裝置生產的過程控制與管理，多年來的成功應用為企業安全生產和高效運行提供了切實的保障。但由于山東海化使用的DeltaV控制系統版本較早，隨著生產運營的變化和自動化技術的發展，目前面臨一些新的生命周期維護的問題，需要通過升級的方式為系統注入新的生命力。

本文著重介紹了艾默生DCS系統當前的運行狀況和實施升級改造的必要性，闡述了更新改造方案和實施過程。

1 項目實施背景

山東海化股份有限公司純堿廠采用艾默生過程控制有限公司的DCS控制系統DeltaV用于煅燒、壓縮、重堿、鹽水、石灰、包裝等裝置生產的過程控制與管理，多年來的成功應用為企業安全生產和高效運行提供了切實的保障。現場艾默生DCS系統有三個版本，最老5.3版到2017年已經運行17年，6.3版本已經運行15年，最新的7.4版也已經運行12年，系統長時間運行，已經老化嚴重，廠家已經停止生產該版本控制器(M5)和卡件，操作站為NT版本(1993年微軟開發的)，早已淘汰，因無備件對系統進行維護，再出現問題將直接影響全廠生產運行,故進行升級改造。

現場3套DCS系統的主要部件的基本情況如表1所示。

表1 現場3套DCS系統的主要部件

2 項目更新改造內容及方案

2017年對老線艾默生DCS系統進行全面升級改造,同時對OPC、先進控制、MES、PI數據庫和接口等進行調整、對接，保障生產正常穩定運行，具體內容如下：

2.1 DeltaV系統

三套DeltaV系統升級到DeltaV R5，原DeltaV用戶數據、組態程序、流程畫面等升級到DeltaV R5。

2.2 服務器及應用站、操作站

老線共有應用站、服務器6臺，操作站26臺，其中18臺操作站為NT版本，其余為XP,現在早已淘汰，因常年一直開機運行主機老化嚴重，近幾年主機故障增多，維護困難。服務器及操作站負載了老線DCS系統的操作畫面、歷史曲線和控制器操作等近1萬點的工作負荷，現在備件缺乏嚴重，再出現操作站老化報廢故障將無法處理，直接影響運行生產人員的正常操作，對生產存在極大隱患。

2.3 控制器、交換機及底板等

老線控制器三個版本中包含M5和MD控制器共28對，交換機26臺，傾斜底板28套，其中M5控制器共10對，現老化嚴重，存在較大隱患，廠家大約10年前已停產，MD控制器18對，3年前已經買不到備件，現在已經停產，最新生產的MQ控制器不支持老系統，如果出現控制器壞的情況會導致停車。

2.4 OPC應用站、PI數據庫與接口配置、先進控制與MES等系統

DCS系統升級后，為滿足生產信息化及ERP管理信息化數據核算的需要，保障先控、MES和PI數據庫和接口繼續使用投運和進一步擴展深化，要對系統硬件和程序組態、接口配置等進行整體調整優化。

2.5 整體方案

針對現海化純堿使用的艾默生DCS控制系統現狀，此次對煅燒、石灰、包裝壓縮重堿、鹽水裝置的V6.3V5.3V7.4版本DCS更改采用Emerson DeltaV 中文 R5版本DCS系統的整體升級解決方案實施。要求采用系統升級的方式把系統當前控制器、操作站、網絡系統、上位軟件更新為DeltaV 最新MQ控制器以及DeltaV 中文 R5版本軟件，操作站更新為Windows7 及WindowsServer2008，并更新操作站計算機為DeltaV指定的DELL專用最新配置的DCS操作站。

現系統上位軟件中的控制程序、工藝流程等功能程序，將采用DeltaV 升級技術，同時升級到DeltaV 中文 R5版本的平臺，保證系統更新之間的全兼容過渡。

整體升級項目主要包括：DeltaV 軟件版本的升級；控制層控制器及卡件的升級；監控層硬件平臺的升級；監控層操作系統的升級；通信網絡的升級。具體要求如下：

2.5.1 DeltaV 軟件版本的升級

艾默生DeltaV系統軟件更新最新DeltaV 中文 R5版本。DeltaV 中文 R5版本采用了全中文操作員界面，包括按鈕、菜單、描述信息、提示信息、報警信息、設備診斷信息全面漢化，操作員亦可自由輸入中文信息到系統。完整的中文版工程技術手冊和幫助文件使您從此無英文顧慮。本方案采用兼容性升級的方式把系統當前英文版DeltaV V6.3V5.3V7.4版本軟件平穩升級為當前最新DeltaV 中文 R5版本，采用Emerson標準的Book online升級步驟，升級路徑為V9.3，V10.3，中文R3，中文 R5。

2.5.2 控制層控制器及卡件的升級

對此建議采用DeltaV MQ冗余控制器。DeltaV MQ控制器提供了現場設備和控制網絡上的其他節點之間的通信和控制。DeltaV系統控制器圍繞著Emerson Plantweb高效全數字工廠架構，在系統和規模上都可伸可縮，符合從數個I/O到數萬個I/O的全功能統一架構，可與現有的控制系統方便集成。整個DeltaV控制硬件中內置有可靠性和更高的系統可用性，確保冗余以太網、冗余控制器、冗余電源、冗余I/O卡件等高可靠性的安全級別。

2.5.3 監控層硬件平臺的升級

DeltaV 中文 R5版本的移植對工作站硬件提出了更高的要求。另外工作站在使用中的穩定性會對整個生產過程的可觀性、及時響應性和全局監控帶來直接的影響。而現場機器已經全天24 h運行多年，在使用中已經出現了反映速度慢，故障率高，硬盤損壞等問題，及時進行工作站硬件升級無疑是非常有必要的。最新配置的Dell工作站以先進可靠的IT技術為依托，并且采用液晶顯示器，方便于操作員的現場操作。

2.5.4 操作系統升級更新

Microsoft公司已經停止對Windows NT的支持，如今已經無法購買到預裝Windows NT的計算機。針對于Windows NT系統的維護將越來越困難，同面臨著無法安裝系統補丁程序，修補系統漏洞問題，這將導致現有的系統地安全隱患日益嚴重，為了保證現有系統在其生命周期內穩定安全運行，升級為Windows 7&Win Server 2008 操作系統平臺平滑過渡的方案。具體如下：主工程師站3臺預裝 Win Server 2008 操作系統；應用站3臺預裝Win 2008 Server 系統；操作站26臺預裝Windows 7 操作系統。

2.5.5 通訊系統升級

現有的DCS控制系統當前通信網絡部分采用3COM品牌端口交換機，目前該型號交換機已經停產，無法獲得相應的產品廠家的支持，加上其交流供電，風扇散熱，沒有遠程光纖接口以及無法集成詳盡診斷信息等非工業設計特點，隨著使用時間的延長，開始出現網絡通信有效帶寬下降，通信出錯率升高，數據丟包日益嚴重現象，為了確保DCS系統網絡安全和高效，建議采用Emerson工業DCS網絡方案，采用Emerson 智能工業級以太網交換機CE6052M03替換原有的3COM交換機。

由于系統早期機柜間數量較少，原有的交換機上的光纖接口隨著后續擴展機柜的增加已經不能滿足需求，而后續增加的各個機柜間的主副網控制網絡則大多通過光纖收發器連接匯聚至輕灰機柜間，并由輕灰機柜間的交換機連接至中央控制室。相比較于光纖交換機，光纖收發器的故障率較高，使用壽命也較短，更大幅增加了設備數量和故障點，不便于維護及檢修。因此在本方案中，直接采用配置了充足光口的工業交換機替換原有的光纖收發器，各個機柜間的網絡節點通過光纜與光纖交換機直接相連，使得系統的數據通訊更有效率且網絡架構更加穩定可靠。

圖1 三套裝置經采用光纖交換機優化后的網絡示意圖

3 項目升級改造后效果

通過合理組織，精心安排，有序調度，項目組利用停車大修期間5天的時間，于2017年6月8日完成系統的升級工作，自投用以來運行平穩，解決了服務器系統存在的現有故障問題，保障服務器的正常運行，避免事故發生，降低安全隱患；解決操作站無備件更新問題，解決火災隱患；解決了控制器型號新備件不支持問題，保障控制器的正常運行，避免事故發生；為先控、MES及ERP生產計量數據采集的應用與擴展夯實底層基礎；保障老線生產運行穩定，減少運行人員勞動輕度，極大提高了我廠的自動控制水平。

4 結 語

通過實施艾默生DCS升級改造，實現了系統的自適應控制和回路性能深度分析，使DCS擁有一個全新的生命周期，并達到了國際領先的DeltaV軟件最新的開放技術標準，更解決了長期以來制約我廠ERP、先進控制系統與MES系統全面應用和提升的問題，為海化純堿打造“智慧數字堿廠”提供可靠的自動化和信息化支撐。