河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司自動(dòng)化部 王偉兵 李仁華

橫河μ-X L系統(tǒng)操作站升級(jí)改造實(shí)施

河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司自動(dòng)化部 王偉兵 李仁華

μ-XL系統(tǒng)是日本橫河公司早期的DCS控制系統(tǒng)，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(shè)備，無(wú)論是備件采購(gòu)還是故障處理都十分被動(dòng)。通過(guò)使用橫河BCV協(xié)議轉(zhuǎn)換器,將μ-XL系統(tǒng)的操作站直接升級(jí)為CS3000的操作站，從根本上解決了原有操作站存在的問(wèn)題。

μ-XL系統(tǒng)；CS3000系統(tǒng)；RL總線；V net總線；BCV轉(zhuǎn)換器

0 前言

邯鋼4高爐鼓風(fēng)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)是在1997年隨風(fēng)機(jī)設(shè)備成套整體從日本三菱引進(jìn)的，控制系統(tǒng)采用的是日本橫河公司早期的DCS系統(tǒng)μ-XL，現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)行了16年。隨著使用年限的增加，故障率逐漸增多，原有系統(tǒng)的備件絕大部分已停產(chǎn)，維護(hù)服務(wù)極其困難。特別是人機(jī)界面（MOPS）使用的是DOS下的操作系統(tǒng)，界面修改、程序備份都很困難，因此很有必要對(duì)其升級(jí)改造。

1 原有μ-XL系統(tǒng)概況和存在的問(wèn)題

1.1 原有μ-XL系統(tǒng)概況

μ-XL系統(tǒng)由一臺(tái)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(tài)I/O卡件ST2。RL總線RLBUS承擔(dān)系統(tǒng)內(nèi)的通信。就地控制單元通過(guò)通信卡件LCS與定風(fēng)壓調(diào)節(jié)器、定風(fēng)量調(diào)節(jié)器和防喘振調(diào)節(jié)器通信實(shí)現(xiàn)信號(hào)交換。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.2 存在的主要問(wèn)題

由于系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行了16年，在運(yùn)行的后期主要問(wèn)題發(fā)生在專用操作站上，而現(xiàn)場(chǎng)控制單元MFCU基本沒(méi)有發(fā)生過(guò)故障。操作站的主要故障表現(xiàn)為：由于硬盤(pán)磁道損壞不能讀取數(shù)據(jù)造成操作站不能啟機(jī)，由于是DOS系統(tǒng)下的硬盤(pán)，硬盤(pán)容量比較小，現(xiàn)在市面上已經(jīng)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(qū)損壞造成更換硬盤(pán)后系統(tǒng)軟件不能重新安裝和備份；由于系統(tǒng)應(yīng)用軟件是在DOS系統(tǒng)下使用BASIC語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，使得程序修改非常繁瑣；畫(huà)面軟件數(shù)據(jù)采樣周期太長(zhǎng)，造成數(shù)據(jù)趨勢(shì)不能捕捉到瞬間故障信號(hào)不便于故障分析。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 升級(jí)改造方案

2.1 升級(jí)改造方案一

將系統(tǒng)整體升級(jí)為橫河CS3000 DCS系統(tǒng)。這樣升級(jí)的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)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(tǒng)老化的問(wèn)題。缺點(diǎn)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(diǎn)接線，工藝也沒(méi)有較長(zhǎng)的停機(jī)機(jī)會(huì)。

2.2 升級(jí)改造方案二

統(tǒng)計(jì)分析控制系統(tǒng)發(fā)生的故障主要部位是在操作站部分，控制單元MFCU部分運(yùn)行穩(wěn)定，因此升級(jí)改造方案主要是針對(duì)操作站部分。如果僅僅是對(duì)操作站部分簡(jiǎn)單的進(jìn)行硬件更新，一方面是硬件已經(jīng)停產(chǎn)多年，備件價(jià)格昂貴；另一方面系統(tǒng)操作站原有的許多弊端不能得到徹底解決。但是可以通過(guò)采用橫河公司的BCV 協(xié)議轉(zhuǎn)換器，將原系統(tǒng)μ-XL的RL總線協(xié)議轉(zhuǎn)換為橫河CS3000 V net總線協(xié)議，從而直接將原系統(tǒng)專用操作站升級(jí)為通用的CS3000系統(tǒng)操作站。原有的操作站保留作為工程師站，系統(tǒng)新增加了一臺(tái)操作站作為操作使用。這種改造方案的優(yōu)點(diǎn)是：相對(duì)于第一種方案投資較小；由于現(xiàn)場(chǎng)控制單元控制程序不需要更改，只需要更新操作站畫(huà)面，因此工期短（有24小時(shí)檢修即可完成）；操作站更換為市面通用的商用計(jì)算機(jī)減少了對(duì)專用計(jì)算機(jī)的依賴。缺點(diǎn)是：不能徹底解決系統(tǒng)老化問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)以上兩種方案的比較和論證，最終采用了第二種升級(jí)改造方案。

3 方案實(shí)施及實(shí)現(xiàn)的新功能

3.1 方案的實(shí)施

改造后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖2所示。通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換后CS3000的操作站可以直接讀取原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)，畫(huà)面軟件可以在離線狀態(tài)下先期進(jìn)行了編程，協(xié)議轉(zhuǎn)換器在不停車的情況下先期進(jìn)行了硬件安裝。在高爐休風(fēng)24小時(shí)的情況下，由于準(zhǔn)備工作充分圓滿完成了升級(jí)改造。3.2 實(shí)現(xiàn)的新功能

圖2 升級(jí)后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3．2．1 監(jiān)視功能擴(kuò)展

所有原有工位在CS3000操作站都能操作和監(jiān)視。

3．2．2 組態(tài)功能

新的CS3000工程師站/操作站能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)工作，包括工位生成、控制分組、流程圖、總貌畫(huà)面、趨勢(shì)畫(huà)面組態(tài)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(huà)面非常容易的考貝下來(lái)，打印機(jī)使用市場(chǎng)通用的打印機(jī)。

3．2．4 報(bào)表功能

CS3000提供了報(bào)表日志數(shù)據(jù)處理（小時(shí)、班、日、月），并且可以用市面上流行的商用打印機(jī)打印，費(fèi)用低。

3．2．5 長(zhǎng)趨勢(shì)功能

CS3000橫河電機(jī)提供了原始數(shù)據(jù)和日志數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期歷史存儲(chǔ)，便于分析問(wèn)題。

3．2．6 操作記錄功能

系統(tǒng)以時(shí)間為順序，將控制系統(tǒng)的手自動(dòng)切換、控制對(duì)象的啟停、以及工藝設(shè)定參數(shù)變更前后值等各種操作記錄在歷史信息記錄中。

3．2．7 標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口

容易實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與信息管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的連接。

3．2．8 控制監(jiān)視畫(huà)面

監(jiān)控畫(huà)面可以將各種過(guò)程變量以棒狀圖的形式顯示出來(lái)。風(fēng)機(jī)崗位操作人員可根據(jù)需要將8或者16個(gè)參數(shù)為一組進(jìn)行任意組合，實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)回路監(jiān)視、操作。通過(guò)點(diǎn)擊參數(shù)可以調(diào)出該參數(shù)的詳細(xì)信息，對(duì)于連續(xù)調(diào)節(jié)回路，能夠詳細(xì)顯示出被調(diào)變量、設(shè)定值、輸出值、運(yùn)行方式和調(diào)節(jié)參數(shù)等相關(guān)信息。同時(shí)為了便于PID參數(shù)調(diào)整，參數(shù)調(diào)整畫(huà)面配有采樣周期為1秒、顯示時(shí)間長(zhǎng)度為48分鐘的調(diào)整趨勢(shì)畫(huà)面；對(duì)于邏輯控制回路，顯示出相關(guān)的設(shè)備狀態(tài)。新版本可支持1S或10S的歷史趨勢(shì)記錄點(diǎn)數(shù)量高達(dá)到每個(gè)HIS站1024點(diǎn)。工藝總貌窗口可顯示整個(gè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和軸系檢測(cè)、風(fēng)機(jī)排氣壓力、溫度等相關(guān)重要工藝參數(shù)。工藝參數(shù)發(fā)生報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)以聲光方式提示運(yùn)行人員，并可迅速切至相應(yīng)的操作畫(huà)面以方便運(yùn)行人員進(jìn)行處理。也可以通過(guò)操作員鍵盤(pán)直接調(diào)出報(bào)警畫(huà)面，顯示報(bào)警類型、報(bào)警時(shí)間、工位號(hào)、當(dāng)前過(guò)程值和報(bào)警值，并可迅速切到相應(yīng)的操作畫(huà)面以方便運(yùn)行人員進(jìn)行及時(shí)處理。畫(huà)面按時(shí)間順序排列顯示報(bào)警信息，出現(xiàn)在畫(huà)面的最頂端的是最新的報(bào)警，當(dāng)報(bào)警信息超過(guò)200個(gè)報(bào)警點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)從畫(huà)面刪除最早的報(bào)警信息（自動(dòng)進(jìn)入歷史記錄）?？赏ㄟ^(guò)操作員鍵盤(pán)或畫(huà)面進(jìn)行報(bào)警確認(rèn)，確認(rèn)后的報(bào)警將不再閃爍提示。 報(bào)警級(jí)別分為6個(gè)等級(jí)，使用不同的顏色和符號(hào)區(qū)分等級(jí)，當(dāng)兩個(gè)報(bào)警同時(shí)發(fā)生時(shí)，根據(jù)優(yōu)先等級(jí)進(jìn)行顯示。操作員可以對(duì)任一信號(hào)進(jìn)行“報(bào)警閉鎖AOF”的手動(dòng)設(shè)定及解除，該功能僅僅是對(duì)報(bào)警信息發(fā)出的屏蔽，對(duì)數(shù)據(jù)的采集和運(yùn)算處理不產(chǎn)生影響。Help功能具有完善的操作、功能幫助信息，運(yùn)行人員可以調(diào)取HELP功能獲取豐富的幫助信息。

3．2．9 檢索及報(bào)告功能

風(fēng)機(jī)操作運(yùn)行人員可以方便的檢索和打印各種工藝信息參數(shù)，包括：報(bào)警信息匯總、數(shù)據(jù)匯總；歷史報(bào)告可以查詢運(yùn)行人員操作記錄，操作時(shí)間等信息用于事故分析。系統(tǒng)維護(hù)工程師也可以方便的檢索和調(diào)取各種系統(tǒng)信息，包括模擬量一覽、異常過(guò)程輸入點(diǎn)等信息用于系統(tǒng)維護(hù)。

3．2．10 系統(tǒng)維護(hù)界面

通過(guò)鍵盤(pán)上的功能鍵，系統(tǒng)維護(hù)人員可調(diào)出系統(tǒng)狀態(tài)畫(huà)面。顯示出系統(tǒng)上所連接的各個(gè)站的工作狀態(tài)，就地控制單元MFCU的I/O模件的狀態(tài)，系統(tǒng)資源使用情況，通訊總線的工作狀態(tài)等信息。系統(tǒng)中任一站點(diǎn)或站點(diǎn)內(nèi)I/O卡件發(fā)生故障，系統(tǒng)維護(hù)畫(huà)面上會(huì)以聲光報(bào)警的方式進(jìn)行提示。

3．2．11 操作指導(dǎo)畫(huà)面

畫(huà)面以圖象或文字的方式向風(fēng)機(jī)操作人員顯示出設(shè)備啟動(dòng)、運(yùn)行、停止等操作時(shí)的指導(dǎo)信息。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)μ-XL控制系統(tǒng)操作員站的升級(jí)，不但解決了長(zhǎng)期以來(lái)困擾的故障率較高而且難以恢復(fù)的問(wèn)題，而且節(jié)約了費(fèi)用和改造的工作量，同時(shí)也為以后的備品備件通用化奠定了基礎(chǔ)。對(duì)于同類型控制系統(tǒng)操作員站的升級(jí)改造也具有一定的參考意義。

[1]馮光亮．DCS顯示數(shù)據(jù)突然變大原因分析及對(duì)策[J]．自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2008,04:32-37．

[2]何錦錦,趙星．邯鋼中板線噴印機(jī)改造實(shí)踐[J]．河北冶金,2014,09:40-44．

圖3 訂閱號(hào)中的學(xué)生留言節(jié)選

3 結(jié)論

微信是超過(guò)五億人在使用的手機(jī)應(yīng)用程序，可以支持發(fā)送語(yǔ)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(jī)。對(duì)廣大的青年學(xué)生而言，微信已經(jīng)成為了一種新的生活方式。借助微信平臺(tái)，開(kāi)展與專業(yè)課程相結(jié)合的輔助教學(xué)，也是一種對(duì)學(xué)習(xí)的全新探索。我們借用微信平臺(tái)，通過(guò)推送對(duì)學(xué)生進(jìn)行興趣引導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生熟悉Aether軟件，再結(jié)合課內(nèi)教學(xué)，進(jìn)一步積極引導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽，實(shí)踐證明，取得了較良好的效果，也得到了學(xué)生積極的回應(yīng)。當(dāng)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(jìn)和努力。同時(shí)，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(xué)生提供了這么良好的平臺(tái)和機(jī)會(huì)，讓學(xué)生得以在專業(yè)的道路上更加貼近實(shí)際，貼近行業(yè)（圖3）。

致謝：

感謝2013年浙江省高等教育教學(xué)改革和課堂教學(xué)改革項(xiàng)目的大力資助（kg2013169），感謝院系領(lǐng)導(dǎo)對(duì)大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽的支持，感謝我校歷屆參賽的學(xué)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?yàn)樾滦桶雽?dǎo)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?yàn)樾滦图{米器件電路設(shè)計(jì)和研制。