横河μ-X L系统操作站升级改造实施

河北钢铁集团邯钢公司自动化部 王伟兵 李仁华

横河μ-X L系统操作站升级改造实施

河北钢铁集团邯钢公司自动化部 王伟兵 李仁华

μ-XL系统是日本横河公司早期的DCS控制系统，随着使用年限的增加故障趋于频繁。由于操作站硬件采用的是比较专用的设备，无论是备件采购还是故障处理都十分被动。通过使用横河BCV协议转换器,将μ-XL系统的操作站直接升级为CS3000的操作站，从根本上解决了原有操作站存在的问题。

μ-XL系统；CS3000系统；RL总线；V net总线；BCV转换器

0 前言

邯钢4高炉鼓风风机控制系统是在1997年随风机设备成套整体从日本三菱引进的，控制系统采用的是日本横河公司早期的DCS系统μ-XL，现在已经运行了16年。随着使用年限的增加，故障率逐渐增多，原有系统的备件绝大部分已停产，维护服务极其困难。特别是人机界面（MOPS）使用的是DOS下的操作系统，界面修改、程序备份都很困难，因此很有必要对其升级改造。

1 原有μ-XL系统概况和存在的问题

1.1 原有μ-XL系统概况

μ-XL系统由一台专用操作站MOPS（兼有工程师站功能）、一套就地控制单元MFCU组成。就地控制单元包括的卡件有：回路通信插件LCS,模拟量I/O卡件VM1、VM2，状态I/O卡件ST2。RL总线RLBUS承担系统内的通信。就地控制单元通过通信卡件LCS与定风压调节器、定风量调节器和防喘振调节器通信实现信号交换。系统结构图如图1所示。

1.2 存在的主要问题

由于系统已经运行了16年，在运行的后期主要问题发生在专用操作站上，而现场控制单元MFCU基本没有发生过故障。操作站的主要故障表现为：由于硬盘磁道损坏不能读取数据造成操作站不能启机，由于是DOS系统下的硬盘，硬盘容量比较小，现在市面上已经很难买到；操作站集成主板故障造成操作站不能正常通信和工作；软驱损坏造成更换硬盘后系统软件不能重新安装和备份；由于系统应用软件是在DOS系统下使用BASIC语言开发的，使得程序修改非常繁琐；画面软件数据采样周期太长，造成数据趋势不能捕捉到瞬间故障信号不便于故障分析。

图1 系统结构图

2 升级改造方案

2.1 升级改造方案一

将系统整体升级为横河CS3000 DCS系统。这样升级的优点是：无论是就地控制单元还是操作站都得到整体更新，彻底解决了系统老化的问题。缺点是：一次性投资比较大；工作量比较大，一方面需要重新编程，另一方面需要重新将所有I/O点接线，工艺也没有较长的停机机会。

2.2 升级改造方案二

统计分析控制系统发生的故障主要部位是在操作站部分，控制单元MFCU部分运行稳定，因此升级改造方案主要是针对操作站部分。如果仅仅是对操作站部分简单的进行硬件更新，一方面是硬件已经停产多年，备件价格昂贵；另一方面系统操作站原有的许多弊端不能得到彻底解决。但是可以通过采用横河公司的BCV 协议转换器，将原系统μ-XL的RL总线协议转换为横河CS3000 V net总线协议，从而直接将原系统专用操作站升级为通用的CS3000系统操作站。原有的操作站保留作为工程师站，系统新增加了一台操作站作为操作使用。这种改造方案的优点是：相对于第一种方案投资较小；由于现场控制单元控制程序不需要更改，只需要更新操作站画面，因此工期短（有24小时检修即可完成）；操作站更换为市面通用的商用计算机减少了对专用计算机的依赖。缺点是：不能彻底解决系统老化问题。

通过对以上两种方案的比较和论证，最终采用了第二种升级改造方案。

3 方案实施及实现的新功能

3.1 方案的实施

改造后的系统结构拓扑图如图2所示。通过协议转换后CS3000的操作站可以直接读取原有系统数据，画面软件可以在离线状态下先期进行了编程，协议转换器在不停车的情况下先期进行了硬件安装。在高炉休风24小时的情况下，由于准备工作充分圆满完成了升级改造。3.2 实现的新功能

图2 升级后的系统结构图

3．2．1 监视功能扩展

所有原有工位在CS3000操作站都能操作和监视。

3．2．2 组态功能

新的CS3000工程师站/操作站能够对整个系统进行组态工作，包括工位生成、控制分组、流程图、总貌画面、趋势画面组态等。

3．2．3 打印功能

CS3000工程师站/操作员站可以将操作站的画面非常容易的考贝下来，打印机使用市场通用的打印机。

3．2．4 报表功能

CS3000提供了报表日志数据处理（小时、班、日、月），并且可以用市面上流行的商用打印机打印，费用低。

3．2．5 长趋势功能

CS3000横河电机提供了原始数据和日志数据的长期历史存储，便于分析问题。

3．2．6 操作记录功能

系统以时间为顺序，将控制系统的手自动切换、控制对象的启停、以及工艺设定参数变更前后值等各种操作记录在历史信息记录中。

3．2．7 标准的OPC接口

容易实现控制系统与信息管理信息系统数据的连接。

3．2．8 控制监视画面

监控画面可以将各种过程变量以棒状图的形式显示出来。风机岗位操作人员可根据需要将8或者16个参数为一组进行任意组合，实现同时对多个回路监视、操作。通过点击参数可以调出该参数的详细信息，对于连续调节回路，能够详细显示出被调变量、设定值、输出值、运行方式和调节参数等相关信息。同时为了便于PID参数调整，参数调整画面配有采样周期为1秒、显示时间长度为48分钟的调整趋势画面；对于逻辑控制回路，显示出相关的设备状态。新版本可支持1S或10S的历史趋势记录点数量高达到每个HIS站1024点。工艺总貌窗口可显示整个风机的运行状态和轴系检测、风机排气压力、温度等相关重要工艺参数。工艺参数发生报警时，系统以声光方式提示运行人员，并可迅速切至相应的操作画面以方便运行人员进行处理。也可以通过操作员键盘直接调出报警画面，显示报警类型、报警时间、工位号、当前过程值和报警值，并可迅速切到相应的操作画面以方便运行人员进行及时处理。画面按时间顺序排列显示报警信息，出现在画面的最顶端的是最新的报警，当报警信息超过200个报警点时，自动从画面删除最早的报警信息（自动进入历史记录）。可通过操作员键盘或画面进行报警确认，确认后的报警将不再闪烁提示。 报警级别分为6个等级，使用不同的颜色和符号区分等级，当两个报警同时发生时，根据优先等级进行显示。操作员可以对任一信号进行“报警闭锁AOF”的手动设定及解除，该功能仅仅是对报警信息发出的屏蔽，对数据的采集和运算处理不产生影响。Help功能具有完善的操作、功能帮助信息，运行人员可以调取HELP功能获取丰富的帮助信息。

3．2．9 检索及报告功能

风机操作运行人员可以方便的检索和打印各种工艺信息参数，包括：报警信息汇总、数据汇总；历史报告可以查询运行人员操作记录，操作时间等信息用于事故分析。系统维护工程师也可以方便的检索和调取各种系统信息，包括模拟量一览、异常过程输入点等信息用于系统维护。

3．2．10 系统维护界面

通过键盘上的功能键，系统维护人员可调出系统状态画面。显示出系统上所连接的各个站的工作状态，就地控制单元MFCU的I/O模件的状态，系统资源使用情况，通讯总线的工作状态等信息。系统中任一站点或站点内I/O卡件发生故障，系统维护画面上会以声光报警的方式进行提示。

3．2．11 操作指导画面

画面以图象或文字的方式向风机操作人员显示出设备启动、运行、停止等操作时的指导信息。

4 结束语

通过对μ-XL控制系统操作员站的升级，不但解决了长期以来困扰的故障率较高而且难以恢复的问题，而且节约了费用和改造的工作量，同时也为以后的备品备件通用化奠定了基础。对于同类型控制系统操作员站的升级改造也具有一定的参考意义。

[1]冯光亮．DCS显示数据突然变大原因分析及对策[J]．自动化技术与应用,2008,04:32-37．

[2]何锦锦,赵星．邯钢中板线喷印机改造实践[J]．河北冶金,2014,09:40-44．

图3 订阅号中的学生留言节选

3 结论

微信是超过五亿人在使用的手机应用程序，可以支持发送语音短信、视频、图片和文字，可以群聊，仅耗少量流量，适合大部分智能手机。对广大的青年学生而言，微信已经成为了一种新的生活方式。借助微信平台，开展与专业课程相结合的辅助教学，也是一种对学习的全新探索。我们借用微信平台，通过推送对学生进行兴趣引导，引导学生熟悉Aether软件，再结合课内教学，进一步积极引导学生参加大学生集成电路设计大赛，实践证明，取得了较良好的效果，也得到了学生积极的回应。当然了，由于是初次尝试，因此，还有许多地方做得不尽完善，还需要不断的改进和努力。同时，也要感谢大赛的主办方和支持方，是他们不懈的努力，为我们的学生提供了这么良好的平台和机会，让学生得以在专业的道路上更加贴近实际，贴近行业（图3）。

致谢：

感谢2013年浙江省高等教育教学改革和课堂教学改革项目的大力资助（kg2013169），感谢院系领导对大学生集成电路设计大赛的支持，感谢我校历届参赛的学生们。

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

唐莹（1981-），女，浙江杭州人，博士，副教授，研究方向为新型半导体器件的理论研究和样品研制。

韦一（1983-），男，浙江杭州人，博士，讲师，研究方向为新型纳米器件电路设计和研制。