DCS的操作站、替代操作站和系统迁移

老式DCS的问世到现在已经将近30年，在这30年中，计算机技术、网络技术的发展可以说是日新月异，几乎每天有新的产品投放市场。 　　对于工业控制系统来说，不管宣称自己的系统是第几代，但其系统结构还是相对稳定的。一套系统至少可以运行15年以上。DCS的控制器、网络、人机界面（最主要是操作员站）三者相比较，人机界面的损坏率要高一些。因为操作员站的硬盘有活动部件，容易出现故障。又如键盘、运行人员的多次操作，CRT24小时连续运行都比较容易损坏。另外它的电磁特性决定了其寿命要短一些。在DCS的生命周期中，操作员站一定需要更换一次。如果不更换，运行7~8年的DCS保留它，操作员站故障太多，硬盘、CRT购买价格高不说，有时还难以买到。整体扔掉它，几百万的投资化为乌有，就有太可惜的感觉。不仅如此，另外技术进步，用户也需要作操作员站改造。 　　上世纪90年代以前的DCS，无论是操作员站、控制器，还是网络的硬件和软件，三者都是由DCS厂家自己开发的，也就是说都是专用的。操作员站的显示软件、数据库和驱动软件也没有设计成模块，显示和对控制器的驱动是交叉在一起的。由于某些被控对象需要控制和显示的标签很多，一个300MW的电厂达到8000多个标签。原来设计的操作员站主机无论从CPU的运算速度和存储器的存储容量都不能满足需要。如果自己设计操作员主机的话，投资太多，二是设计完成以后不一定能满足要求。原来标签量少的时候，自己设计的主机能够工作，与操作员站连接采用串行口。后来标签量大了，串行连接不行了。90年代以后，一些厂家的DCS操作员站的主机开始采用通用机，如SUN，DEC的小型机。DCS专用网络接口与操作员站的连接采用SCSI（small computer system interface）总线。从接口到操作员站主机的传输速度大大提高。 　　SCSI是一条总线，它是IBM开发的。最远传输距离25米，通常在3米以内。如果是SCSI I，传输速度是5 M byte/S。每条总线可以连接8个设备。如果是SCSI II基本型，传输速度是10 M byte/S。ultra SCSI是20M byte,每条总线可以连接16台设备。 RS232连接，数据传输速度为300/S个数据，SCSI I连接，1000/S个数据。DCS的专用接口和操作员站主机连接大都采用SCSI I总线。把DCS的专用接口和操作员站主机都作为SCSI I上的结点。另外，在理论上磁带机或外接硬盘作DCS系统软件的备用手段。为了安全可靠，把操作员的硬盘、磁带机、外接硬盘、光驱作为SCSI上的结点。这样的备用手段比软盘备份保留的时间要长一些。软盘用过几次容易损坏。 　　DCS的专用接口通常是由几块卡件组成。几块卡件中，其它卡件是为了保证这两块卡件正常运行所需要的，如电源卡等。其中两块是主卡件，并且其中一块卡件连接专用网络，另一块连接操作员站主机。数据在这两块卡件中交换。数据传到操作员站的速度主要由这两块卡件的数据交换的速度决定的。如INFI90的ICI接口，采用8条线并行连接，它的每条速率是512Kbyte /S左右，所以SCSI的速度再高也无济于事。但比RS232速度要高很多。 　　90年代末，操作员站的监控软件开始模块化，把显示和驱动分开。2000年以后，主机基本上都采用PC机，操作员站软件分成显示部分和数据库部分，另外还有驱动软件，操作员站的软件为了与第三方的应用能够互连，采用OPC、DDE、ODBC、API等办法，另外还有供用户写软件的接口，提供系统运行人员培训，供用户的技术人员对被控对像、控制系统仿真的分析，达到控制系统本身的故障最小化，考验被控对象发生故障时，控制系统的应付能力。在1995年以前的DCS的操作员站都没有上述功能。90年代中期以后的操作员站已经开始有OPC、API等软件接口，尤其是通用监控软件，已经有套件，仿真接口，有丰富的脚本。它们作为DCS的替代操作员站时，有先天的优势。有些DCS厂家开发一些功能有点缓慢。比如INFI90的CONDUCTOR NT操作员站虽然是90年代中后期推向市场的，但在操作员站功能的开发显得与潮流有些差别，而且使用初期死机现象时有发生。 　　DCS延伸的通信系统，它可以分为3部分，首先是数据源，它从DCS读取实时数据，把数据送到称之为“应用”的软件中。通常就是历史站、优化控制计算、Web等。通常历史站和数据库是分开的。如HONEYWELL公司的PHD，ASPEN的IP.21，OSI公司的PI等。最后要把数据送到关系数据库存起来，如SQL、或ORACLE等关系数据库等，也可以把关系数据库嵌入到历史站中。数据源和应用之间交换数据可以用OPC、DDE、ODBC和API等，DCS很容易与信息系统中的历史站相连。信息系统采用以太网连接。连接方法可以星形、环形等。环形是比较新的连接方法。 　　信息系统需要DCS的实时数据，老DCS的操作员站由于封闭，人机界面又提供不了实时数据的情况下，90年代末，出现了开放的替代操作员站。监控软件iFIX和INTOUCH两套软件，他们在网络上开发了许多种套件，如HISTORIAN、INSQL等实时数据库，它们与关系数据库相连，比PI、IP.21实时数据库价格要低一些。另外在套件中还有Web,这给用户远程监控提供很大的方便。 　　90年代末，这两个软件在可编程（PLC）系统中作为人机界面的应用已经非常普遍，因为早期的PLC只有开关量控制，90年代后期的PLC也能实现模拟量的闭环控制，如果没有以CRT为基础的显示部件极不方便。同时PLC厂家自己开发监控软件的不多。即使有，用户还是倾向于选用这两个通用软件。在由PLC组成系统时大都采用Ifix、intouch软件，后来也有人采用citect，由于citect软件开发的驱动软件比较少，所以作为DCS的替代操作站时，采用citect的比较少。iFIX和intouch有许多DCS的驱动软件，稍加开发，就可以成为DCS的替代操作员站。替代操作员站的优点是开放，可以采用它们在网上的套件，或作为“中间件”。与许多其它软件都有接口，信息系统的设计比较方便，另外死机的情况也好一些。 　　替代操作员站在市场上能够存在，是因为DCS的开发厂家自己开发的操作员站不够开放,或者说不太符合潮流。有的DCS的新操作员站只能在市场上停留比较短的时间就说明这一点。 　　一些新型DCS销路比较好的情况下，厂家企图将一些原来占有比较多的市场份额的老DCS迁移到它们的系统上，以便能占领市场。如把N90、INFI90迁移到Emerson公司的DELTA V、OVATION系统就是这样的事例。操作员站的显示软件和数据库是DELTA V或OVATION的，购买一个N90、INFI90的驱动软件，就是OPC服务器，进一步开发后，就成为迁移系统的操作员站。DELTA V和OVATION系统采用的OPC服务器都是ROVISYS的。作系统迁移以后，INFI90（N90）的过程控制单元（PCU）暂时不变。如果被控对象要增加控制器可以采用DELTA V或OVATION的。OVATION系统在电厂的控制应用较多。DELTA V在化工、石化、水泥、玻璃等领域应用较多。迁移到DELTA V系统情况见图1。图1中APP Station是Rovisys的OPC服务器转换到DELTA V操作员站的数据库，WS Pro +是工程师站和操作员站，WS OP是操作员站。WS Pro +每个系统必须的，它对WS OP授权。为了安全，可以采用两个ICI（CIU），两套APP Station，冗余运行。为了提高传输速度，两个ICI，又可以不冗余，数据送到同一套APP Station，速度可以提高1倍。由用户选用。如果已经采用SCSI总线，没有必要采用后者。 　　系统迁移有许多种类型，但操作员站的改造是最为简单的。由于原INFI90的控制器IEMFPXX（NMFCXX）功能比较强，工程师站的组态方式也比较人性化，应用比较广泛，所占市场份额比较大。后来由于在以太网的应用、控制器不能与现场总线相连，不能给信息系统提供实时数据，人机界面的功能比较弱，没有历史站，不能保留比较多的历史数据，没有仿真功能，不支持ACTIVE X等，所以它被许多新型的DCS迁移。不仅Emerson的系统作BAILEY系统的迁移，FOXBORO公司的A2系统也在迁移BAILEY系统。目前迁移的结果使老INFI90的PCU不变，操作员站既是老DCS的操作员站，也可以成为新DCS的操作员站。如果需要加控制器，就可以加新DCS的控制器，再过几年，把PCU也换成新DCS的控制器。老的INFI90系统不复存在。为了保护投资，不改变现场接线，可以留下INFI90系统端子板。新DCS就占领了这个市场。 　　由于INFI90的操作站，采用CONDUCTOR NT，在某些方面与潮流有差别，许多有能力开发 替代操作员站的公司都开发出新型替代操作员站，所以替代操作员站的型号也是最多的。国外有不少工程公司在作N90、INFI90的操作员站改造。 　　ABB公司本身也在作迁移的努力。欲把INFI90（N90）迁移到AC800。目前还没有推向市场。 　　INFI90的升级系统在我国是800XA，从INTERNET上公布的信息来看，目前800XA系统的控制器是BRC(Bridge Controller)300，安装在PCU机柜的MMU内。该控制器与原来的IMMFPXX兼容。BRC300也连接在CONTROLWAY上的。CONTROL-WAY通过专用接口NIS和NPM与专用网络INFINET相连。人机界面PPB，工程师站COMPOSER通过专用接口ICI（CIU）连到INFINET上。操作员站PPB比较开放，还有仿真接口，提供仿真用。人机界面的软件还有资产管理软件、批量控制软件等。BRC300的I/O模件可以采用S800，进而与现场总线相连。信息系统采用以太网环。在价格上比星形连接贵一些。 　　要把INFI90系统迁移到AC800，又涉及到通信问题，还有一些工作要做。 　　HONEYWELL公司的新系统是PKS，它与TDC3000、TPS系统不兼容，老系统也被其它系统迁移。 　　日本横河的DCS系统，虽然在现场应用比较多，但目前还没有新系统迁移它们。因为日本的DCS的操作员站不仅显示、控制的软件没有模块化，而且通信也交错在一起。新的操作员站HIS是由自己开发的。在HIS中有OPC、DDE服务器。HIS不仅可以作为CS1000、CS3000的操作员站，也可以作为礨L的