摘要：我厂一二期四台机组脱硫设备全部采用和利时公司生产的HOLLiAS MACS系列DCS。随着旁路挡板的拆除，脱硫系统直接关系着机组的安全稳定运行。随之对其控制系统也提出了更高的要求，因此对其进行了控制系统分域，并对#1，#2，#3，#4机组的系统进行了升级，从而提高控制系统的可靠性及操作性。对此，本文通过对改造前后的系统对比，分析两种系统的不同之处，阐述改造后系统的特点。对该控制系统的学习了解，后续的改造工作提供一些参考。
关键词：DCS；控制系统；分域；升级
目前，我厂一二期脱硫DCS控制系统采用的是和利时公司生产的HOLLiAS —MACS系列分布式控制系统，HOLLiAS—MACS系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、数据站组成的综合自动化系统，完成大型、中型分布式控制系统（DCS）、大型数据采集监控系统（SCADA）功能，该系统也是和利时公司最新一代的DCS控制系统，具有高度的可靠性和方便性。
1 系统结构的改变
1.1改造前系统结构
改造前的系统采用的是双层网络结构，即标准网结构。使用专用的服务器将操作站与现场控制站分隔在不同的网络中。
该结构主要由“站”和“网络”构成：
1.1.1站
HOLLiAS—MACS系统中“站”是系统结构中的一个组成环节，在物理上是一套独立的设备，在网络中是一个通信节点，在系统功能中可以完成某一类特定的处理任务。主要包括：
（1）工程师站——用来进行系统组态的计算机，系统管理员可通过它将编译好的工程下装到各个操作员站、服务器和现场控制站。（站号为50～79）
（2）操作员站——在系统运行时，供操作员使用的人机接口设备。操作员通过它提供的人机界面对系统运行状况进行监视、控制。（与工程师站站号同类标定，为50～79）
（3）服务器——用于提供历史数据库、实时数据库、报表打印、报警和I/O服务的计算机。一般冗余配置，用KVM（多电脑切换器）在两台机器间进行切换。（站号为1～9）
（4）现场控制站——负责信号采集和输出，数据的转换以及控制运算。（站号为10～49）
（5）通讯站——通过一些软件（例如OPC、ModBus等）在其上运行，实现与其它系统或设备的数据交换。
1.1.2网络
网络在硬件上主要由交换机、路由器、以太网卡和网线等。
（1）监测控制层（MNET）
也称为监控层，这一层主要采用TCP/IP的以太网结构连接，通过五类屏蔽双绞线或光纤将操作员站、工程师站、服务器等连接到中心交换机上。系统采用冗余结构，由一对交换机建立网络架构。主要功能是与服务器进行通信，相互传递信息。通过服务器获取各种数据信息，进行显示；将人机交互的控制指令等信息传递给服务器。
监控网络上各个节点用固定分配的IP地址进行标识。为实现监控网络的冗余，网中每个节点的主机都配有两块以太网卡，一般在工程上将两块以太网卡分别连接到130网段和131网段的交换机上。监控网络的前两位IP地址分别为130.0和131.0，后两位则可以自行定义。对于工程师站和操作员站的计算机，我们把它看作同一类计算机，进行统一编号。
也称系统层，这一层主要采用工业以太网HSIE协议，通过五类屏蔽双绞线或光纤连接系统服务器和现场控制站的控制器。服务器通过冗余网分别与监控层计算机、控制器连接。一方面接收控制器中的采集和运算的数据，另一方面发送监控层的控制指令给控制器。
（3）现场控制层（CNET）
也称控制层，位于现场控制站内部。这一层采用Profibus-DP现场总线协议，通过带屏蔽的双绞铜线进行现场控制层的数据传输，包括控制器、过程I/O模块等。控制器通过DP总线与I/O设备进行通信，I/O设备将采集数据传输给控制器，控制器进行算法运算并且将信息发送给I/O设备进行输出。
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1.2.3站
改造后，系统的工程师站，操作员站及现场控制站的功能与之前的一样。最大的不同是取消了服务器，设置历史站来存储历史数据。其次就是在各站的站号命名上由于系统的更新要求从新划分了站号范围。
（一）历史站
主要实现以下三方面功能：、
（1）历史数据服务
（2）实时数据服务
（二）网络
从单层网结构图上可以看出，整个系统分为两个层次的构架：
（1）系统网（SNET）
这一层网络通过TCP/IP协议的冗余以太网将工程师站，操作员站，历史站以及现场控制站连接在一起，各站通过两个交换机连成网络，重要的设备，如历史站，交换机等均冗余配置，以保证系统通讯的可靠性。由于工程师站与现场控制站通过TCP/IP协议的以太网直接连接，所以不再需要设立专门的网络连接。伴随着通讯协议的改变，主控模块由SM203相应的升级为SM220。
通过下表总结一下各站网卡数量以及网卡地址（工程师站兼做操作员站使用时站号可根据实际情况选择，不限于80号站）。
（2）控制网络（CNET）
这一层网络位于现场控制站内部。主要包括控制器、过程I/O模块等。它们同样采用Profibus-DP现场总线协议，通过带屏蔽的双绞铜线I/O进行连接。设备将采集数据传输给控制器，由它按照预先下装的算法处理数据并将需要显示的数据传递给检测控制层，从上层传递来的以及控制器生成的指令也被传递给现场执行器。
综上所诉，改造后的系统结构主要特点是使用交换机作为整个网络的中心点，各站通过交换机直接连接，构成了一个总线拓扑型网络结构。
2系统改造前后对比
总结前面的改造前后系统结构的介绍，可以发现改造后的系统结构与之前的相比，有以下特点：
（1）由“历史站”取代了 “服务器”，通过交换机作为各站的连接点。
（2）取消了采用工业以太网HSIE协议的系统服务层，现场各站直接通过TCP/IP协议的冗余以太网与现场控制器直接连接。
（3）整个系统网络只采用了128，129两个网段。取消了服务器与工程师站，操作员站连接的130，131网段。
（4）整个系统以交换机作为中心点，工程师站，操作员站，历史站，现场控制站，两两之间数据独立传输，形成了一个总线拓扑型网络。
3系统改造后的优点
改造后的系统，主要有以下优点：
（1）系统结构简单明了，减少了130，131网段后，整个系统的接线清晰明了，便与检修维护。
（2）取消了HSIE协议的工业以太网，各站之间全部采用大众化的TCP/IP协议以太网，采用标准以太网硬件，降低了维护人员培训成本，备品备件成本。
（3）网络中取消了“服务器”，由星型连接转为总线拓扑型连接。彻底消除了网络中上位机（包括工程师站，操作员站）对服务器的依赖。改造前的系统结构在应用实践中出现过多次服务器故障导致上位机失去控制的事件。此次改造，从根源上消除此类隐患。各站之间相互独立，任何一台设备出现故障，不会影响其它设备的正常运行，提高了系统的稳定性。
4结论
此次脱硫控制系统分域升级改造工作，一方面实现了公用机柜，数据存储以及逻辑程序的分域，另一方面实现了系统结构，操作软件的升级。通过改造，不紧降低了运行监控的误操作，也拓宽了维护检修的工作范围，降低了备品备件的成本。此外，更重要的是消除了多项潜在的隐患，提高了机组的稳定性。
参考文献：
[1]HOLLiAS_MACS_V5.2.4软件使用手册 杭州和利时自动化有限公司 2012
[2]HOLLiAS_MACS_V6.5.2快速入门手册 杭州和利时自动化有限公司 2014
论文作者:石青峰,王玉龙,潘贞贵,王建红
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/22
标签：系统论文; 操作员论文; 网络论文; 现场论文; 结构论文; 以太网论文; 服务器论文; 《电力设备》2019年第13期论文;