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優(yōu)化的系統(tǒng)冗余性能 Westinghouse西屋1C31122G01 Westinghouse西屋1C31122G01
CITECT系統(tǒng)將實(shí)際運(yùn)行的監(jiān)控任務(wù)模塊化的分為5個(gè)主要部分：即輸入/輸出，圖形的顯示和控制，報(bào)警，報(bào)表和趨勢。在寶鋼熱軋的應(yīng)用中，兩套系統(tǒng)涉及的輸入/輸出總量達(dá)到七千點(diǎn)左右，過程趨勢記錄共一千條左右。在加熱爐和煤氣站的兩套系統(tǒng)內(nèi)，兩套系統(tǒng)內(nèi)部所有監(jiān)控站（包括服務(wù)器和操作站）的運(yùn)行程序全部保持一致（專用通訊機(jī)還附加了通訊程序），因而多重化的操作站在圖形的顯示和控制方面自然形成了冗余化，任何一臺(tái)操作站都可以實(shí)現(xiàn)相同的操作。為了*大限度減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊量，降低系統(tǒng)負(fù)荷，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，系統(tǒng)實(shí)行了按需分配的原則，除了報(bào)警信息以外，操作站只請(qǐng)求當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行前臺(tái)（畫面顯示和控制）和后臺(tái)（背景程序）的I/O數(shù)據(jù)，并對(duì)I/O數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通訊采用打包技術(shù)，因而整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行效率很高，I/O Server的CPU負(fù)荷小于30%，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性也很好，直接表現(xiàn)在畫面進(jìn)行任意切換時(shí)，從開始切換畫面到所有*新數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間間隔小于2秒，（同一畫面上的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)刷新則更快）。 而只需通過對(duì)系統(tǒng)配置程序或配置文件的簡單修改，監(jiān)控系統(tǒng)就可在不修改CITECT運(yùn)行數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，在線實(shí)現(xiàn)輸入/輸出、報(bào)警、報(bào)表和趨勢等各種任務(wù)的冗余。 CITECT監(jiān)控系統(tǒng)的輸入/輸出冗余采取了下面的靈活方式：
1） 服務(wù)器冗余。正常時(shí)，主I/O Server處理與所有MODCELL控制子站的數(shù)據(jù)通訊，副I/O Server在一定的時(shí)間間隔內(nèi)（此參數(shù)可通過配置文件修改），測試一下它與MODCELL通訊鏈路是否正常，若不正常則立即觸發(fā)硬件報(bào)警信息，通知操作維護(hù)人員及時(shí)處理。在另一時(shí)間間隔內(nèi)（此參數(shù)也可通過配置文件修改），測試主I/O Server的運(yùn)行狀態(tài)，如果運(yùn)行不正常，則立即自動(dòng)接替主I/O Server的所有輸入/輸出服務(wù)功能。一旦原主服務(wù)器恢復(fù)正常，則CITECT監(jiān)控系統(tǒng)的I/O控制權(quán)，則自動(dòng)回復(fù)到原來的主I/O Server。因此，在正常情況下，副I/O Server不存取MODCELL參數(shù)，大大減少了MODBUS通訊網(wǎng)絡(luò)上的通訊負(fù)荷。對(duì)于那些由服務(wù)器保存的磁盤變量，則通過系統(tǒng)專門的鏡像程序，及時(shí)將發(fā)生變化的參數(shù)和變量全部復(fù)制到副I/O Server，從而保證過程數(shù)據(jù)的完整性和一致性。
2） 通訊鏈路冗余。主、副I/O Server通過各自完全獨(dú)立的通訊鏈與MODCELL控制子站相連。當(dāng)連接主I/O Server的MODBUS通訊鏈路發(fā)生故障時(shí)，副I/O Server就會(huì)立即啟動(dòng)通訊功能，接管與位于故障通訊鏈上的控制子站進(jìn)行的數(shù)據(jù)通訊，直到主通訊鏈恢復(fù)為止。
3） MODCELL控制單元的冗余。當(dāng)連接在主I/O Server的控制子站上的單個(gè)MODCELL控制單元通訊發(fā)生故障時(shí)，則這塊MODCELL控制單元與CITECT的通訊將由副I/O Server來承擔(dān)，實(shí)現(xiàn)局部通訊量的切換。
整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)就是使用上述這樣的方式，實(shí)現(xiàn)了從服務(wù)器、鏈路到控制單元三個(gè)層次上的輸入/輸出通訊的冗余化，當(dāng)前掌握I/O控制權(quán)的服務(wù)器負(fù)責(zé)處理與過程控制單元間的所有數(shù)據(jù)通訊，因而從監(jiān)控系統(tǒng)角度*大限度保證了CITECT與MODCELL之間通訊聯(lián)系的可靠性，（對(duì)于過程控制級(jí)而言，通過同時(shí)與I/O Server相連的兩個(gè)控制器之間的冗余機(jī)制，實(shí)現(xiàn)主副控制單元冗余，這種冗余對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)是透明的）。
為了分散系統(tǒng)的工作負(fù)荷，保證系統(tǒng)的運(yùn)行效率，在熱軋監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采取了I/O與其它監(jiān)控服務(wù)分開的原則，即主I/O Server作為冗余的報(bào)警、報(bào)表及趨勢服務(wù)器，而由副I/O Server作為主的報(bào)警、報(bào)表和趨勢服務(wù)器。在正常情況下，所有CITECT操作站都只向副I/O Server請(qǐng)求有關(guān)報(bào)警、報(bào)表和趨勢等信息，由監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)實(shí)現(xiàn)主副服務(wù)器的信息鏡像，保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。當(dāng)副I/O Server發(fā)生故障時(shí)，則所有操作站對(duì)上述監(jiān)控信息的請(qǐng)求轉(zhuǎn)向冗余的主I/O Server。與I/O通訊冗余不同的是，即使副I/O Server經(jīng)故障處理恢復(fù)了正常運(yùn)行，除非操作站經(jīng)過重啟動(dòng)或主I/O Server發(fā)生故障停機(jī)，否則監(jiān)控信息將仍保持由主I/O Server處理，這樣做是為了減少由于系統(tǒng)不斷檢查原先的主控信息服務(wù)器是否恢復(fù)正常，而導(dǎo)致的過度檢查負(fù)荷。
▲靈活豐富的監(jiān)控功能
CITECT監(jiān)控系統(tǒng)向用戶提供了極大的應(yīng)用靈活性和系統(tǒng)開放性。在寶鋼熱軋的加熱爐和煤氣站系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)和生產(chǎn)工藝的要求，我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)中開發(fā)了大量新穎、實(shí)用的監(jiān)控功能，產(chǎn)生了系統(tǒng)改造*明顯、*直觀的效果，也在提高效率、確保安全、降低維護(hù)成本等方面產(chǎn)生了突出的效益。新的加熱爐和煤氣站監(jiān)控系統(tǒng)，一改過去以落后的面板顯示和機(jī)械按鈕操作，跳過傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的簡單模擬畫面，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化操作、三維動(dòng)態(tài)畫面顯示、全鼠標(biāo)操作、多媒體化、完整的監(jiān)控操作記錄等多種監(jiān)控服務(wù)功能。
▲開放的通訊功能
作為系統(tǒng)改造的一個(gè)基本動(dòng)因，是建立與執(zhí)行燒鋼優(yōu)化數(shù)學(xué)模型計(jì)算的上位計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定良好通訊。在熱軋加熱爐的整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中，設(shè)置了一臺(tái)專職的通訊前置機(jī)，在其具備所有通常的基礎(chǔ)上，在后臺(tái)運(yùn)行另一個(gè)通訊程序，實(shí)現(xiàn)所有爐況信息向上位計(jì)算機(jī)的發(fā)送和接收上位機(jī)設(shè)定的優(yōu)化燒鋼設(shè)定值。該通訊機(jī)同時(shí)使用兩種方式進(jìn)行通訊，即通過上位計(jì)算機(jī)的TCP/IP網(wǎng)關(guān)進(jìn)行的以太網(wǎng)上的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)與ALPHA燒鋼控制計(jì)算機(jī)通訊，以及通過RS232串口轉(zhuǎn)20mA電流環(huán)，與SICOMP M70（為上位計(jì)算機(jī)的備用機(jī)）進(jìn)行串行通訊。
▲軟件化檢修掛牌
在寶鋼熱軋的CITECT監(jiān)控系統(tǒng)中，由于使用了全鼠標(biāo)操作，所有數(shù)據(jù)和狀態(tài)只在畫面上顯示，使原來在機(jī)械式按鈕和按鍵上進(jìn)行的檢修掛牌無法實(shí)現(xiàn)，造成了安全隱患。因而系統(tǒng)設(shè)計(jì)了軟件化檢修掛牌功能，設(shè)備只有在指定生產(chǎn)人員的正確密碼輸入后才能進(jìn)行生產(chǎn)檢修掛牌和摘牌，系統(tǒng)不僅能夠及時(shí)顯示當(dāng)前的設(shè)備檢修狀態(tài)，還禁止了設(shè)備在掛牌檢修狀態(tài)下的啟動(dòng)操作，徹底保證了監(jiān)控操作的安全性。所有的掛摘牌操作也作為操作記錄內(nèi)容的一部分被記錄下來，因而在這一監(jiān)控系統(tǒng)中，設(shè)備的檢修過程這一管理信息也進(jìn)入了過程控制系統(tǒng)。
▲烘爐升溫曲線的自動(dòng)跟蹤
加熱爐在每次停爐檢修的前后，其降溫或升溫過程都有非常嚴(yán)格的要求，以保證爐內(nèi)耐材的使用壽命。在新的監(jiān)控系統(tǒng)中，操作人員只需在升溫或降溫開始時(shí)，將各時(shí)段的目標(biāo)溫度和時(shí)間軸位置輸入相應(yīng)表格（也可選擇預(yù)置的數(shù)據(jù)表格），系統(tǒng)就可在趨勢畫面中實(shí)時(shí)地將目標(biāo)值、實(shí)際測量值比較顯示，指導(dǎo)操作人員或自動(dòng)進(jìn)行溫升控制。這一功能的實(shí)現(xiàn)使整個(gè)爐體升、降溫過程的溫度偏差，遠(yuǎn)低于50℃的目標(biāo)要求，減少了升溫過程溫度偏差對(duì)爐齡壽命的影響。
▲集中監(jiān)視和多媒體報(bào)警
集中監(jiān)視是監(jiān)控系統(tǒng)的基本要求，在熱軋加熱爐的應(yīng)用中，我們充分利用集中監(jiān)視的優(yōu)越性。在加熱爐中，爐內(nèi)循環(huán)冷卻水的運(yùn)行情況，直接關(guān)系到爐內(nèi)梁、柱冷卻情況，對(duì)加熱爐系統(tǒng)的正常生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。因此，我們將每座爐子爐體內(nèi)61點(diǎn)循環(huán)冷卻水水溫及流量開關(guān)，設(shè)置了專用的集中監(jiān)視畫面，并且畫面中溫度顯示和實(shí)際的測溫點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)起來，并設(shè)置了多媒體化的預(yù)警和報(bào)警功能，當(dāng)溫度過高時(shí)，系統(tǒng)不僅發(fā)出報(bào)警聲，而且能夠自動(dòng)切換到發(fā)生報(bào)警的冷卻水溫度集中監(jiān)視畫面，等待操作者確認(rèn)處理。此外，對(duì)于其他一些不需切換畫面，但需要提醒操作人員特別注意的報(bào)警信息，我們還設(shè)置了不同的語音報(bào)警和提示信息。
▲故障處理軟件指南
就象任何一個(gè)成功的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，都必須具備良好完備的操作幫助和指南一樣，作為過程控制系統(tǒng)重要組成部分的監(jiān)控系統(tǒng)，一個(gè)準(zhǔn)確、有效的操作幫助和提示，也將對(duì)系統(tǒng)的良行產(chǎn)生有益的作用。在熱軋加熱爐和煤氣站的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們編制了部分故障處理的在線幫助功能，雖然數(shù)量還需要在今后的應(yīng)用中不斷增加，但也起到了明顯的效果。當(dāng)加熱爐或煤氣站發(fā)生停爐或煤氣切斷等重大故障或嚴(yán)重報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)產(chǎn)生聲光報(bào)警，并自動(dòng)切換到專用報(bào)警狀態(tài)指示畫面，操作者除了可以看到對(duì)應(yīng)的報(bào)警狀態(tài)外，還可以看到相應(yīng)的故障處理指南和重要數(shù)據(jù)指示，這就為迅速排除故障提供了有力的幫助。
▲系統(tǒng)應(yīng)用效果
上面介紹的這些豐富的監(jiān)控功能，只是整個(gè)系統(tǒng)強(qiáng)勁功能的一小部分，而且這些功能的實(shí)現(xiàn)在CITECT系統(tǒng)中非常的簡便，但是在傳統(tǒng)的DCS中，也許會(huì)累得設(shè)計(jì)人員滿頭大汗呢！這些功能以及其他監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)，為寶鋼熱軋生產(chǎn)帶來了巨大的直接和間接經(jīng)濟(jì)效益。解決通訊瓶頸，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化燒鋼功能，光是這一項(xiàng)就可為寶鋼生產(chǎn)年降低燃料費(fèi)用890萬元以上；實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，提高了加熱爐和煤氣站的作業(yè)率；節(jié)約了備件維護(hù)費(fèi)用。新系統(tǒng)突出的監(jiān)控性能，為整個(gè)加熱爐爐區(qū)控制降低能耗、提高加熱目標(biāo)溫度命中率，產(chǎn)生了明顯的作用，原來系統(tǒng)難以可靠控制的加熱爐目標(biāo)溫度命中率，在新系統(tǒng)中已穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)了99%以上。
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