引言
DCS分为带I/O部件的控制器、通信网络和人机接口三大部分。人机接口是人与系统互通信息、起交互作用的设备，包括操作员接口站、工程师站和历史站。操作员站和人相联系，是DCS的重要组成部分，它为过程控制提供了一个最有效的观察过程、观察系统、操作系统、管理系统的窗口。近年开发的操作员站又合并了工程师站、历史站等功能，成为真正完整意义上的人机界面。
DCS控制器和I/O部件寿命通常15a以上，而操作员接口站(OIS)由于运动和电磁机械特性，随着主机和附件的老化、损耗，故障概率大幅增大，寿命多在10a以下。同时由于部分传统操作员站主、附件停产等原因，使备件价格和购买更成为困扰用户的难题。另外传统操作员站的操作系统和监控软件基本都是专用的，其数据不够开放问题也成为企业信息管理的瓶颈。随着计算机技术的发展，在DCS生命周期内，为了安全生产、解决备件问题、确保产品生命周期、保证投资的有效性等原因，传统操作员站改造已提上日程。我国20世纪80、90年代进口的DCS大多已面临这个问题。采用普通个人计算机(PC)、微软操作系统、内嵌DCS驱动软件的通用监控软件所组成的操作员站替代原专用操作员站是目前最实用和流行的改造方法。本文简要介绍ABB贝利N9O、INFI90系统传统操作员站的发展和改造情况。
一、操作员站功能和组成
作为DCS主要人机接口的OIS是操作员对生产过程和就地设备进行监控、操作的工具，其提供的原始信息还可用于技术人员的分析、优化和指导。OIS可分为硬件和软件，硬件主要由操作员站主机、连接DCS网络的接口和外部设备(键盘、显示器、电源、打印机等)3部分组成;软件主要包括操作系统、监控软件及DCS驱动软件。
二、操作员站的发展
20世纪70年代DCS问世之初，由于通用PC还未推广应用，DCS开发商买不到廉价可作为DCS操作员站主机的设备，只能各自开发集成，当时DCS操作员站的结构差别很大;操作员站的硬件、操作系统、监控软件、控制器驱动软件都是专用的，DCS的各部件也是专用、封闭的系统，造成DCS投资维护费用都很高;DCS读出数据困难，与其他工控系统、设备互连方法也少;一般无硬盘和动态流程图，标签量也较少。贝利N90早期OIU系列操作员站只有500标签量且无硬盘和动态流程图(后来增加了硬盘和流程图)，20世纪80年代中期推出的MCS系列，特别是MCS PULS已达到30000标签量并增设SCSI接口，性能也大为改善。
20世纪90年代初，为提高DCS网络与操作员站主机的传输速度和增加标签量，DCS厂家开始采用通用的硬件如DEC和SUN公司的小型机作为操作员站主机，贝利和FISHER的DCS采用DEC的VAX或ALPHA小型机，西屋和Foxboro的DCS采用SUN，操作系统也随硬件分别采用第三方的如这2家公司的VMS和Solaris，但监控软件和控制器的驱动软件仍是DCS开发商自行研发的专用软件。贝利公司也推出了本质还是MCS的OIS2x和在MCS MTOS基础上开发的VMS的OIS4x系列。
20世纪90年代末，随着各种系统互连要求的迫切和通用PC和工控软件的发展，特别是主要用于可编程控制器(PLC)操作员站的通用监控软件成熟并推向市场及DCS驱动软件逐渐被开发，工控公司和DCS厂商都推出了采用PC、微软操作系统和能读写控制器数据且速度合适、功能强大的高性能监控软件(如IFIX、INTOUCH等)的更综合化、智能化的操作员站，其也能替代传统操作员站。这些软件包含许多以太网上的网络套件，支持VB、JAVA、ActiveX，可把微软的COM技术应用于编译控件中，许多现成控件也可直接使用。
三、传统操作员站的改造
目前，20世纪90年代投运的DCS操作员站硬件已陆续进入故障高发期，其部件大多是从DEC等第三方购买，但因HP兼并了已兼并DEC的COMPAQ公司，VAX和ALPHA机已不生产;SUN机虽还生产，其部件兼容性差等缺陷也无法满足现行功能的需要;从传统封闭的DCS网络或操作员站读取数据建立管理信息系统(MIS)比较困难，这些都使传统操作员站的改造势在必行;目前每套有独立接口的DCS，几乎都有公司开发了一些能较理想地完成操作显示等功能、采用不同通用监控软件和驱动软件的替代操作员站。DCS厂家为延长传统 DCS的寿命，也开发了一些开放性更好、功能更强的替代操作员站，如贝利替代操作员站就有七八种。替代操作员站多采用主站或服务器与DCS网络接口相连的主/从结构和服务器/客户机结构，2种结构都能保证传统DCS的寿命，并使在Web结构的基础上的操作员站更开放，与目前最新技术相适应。替代操作员站因采用的通用监控软件都遵从OPC、DDE等标准数据交换协议，故其联网更容易，还可作为动态数据服务器，实现了数据的开放。替代操作员站可同原专用操作员站一起在DCS网络上相互独立运行，互不影响。总之，替代操作员站硬件都采用通用PC、微软操作系统，区别主要在于采用的监控软件、驱动软件及与DCS数据交换接口的不同。其中监控和驱动软件的编写体系直接影响操作的方便性、实用性、稳定性和数据上下行的快速性;接口的不同则影响改造费用。ABB贝利公司的DCS引进较早，在我国占有30%多的份额，现以鄂州电厂的贝利DCS操作员站改造为例，介绍DCS传统操作员站改造的解决方案及经验。
3.1 改造方案论证
鄂州电厂2×300MW机组采用贝利公司的INFI90控制系统，操作员站为2主站(OIS25)2辅站(OIC)，都已运行8a多，主机、硬盘和显示器等部件由于老化已多次发生死机等故障;主机卡件、硬盘软驱等已停止生产，导致备件难以购买且价格很高;原操作员站报警、报表等存在功能缺陷，这些都严重影响机组的安全运行。针对这些问题，决定在大修期间对1号机组操作员站进行改造。目前贝利操作员站改造解决方案较多，为确定实施方案，对各方案进行了广泛深入的前期调研，基本掌握了各方案的具体特点。
(l)ABB的Conductor NT。ABB贝利公司为解决其传统操作员站问题，1997年以刚被兼并的FISCHER&PORTER公司S6000监控软件和自己开发的90通信驱动软件为基础开发了ConductorNT。ConductorNT连在PLANTLOOP和INFINET的接口上，可通过串行接口或SCSI接口进行数据交换，增加了许多功能，装入工程师站程序还可实现工程师站的功能。但原操作员站图形和标签不能转换升级，改造时必须人工重做，工程量大易造成错误;还存在开放性不够好的问题;因2003年后又推出新式操作员站，故其软件已不再开发升级，改造费用也较高。
(2)ABB的PowerGeneration Portal。PGP是ABB公司2003年在Tenore软件基础上推出的新一代DCS操作员站，也可替代90系统操作员站。其采用全方位冗余的服务器/客户机结构;具有的数据库内核特性使其有强大的历史数据和事件的采集、储存能力，又可同时作为历史站和工程师站使用;信息高度集成，标签容量大，完全开放性的界面，易于使用，支持画面和标签数据库的转换导入;采用完全开放的OPC、MODBUS、ODBC、TCP/IP等标准通信协议和应用标准化技术，支持第三方软件和标准接口，可发展成为多种信息汇总的公用平台。但因其推出较晚还在不断升级完善。
(3)Emerson的DeltaV操作员站。Emerson公司购买了ROVISYS公司90系统OPC服务器的驱动技术，做了二次开发后移植到Delta V中，采用IFIX监控软件和Delta V的标签数据库组成操作员站。其标签在1万点以下时不需更换通信接口，数据库可自动转换。Emerson开发了大量第三方驱动软件，其控件开发完整，IFIX软件与VB等集成较好，又可二次开发，一些标准控件可直接使用在操作员站中，其功能全面、运行情况良好，支持SOE。但Delta V操作员站目前在中国电力领域还没有应用实例 (在北美电厂有大量应用);其图形画面不能转换升级; Emerson的特殊价格体系及其必须采用客户机/服务器结构使得多台操作员站同时改造才有更好的性价比。
(4)PREVISE的OpsCon。操作员站用IFIX作为监控软件内嵌PREVISE公司开发的90驱动软件，接口仍用原ICI，部分数据库和动态流程图可用软件转换，其余用VB语言编写，价格较低。但应用实例不多，不支持SOE。
(5)其他厂商推出的替代操作员站。如MATRIKON、MTL等公司都开发了几十种DCS和 PLC的驱动软件，写IFIX、INTOUCH等监控软件集成后就可作为各DCS的替代操作员站。我国近年也开发了如组态王、SYNALL200、FORCE CONTROL等动态数据服务器软件，它们有PLC驱动软件也能读一些DCS数据，但还没有能作为DCS操作员站的软件问世。若国内开发出DCS的驱动软件并发展成替代操作员站，操作员站改造的费用将会更低。
通过反复调研论证，比较各方案优劣，认为在价格和性能上非DCS厂商的替代操作员站虽然各有优势，但是存在缺少国内电厂应用实例或后续技术支持不够等问题。PGP作为ABB公司推出的新操作员站，不但给出了编制OPC服务器的工具，又具有强大的数据库和一些网络套件，功能也更丰富、开放，数据库、图形可直接转换，解决了老操作员站和 Conductor NT存在的不足。虽然在功能、开放性等方面可能还不如某些通用操作员站，但是ABB可保证PGP与DCS后续一致的技术支持和保证，费用也大幅下降。结合公司实际综合考虑，最终确定PGP为操作员站改造的方案。
3.2 具体改造方案
鄂州电厂操作员站改造考虑到1号机组操作员站运行年限较长，故障更频繁，决定将其在大修中全部更换成5台PGP操作员站，将拆下的OIS清理、维修后作为2号机组操作员站的备品。这样既能解决操作员站的备件问题又可节约费用，同时也避免了只改造或增设机组部分操作员站引起的操作员因不适应而很少甚至不去使用的无效改造问题。此次改造还为保证机组任何时候尤其是事故处理时技术人员监控和管理有更多可用的人机接口，在值长台增设了1套操作员站作为管理和备用站。
新操作员站配置了可同时操作、互为冗余的2台PGPServer和3台PGPClient。Server通过操作台下加装的2套ICI03直接与INFI环网进行SCSI相连，以满足大容量、高速率的传输要求。Client通过交换机同Server构成以太网，保证只要任意1台Server正常，3台Client也可正常运行，提高了数据的安全性，保障了机组的正常操作，系统结构如图1所示。操作员站改造完成后解决了目前传统操作员站遇到的一系列问题，同时由于引入了很多最新技术，使操作员站功能更完善、更强大，也变成了集操作员站、工程师站、历史站于一体的监控、组态、查询和管理的工具。同时它的开放性也使DCS与PLC等的互连得以实现，为在控制室实现辅助生产系统监控、减少辅助生产系统控制点创造了条件。
四、结语
运行在PC、微软平台上，采用通用监控软件内嵌DCS驱动软件、可读写的替代操作员站的出现是计算机、通信等技术发展的必然结果，也是DCS发展的需要。通用操作员站给DCS厂商引入了竞争机制，使人机界面备件不再受DCS厂商的限制，为用户带来方便;适用面更广，相对产量增大，使成本下降，用户维护费用降低;开放性能更好，过程数据可直接送到以太网上，使传统DCS达到了开放;主站可通过以太网连接数量不限的从站，可远程操作，不同机型的联网也变得更简单;比专用操作员站更简单，不需专业培训，更新和升级容易。改造时应注意PC要合理配置、布线、分配负荷，防止死机;为保护昂贵的DCS网络接口，替代操作员站主机与DCS接口上应设物理隔离如光电转换等;若操作员站与外网相连应设防病毒感染和黑客攻击的防火墙。总之，传统操作员站通用替代改造解决了目前DCS传统操作员站的一系列问题，保证了生产的安全、稳定、长期、满发和优质运行;使DCS的可靠性、开放性、使用灵活性等大大提高;降低了生产费用，经济效益显著;实现了生产信息的对外传输，DCS强有力的信息管理和信息集成能力得以发挥。
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本文标题：分散控制系统传统操作员站的分析与改造
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