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摘 要：本文较为详尽地介绍了如何对DCS系统进行升级改造，包括其硬件结构、软件结构及其控制原理、控制方案等等，对于一些老系统的升级改造具有一定的借鉴意义。
关键词：DCS系统 控制站 操作站 组态 下装
一、引言
当前，石油化工装置中，长期使用DCS系统已经陆续进入故障率高发期，尤其近年来，计算机部件的快速更新，老系统的备件已经不再生产，原备件已经消耗殆尽，许多系统的硬件都在超期使用，频频出现故障，使得控制系统出现严重的漏洞。而且系统的监控软件和相关操作系统限于当时工控和IT 技术水平，系统整体比较封闭，和当代的数据通讯衔接不好；扩展性差；软件功能不强；在线维护不方便；维护费用增加，这些都对DCS系统稳定运行和日常维护造成了困难，威胁着生产的安全稳定运行，因此对其升级改造势在必行。
二、DCS系统升级改造方案及其特点
各个企业都在根据各自生产装置的实际情况，充分有效的利用资金，采取合理的模式，积极去探索并实施DCS升级改造。针对DCS的系统结构，综合了现场多个升级项目，总结出DCS系统升级改造方案，主要分为两类：
1.操作站部分升级方案
因為在DCS系统中，可以分监控层设备（如操作站部分）和控制层设备（如控制器部分及IO），这些设备的使用寿命是不相对应的。控制层设备由于是弱电设备（24VDC），其工作环境稳定，使用相对寿命较长，约为30年以上，这些设备也是DCS中最关键、最有价值的核心部分。而监控层设备由于存在较多的强电设备（如电源、风扇、显示器等）和操作人员每天24小时不断地触摸使用，再加上不稳定的工作环境（温度变化快，尘埃多等），使监控层设备使用寿命较短，大约为8-12 年（因使用条件不同有所差别），所以随着系统使用年限的增长，选择对DCS系统中监控层设备进行升级、更新是必然的。该升级方案的特点是：
①项目工期短、无风险。
②保护投资。
③保持原操作习惯不变。
④系统性能、可靠性提高。
2.控制站部分升级方案
尽管控制层设备的使用寿命较长，不同厂家的控制器的使用寿命也不尽相同，也有当使用十多年的控制器的主辅机多次出现过停机现象，使整个控制系统面临着全面停机的风险。除了加强运行监护外，就要考虑对DCS控制站进行升级。
该升级方案的最大特点是：项目工期短、无风险。该升级方案只需更换最新的控制器，系统的原有组态重新离线下装，系统现场的硬接线无需变动，工程实施安全，可以窗口检修或大修期间进行，工期两天.
三、升级方案的应用及实施后效果
1.操作站部分升级方案在装置上的应用
1.1.项目背景及升级改造理由
有一套控制系统自已连续运行十多年，设备老化严重，性能下降，尤其是操作站部分，故障率明显加大，在此期间，HM使用的硬盘更换升级过三次， TOWER柜电源卡也更换多次，该系统机型比较陈旧，运行速度慢，没有球标和鼠标，没有网络接口，系统使用的监控软件版本较低，且功能单一，最重要的是该系列的产品已经基本淘汰停产，备件已无法采购.
综合上述因素分析，考虑到原系统控制站的控制能力、稳定性、控制精度和速度及系统容量都足够满足当前控制需要，该系统适合采取操作站部分升级方案，即保留原控制站部分不动，只对监控层进行升级。将该套MICRO TDC3000系统局部升级到了Honeywell TPS系统。
1.2升级改造设计方案
增加4台最新的GUS操作站
将原有的TPN监控软件版本升级到R680。
将原有HM历史模件升级成新的SBHM（单板历史模件）双硬盘冗余结构。
将原来NIM（网络接口模件）的主板K2LCN-4M升级为K4LCN-16M
增加LCN机柜，将NIM及升级后的SBHM放入LCN机柜中。
原系统HM、US、NIM都安装在TOWER柜内，空间很小，当其中的一个节点发生故障时，就必须重新开关电源，这样其它的节点也受到影响，非常不利于日常维护。增加LCN机柜后，将升级后的SBHM放入双节点卡件箱中，将冗余的一对NIM分别放入两个双节点卡件箱中，它们的电源都各自独立，系统可靠性得到了提高。
1.3.项目实施过程
1.3.1拆除原有MICRO TDC3000系统，包括4台US操作站、HM、NIM 、一对TOWER柜，
1.3.2更换4台GUS操作站，供电系统利用原有电源.
1.3.3新增LCN机柜安装于机柜间内，将升级后的SBHM（历史模件）及NIM（网络接口模件）放入新增的LCN机柜，重新提供一对冗余电源，做好接地系统。
1.3.4从操作站重新铺设两条LCNA/B电缆至LCN柜内，考虑到原系统的两条UCNA/B电缆长度够用，而且使用状况良好，故利旧将其从控制室引致LCN柜。
1.3.5安装GUS操作站操作系统软件WINDOWS XP，TPN 监控软件升级，原系统组态数据库移植。
1.4.项目实施后效果
系统经过升级后，数据传输及时准确，操作界面直观方便，比以前的操作更人性化，适应操作人员的习惯。由于每个节点有其独立稳定的供电，使整个系统的稳定性、可靠性也大大提高。由于有了操作系统，解决了联网通讯的问题，使整个装置的生产过程可以顺利的接入工厂信息网，真正的体现该系统的全厂一体化方案，有力的保证了生产装置的安全稳定运行。
2.控制站部分升级方案在装置上的应用
2.1项目说明
有一套装置的DCS系统采用恒河的CS 3000系统，共有四套冗余的控制器；具体型号为CP333D，共有300多点，包括控制回路81个；监测回路200多点。由于该控制器的生产年代是2000年的产品，已使用十多年，厂家已经彻底停产，无法买到该系列的备件产品，现场没有该产品的备件；除了1#控制器外，3#和4#控制器的辅机也已经多次出现过停机现象，目前正在监护运行中；系统仍存在以上出现的全面停机的风险，严重威胁装置的正常运行.故决定对DCS控制站升级.
2.2具体实施方案
采用最新的产品更换DCS控制站的核心（FCU），把系统的原有组态重新离线下装，现场的硬接线无需变动。
四、结束语
总之，根据生产装置的实际需要，将已进入老化的系统升级至一个开放性、稳定性、可靠性都很高的系统，是一个非常好的选择。在系统升级改造的设计过程中，要充分利用现有系统中可用的设备，充分发挥系统的优势优化操作和监视画面，使新增加的部分设备和功能与原有系统紧密地结合起来，使改造后的DCS系统在保持和扩展原有功能的基础上进一步完善和优化。但是，要想最经济、最有效地完成升级，还应充分的优化设计方案，并从软硬件两个方面具体细致的研究其中的升级技术细节，从而顺利的实现升级。
关键词：DCS系统 控制站 操作站 组态 下装
一、引言
当前，石油化工装置中，长期使用DCS系统已经陆续进入故障率高发期，尤其近年来，计算机部件的快速更新，老系统的备件已经不再生产，原备件已经消耗殆尽，许多系统的硬件都在超期使用，频频出现故障，使得控制系统出现严重的漏洞。而且系统的监控软件和相关操作系统限于当时工控和IT 技术水平，系统整体比较封闭，和当代的数据通讯衔接不好；扩展性差；软件功能不强；在线维护不方便；维护费用增加，这些都对DCS系统稳定运行和日常维护造成了困难，威胁着生产的安全稳定运行，因此对其升级改造势在必行。
二、DCS系统升级改造方案及其特点
各个企业都在根据各自生产装置的实际情况，充分有效的利用资金，采取合理的模式，积极去探索并实施DCS升级改造。针对DCS的系统结构，综合了现场多个升级项目，总结出DCS系统升级改造方案，主要分为两类：
1.操作站部分升级方案
因為在DCS系统中，可以分监控层设备（如操作站部分）和控制层设备（如控制器部分及IO），这些设备的使用寿命是不相对应的。控制层设备由于是弱电设备（24VDC），其工作环境稳定，使用相对寿命较长，约为30年以上，这些设备也是DCS中最关键、最有价值的核心部分。而监控层设备由于存在较多的强电设备（如电源、风扇、显示器等）和操作人员每天24小时不断地触摸使用，再加上不稳定的工作环境（温度变化快，尘埃多等），使监控层设备使用寿命较短，大约为8-12 年（因使用条件不同有所差别），所以随着系统使用年限的增长，选择对DCS系统中监控层设备进行升级、更新是必然的。该升级方案的特点是：
①项目工期短、无风险。
②保护投资。
③保持原操作习惯不变。
④系统性能、可靠性提高。
2.控制站部分升级方案
尽管控制层设备的使用寿命较长，不同厂家的控制器的使用寿命也不尽相同，也有当使用十多年的控制器的主辅机多次出现过停机现象，使整个控制系统面临着全面停机的风险。除了加强运行监护外，就要考虑对DCS控制站进行升级。
该升级方案的最大特点是：项目工期短、无风险。该升级方案只需更换最新的控制器，系统的原有组态重新离线下装，系统现场的硬接线无需变动，工程实施安全，可以窗口检修或大修期间进行，工期两天.
三、升级方案的应用及实施后效果
1.操作站部分升级方案在装置上的应用
1.1.项目背景及升级改造理由
有一套控制系统自已连续运行十多年，设备老化严重，性能下降，尤其是操作站部分，故障率明显加大，在此期间，HM使用的硬盘更换升级过三次， TOWER柜电源卡也更换多次，该系统机型比较陈旧，运行速度慢，没有球标和鼠标，没有网络接口，系统使用的监控软件版本较低，且功能单一，最重要的是该系列的产品已经基本淘汰停产，备件已无法采购.
综合上述因素分析，考虑到原系统控制站的控制能力、稳定性、控制精度和速度及系统容量都足够满足当前控制需要，该系统适合采取操作站部分升级方案，即保留原控制站部分不动，只对监控层进行升级。将该套MICRO TDC3000系统局部升级到了Honeywell TPS系统。
1.2升级改造设计方案
增加4台最新的GUS操作站
将原有的TPN监控软件版本升级到R680。
将原有HM历史模件升级成新的SBHM（单板历史模件）双硬盘冗余结构。
将原来NIM（网络接口模件）的主板K2LCN-4M升级为K4LCN-16M
增加LCN机柜，将NIM及升级后的SBHM放入LCN机柜中。
原系统HM、US、NIM都安装在TOWER柜内，空间很小，当其中的一个节点发生故障时，就必须重新开关电源，这样其它的节点也受到影响，非常不利于日常维护。增加LCN机柜后，将升级后的SBHM放入双节点卡件箱中，将冗余的一对NIM分别放入两个双节点卡件箱中，它们的电源都各自独立，系统可靠性得到了提高。
1.3.项目实施过程
1.3.1拆除原有MICRO TDC3000系统，包括4台US操作站、HM、NIM 、一对TOWER柜，
1.3.2更换4台GUS操作站，供电系统利用原有电源.
1.3.3新增LCN机柜安装于机柜间内，将升级后的SBHM（历史模件）及NIM（网络接口模件）放入新增的LCN机柜，重新提供一对冗余电源，做好接地系统。
1.3.4从操作站重新铺设两条LCNA/B电缆至LCN柜内，考虑到原系统的两条UCNA/B电缆长度够用，而且使用状况良好，故利旧将其从控制室引致LCN柜。
1.3.5安装GUS操作站操作系统软件WINDOWS XP，TPN 监控软件升级，原系统组态数据库移植。
1.4.项目实施后效果
系统经过升级后，数据传输及时准确，操作界面直观方便，比以前的操作更人性化，适应操作人员的习惯。由于每个节点有其独立稳定的供电，使整个系统的稳定性、可靠性也大大提高。由于有了操作系统，解决了联网通讯的问题，使整个装置的生产过程可以顺利的接入工厂信息网，真正的体现该系统的全厂一体化方案，有力的保证了生产装置的安全稳定运行。
2.控制站部分升级方案在装置上的应用
2.1项目说明
有一套装置的DCS系统采用恒河的CS 3000系统，共有四套冗余的控制器；具体型号为CP333D，共有300多点，包括控制回路81个；监测回路200多点。由于该控制器的生产年代是2000年的产品，已使用十多年，厂家已经彻底停产，无法买到该系列的备件产品，现场没有该产品的备件；除了1#控制器外，3#和4#控制器的辅机也已经多次出现过停机现象，目前正在监护运行中；系统仍存在以上出现的全面停机的风险，严重威胁装置的正常运行.故决定对DCS控制站升级.
2.2具体实施方案
采用最新的产品更换DCS控制站的核心（FCU），把系统的原有组态重新离线下装，现场的硬接线无需变动。
四、结束语
总之，根据生产装置的实际需要，将已进入老化的系统升级至一个开放性、稳定性、可靠性都很高的系统，是一个非常好的选择。在系统升级改造的设计过程中，要充分利用现有系统中可用的设备，充分发挥系统的优势优化操作和监视画面，使新增加的部分设备和功能与原有系统紧密地结合起来，使改造后的DCS系统在保持和扩展原有功能的基础上进一步完善和优化。但是，要想最经济、最有效地完成升级，还应充分的优化设计方案，并从软硬件两个方面具体细致的研究其中的升级技术细节，从而顺利的实现升级。