和利時HOLLiAS MACS系統在BASF BPI項目上的應用
一、概述
德國BASF化工有限公司是世界500強企業，是世界最大的化工企業之一，2005年的銷售額達505.3億美元（福布斯統計數據）。BPI項目（聚異氰酸酯）是BASF中國化工有限公司在上海投資的項目，總投資2.4億元，生產能力8000噸／年。聚異氰酸酯是一種優質的工程涂料和油漆的固化劑，具有良好的耐候性和保光性，不泛黃，機械強度高，被廣泛應用于汽車、建筑、家具、塑料等領域。
用于本BPI項目的和利時控制系統HOLLiAS MACS，是BASF的數名DCS專家對和利時公司進行了長達一年多的考察，按照世界最先進的DCS的要求來衡量并反復測試，一直到他們覺得很滿意后，才最終決定購買的。迄今為止，BASF僅從國內外眾多的DCS供貨廠商中選擇了5家主要自動化供貨商（MAV），和利時公司是唯一一家國內的DCS供貨商。
BPI系統采用的DCS系統是和利時公司第四代DCS系統——HOLLiAS MACS系統。該系統采用目前最為流行的PROFIBUS-DP現場總線技術。
二、 硬件配置
2．1、系統規模
本項目系統測點共計有近700個I/O硬測點，有20個PROFIBUS-DP通訊節點，以及18個SIS測點。具體情況如下：
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測點類型 |
AI(4～20 mA) |
AO(4～20 mA) |
DI(NAMUR) |
DI(Dry) |
DO(Dry) |
AI(SIS) |
DO(SIS) |
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測點數量 |
211個 |
47個 |
177個 |
112個 |
124個 |
9個 |
7個 |
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控制回路 |
變頻器DP通訊 |
PID |
串級 |
比值 |
聯鎖邏輯 |
馬達空值 |
順控程序(批量控制) |
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數量 |
20個 |
62個 |
12個 |
2個 |
70個 |
39個 |
2段 |
2．2、系統配置
本項目DCS系統配置1臺工程師站（可兼做操作員站），4臺操作員站，2個現場控制站，具體配置情況如下：
工程師站和操作員站配置DELL Precision 380工作站，配置雙顯示器，鼠標以及專用鍵盤。工程師站配置一臺打印機，其中一臺操作員站配置一臺打印機，兩臺打印機地位平等，互為冗余，可以執行系統所需的全部打印任務。
每臺現場控制站由一臺主機柜和若干臺擴展機柜組成。主機柜安裝冗余的一對控制器、冗余的分布式電源模塊、以及若干I/O模塊；擴展機柜安裝冗余的分布式電源模塊、以及若干I/O模塊。控制器和I/O模塊之間通過PROFIBUS-DP總線連接。
操作員站和現場控制站之間通過冗余的100M工業以太網連接。
全部到現場的信號均配置安全柵，安全柵和I/O模塊采用混合安裝方式。
在10-3#機柜的背面安裝SIS系統。
兩個現場控制站的測點分配是按照工藝裝置區劃分的。10#現場控制站的測點位于工藝單元UNIT20~23，11#現場控制站的測點位于工藝單元UNIT24~29。
該項目有一些MCC設備通過PROFIBUS-DP總線和DCS系統連接。
系統配置一個配電柜，用于給全部DCS系統設備以及現場儀表進行配電。
2．3、系統配置原則
HOLLiAS MACS系統在配置時，遵循如下原則：
冗余原則：控制器、通訊總線、網絡、電源等關鍵設備均采用1：1全面冗余技術，保證系統的可靠穩定運行；
余量原則：對于I/O測點、硬盤、機柜空間等均按照用戶要求配置滿足要求的余量；
負荷原則：對于控制器負荷、處理能力等技術參數按照要求負荷配置；
完整原則：系統的配置是一套符合用戶技術規格書要求以及相關文檔要求的、完整的DCS控制系統。
2．4、系統特點
HOLLiAS MACS系統特點可以概括為“三性”：可靠性、易用性、先進性。
HOLLiAS MACS系統在設計、器件采購、制造、檢測等各個環節保證其可靠性。系統平均無故障率時間MTBF>10萬小時，平均修復時間MTTR<5分鐘，系統可利用率>99.9%。
系統至今已經在二千多個項目上成功實施，實踐證明它是成熟的系統、可靠的系統。
易用性就是方便使用。作為一個系統來講，沒有易用性，系統再好，功能再先進，如果不能被使用者正確使用，也是白費，甚至帶來更壞的結果（比如錯誤的使用）。這里的“易用性”有兩層含義，一是指對系統維護人員的易用，二是指對操作工的易用。這“易用”兩個字看起來很簡單，但要做深就不是易事了，在此略舉幾例：
對于維護人員而言，系統易用分為硬件的易用和軟件的易用，硬件的易用包括所有模塊均支持熱插拔、無跳線、零接線（系統的模塊間采用一對冗余總線連接）、容錯（只要能插進去，肯定不會錯，模塊間的連接、信號線、電源線均采用不同形狀的連接件）、智能運行診斷、故障快速定位（比如：系統那塊有故障，維護人員可以通過系統的故障診斷系統迅速確定，不用或者很少要維護人員對系統各個部件去排查問題）、局部相關（檢修這個模塊，肯定不會影響其他模塊）等等；軟件的易用性包括界面的友好性，流行的WINDOWS風格，標準化、模塊化的軟件組織方式，豐富的在線幫助信息，BASF ToolKits組態標準（它規定了幾十種控制模塊，在組態中必須使用這些模塊來完成，后面會詳細講述關于ToolKits的具體要去）。
對于操作工的易用性，主要包括統一的界面：操作面板、設備符號、物料顏色、甚至字體和小數點位數等，都是有統一規定的；因為他們的管理人員甚至個別操作人員可能是外籍人員，普通的操作工是中國人，因此在操作界面上支持多國語言隨時切換；系統還要有豐富的聯機幫助和操作指導。
這樣一來，他們的維護人員、操作人員可以經過很少的培訓或者不經過培訓便可以直接維護系統和生產操作。
先進性從不同的角度出發可以有許多不同的描述，我們把它概括為以下幾個方面：1、標準化，包括：硬件設計、生產的標準化，軟件開發的標準化，產品性能、接口和特點的標準化等。如：控制算法組態符合IEC61131-3標準；2、開放化，開放性的系統，如支持OPC接口，支持ODBC，開放的網絡結構（工業以太網）等，WEB接口的提供等；3、智能化，如組態向導功能，系統交叉引用信息的自動生成（使得使用者從煩雜的“體力”勞動中解脫出來）；4、高級功能的提供，如不僅是傳統的控制和監視，系統還提供眾多的先進控制模塊，專用控制模塊，再如系統函數的調用接口的提供等，批量控制功能；5、新技術的采用，如總線技術的采用，ActiveX控件支持，VBA支持，面向對象技術的應用，硬件的表面貼工藝等。
三、軟件組態
本項目的軟件組態依據BASF的組態標準包ToolKits的應用要求設計完成的，即使用和利時HOLLiAS MACS系統軟件平臺提供的功能和手段來實現BASF組態標準包的應用要求。軟件組態有以下幾個特點：
· 全部操作均以“面板”為中心；
· 面向對象思想的應用；
· 多語言功能的使用；
· 多屏幕操作；
· 豐富的自診斷功能－方便維護；
· 適合行業特點的流程圖、控制回路等人機界面；
· 強大的報表功能；
· 豐富的報警查詢，全日志查詢功能；
3．1、全部操作均以“面板”為中心
不同類型的儀表具有不同的操作面板，在這些操作面板里完成對儀表相對應的全部監視和操作。
在此為了描述方便，以開關閥門為例進行講述。
在一個閥門的面板上，能夠看到這個閥門的全部狀態，開反饋狀態、開反饋信號質量、開反饋信號強制與仿真、關反饋狀態、關反饋信號質量、關反饋信號強制與仿真、開關命令狀態、實際命令狀態、開關限時顯示與設置、手動閥門開關控制、自動閥門開關控制、手自動切換等。
還可以連接到該閥門所在的流程圖頁面、此流程圖頁面所在的子總貌圖、該閥門的聯鎖邏輯圖，如果有多幅聯鎖邏輯圖的話，彈出選擇框、該閥門所在的趨勢組畫面、操作組畫面、調整畫面（含診斷信息、如位號（AI）質量狀態，斷線、短路、超電上限、超電下限；報警以及確認信息，包含高高、高、低、低低限以及四個限的死區等；工程師輔助幫助信息，如位號的接線圖、儀表、模塊、安全柵等等設備的說明書）、操作人員的幫助信息（面板的使用指南等）
3．2、面向對象思想的應用
在當今，面向對象的概念已經被逐漸引入到DCS系統的設計當中。在系統組態里，也全面貫串了面向對象的思想，即：操作人員看到的儀表位號已經不是單一的一個儀表位號，他看到的應該是一個儀表設備，例如泵，在反映給操作人員或者維護人員的并不是單一開命令、關命令、運行反饋、遠近程信號、通訊信號、電流信號、以及這些信號的質量狀態，而是與此泵相關的一系列信號的狀態和質量狀態，以及與此設備相關的一系列操作和動作。
在組態時，我們不必對一個一個的測點，而組態的是一個泵設備即可，把相關的I/O通道信號連接到這個設備的的相應的輸入或輸出端子上即可。
3．3、系統支持多國語言功能
系統支持多國語言顯示，多語言可以在線任意切換，不需要退出系統。語言支持的范圍是Windows操作系統所支持的全部語種。
它的實現過程是：系統組態時，可以使用任意一種語言進行組態，這種語言被稱之為“當地語言”，當系統編譯之后，會生成一個“資源表”，這個資源表里是你組態時，你組態的工程里使用到的全部單詞或句子，你可以使用任意一種文本編輯器編輯一個“字典”，即一個詞匯或句子對照表，之后，系統會根據這個字典進行語言的翻譯工作。需要說明的一點是：這些所謂的翻譯工作是計算機后臺執行的，操作人員是不能覺察到它的存在的。
3．4、多屏幕操作
多屏幕是一臺操作員站上配置2臺以上的顯示器，操作人員的手不需要離開鼠標，便可以在兩幅以上的畫面上進行操作。多屏幕的設置使得操作人員在同一時刻兼顧更多的畫面和做更多的操作，更方便的操作。節省人力，提高勞動效率。操作人員使用鼠標可以在兩個顯示屏之間自動移動，使用鍵盤可以通過屏幕切換鍵進行屏幕間的切換。
多屏幕的另外一個優點是：節省投資，節省了一個操作員站硬件和一套軟件的投資。
3．5、豐富的自診斷功能和電子維護指導－方便維護
系統提供了豐富的自診斷信息，方便維護。具備從系統級到模塊的I/O通道級的自診斷功能。
系統提供形象的“系統運行狀態圖”，其圖形模式與實際機柜完全一致，信息豐富，方便維護。
系統提供電子接線圖。
系統提供電子維護指導手冊。
3．6、適合行業特點的流程圖、控制回路等人機界面
系統流程圖按照兩級組織方式，即：有一個主總貌圖（主菜單）和子總貌圖（二級子菜單）組成。主總貌里顯示各個工段的流程圖概況信息，如：罐區組、反應器組；子總貌顯示子組里的各個流程圖的概況信息，如：反應器組里有若干張流程圖。
3．7、豐富的報警查詢，全日志查詢功能
按報警類別：高高限、高限、低低限、低限；開關量、模擬量；區域；系統報警、工藝報警；按名稱；按日期和時間；查詢信號短路、斷路、超電量程上限、超電量程下限等列表。
報警信號的狀態圖標顯示：報警發生未確認未消失、報警發生已確認未消失、報警發生未確認已消失、報警發生已確認已消失等。
報警發生原因、發生時間、確認時間、消失時間、確認理由、確認人員等等信息的顯示。
詳盡的日志：操作員站名，時間，人員，位號，操作結果
系統全部的日志分類查詢：按操作員站名，按時間，按人員，按位號。
四、結束語
該項目屬于中小型化工裝置，測點規模比較小，但是控制邏輯非常復雜，生產過程控制要求極高，加之BASF公司對系統的特殊要求（BASF ToolKits標準）。因此對控制系統提出了很高的要求，不但要求系統硬件能穩定長期可靠運行，而且要求軟件按照用戶規范組態和編程。和利時的HOLLiAS MACS系統硬件成熟、運行可靠；軟件功能強大，具有多種編程接口，完全能滿足BASF BPI項目對DCS系統的苛刻要求。
目前，該項目已經在現場投運3個多月，運行穩定，效果良好，贏得了用戶的贊賞，更改變了國外同行對國產DCS系統的看法，為國產DCS系統進入國際市場開創了先例。
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