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引言

    當(dāng)今自動(dòng)化技術(shù)幾乎都是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。近幾年由于通訊技術(shù)和通訊網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，大、中型控制、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)――TPS、ESDS在石油、化工、電廠的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。在眾多自控系統(tǒng)制造商中HONEYWELL公司的產(chǎn)品在我們天津大沽化工股份有限公司的應(yīng)用是最為廣泛的，目前在我們公司有12套HONEYWELL公司的產(chǎn)品在運(yùn)行，如VCM、PO、PVC等，其中我們公司200,000噸VCM工程（天津市十五重點(diǎn)工程――100萬(wàn)噸聚氯乙烯工程的一部分）的自控及緊急停車(chē)系統(tǒng)是采用的HONEYWELL公司的TPS+FSC方案。下面我來(lái)介紹一下TPS和FSC這兩個(gè)系統(tǒng)。

1. TPS和FSC的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖及硬件構(gòu)成

    TPS是Total Plant Solution的縮寫(xiě)，即全廠一體化解決方案，是將整個(gè)工廠的商業(yè)信息系統(tǒng)與生產(chǎn)控制系統(tǒng)統(tǒng)一在一個(gè)平臺(tái)上的自動(dòng)化系統(tǒng)。TPS在裝入OPC SERVER 軟件后，通過(guò)光纖與總廠調(diào)度相連，實(shí)現(xiàn)了總廠調(diào)度對(duì)各個(gè)分廠的實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息進(jìn)行監(jiān)控。FSC是Failure Safety Control的縮寫(xiě)，即故障安全控制，屬于緊急停車(chē)系統(tǒng)。TPS和FSC的關(guān)系是可以各自獨(dú)立使用自成系統(tǒng)，又可以結(jié)合使用，組成一個(gè)既可以進(jìn)行常規(guī)控制又可以進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)的大系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1．2  系統(tǒng)的最頂層網(wǎng)絡(luò)是冗余、高速傳遞信息以太網(wǎng)。以太網(wǎng)采用TCP/IP協(xié)議、C/S結(jié)構(gòu)、100Mbps數(shù)據(jù)傳送率。與交換機(jī)相連的設(shè)備各自獨(dú)占通道大大提高了通訊效率和確定性。為提高可靠性，以太網(wǎng)采用的是冗余配置。

1．3  該系統(tǒng)的中間一層是各個(gè)操作站和應(yīng)用站，同時(shí)包括歷史模件HM，由LCN網(wǎng)、NIM模件和UCN網(wǎng)與下一層的HPM、SM相連接。其中HM是存儲(chǔ)模塊，可以存儲(chǔ)并能提供快速讀寫(xiě)的功能。NIM是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口模件，用于通訊。

1．4  網(wǎng)絡(luò)的下一層包括HPM（High Performance Process Manager）和SM（Safety Manager）。HPM和SM是過(guò)程處理單元，它們都是冗余的，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控，同時(shí)各個(gè)控制站作為子系統(tǒng)把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)又傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控中心的全局控制器中，支持了整個(gè)系統(tǒng)的綜合監(jiān)控。SM掛在UCN網(wǎng)絡(luò)上，在這里是作為一個(gè)控制站來(lái)使用的，SM當(dāng)然也可以作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)來(lái)使用。這種分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)的通信方式是一種新的網(wǎng)絡(luò)通信方式，它是在帶寬較大、數(shù)據(jù)傳輸速度很高的水平上進(jìn)行的。

2 TPS系統(tǒng)功能概述

2．1  豐富、生動(dòng)的畫(huà)面監(jiān)視管理體系

    在TPS操作站中，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中所要求的所有監(jiān)控對(duì)象的所有點(diǎn)及點(diǎn)信息進(jìn)行系統(tǒng)組織、綜合管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控，并用豐富、生動(dòng)的畫(huà)面，諸如：多窗口畫(huà)面，多層次畫(huà)面等，將主系統(tǒng)和子系統(tǒng)的總貌、流程圖、趨勢(shì)圖等顯示出來(lái)。
    2．2  靈活的組態(tài)功能

    TPS系統(tǒng)具有強(qiáng)大的組態(tài)功能，可以在工程師站對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成及功能設(shè)置、工程需求靈活組態(tài)，也可以修改組態(tài)，完善系統(tǒng)組態(tài)。通過(guò)修改組態(tài)，可以使系統(tǒng)逐步完善并實(shí)現(xiàn)許多特殊功能。
2． 3  完善的報(bào)警功能

    TPS系統(tǒng)的各個(gè)操作員站都具有完善的報(bào)警功能，可將報(bào)警信息進(jìn)行分類(lèi)、篩選、重組織、建立一個(gè)報(bào)警體系。在報(bào)警體系中，我們可以根據(jù)化工單元操作的重要性，對(duì)工藝測(cè)量點(diǎn)的報(bào)警級(jí)別進(jìn)行分類(lèi)。
2．4  強(qiáng)大的歷史數(shù)據(jù)功能

    TPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)了強(qiáng)大的歷史數(shù)據(jù)功能，系統(tǒng)可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、統(tǒng)計(jì)和點(diǎn)趨勢(shì)功能。它可以把任意變量點(diǎn)編輯在一個(gè)歷史組中，查看歷史趨勢(shì)，進(jìn)行化工單元操作，還可以打印。
2．5  文件處理、歸檔功能以及報(bào)表功能

    TPS系統(tǒng)具有對(duì)各類(lèi)文件的處理功能，對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)和文件進(jìn)行歸檔，并且可以制作各類(lèi)用戶(hù)所需要的報(bào)表以及打印。

2．6  連鎖邏輯功能

    TPS系統(tǒng)具有連鎖邏輯功能。為了滿(mǎn)足工藝安全生產(chǎn)的要求，我們能在TPS系統(tǒng)做連鎖邏輯框圖，以至于在必要的時(shí)候?qū)嵤┚o急停車(chē)。例如：200#的HCL泵（PB203A/B）的連鎖邏輯就做在了TPS系統(tǒng)上。一但出現(xiàn)危險(xiǎn)情況，TPS就發(fā)出停泵信號(hào)。

3． TPS系統(tǒng)的軟件構(gòu)成

    現(xiàn)在我們選用的TPS系統(tǒng)是基于Window 2000平臺(tái)。操作員界面具有人機(jī)友好的操作性，服務(wù)器具有很好的擴(kuò)展性和開(kāi)放性。

    TPS系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它是運(yùn)行于工程師站和操作員站的軟件，是用戶(hù)應(yīng)用環(huán)境的組態(tài)工具，該工具主要包括：NCF組態(tài)、系統(tǒng)硬件設(shè)置和配置、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)生成、控制點(diǎn)的組態(tài)、圖形畫(huà)面生成的Display builder、報(bào)表生成、以及用于組態(tài)順序控制的CL程序包。

4． TPS系統(tǒng)組態(tài)

TPS系統(tǒng)組態(tài)可以分為硬件組態(tài)和軟件組態(tài)。

4．1  硬件組態(tài)

    硬件組態(tài)是根據(jù)單元操作的工藝要求設(shè)置硬件結(jié)構(gòu)，接下來(lái)進(jìn)行硬件地址設(shè)置以及NCF組態(tài)。NCF組態(tài)屬于系統(tǒng)組態(tài)的一部分，一但組態(tài)完成后，將不輕易做修改，因?yàn)樗男薷纳婕暗阶钥叵到y(tǒng)的組態(tài)。

4．2  軟件組態(tài)

軟件組態(tài)的工作量是相當(dāng)大的。

    （1）要建立I/O變量點(diǎn)，I/O變量點(diǎn)是聯(lián)系系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)儀表的紐帶；

    （2）控制回路組態(tài)，包括簡(jiǎn)單回路及復(fù)雜回路；
   
    （3）繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，在帶控制點(diǎn)的工藝流程圖界面下操作員可以實(shí)施對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制；

    （4）根據(jù)順控邏輯框圖進(jìn)行CL語(yǔ)言的編寫(xiě)；

    （5）連鎖邏輯回路組態(tài)；

    （6）報(bào)警點(diǎn)的組態(tài)及歷史趨勢(shì)曲線組態(tài)。

    TPS系統(tǒng)承擔(dān)了該裝置的常規(guī)控制任務(wù)，包括單回路、復(fù)雜回路及時(shí)序控制等。

5． FSC―SM概述

    FSC是故障安全系統(tǒng)，系統(tǒng)符合安全標(biāo)準(zhǔn)DIN Ⅴ 19250 AK1―6 級(jí)和IEC 61508SIL1―3級(jí)，并得到TUV認(rèn)證。FSC系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的生產(chǎn)過(guò)程的安全控制，而且其自診斷功能也確保了系統(tǒng)本身的安全性，從而確保了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的安全性和可靠性。

FSC―Fail Safety Control 故障安全控制系統(tǒng)

SM―Safety Manager 安全管理器

SMS―Safety Management System 安全管理系統(tǒng)

    FSC通過(guò)通訊卡SMM掛在UCN網(wǎng)上，成為UCN上的節(jié)點(diǎn)。FSC也可以采用RS232/485通訊方式通過(guò)HPM上的SI卡（串行通訊卡）將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絋PS系統(tǒng)中。

5．1  FSC原理框圖

FSC原理框圖如圖2所示。

5．2  FSC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

FSC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

5．3  FSC硬件結(jié)構(gòu)

Central Part―CP，CP是FSC系統(tǒng)的核心部件，它包括的卡件類(lèi)型有

▲  制處理器卡（CPU）： 讀輸入信號(hào)，執(zhí)行功能邏輯程序，寫(xiě)輸出到輸出卡。

▲  通訊處理器卡（COM）： 與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通訊。每個(gè)CP最多可以有4塊COM卡。

▲  系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視卡（WD）： 監(jiān)視CPU的操作和操作條件，操作是指CPU在指定的時(shí)間內(nèi)完成全部任務(wù)，操作條件是指CPU內(nèi)存中的數(shù)據(jù)完整性。如果WD檢測(cè)到故障，就會(huì)斷開(kāi)FSC系統(tǒng)的安全輸出而不管CPU的狀態(tài)如何。

▲  診斷及電池卡（DBM）： 診斷顯示，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，后備電池等功能。

▲  豎向總線驅(qū)動(dòng)卡（VBD）：實(shí)現(xiàn)CP和IO卡之間的數(shù)據(jù)通訊。
5． 4 FSC系統(tǒng)組態(tài)

FSC系統(tǒng)組態(tài)（System Configuration）主要有以下內(nèi)容：

▲  Install：系統(tǒng)參數(shù)組態(tài)、CP設(shè)置。

▲  Signal Spec：過(guò)程點(diǎn)清單。

▲  Hardware Spec：過(guò)程點(diǎn)的參數(shù)組態(tài)，確定硬件通道。

5． 5 功能邏輯框圖設(shè)計(jì)

  功能邏輯框圖設(shè)計(jì)簡(jiǎn)稱(chēng)FLD（Functional Logic Diagrams）,用戶(hù)可直接使用與、或、非的邏輯圖的方式實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的邏輯功能。系統(tǒng)允許用戶(hù)畫(huà)999張邏輯圖，提供邏輯、算術(shù)、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、PID等運(yùn)算模塊。

  FSC肩負(fù)了該工程的的ESDS（緊急停車(chē)系統(tǒng)）及連鎖控制邏輯的任務(wù)。

總結(jié)

  總之，我們天津大沽化工股份有限公司200，000噸VCM工程所采用的自控系統(tǒng)是比較復(fù)雜的，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，我們會(huì)對(duì)TPS & FSC有更深的了解。它也必將會(huì)給我們公司帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。