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引言

    當今自動化技術幾乎都是由計算機系統和計算機網絡來實現的。近幾年由于通訊技術和通訊網絡的飛速發展，大、中型控制、監測系統――TPS、ESDS在石油、化工、電廠的應用相當廣泛。在眾多自控系統制造商中HONEYWELL公司的產品在我們天津大沽化工股份有限公司的應用是最為廣泛的，目前在我們公司有12套HONEYWELL公司的產品在運行，如VCM、PO、PVC等，其中我們公司200,000噸VCM工程（天津市十五重點工程――100萬噸聚氯乙烯工程的一部分）的自控及緊急停車系統是采用的HONEYWELL公司的TPS+FSC方案。下面我來介紹一下TPS和FSC這兩個系統。

1. TPS和FSC的網絡結構圖及硬件構成

    TPS是Total Plant Solution的縮寫，即全廠一體化解決方案，是將整個工廠的商業信息系統與生產控制系統統一在一個平臺上的自動化系統。TPS在裝入OPC SERVER 軟件后，通過光纖與總廠調度相連，實現了總廠調度對各個分廠的實時生產信息進行監控。FSC是Failure Safety Control的縮寫，即故障安全控制，屬于緊急停車系統。TPS和FSC的關系是可以各自獨立使用自成系統，又可以結合使用，組成一個既可以進行常規控制又可以進行安全監測的大系統，其網絡結構圖如圖1所示。

1．2  系統的最頂層網絡是冗余、高速傳遞信息以太網。以太網采用TCP/IP協議、C/S結構、100Mbps數據傳送率。與交換機相連的設備各自獨占通道大大提高了通訊效率和確定性。為提高可靠性，以太網采用的是冗余配置。

1．3  該系統的中間一層是各個操作站和應用站，同時包括歷史模件HM，由LCN網、NIM模件和UCN網與下一層的HPM、SM相連接。其中HM是存儲模塊，可以存儲并能提供快速讀寫的功能。NIM是一個網絡接口模件，用于通訊。

1．4  網絡的下一層包括HPM（High Performance Process Manager）和SM（Safety Manager）。HPM和SM是過程處理單元，它們都是冗余的，對所有數據進行實時采集、監控，同時各個控制站作為子系統把實時數據又傳輸到中央監控中心的全局控制器中，支持了整個系統的綜合監控。SM掛在UCN網絡上，在這里是作為一個控制站來使用的，SM當然也可以作為一個獨立的系統來使用。這種分層分布式監控系統的通信方式是一種新的網絡通信方式，它是在帶寬較大、數據傳輸速度很高的水平上進行的。

2 TPS系統功能概述

2．1  豐富、生動的畫面監視管理體系

    在TPS操作站中，可對整個系統中所要求的所有監控對象的所有點及點信息進行系統組織、綜合管理、實時監控，并用豐富、生動的畫面，諸如：多窗口畫面，多層次畫面等，將主系統和子系統的總貌、流程圖、趨勢圖等顯示出來。
    2．2  靈活的組態功能

    TPS系統具有強大的組態功能，可以在工程師站對系統構成及功能設置、工程需求靈活組態，也可以修改組態，完善系統組態。通過修改組態，可以使系統逐步完善并實現許多特殊功能。
2． 3  完善的報警功能

    TPS系統的各個操作員站都具有完善的報警功能，可將報警信息進行分類、篩選、重組織、建立一個報警體系。在報警體系中，我們可以根據化工單元操作的重要性，對工藝測量點的報警級別進行分類。
2．4  強大的歷史數據功能

    TPS系統設計了強大的歷史數據功能，系統可以對歷史數據進行處理、分析、統計和點趨勢功能。它可以把任意變量點編輯在一個歷史組中，查看歷史趨勢，進行化工單元操作，還可以打印。
2．5  文件處理、歸檔功能以及報表功能

    TPS系統具有對各類文件的處理功能，對各類數據和文件進行歸檔，并且可以制作各類用戶所需要的報表以及打印。

2．6  連鎖邏輯功能

    TPS系統具有連鎖邏輯功能。為了滿足工藝安全生產的要求，我們能在TPS系統做連鎖邏輯框圖，以至于在必要的時候實施緊急停車。例如：200#的HCL泵（PB203A/B）的連鎖邏輯就做在了TPS系統上。一但出現危險情況，TPS就發出停泵信號。

3． TPS系統的軟件構成

    現在我們選用的TPS系統是基于Window 2000平臺。操作員界面具有人機友好的操作性，服務器具有很好的擴展性和開放性。

    TPS系統的組態軟件，它是運行于工程師站和操作員站的軟件，是用戶應用環境的組態工具，該工具主要包括：NCF組態、系統硬件設置和配置、實時數據生成、控制點的組態、圖形畫面生成的Display builder、報表生成、以及用于組態順序控制的CL程序包。

4． TPS系統組態

TPS系統組態可以分為硬件組態和軟件組態。

4．1  硬件組態

    硬件組態是根據單元操作的工藝要求設置硬件結構，接下來進行硬件地址設置以及NCF組態。NCF組態屬于系統組態的一部分，一但組態完成后，將不輕易做修改，因為它的修改涉及到自控系統的組態。

4．2  軟件組態

軟件組態的工作量是相當大的。

    （1）要建立I/O變量點，I/O變量點是聯系系統與現場儀表的紐帶；

    （2）控制回路組態，包括簡單回路及復雜回路；
   
    （3）繪制帶控制點的工藝流程圖，在帶控制點的工藝流程圖界面下操作員可以實施對現場的控制；

    （4）根據順控邏輯框圖進行CL語言的編寫；

    （5）連鎖邏輯回路組態；

    （6）報警點的組態及歷史趨勢曲線組態。

    TPS系統承擔了該裝置的常規控制任務，包括單回路、復雜回路及時序控制等。

5． FSC―SM概述

    FSC是故障安全系統，系統符合安全標準DIN Ⅴ 19250 AK1―6 級和IEC 61508SIL1―3級，并得到TUV認證。FSC系統不僅能實現用戶的生產過程的安全控制，而且其自診斷功能也確保了系統本身的安全性，從而確保了現場生產的安全性和可靠性。

FSC―Fail Safety Control 故障安全控制系統

SM―Safety Manager 安全管理器

SMS―Safety Management System 安全管理系統

    FSC通過通訊卡SMM掛在UCN網上，成為UCN上的節點。FSC也可以采用RS232/485通訊方式通過HPM上的SI卡（串行通訊卡）將數據傳輸到TPS系統中。

5．1  FSC原理框圖

FSC原理框圖如圖2所示。

5．2  FSC網絡結構圖

FSC網絡結構如圖3所示。

5．3  FSC硬件結構

Central Part―CP，CP是FSC系統的核心部件，它包括的卡件類型有

▲  制處理器卡（CPU）： 讀輸入信號，執行功能邏輯程序，寫輸出到輸出卡。

▲  通訊處理器卡（COM）： 與其他計算機系統進行通訊。每個CP最多可以有4塊COM卡。

▲  系統狀態監視卡（WD）： 監視CPU的操作和操作條件，操作是指CPU在指定的時間內完成全部任務，操作條件是指CPU內存中的數據完整性。如果WD檢測到故障，就會斷開FSC系統的安全輸出而不管CPU的狀態如何。

▲  診斷及電池卡（DBM）： 診斷顯示，實時時鐘，后備電池等功能。

▲  豎向總線驅動卡（VBD）：實現CP和IO卡之間的數據通訊。
5． 4 FSC系統組態

FSC系統組態（System Configuration）主要有以下內容：

▲  Install：系統參數組態、CP設置。

▲  Signal Spec：過程點清單。

▲  Hardware Spec：過程點的參數組態，確定硬件通道。

5． 5 功能邏輯框圖設計

  功能邏輯框圖設計簡稱FLD（Functional Logic Diagrams）,用戶可直接使用與、或、非的邏輯圖的方式實現用戶的邏輯功能。系統允許用戶畫999張邏輯圖，提供邏輯、算術、計時、計數、PID等運算模塊。

  FSC肩負了該工程的的ESDS（緊急停車系統）及連鎖控制邏輯的任務。

總結

  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是比較復雜的，隨著系統的運行，我們會對TPS & FSC有更深的了解。它也必將會給我們公司帶來巨大的經濟效益。