TPS控制系统在大型聚酯装置中的应用

TPS控制系统在大型聚酯装置中的应用李宝华摘要：介绍某大型国产化聚酯装置应用的TPS控制系统的配置、用户软件结构及组态步骤和操作界面。

关键词：大型聚酯装置；TPS控制系统；系统配置；组态引言随着大型聚酯装置国产化技术的突破，近年来大型聚酯装置（日产200吨及以上）在国内相继投产30多套，由于聚酯装置单系列、连续性、产量大、工艺复杂，对过程自动化控制要求高。

尽管集散控制系统（DCS系统）有很多厂家和系列，但有超过50%的大型聚酯装置采用了美国Honeywell公司的TPS控制系统。

TPS（TotalPlant Solution）全厂一体化控制系统是在Honeywell TDC-3000集散控制系统（DCS）基础上向“系统开放而且安全”方向发展的高级系统，它将过程控制网络、实时操作网络、工厂信息网络融为一体，构成三条网络管理控制一体化。

虽然Honeywell近来推出PKS等新的系统，但TPS的渐近发展策略、完善的软硬件及自诊断功能、高可靠性和安全性，仍使相当多的用户抉择选用TPS系统。

本文以浙江某一化纤集团的大型聚酯装置和直纺长丝装置选用的TPS控制系统为例加以介绍。

TPS系统在大型聚酯装置中的应用1 系统配置该化纤集团为分期建设的两套大聚酯装置（二期一套聚酯日产440吨，三期一套聚酯日产500吨）以及十条直纺长丝生产线（328位）的熔体输送分配。

针对过程控制，TPS控制系统先后配置了一个CONSOLE（站群）下的5台GUS全方位用户操作站，其中两套聚酯装置各2台，直纺长丝1台，这是TPS系统一个相对较小的系统配置，硬件基本上是以过程控制网络、实时操作网络及其节点模件为主。

系统配置如图1所示。

图1 某大型聚酯装置TPS控制系统配置GUS01、GUS02 二期聚酯操作站GUS03 二期直纺长丝操作站 GUS04、GUS05 三期聚酯操作站•GUS作为操作员站使用，同时具备工程师站功能，可分配为不同的工作任务管理不同的区域，也可设置为互为热备冗余的方式。

因而只用5台GUS就满足了操作需要，进一步减少了设备投入。

•TPS系统特有的历史模件HM，配置了双硬盘（1.8G）同步。

•系统使用网络接口模件NIM将局域控制网络LCN和万能控制网络UCN连接起来，并保证网络同步。

后期建设的三期聚酯HPM则通过300米的UCN线缆与原有网络连接。

各台GUS还通过网卡、HUB构成简单的PIN 网络。

•系统使用了3套高性能过程管理站HPM，具有冗余控制器、冗余控制电源、冗余I/O链路，并对控制回路点配置了I/O冗余。

3台HPM及FTA共配置了2320点I/O（冗余I/O为376点），使用的I/O点数为1987点：二期聚酯在用721点（其中154点冗余配置）。

三期聚酯在用729点（其中155点冗余配置）。

二期直纺长丝在用537点（其中28点冗余配置）。

3台HPM都采用15槽位卡件箱，并考虑到尽量减少使用品种和规格、方便维护和备件储备，选用的输入输出处理器卡（I/OP）及相配套的FTA有：①高电平模拟量输入（HLAI），型号MC-PAIH03，16点/卡；相配套的FTA为TAIH02和TAIH12（冗余）。

②低电平多路扫描模拟量输入（LLMUX），型号MC-PLAM02，32点/卡；相配套的FTA为两个TAMR03，每个接16点RTD输入；两个TAMR03配一个电源分配卡TLPA02，（最好通过隔离器/安全栅连接热电阻，直接连线易发生电干扰损坏IOP卡）。

③模拟量输出（AO），型号MC-PAOY22，16点/卡；相配套的FTA为TAOY22。

④开关量输入（DI），24VDC，型号MC-PDIY22，32点/卡；相配套的FTA为TDIY22。

⑤开关量输出（DO），24VDC，型号MC-PDOY22，32点/卡；相配套的FTA为TDOY22。

2 TPS组态单元结构TPS控制系统的应用软件即用户软件，其组态就是在硬件和系统软件的基础上，将系统提供的功能用软件组态形式连接起来，以达到对具体过程进行控制的目的。

系统应用时先要确定组态单元结构，确定操作站群、区域和单元，以及对每个操作站群名、每台GUS连接外设、每个GUS分配的操作站和LCN节点进行说明操作站群是GUS和相关外设的逻辑概念上的组，每个站群由1台以上的操作站组成，操作站群的主要功能是使显示屏幕和外设共享。

最多可组态10个操作站群，站名可包含24个字符。

该聚酯装置的TPS控制系统设置为一个站群（CONSOLE）。

区域名是系统分配区域数据库时参照的标准，TPS控制系统最多可组态10个区域。

区域数据库限制操作员的操作范围，限制了哪个单元可报警和被哪个操作员控制。

在组态时，限制在区域数据库定义时区域包含哪几个单元。

该聚酯装置的TPS控制系统设置了三个区域，对应于三套工艺过程。

单元是相关点的集合，报警、历史组等均以单元为基础被操作和监控，操作员控制功能也是按单元分配。

单元名主要目的是给定义好的操作单元命名，应一次确定。

TPS控制系统最多可组态100个单元，单元名由1~2个字符组成。

单元说明可在线修改，而单元名的增减和修改需离线进行。

实际应用中在区域下分成了五个单元。

3 TPS组态步骤TPS控制系统的组态内容有：（1）NCF（Network Configuration File）组态，用于定义对系统操作特性和操作环境的一些设置，包含了每一个LCN节点所需的信息。

NCF定义的系统特性，主要为：单元名、区域名、操作站名；LCN硬件（地址和节点类型）、定义的操作范围（系统宽值）、历史模块HM的存储分配（系统存储文件、用户存储文件、连续历史组）。

NCF文件组态后，被下载到每个LCN节点并成为节点数据库的一部分，NCF文件是LCN上每一个节点共用的数据库文件（2）数据点组态。

控制回路就是由一组数据点组成，数据点的组态是组态基础工作。

数据点的分配要考虑硬件地址的分配，应便于软件的编制和减少网络数据通信。

点的有关组态信息主要从PID图、仪表数据表、仪表回路图、PCD图中获取。

数据点的组态过程就是在组态文件中输入组态数据，并将点下装入系统中和将建点内容保存在IDF文件中。

通常情况下组态的数据点有14种，组态方式也较为复杂，数据点参数多达数百种。

（3）历史组组态。

历史组是趋势操作和报表的数据基础，只有在历史组中定义的数据，才会调出其历史趋势画面，报表才能记录其历史数值。

历史组是历史模件HM要采集的过程数据的集合。

每个HM最多容许120个历史组，每个历史组最多有20个参数，可以是PV、OP、SP和点的实数型参数。

（4）用户流程图画面组态。

用户流程图画面是控制系统进行过程控制的重要画面，组态使用在Windows平台上开发的GUS专用软件包Display Builder，可嵌入位图文件和OLE对象，还提供基于Microsoft VB的Script 语言。

组态步骤为：打开Display Builder；绘制GUS静态图（子图、图形、棒图、管线、文字、数据等）；定义动态显示即在流程图上加动态LCN数据，编写Script脚本代码；测试GUS流程图；编译并存储GUS流程图文件。

（5）自由格式报表组态。

不同于标准报表，由用户根据自己需要而设计的自由格式报表。

（6）键组态。

配置操作键盘的自定义键去执行一个或多个功能。

（7）区域数据库组态。

定义操作员进行过程操作界面的数据库。

组态步骤如图3所示。

图3 应用软件组态步骤4 操作界面•Native Window操作窗口•用户流程图操作画面•操作键盘该聚酯装置应用的TPS控制系统配置的GUS操作站选用的是IKB型专用键盘，操作键盘有三个部分：—按键区有80个按键，可自定义79个按键（其中40个带指示灯），编号Button7~85，快捷进入相应的流程图画面或操作组，还有一个试灯键。

—工程师键盘区 109键，PC机通用键盘布置。

—操作控制键盘区过程控制专用键盘，有51个按键，其中在左侧有6个自定义键，编号Button0~6。

在操作控制键盘区还有电源正常、故障指示灯等。

操作者可使用IKB键盘上的球标进行操作，或外接鼠标。

用户流程图操作画面是运行在Windows（NT或2000）下，通过机内专用通信板卡与LCN交换数据，实现动态显示和实时操作。

画面可由定义的键调出或切换。

GUS操作站还提供一个过程操作以及工程组态的窗口Native Window，这是继承Honeywell原有的基本操作站BS、增强型操作站EOS、万能操作站US的操作控制显示方式。

在操作站注册表为管理员（Administrator）状态时，可从桌面点击Native Window进入，或按照Start →Programs →Honeywell TPS →Native Window进入窗口。

再根据系统提示进行加载（LOAD）属性文件。

在操作站注册表为GUS状态时，则直接进入Native Window，再根据系统提示进行加载（LOAD）属性文件。

Native Window操作窗口分三个显示部分：—Menu Bar 菜单条在Native Window窗口上部，有九个菜单条（文件、视图、报警、显示、控制、历史数据、工程组态、访问、帮助）；—操作显示区域在Native Window窗口中部，84行×240字符，显示操作组、细目、趋势、系统状态信息等，与Honeywell原有BS、EOS、US操作站的操作显示基本相同；—Status bar 状态条 Native Window窗口下部，有11个状态键。

结束语该大型聚酯装置的TPS控制系统的一部分于2002年4月投用，一年后在非停车状态扩展增加操作站和控制器及连接网络，至今系统已连续安全运行四年半，期间的在线系统扩容连接HPM、LCN和UCN线缆及组态，都体现了TPS控制系统的优势和高可靠性能，同时保证了该大型聚酯装置稳定高产连续运行，提高了聚酯装置的控制水平和工艺处理能力，经济效益也非常显著。

虽然Honeywell已推出新的PKS控制系统，其它厂家也有系统发布或改进，但TPS控制系统在该大型聚酯装置成功应用对于国产化大型聚酯装置控制系统选择应用仍有着借鉴推广意义。

2007.3.9参考文献：1. Honeywell TPS技术手册。