控制网

引言

    当今自动化技术几乎都是由计算机系统和计算机网络来实现的。近几年由于通讯技术和通讯网络的飞速发展，大、中型控制、监测系统――TPS、ESDS在石油、化工、电厂的应用相当广泛。在众多自控系统制造商中HONEYWELL公司的产品在我们天津大沽化工股份有限公司的应用是最为广泛的，目前在我们公司有12套HONEYWELL公司的产品在运行，如VCM、PO、PVC等，其中我们公司200,000吨VCM工程（天津市十五重点工程――100万吨聚氯乙烯工程的一部分）的自控及紧急停车系统是采用的HONEYWELL公司的TPS+FSC方案。下面我来介绍一下TPS和FSC这两个系统。

1.  TPS和FSC的网络结构图及硬件构成

    TPS是Total Plant Solution的缩写，即全厂一体化解决方案，是将整个工厂的商业信息系统与生产控制系统统一在一个平台上的自动化系统。TPS在装入OPC SERVER 软件后，通过光纤与总厂调度相连，实现了总厂调度对各个分厂的实时生产信息进行监控。FSC是Failure Safety Control的缩写，即故障安全控制，属于紧急停车系统。TPS和FSC的关系是可以各自独立使用自成系统，又可以结合使用，组成一个既可以进行常规控制又可以进行安全监测的大系统，其网络结构图如图1所示。

                               图1 TPS & FSC 网络结构图
1．2  系统的最顶层网络是冗余、高速传递信息以太网。以太网采用TCP/IP协议、C/S结构、100Mbps数据传送率。与交换机相连的设备各自独占通道大大提高了通讯效率和确定性。为提高可靠性，以太网采用的是冗余配置。

1．3  该系统的中间一层是各个操作站和应用站，同时包括历史模件HM，由LCN网、NIM模件和UCN网与下一层的HPM、SM相连接。其中HM是存储模块，可以存储并能提供快速读写的功能。NIM是一个网络接口模件，用于通讯。

1．4  网络的下一层包括HPM（High Performance Process Manager）和SM（Safety Manager）。HPM和SM是过程处理单元，它们都是冗余的，对所有数据进行实时采集、监控，同时各个控制站作为子系统把实时数据又传输到中央监控中心的全局控制器中，支持了整个系统的综合监控。SM挂在UCN网络上，在这里是作为一个控制站来使用的，SM当然也可以作为一个独立的系统来使用。这种分层分布式监控系统的通信方式是一种新的网络通信方式，它是在带宽较大、数据传输速度很高的水平上进行的。

2          TPS系统功能概述

2．1  丰富、生动的画面监视管理体系

    在TPS操作站中，可对整个系统中所要求的所有监控对象的所有点及点信息进行系统组织、综合管理、实时监控，并用丰富、生动的画面，诸如：多窗口画面，多层次画面等，将主系统和子系统的总貌、流程图、趋势图等显示出来。

2．2  灵活的组态功能
    TPS系统具有强大的组态功能，可以在工程师站对系统构成及功能设置、工程需求灵活组态，也可以修改组态，完善系统组态。通过修改组态，可以使系统逐步完善并实现许多特殊功能。

2．  3  完善的报警功能
    TPS系统的各个操作员站都具有完善的报警功能，可将报警信息进行分类、筛选、重组织、建立一个报警体系。在报警体系中，我们可以根据化工单元操作的重要性，对工艺测量点的报警级别进行分类。

2．4  强大的历史数据功能
    TPS系统设计了强大的历史数据功能，系统可以对历史数据进行处理、分析、统计和点趋势功能。它可以把任意变量点编辑在一个历史组中，查看历史趋势，进行化工单元操作，还可以打印。

2．5  文件处理、归档功能以及报表功能
    TPS系统具有对各类文件的处理功能，对各类数据和文件进行归档，并且可以制作各类用户所需要的报表以及打印。
2．6  连锁逻辑功能
    TPS系统具有连锁逻辑功能。为了满足工艺安全生产的要求，我们能在TPS系统做连锁逻辑框图，以至于在必要的时候实施紧急停车。例如：200#的HCL泵（PB203A/B）的连锁逻辑就做在了TPS系统上。一但出现危险情况，TPS就发出停泵信号。

3． TPS系统的软件构成

    现在我们选用的TPS系统是基于Window 2000平台。操作员界面具有人机友好的操作性，服务器具有很好的扩展性和开放性。
    TPS系统的组态软件，它是运行于工程师站和操作员站的软件，是用户应用环境的组态工具，该工具主要包括：NCF组态、系统硬件设置和配置、实时数据生成、控制点的组态、图形画面生成的Display builder、报表生成、以及用于组态顺序控制的CL程序包。

4． TPS系统组态
    TPS系统组态可以分为硬件组态和软件组态。

4．1  硬件组态

硬件组态是根据单元操作的工艺要求设置硬件结构，接下来进行硬件地址设置以及NCF组态。NCF组态属于系统组态的一部分，一但组态完成后，将不轻易做修改，因为它的修改涉及到自控系统的组态。

4．2  软件组态

软件组态的工作量是相当大的。（1）要建立I/O变量点，I/O变量点是联系系统与现场仪表的纽带；（2）控制回路组态，包括简单回路及复杂回路；（3）绘制带控制点的工艺流程图，在带控制点的工艺流程图界面下操作员可以实施对现场的控制；（4）根据顺控逻辑框图进行CL语言的编写；（5）连锁逻辑回路组态；（6）报警点的组态及历史趋势曲线组态。

    TPS系统承担了该装置的常规控制任务，包括单回路、复杂回路及时序控制等。

5． FSC―SM概述

FSC是故障安全系统，系统符合安全标准DIN Ⅴ 19250 AK1―6 级和IEC 61508SIL1―3级，并得到TUV认证。FSC系统不仅能实现用户的生产过程的安全控制，而且其自诊断功能也确保了系统本身的安全性，从而确保了现场生产的安全性和可靠性。

FSC―Fail Safety Control 故障安全控制系统

SM―Safety Manager 安全管理器

SMS―Safety Management System 安全管理系统

FSC通过通讯卡SMM挂在UCN网上，成为UCN上的节点。FSC也可以采用RS232/485通讯方式通过HPM上的SI卡（串行通讯卡）将数据传输到TPS系统中。

5．1  FSC原理框图

FSC原理框图如图2所示。

图2 FSC原理框图

     5．2  FSC网络结构图

FSC网络结构如图3所示。

                               图3 FSC网络结构图
               5．3  FSC硬件结构

Central Part―CP，CP是FSC系统的核心部件，它包括的卡件类型有

²        控制处理器卡（CPU）： 读输入信号，执行功能逻辑程序，写输出到输出卡。

²        通讯处理器卡（COM）： 与其他计算机系统进行通讯。每个CP

最多可以有4块COM卡。

²        系统状态监视卡（WD）：    监视CPU的操作和操作条件，操作是指CPU在指定的时间内完成全部任务，操作条件是指CPU内存中的数据完整性。如果WD检测到故障，就会断开FSC系统的安全输出而不管CPU的状态如何。

²        诊断及电池卡（DBM）： 诊断显示，实时时钟，后备电池等功能。

²        竖向总线驱动卡（VBD）：实现CP和IO卡之间的数据通讯。

5．  4 FSC系统组态

FSC系统组态（System Configuration）主要有以下内容：

²        Install：系统参数组态、CP设置。

²        Signal Spec：过程点清单。

²        Hardware Spec：过程点的参数组态，确定硬件通道。

       
     5．  5 功能逻辑框图设计

功能逻辑框图设计简称FLD（Functional Logic Diagrams）,用户可直接使用与、或、非的逻辑图的方式实现用户的逻辑功能。系统允许用户画999张逻辑图，提供逻辑、算术、计时、计数、PID等运算模块。

        FSC肩负了该工程的的ESDS（紧急停车系统）及连锁控制逻辑的任务。

总结

总之，我们天津大沽化工股份有限公司200，000吨VCM工程所采用的自控系统是比较复杂的，随着系统的运行，我们会对TPS & FSC有更深的了解。它也必将会给我们公司带来巨大的经济效益。

参考文献：

《TPS培训教程》 ，中石化霍尼韦尔

《FSC培训教程》 ，中石化霍尼韦尔