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1、HONEYWELL TPS系统硬件简介,重庆合川发电有限责任公司 朱华夏,1,一.TPS控制系统简介,DCS系统即分散控制系统（DCS Distributed Control System ）是七十年代以来出现的一种新型控制系统，这种系统以计算机为基础，应用了网络通讯技术、计算机技术、过程控制技术，具有控制功能分散、操作管理集中的特点，能适合不同的应用规模和要求，便于设计、维护和操作使用。TPS(Total Plant Solution)即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，他将过程控制网络、实时操作网
2、络、工厂信息网络融为一体，构成三条网络管理控制一体化。,2,二.TPS发展历程,1984年开发局部控制网络(Local Control Network，LCN)，推出TDC3000系统，原有的TDC2000系统的设备通过数据高速通道接口(Hiway Gateway，HG)与LCN相连。1988年，推出通用控制网络(Universal Control Network，UCN)，过程管理 器(Process Manager，PM)和逻辑管理器(Logic Manager，LM)。UCN通过网络接口模件(Network Interface Module，NIM)与LCN相连。1992年，推出了PM的
3、改进产品先进过程管理器(Advanced Process Manager，APM)。1995年，推出APM的改进产品高性能过程管理器(High Performance Process Manager，HPM)1996年，推出了基于Power PC的第一代全厂一体化解决方案系统（Total Plant Solutions，TPS）1997年改为基于PC的系统，并开发以PC为硬件平台，以Windows NT为软件平台的应用节点（Application Node，APP Node）,3,三.TPS控制系统的特点,TPS是一个统一的平台:将用户的商业信息和工厂控制系统无缝地集成在一起。TPS是开放的:
4、基于微软WindowsNT工作站，TPS被设计为NatiVe Window而嵌入在NT环境中，拥有NT的更多功能，灵活易使用。TPS核心技术:TPS将包括Windows NT操作系统、OLE公共软件、ODBC公共数据库等技术集成在一起。TPS提供唯一的人机接口:TPS提供唯一的人一机接口，即GUS，GUS是基于Windows界面。TPS结构开放并且安全：TPS系统采用了安全的工业网络。,4,四.TPS系统的典型配置,TPS系统采用三层网络结构：PIN以太网、LCN终端网、UCN控制网,5,五.TPS局部控制网络（LCN）,1. 概述：LCN是一条通信速度5Mbit/s、冗余的通信总线，用以支持
5、网络节点模件之间的通信，采用IEEE802.4协议、串行传输信号，为广播式通信、令牌存取通信控制方式，总线拓扑结构。LCN网上所有模件均有两个LCN接口，对两条冗余同轴电缆均有发送和接收电路，当一个发生故障，另一个备用接替。LCN网还发送一个12.5KHz系统同步时钟信号，用以保持各模件的时间同步。一个LCN网络最多连接64个节点（Node），最多可挂20条UCN网。LCN网区间同轴电缆长度一般不超过300米，使用光纤一般不超过2000米。2. LCN网络的功能在网络各设备之间传送所有信息按有效规约和高速通信，保证实时信息交换通过冗余的传输媒介及信息完整性检查，提供可靠的通信,6,3.LCN网
6、络结构:,总线拓扑结构串行通讯，5M/s介质：同轴电缆 40节点/300m 光纤网缆 64节点/4.9km广播型通讯方式，令牌环传递电缆A/B冗余设置自动、手动、遇故障切换通过T型头扩展至节点两端加75终端电阻,7,4.LCN的连接（一般采用同轴电缆作传输介质）,LCN网络的硬件连接通过“T”型头串接而成。终端电阻为75欧。除了GUS外，其余LCN网络设备全部放入到LCN柜中。硬件接线示意图如下图：,8,5.LCN常见设备,GUS：全方位用户操作站NIM： 网络接口模件HM： 历史模件AM： 应用模件,9,GUS:Global User Station 全方位用户操作站,1.主要功能:GUS是
7、TPS系统的人机接口，是网络上的重要节点，以WindowsNT为操作系统，在其平台上的NativeWindows窗口（此窗口是为了兼容原有的TDC-3000操作界面，在NT下由NativeWindows软件转换），用于整个LCN系统的信息访问、监控、管理和操作。GUS通过LCNP与LCN网连接，NativeWindow与LCNP软件连接。GUS支持动态实时显示，使用显示器和IKB专用键盘，通过标准显示画面和工厂过程显示画面操作工艺过程，显示处理信号报警，打印报告，报表及日志，系统状态显示等。工程师可通过GUS完成网络组态、建立过程数据库、建立流程图画面、编制控制程序以及自由报表。还可以通过GU
8、S进行系统硬件状态的现实，进行系统故障诊断 。,10,2.硬件:,电脑主机、显示器和外设LCNP卡IKB集成键盘MAU盒及MAU连接电缆,11,MAU盒和“T”型头,12,NIM(Network Interface Module)网络接口模件,概述：NIM是连接LCN局域网控制网络和UCN万能控制网络的网络关口，可以完成两个不同通信协议网络的数据传输和通信协议转换，既是LCN网的节点又是UCN网的节点，具有双重身份 ，发挥着承上启下的作用。LCN网上的模件通过NIM可以对UCN上的模件的数据进行读写，可以将程序和数据库装载到HPM,对于UCN设备产生的报警和操作提示信息也可以上升到LCN。NI
9、M对LCN网络和UCN网络时间进行同步处理，将LCN网的时间向UCN网广播。NIM冗余配置，当主NIM发生故障时，系统将自动切换到备用的NIM上。功能：提供LCN网络访问UCN网络的接口。实现LCN和UCN之间通讯协议和数据格式的转换实现LCN与UCN的实时数据交换实现LCN模件对UCN设备中数据的访问使程序和数据库可以加载到HPM中UCN设备上的报警与信息可传递到LCN上,13,NIM特性,每条LCN网络允许20个冗余NIM对每条UCN网络允许3个冗余NIM对每个NIM 允许处理8000个有名点每秒数据流通量为 1200个参数NIM硬件K4LCN属性板EPNI特性板NIM MODEM板,14
10、,模件箱结构图,可以安装两个LCN模件 两个独立的供电电源,15,NIM模件的K4LCN属性板和EPNI特性板,16,NIM模件的NIM MODEM板,17,HM（History Module）历史模件,概述：历史模件（HM）是TPS系统的唯一的永久性存储单元，是储存TPS数据的文件服务器，是一个具有大存储量的模件，用于存储系统文件、用户软件和过程历史数据，为LCN 网络各节点所共享。双硬盘冗余配置。功能：文件服务器；存储系用户应用软件，包括用户编制的应用数据库、控制语言和操作画面 ；采集过程历史数据和历史事件并存储过程报警、操作员状态改变、操作员信息、系统状态改变、系统维护提示信息、连续过程
11、历史数据及点检测(CHECKPOINT)备份文件等。HM是TPS系统的重点，所有LCN节点的重新启动都需要从HM中读取属性文件，不能或缺。,18,SBHM（单板HM）,19,AM（Apply Module）应用模件,强大的控制语言（CL语言），能实现高级控制算法，主要用于UCN网间通讯,20,NG模件,主要负责#2主机与公用系统的数据传输，NG模件用于连接2条独立的LCN网络，并可实现可控的互操作，主要是为了实现2号机组对公用系统的操作要求。,21,六.TPS通用控制网络（UCN）,1. 概述：UCN网由冗余的同轴电缆组成，其中一根电缆叫做UCN A另一根叫做UCN B。采用IEEE802.4
12、和ISO标准通信协议，通信速度5Mbit/S，令牌传送方式，可挂32对冗余节点。UCN利用对等通信功能（点对点PEER TO PEER）实现过程数据共享及先进复杂控制。UCN网通过NIM和LCN网相连并进行实时数据通讯。UCN网长度通常为700米，最长可达4.9Km。2. UCN常见设备NIM： 网络接口模件HPM：高性能过程管理站,22,HPM(High-Performance Process Manager)高性能过程管理站,功能：HPM是Honeywell最新的过程控制器，是在过程管理站PM(Process Manager) 、高级过程管理站APM(Advanced Process Ma
13、nager)基础上连续发展而来的，采用先进的多处理器并行处理结构技术，用不同的处理器完成不同的任务。HPM的控制功能在HPMM中实现，提供大量的功能模块，使用者（自控工程师）具有充分的灵活性来分配、使用HPMM的各种控制功能，最大限度运用各种数据点和控制功能模块。组态是交互式的。HPMM的控制功能包括一套完整的常规控制算法集、丰富的逻辑功能和面向过程的高级控制语言CL/HPM。在TPS系统中一个定义位号的功能槽称为一个数据点或称过程点，是TPS系统组态中的最小单元。HPM包括两大类数据点，一类是在I/OP的点，完成对过程变量的输入与输出处理；一类是HPMM中的点，完成对受控过程的各种控制方案。
14、结构：HPM控制器由三块卡件构成：UCN INTERFACE MODULE、COMMUNICATION/CONTROL PROCESS、I/O LINK PROCESS,23,HPM控制器,24,HPMM数据点的类型：常规PV算法点（Regulatory PV），常规控制算法点（Regulatory Control），数字综合点（Digital Composite），逻辑运算点（Logic），设备控制点（Device Control），过程模块点（Process Module）,数组点（Array）,标志点（Flag），数值点（Numeric），时钟点（Timer），字符串点（String），
15、时间点（Time）。HPM并行处理的结构使得控制功能与其它功能完全独立，如I/O点的数量、HPM向NIM或其他UCN设备请求数据、报警功能等等。在组态HPM控制功能时，只需考虑所需控制点（Slot）的类型和扫描频率（或处理间隔）。HPM的处理能力是用“处理单元（PU）”来衡量，若扫描频率为1秒，则每个HPM可以有800个PU。常规点、逻辑点、数字综合点和设备控制点可以组态成不同的扫描频率（1/4秒、1/2秒或1秒）。若某数据点组态为1/4秒的扫描频率，则这一点就要占4个PU。也就是扫描频率越快，耗用的PU就越多。数组点、标志点、数值点、时钟不占用PU。HPM还具有写保护功能、报警系统功能和I/
16、OP卡带电插拔的安全功能。,25,组成：HPM包括高性能过程管理模件HPMM、I/O子系统组成。,HPMM由通信处理器和控制处理器、I/O链路接口处理器和UCN网络接口等组成，一般HPMM选冗余。HPMM通信处理器具有很强的网络通信能力，完成网络数据存取、对等通信等功能，同时对现场过程控制器产生的报警进行精确的时间标记。HPMM控制器完成常规控制、逻辑控制、顺序控制的功能，同时执行用户的CL/HPM程序。由于通信和I/O处理分别交给不同的处理器完成，因此控制处理器可以发挥强大的功能，专门完成控制策略。I/O链路接口处理器是HPMM与I/O子系统的接口。I/O子系统包括冗余的输入输出链路（总线）
17、和多达40对冗余的I/O处理卡（IOP卡），这些卡件完成所有现场输入信号的数据采集和控制功能，IOP卡不需要HPMM的介入，直接完成过程信号的工程单位的转换、报警处理、数字滤波。所有的控制功能都是在HPMM内完成，而数据采集和信号调制功能均在I/O处理器模件完成。为了增加控制的安全性，多种型号的模拟量输入卡、模拟量输出卡、开关量输入卡、开关量输出卡均可选择冗余配置。若采用冗余的光纤电缆I/O链路扩展器，可以将IOP卡安装在远离HPM机柜8000米外的地方，实现远程输入输出。,26,HPM卡件箱：卡件为HPMM、I/OP和FTA。HPMM模件有两块卡组成：通信/控制卡（Communication
18、/Control Card）实现与UCN的通信、控制算法运算；I/O链路模件（I/O Link Card）实现I/OP与HPMM之间的数据传输。I/OP卡（Input/Output Processor）和现场接线端子组件FTA（Field Termination Assemble）完成所有现场I/O信号的扫描和处理。本着功能分散的设计思想，I/O的处理与控制功能的处理是完全分开，因此I/O的扫描速度与I/O数量、控制器的负载大小、处理能力和报警无关，I/O的扩展也非常的容易。HPM可带14种类型的I/OP卡，每一种类型的I/OP卡都有相对应的现场接线端子组件FTA。FTA直接连接现场信号，实现
19、信号隔离与转换，具有浪涌保护、限流等功能。TAPS：用于连接UCN网络和UCN网络设备件的设备。其类型有2、4和8个接口3种。注意TAPS在接法上的特点：其上带有白点的一端必须和另外一个TAPS不带白点的一端连接！UCNA和UCNB不能混接在一起。TAPS的外壳必须接地。终端电阻：TPS系统所有网络没有挂接设备的节点必须用75电阻连接（包括LCN和UCN网络）。,27,TAPS和FTA板,28,I/OP卡件,29,七.GUS状态条Status Bar,_-：Native Windows窗口的连接ACK：报警确认。SIL：报警消音。A：调出区域报警总貌画面C：调出站群状态画面M：调出CL程序信息画面S：调出系统状态画面RTJ：实时杂志请求。ENG/LOAD：改变键锁(软)位置/GUS装载属性文件OVR/INS：字符输入方式(覆盖/插入)。LEDs:XX：显示GUS在TPN(LCN)网络的地址，同时调出LCN板的状态显示画面。,30,31,八.Native Windows窗口启动（即LCNP装载GUS属性软件）,启动装载：如果Native Window出现按“LOAD”键出现W，N，1，2，3，4，X？ 键入 W 回车等待出现提示NCF？N，1，2，3，4，X？键入 N 回车 等待出现系统状态画面,32,
