霍尼韋爾TPS系統在我廠的使用及安全策略

1 前言
隨著我國社會經濟迅速發展，自控領域中的佼佼者DCS也得到了快速的推廣。在我事業部 “苯酚丙酮裝置”中自控儀表部分就采用了2套DCS系統，西區苯酚丙酮裝置DCS采用的是霍尼韋爾公司的TPS系統，東區苯酚丙酮裝置DCS采用的是國產北京和利時的MACSⅡ系統。集中了連續控制、批量控制、順序邏輯控制、數據采集等功能為一體。雖然DCS在管理上：采取了管理、操作、顯示、記錄的集中式；在控制上：采取了功能分散、負荷分散、危險分散式的工作方式。但是，DCS系統中的任何一個環節一旦出現問題，都將會帶來嚴重的后果。因此，如何正確地使用、維護DCS，確保DCS的長周期安全運行顯得尤為重要。
分散控制系統DCS（Distributed Control System）又名集中分散控制系統（簡稱集散控制系統），是及計算機技術、控制技術、通訊技術和CRT技術一體的綜合性控制系統，通過操作站對整個工藝過程進行集中監視、操作、管理。DCS概括起來可分為集中管理部分、分散控制監視部分和通訊部分三大部分。集中管理部分又可分為操作站、工程師站和上位計算機，操作站是由微處理器、CRT、鍵盤、打印機等組成的人機系統，實現集中顯示，集中操作和集中管理。工程師站主要用于組態和維護。分散控制檢測部分按功能可分為現場控制站和現場檢測站。現場控制站是由微處理器、存儲器、I/O輸入輸出板、A/D、D/A、轉換器、內總線、電源和通信接口等組成。可以控制多個賄賂，具有較前的運算能力和各種控制算法功能，實現分散控制。現場控制站或叫數據采集裝置也是為計算機結構，主要是采集非控制變量已進行數據處理，并將某個采集的過程信息及高速數據公路送到上位計算機。同心部分有較高數數據公路，是實現分散控制和集中的關鍵。DCS的基本結構圖如下：

雖然DCS在管理上：采取了管理、操作、顯示、記錄的集中式；在控制上：采取了功能分散、負荷分散、危險分散式的工作方式。但是，DCS系統中的任何一個環節一旦出現問題，都將會帶來嚴重的后果。因此，如何正確地使用、維護DCS，確保DCS的長周期安全運行顯得尤為重要。
2 TPS系統的概貌
　　TPS是Total Plant Solution 的縮寫，它是一個將整個工廠的商業信息系統與生產過程控制系統統一在一個平臺上的自動化系統。
2.1 TPS系統的特點
2.1.1、開放性
　　TPS系統的PCN網絡即工廠信息網絡，采用的是目前辦公自動化領域中使用最廣泛的以太網。TPS系統中的GUS全方位操作站提供標準的以太網接口，可使全廠管、控一體化輕而易舉地完成。GUS工作站以WINDOWS 2000作為操作平臺，TPS被設計為Native Window而嵌入在NT環境中，它擁有NT更多功能。TPS系統的LCN、UCN通信網絡均采用了ISO（國際標準化組織）制定的ISO802. 4和IEEE（美國電機及電子工程師學會）制定的IEEE802. 4開放系統互連的標準，以ISO的OSI七層模型為基礎，遵循MPA（工廠自動化協議）網絡標準，令牌總線網絡通訊。
2.1.2、人機接口
　　TPS系統全方位用戶操作站（GUS），它是面向過程的單一窗口。采用了高分辨彩色圖像顯示器（CRT）技術、窗口技術（Windows）及智能顯示技術等，每個GUS工作站都能存取TPS系統范圍廣泛的數據。用戶可以設計從簡單到復雜的各種用戶顯示畫面，以供操作者富有特色的操作。每個GUS操作站都帶三種屬性，1、操作員屬性：供操作人員監視生產過程和TPS系統本身工作狀況；2、工程師屬性：供工程師進行系統組態及軟件更新；3、維修屬性：供維護人員跟蹤系統運行并診斷系統故障。GUS操作站是一個集高科技于一身的控制產品，為用戶提供了優秀的人機接口。
2.1.3、過程控制功能
　　TPS系統過程接口的數據采集和控制的范圍非常廣泛。它可以分散在一個或多個萬能控制網絡（UCN）上的HPM過程控制站、LM邏輯控制站上進行，還可以從其它公司的設備上獲取數據。這些數據適用于系統所有模件。系統的控制策略包括有常規的、邏輯的、順控的、批量的控制。可從簡單的常規PID控制到先進復雜的高級控制，生產的范圍從連續生產到間歇生產。
2.1.4、工廠管控制一體化
　　TPS系統是一個規模龐大的系統，它可以根據用戶工廠綜合管理的需要與工廠信息網相連，構成范圍廣泛的計算機綜合網絡系統，實現先進復雜的優化控制，實現對生產計劃、產品開發、銷售、生產過程及有關物質流和信息流進行綜合管理，構成網絡化自動化工廠企業，即構成用計算機管、控一體化的系統。
2.2 TPS系統構成：
　　TPS系統主要由GUS（全方位用戶操作站）、HPM（高性能過程管理站）NIM（通訊網絡接口）、HM（歷史模件）、AM、打印機和通訊網絡PCN、LCN、UCN等組成。以我廠TPS系統為例，系統配置圖如下：

西區苯酚丙酮TPS系統結構圖
　　我廠西區TPS系統分為三個部分：氧化系統部分、異丙苯系統部分、精致系統部分、回收系統部分、調度系統部分。共有GUS操作站9臺、Remote操作站1臺、2套冗余的網絡接口模件NIM、1個歷史模件HM、3套冗余的高性能控制器HPM、1對余的LCN通訊電纜和UCN電纜、調度系統的通訊是通過1對冗余的光纜連在TPS系統的PCN網上。
PCN：計算機局域網，即以太網，其上的計算機可運行Honeywell 的一些離線組態軟件（TPS Builder，Display Builder 等）及其它應用軟件。
LCN：TPS的控制管理網，主要掛Honeywell的GUS/US/UxS/UwS/APP/AM/AxM/CG/PCNM/HM/PHD/NIM/HG等設備。
UCN：TPS的過程控制網，主要掛NIM/HPM/APM/PM/LM/SM等設備。
NIM：網絡接口模件，提供LCN網絡訪問UCN網絡的接口，轉換LCN的技術和協議到UCN的技術和協議。
HPM：高性能過程管理器，用于掃描和控制TPS系統過程數據。
HM：歷史模件，用于存放TPS系統的各種屬性文件、應用程序、歷史記錄等。
GUS：全方位用戶操作站，人機接口。
Remote GUS：遠程操作站（View only）。
3 TPS系統在我廠使用中遇到的問題
網絡接口模件NIM頻繁死機。現象：我廠TPS系統是一對冗余的NIM，在使用過程中總有其中一個NIM運行不到1周就出現FAIL狀態（不是固定的，只要有2臺NIM同時運行，就會有一個死掉），進行復位時自檢通不過，故障指示燈FAIL亮。若將該NIM停電一段時間后，再送電投運，NIM又能正常工作，但幾天后又變為FAIL。NIM是TPS系統中連接控制器HPM和操作站GUS的網絡接口模件，非常重要，所以采用的是冗余配置，一旦該接口數據中斷，操作站上將看不到任何現場數據，也不能進行操作，對于連續生產的化工行業來說是致命的危險。
　　經過一段時間的檢查我們確定NIM本身并無質量問題，于是我們開始著手對整個DCS系統的檢查，根據以上現象把重點放到了系統的接地上，理由是：如果接地不好，則造成模件上的靜電不能有效釋放，而干擾模件的正常運行。TPS系統的接地共有三個：Safety Ground（安全地）、Lightning Ground（雷擊地）、Master Reference Ground(主參考地，簡稱MRG)，其中安全地與MRG為獨立接地。
　　系統要求：安全地：當工廠有齊納接地或屬于雷擊區時接地電阻為0.1Ω，當不存在以上情況時接地電阻應小于5Ω；雷擊地小于0.1Ω；MRG地視情況其接地電阻在1Ω～5Ω間，MRG地與其它地之間相隔距離不小于3m。經實測我廠TPS安全地接地電阻為0.75Ω，根據我廠區的情況是滿系統要求的；MRG接地電阻為0.91Ω，也在系統要求范圍內。但離MRG接地4m處是我廠的305配電室，為了排除305配電室的干擾，我們重做了一個MRG地，且遠離305配電室，新的MRG接地電阻為1.17Ω。啟用新地后NIM運行良好，未出現以前的故障情況。
4 TPS系統的安全策略
　　Honeywell的TPS系統有一套裝機盤，若你采用Honeywell提供的裝機盤安裝，則整個系統的安全策略是做好了的（英文版）。但如果你想單個軟件安裝，則有關系統的安全策略就得自己動手做了。
現將我們的有關做法簡單介紹如下：
①、在安裝好WIN2000及TPS的系統軟件后，以Administrator的身份進入系統。在開始→程序→管理工具中創建一個新用戶Operator，在選組中將其設為Administrator groups組，在用戶權限規則中設置為備份文件和目錄。
②、以Operator身份進入系統，在開始→程序→設置→任務欄→開始菜單程序→高級→開始菜單中創建用戶流程圖Main.pct 的快捷鍵（若是GUS操作站，則再建一個Native window窗的快捷鍵）。
③、在開始→運行欄中運行注冊表編輯器程序Regedit.exe。在注冊表編輯器中打開HKEY_CURRENT_USER\Software\Microsoft\Windows\current Version\Policies\Explorer子鍵分支，在該子鍵中完成Opertor用戶的系統環境設置。通過新建REG_DWORD類型的鍵值項數據來完成。
新建REG_DWORD類型的鍵值項數據NoClose，并將其鍵值設為1。功能是：屏蔽“開始”菜單中的“關閉計算機”選項。
新建REG_DWORD類型的鍵值項數據NoCommonGroups，并將其鍵值設為1。功能是：屏蔽“開始”菜單下“程序”的公用子菜單。
新建REG_DWORD類型的鍵值項數據NoRun，并將其鍵值設為1。功能是：屏蔽“開始”菜單中的“運行”菜單。
新建REG_DWORD類型的鍵值項數據NoFind，并將其鍵值設為1。功能是：屏蔽“開始”菜單中的“搜索”菜單。
新建REG_DWORD類型的鍵值項數據NoSetFolders、NoContrdPanel、NoNetWorkConnection、NoSetTaskbar，并將其鍵值設為1。功能是：屏蔽“開始”菜單中“設置”菜單中的選項。
新建REG_DWORD類型的鍵值項數據NoWindowsUpdate，并將其鍵值設為1。功能是：屏蔽“開始”菜單中“Windows Update”選項。
新建REG_DWORD類型的鍵值項數據NoRecentDocsMenu，并將其鍵值設為1。功能是：屏蔽“開始”菜單中的“文檔”選項。
新建REG_DWORD類型的鍵值