Experion PKS過程知識系統(tǒng)的運用

針對Honeywell公司Experion PKS過程知識系統(tǒng)的硬件配置、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、組態(tài)工具等方面進行了介紹，并結(jié)合具體運用，對系統(tǒng)進行了肯定。
　　
　　1 系統(tǒng)概要
　　 兗礦國泰化工有限公司是以生產(chǎn)醋酸、甲醇為主導(dǎo)產(chǎn)品的新型現(xiàn)代化企業(yè)。醋酸裝置工藝流程監(jiān)視、控制系統(tǒng)選用了Honeywell公司新推出的Experion PKS過程知識系統(tǒng)(簡稱EPKS系統(tǒng))，它是一體化的混合控制系統(tǒng)，是世界上第四代DCS控制系統(tǒng)的代表，其核心是基于開放且功能強大的Microsoft公司的Windows 2000服務(wù)器/客戶系統(tǒng)。它由高性能
　　的控制器，先進的工程組態(tài)工具，開放的控制網(wǎng)絡(luò)等，構(gòu)成了先進的體系結(jié)構(gòu)。這套系統(tǒng)在我公司的自動化控制方面起到很重要的作用。
　　2 EPKS系統(tǒng)硬件配置
　　EPKS系統(tǒng)的核心部件是混合控制器(簡稱C200)，包括電源、機架、控制處理器模件(CPM)、控制網(wǎng)絡(luò)通訊模件(CNI)、以太網(wǎng)接口模件、輸入輸出模件和可選的冗余模件(RM)、電池擴展模件(BEM)等組成。所有模件都支持帶電插拔，且適應(yīng)惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。C200適用于廣泛的工業(yè)應(yīng)用，包括連續(xù)過程、批量過程、開關(guān)量運算以及機械設(shè)備控制等各類型的控制。對于要求將調(diào)節(jié)控制、快速邏輯控制、順序控制以及批量控制諸應(yīng)用一體化的集成應(yīng)用，C200是最理想的控制器。
　　
　　
　　結(jié)合EPKS系統(tǒng)在我公司具體應(yīng)用，對其硬件作簡要介紹：
　　 如圖1為混合型控制器C200基本布置：①表示電源模件，②表示CMP模件，③表示CNI模件，④表示BEM模件，⑤表示RM冗余模件，7表示IOLIM模件，0～9代表此機架為十槽位機架。
　　 1)機架：機架有五種規(guī)格：4槽、7槽、10槽、13槽和17槽。我公司所選用的是十槽位的機架，機架預(yù)留兩槽位，以備系統(tǒng)擴展。
　　 2)電源模件：電源模件有兩種選擇，非冗余或冗余配置，有120/240VAC和24VDC可選。此電源模件與機架是分離的，不占用槽位，安裝在機架的左邊，用于機架底板的供電。為確保系統(tǒng)的可靠性，每個機架還可以選擇配置冗余的電源供電。
　　 3)CPM模件：控制處理器模件(CPM)是系統(tǒng)的核心，它是雙槽寬度的，占用兩個槽位。處理器是100MHz的PowerPC 603E，帶有8M字節(jié)的EDAC內(nèi)存(帶出錯檢驗和校正電路設(shè)計的內(nèi)存)。CPM模件支持非冗余或冗余配置兩種方式，可對處理器進行手、自動切換，我公司選用的是冗余配置。4M字節(jié)帶奇偶校驗的閃存(Flash ROM)CPM模件，用于存儲系統(tǒng)軟件，并且容易進行升級。內(nèi)置在控制器中的鋰電池用于保存控制器的數(shù)據(jù)庫。
　　 4)GNI模件：EPKS系統(tǒng)的服務(wù)器(Server)通過Control
　　Net Interface控制網(wǎng)絡(luò)通訊(CNI)模件和控制器進行通訊。CNI模件連接控制器到ControlNet控制網(wǎng)絡(luò)上。
　　 5)BEM電源擴展模件：當系統(tǒng)電源掉電時，BEM模件開始工作，以防止CMP內(nèi)已經(jīng)下裝并激活的程序丟失。它可以為CMP提供約6天的供電。
　　 6)RM模件：冗余模件(RM)占用機架雙槽位，它提供兩個控制器機架的控制處理器冗余。基本控制器和冗余控制器之間的同步對用戶是完全透明的。工作時一個控制器為主，另一個為輔，當主控制器故障發(fā)生時兩控制器進行切換，切換時間對應(yīng)用來說是可以忽略不計的。使用光纖電纜連接兩個機架中的兩個冗余模件，光纖電纜可以在線更換，且不影響過程控制。
　　 7)l/O連接接口模件(LOLIM)：Honeywell公司過程管理站I/O的集成，使EPKS系統(tǒng)擁有過程管理站I/O(PMIO)的強大能力和極大的魯棒性。LOLIM模件占用機架雙槽位。通過LOLIM模件通訊，將PMIO集成進EPKS系統(tǒng)，使I/O處理器卡件很容易實現(xiàn)冗余，使I/o系統(tǒng)的可用性提升到最高水平。
　　 8)輸入輸出子系統(tǒng)：混合控制器的輸入輸出子系統(tǒng)有四種系列：A系列機架型(CIOM-A)，A系列導(dǎo)軌型(RIOM-A)，用于危險環(huán)境的H系列導(dǎo)軌型(RIOM-H)，和過程管理站I/O(PMIO)。在四種子系統(tǒng)中，由于PMIO提供了具有高度靈活性的數(shù)據(jù)監(jiān)測和控制功能，特別其具有增強的I/O處理能力和獨有的冗余I/p配置選項，因而具有廣泛的應(yīng)用。PMIO主要由輸入／輸出處理器(10P)和現(xiàn)場終端元件(呵A)構(gòu)成。IOP和呵A最終執(zhí)行對PMIO現(xiàn)場設(shè)備的輸入和輸出掃描和處理。
　　3 PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
　　 (1)一體化的網(wǎng)絡(luò)支持
　　 1)Ethernet：一種商用的開放的網(wǎng)絡(luò)，使得控制器通過標準技術(shù)與服務(wù)器連接。它使用交換的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，支持TCP/IP通訊協(xié)議。為保證系統(tǒng)的可靠性，在系統(tǒng)服務(wù)器和操作站之間，網(wǎng)絡(luò)的冗余采用的是Honeywell專利技術(shù)-容錯以太網(wǎng)FTE(Fault Tolerant Ethernet)提供了可靠的100Mbps高速以太網(wǎng)絡(luò)。FTE采用的是單一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，切換時服務(wù)器和操作員站不需要重新連接網(wǎng)絡(luò)，因此切換的速度很快，約1s，這樣大大減少了網(wǎng)絡(luò)的故障率。普通的以太網(wǎng)節(jié)點(非容錯以太網(wǎng))也能連接到FTE網(wǎng)絡(luò)上，同樣比連接到常規(guī)的冗余以太網(wǎng)有更可靠的通訊環(huán)境。
　　 2)ControlNet：一種實時的，確定性的過程控制網(wǎng)絡(luò)，可以通過單個或冗余的傳輸介質(zhì)，提供確定性的數(shù)據(jù)通訊，是一種優(yōu)化的過程控制網(wǎng)絡(luò)。ControlNet是靈活的，高性能的網(wǎng)絡(luò)，支持監(jiān)控/對網(wǎng)絡(luò)(控制器-人機接口)，對等通訊(Peer-to-Peer)以及I/O網(wǎng)絡(luò)的通訊。ControlNet是開放的網(wǎng)絡(luò)，由ControlNet國際組織制定技術(shù)規(guī)范，其數(shù)據(jù)傳輸速率為5Mbits/sec，可以
　　選擇單或冗余的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，并且提供實時確定性的數(shù)據(jù)傳遞。每個監(jiān)控/對網(wǎng)絡(luò)段支持10個控制器或10對冗余配置的控制器，每個C200控制器可以通過I/O子網(wǎng)連接最多8個I/O機架、64個I/O模件，一個I/O模件還可通過現(xiàn)場終端元件FTA連接8～32路不等的現(xiàn)場接線Field Wiring。顯而易見，EPKS系統(tǒng)規(guī)模是相當龐大的。
　　 此外，I/O Network，I/O子網(wǎng)是Honeywell公司自身研發(fā)的用于系統(tǒng)內(nèi)部的專用網(wǎng)絡(luò)。
　　 (2)分布式服務(wù)器結(jié)構(gòu)(Distributed System Architecture)
　　 分布式服務(wù)器結(jié)構(gòu)(DSA)是集成多個過程控制過程，或多段控制單元的理想解決方案。為控制和操作多提供了極大的靈活性。分布式的服務(wù)器結(jié)構(gòu)還為地理位置上分散的集散系統(tǒng)的互聯(lián)應(yīng)用提供了極大的靈活性。通過廣域網(wǎng)很方便的實現(xiàn)中央控制室和多個遠程控制室共同管理的控制模式。
　　圖2為EPKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在我公司運用一例：
　　
　　
　　4 EPKS系統(tǒng)組態(tài)工具
　　 EPKS系統(tǒng)組態(tài)工具主要包括：控制器組態(tài)工具Control Builder、圖形組態(tài)工具Display Builder和數(shù)據(jù)庫管理工具Quick Builder三種。
　　 (1)控制器組態(tài)工具Control Builder
　　 Control Builder是一個面向?qū)ο蟮拈_發(fā)軟件包，支持C200控制器控制策略的組態(tài)，組態(tài)文本、監(jiān)視等功能。在Control Builder主界面中，其樹形目錄共包括三部分：用于控制組態(tài)界面的“Project”、用于在線監(jiān)視硬件工作狀態(tài)及驗證組態(tài)等情況的“Monitoring”和用于控制組態(tài)所需的系統(tǒng)功能模塊庫“Library。在“Project界面下可方便地創(chuàng)建控制器塊CPM，創(chuàng)建冗余模塊、各型I/O模塊及創(chuàng)建若干個控制模塊CM或順序控制模塊SCM等，通過對模塊參數(shù)的簡單設(shè)置可快速地完成組態(tài)工作。Control Builder提供簡單易解的工具，通過使用功能塊庫(FBs)組態(tài)I/O、回路控制、邏輯控制、設(shè)備控制、順序控制、批處理等。每一個CM或SCM都是一個控制方案，實現(xiàn)某些功能的功能塊就放在CM或SCM里，通過把包含在CM和SCM內(nèi)的功能塊利用“軟接線”相互連接，很方便地實現(xiàn)控制策略或應(yīng)用。CM和SCM作為“包容器”功能塊，既有強大的工具來創(chuàng)建、組織和檢測控制策略。組態(tài)工作完成后，要將組態(tài)的CPM、I/0、CM或SCM等分別進行下裝(Load)、激活(Activate)，下裝和激活的工作很靈活，可邊組態(tài)邊進行。
　　 (2)圖形組態(tài)工具Display Builder
　　 Display Builder是用于繪制用戶流程圖、連接顯示數(shù)據(jù)、組態(tài)數(shù)據(jù)及圖形參數(shù)的工具，它的基本圖素為圖元，圖元可以縮放、移動，可定位在畫面的任意位置。多種圖元可以組合成一個圖元，多種圖元可以組合成一個圖元。通過Display Builder中提供了豐富的作圖工具，以滿足作圖需要。同時，系統(tǒng)提供了設(shè)備圖庫，像：塔、釜、管道、泵、風機等，組態(tài)人員可方便地調(diào)用，模板顯示可以減少相似畫面組態(tài)的時間，還可以使用Visual Basic腳本和Active組件完成一些高速的動畫效果及多媒體功能等等。總之，使用Display Builder軟件，可快速地完成系統(tǒng)開發(fā)。
　　 (3)數(shù)據(jù)庫管理工具Quick Builder
　　 Quick Builder提供窗口式的界面進行操作，允許用戶定義點及組態(tài)，定義數(shù)據(jù)通道、控制器、操作站(Station)、服務(wù)器(Server)和打印機等。另外，通過Quick Builder可以在線對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行修改。
　　 同時，一體化的在線文檔系統(tǒng)Knowledge Builder(知識庫軟件)為用戶提供在線幫助和在線技術(shù)支持，組態(tài)人員在編程
　　過程中可隨時調(diào)閱，避免了用戶查找資料的不便。
　　5 EPKS系統(tǒng)的具體運用
　　 我公司醋酸裝置包括兩個控制室：120控制室和310控制室，1個工程師站，系統(tǒng)規(guī)模近2000點(包括冗余點數(shù))。系統(tǒng)共配置10臺操作站(Stations)，其中120控制室3臺，370控制室5臺，工程師站2臺服務(wù)器(Servers)兼操作站。120控制站配有1對冗余C200控制器，310控制站配置2對冗余C200控制器，根據(jù)點數(shù)的不同C200控制器分別下掛3～4個I/O機架。操作站Stations和2臺Servers通過局域網(wǎng)進行通訊。3對C200控制器和兩臺服務(wù)器通過兩根同軸電纜總線型連接，其終端安裝有750Ω終端電阻。介于醋酸裝置保密的原因，EPKS系統(tǒng)未連入公司管理網(wǎng)。為保證系統(tǒng)更穩(wěn)定、可靠地運行，我們不僅對
　　Server、C200控制器、ControlNet網(wǎng)等進行冗余配置，而且對C200控制器供電系統(tǒng)、重要點FTA卡件和I/O卡件也進行了冗余配置，等等。
　　醋酸裝置工藝流程相對復(fù)雜，對控制的要求較高，整個系統(tǒng)復(fù)雜控制回路就有20多套，像串級、比值、前饋、選擇、均勻等復(fù)雜控制系統(tǒng)都運用到，聯(lián)鎖保護系統(tǒng)設(shè)計近50套。一套復(fù)雜控制系統(tǒng)或一套聯(lián)鎖保護系統(tǒng)就是一個CM或SCM。專業(yè)組態(tài)人員根據(jù)設(shè)計及工藝要求進行組態(tài)，并根據(jù)Control Builder中監(jiān)控(Monitoring)功能進行檢驗，可較輕松實現(xiàn)各種復(fù)雜控制，保證各種工況下裝置的安全性。特別指出的是，在Station人機界面中提供了各控制點的點細節(jié)畫面可直觀地對控制回路進行參數(shù)整定，使各回路能較快地投入運行；同時Station中可通過改變操作權(quán)限查看組態(tài)程序，這樣給儀表維護人員處理問題帶來了方便。
　　6 結(jié)束語
　　 EPKS系統(tǒng)自2005處3月份系統(tǒng)上電后，先后經(jīng)歷了系統(tǒng)斷電、頻繁開停車、信號線短路、接地不好、工作環(huán)境惡劣等因素的影響，系統(tǒng)在半年多的運行中工作一直穩(wěn)定，經(jīng)受住了考驗，完全能夠滿足對醋酸裝置生產(chǎn)監(jiān)視和控制的需要。