Honeywell TotalPlant&reg； Alco
以下就TPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、布局及控制功能做一簡介。
1．TPA 硬件組成及結(jié)構(gòu)
Honeywell TotalPlant® Alcont （簡稱TPA）系統(tǒng)是霍尼韋爾公司針對制漿、造紙行業(yè)開發(fā)的集生產(chǎn)過程自動控制、生產(chǎn)設(shè)備快速邏輯控制、紙機電氣傳動控制系統(tǒng)于一體開放式自動化控制系統(tǒng)平臺，是目前Honeywell EPKS知識專家系統(tǒng)的重要組成部分之一，在歐洲及亞洲制漿、造紙行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。
1.1 TPA 系統(tǒng)經(jīng)典結(jié)構(gòu)
經(jīng)典的TPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下所示：
每套TPA系統(tǒng)中，一般由兩組互為冗余的OM 模塊 （Operation Module），1～3組OIM 模塊（Operator Interface Module），多至16組的PM模塊（Process Module），及每組PM 模塊下多至4組的I/O 柜組構(gòu)成基本的TPA 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。還有其它諸如SM模塊（Storage Module），AM （Alarm Module）等擴展模塊，可以完成相應(yīng)功能，可以使TPA系統(tǒng)功能更完善。
1.2各模塊的功能及硬件組成
OM 模塊 作為中心處理器，主要存儲系統(tǒng)的配置信息，用戶組態(tài)的程序及操作畫面，收集報警信息并輸出至報警設(shè)備，執(zhí)行順序控制運算以及作為故障診斷接口。由于OM模塊是相互冗余的，當(dāng)某一OM有故障時，可以按照規(guī)程對該模塊進行故障修復(fù)，必要時可以進行冷啟動。
OIM 模塊 主要功能是連接遠(yuǎn)程操作站，作為遠(yuǎn)程操作站調(diào)用OM模塊內(nèi)存儲畫面的接口，組成與OM 模塊區(qū)別只是OIM 模塊沒有EMM NVM等存儲單元。
PM 模塊 作為OM下一級的控制器，主要完成測量、調(diào)節(jié)控制、邏輯、順序、批處理過程控制功能。它用I/O與過程接口，收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并根據(jù)從OM模塊下載到本處理器的程序進行各種運算和控制，它可以執(zhí)行用事件驅(qū)動的高級語言，PM還可以儲存8小時的歷史趨勢。PM 模塊是可以冗余的，一般用于重要的區(qū)域控制。
PM模塊與OIM 組成相近，他的程序都是存儲在XPR 卡中，不需要額外的存儲卡。區(qū)別在于它還包括一個UIX卡，用于和它連接的I/O 柜組通信。冗余型PM 還包括一個 UPC卡，用于冗余PM 管理。
I/O 柜組 是PM與過程的接口，現(xiàn)場的信號線經(jīng)端子排連接至I/O 卡，收集信息后通過 IOC卡 與上級PM 通訊。I/O 只負(fù)責(zé)收集生產(chǎn)信息而無處理功能，I/O 卡共分4種 ：MAI卡（模擬量輸入卡）、ACO卡（模擬量輸出卡）、MSI卡（數(shù)字量輸入卡）和BOU卡（數(shù)字量輸出卡）。卡件由 IOPS 單元供電，而非LPS卡供電。
模塊間通訊 是通過Honeywell模塊間各HIGHWAY進行的，OM模塊間是XPR卡通過System HIGHWAY實現(xiàn)的，OM與PM模塊通信是XPR卡通過Process HIGHWAY實現(xiàn)的，PM 與I/O通信是由PM的UIX卡通過IOHIGHWAY連接到I/O IOC卡實現(xiàn)的。
總線介質(zhì)通常為冗余同軸電纜，總線通信速率1.2或4Mbit/s。總線又分為系統(tǒng)總線，過程總線和I/O總線。總線兩端為75歐姆終端電阻，當(dāng)懷疑總線故障時可以斷開所有模塊測量并聯(lián)電阻在40歐姆左右（線阻50-100歐姆/千米）。
1.3 我公司在線運行的TPA 硬件結(jié)構(gòu)及工藝組成
我公司現(xiàn)有3套獨立運行又相互通訊的TPA 系統(tǒng)。
第一套TPA 應(yīng)用于制漿車間及化學(xué)品制備車間。制漿車間職能是將木片通過篩選，蒸煮，洗漿，漂白等工段，生產(chǎn)出合格的漂白化學(xué)漿，化學(xué)品車間負(fù)責(zé)制備制漿車間生產(chǎn)過程中所需的化學(xué)品。該TPA 系統(tǒng)由2組冗余OM模塊作為中心控制器、1組OIM作為化學(xué)品車間遠(yuǎn)程GUS接口模塊，4組PM模塊及14組I/O柜組成。
第二套 TPA 應(yīng)用于紙板漿板車間。該車間主要職能是利用自產(chǎn)漿和外購漿生產(chǎn)合格的紙板和漿板產(chǎn)品。紙漿在紙板機上網(wǎng)前的漿料制備、漿料流送及化學(xué)品添加等由該套TPA控制。該TPA 由2組冗余OM模塊作為中心控制器、1組OIM 模塊作為紙板干部GUS接口模塊，5組PM模塊及13組I/O 柜組成。該車間TPA系統(tǒng)與SIEMENS S7-400 系統(tǒng)、ABB QCS 、AB PLC等系統(tǒng)進行通訊。
第三套 TPA 應(yīng)用于堿回收車間和動力車間。堿回收車間是把制漿車間產(chǎn)生的黑液燃燒產(chǎn)生蒸汽為動力車間發(fā)電提供動力，并處理制漿過程中產(chǎn)生的污染氣體—臭氣。動力車間則為全公司生產(chǎn)提供電力和蒸汽。該套TPA 由2組OM模塊，一組OIM模塊，7組PM模塊（其中3組為冗余PM模塊）及16組I/O柜組成。
由于堿爐的燃燒物為易爆混合氣體及重油等物質(zhì)，對系統(tǒng)的安全級別和穩(wěn)定性有更高的要求。所以PM3 PM4 PM5 3組控制堿爐的PM模塊均采用冗余模塊。冗余模塊的優(yōu)點在于當(dāng)該模塊XPR發(fā)生致命故障時，可以自動選擇到冗余XPR卡上，對系統(tǒng)運行沒有影響，不會發(fā)生因為控制實效引起的安全事故。
該系統(tǒng)與 HIMA 安全PLC 、SIEMENS PCS7、煙氣檢測系統(tǒng)等多套系統(tǒng)通訊。
1.4 TPA 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)總結(jié)
TPA系統(tǒng)是一個開放型分布式過程控制系統(tǒng)。它的硬件是基于模塊化的設(shè)計。模塊均由卡件組成，易于安裝和維護。模塊間利用HIGHWAY通訊，減少了中心處理器的工作量。模塊與其它系統(tǒng)方便的通訊，有利于公司制定在某領(lǐng)域內(nèi)更專業(yè)的解決方案。
2．TPA 軟件組成及結(jié)構(gòu)
2. 1 TPA 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)及功能
從圖1可以看出，TPA系統(tǒng)的軟件有幾下幾部分：
DM 模塊（Design Module）是程序設(shè)計工作站，包括組態(tài)工具、圖形工具、系統(tǒng)工具，分別進行組態(tài)、文檔、管理及圖形設(shè)計、系統(tǒng)定義等功能。
在工程初期用DM創(chuàng)建工程文件、進行系統(tǒng)定義和I/O定義及應(yīng)用程序組態(tài)。日常維護需要用DM將程序改動下載到控制器并檢查下載后系統(tǒng)功能。利用DM文檔化應(yīng)用程序。備份系統(tǒng)和應(yīng)用程序、系統(tǒng)性能檢測也是日常維護的重要組成部分。DxM是基于PC的編程工具。
GUS 操作站（Global User System）用于控制和操作過程，操作站通過同軸電纜連接到OM上，每一組OM最多可以連接4個操作站，用于從OM 下載操作畫面和TAG LOOP來控制生產(chǎn)過程，并完成接受測量值、發(fā)送控制命令等數(shù)據(jù)通訊。
Remote DM （Remote Design Module）& Remote GUS 是通過網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)遠(yuǎn)程DM 或 GUS 功能的計算機，一般用于遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程工藝技術(shù)支持。當(dāng)然遠(yuǎn)程診斷也可以借助第三方軟件，例如Remote Administrator 或者PC Anywhere 來實現(xiàn)。
2.2 DM模塊軟件工具介紹
DM模塊軟件主要包括系統(tǒng)工具、組態(tài)工具和圖形工具。見下圖：
系統(tǒng)工具主要用于新加系統(tǒng)的架構(gòu)、已有系統(tǒng)硬件改動的更新、系統(tǒng)用戶的定義、系統(tǒng)設(shè)備的定義、數(shù)據(jù)存儲的定義、報警區(qū)域的定義、工藝區(qū)域的定義等所有與系統(tǒng)全局信息相關(guān)的定義。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，通過系統(tǒng)工具可以完成系統(tǒng)框架的建立。
正確定義Cards & I/Os，在以后完成的程序中輸入輸出信息才與程序?qū)?yīng)起來；
正確定義Users，才能創(chuàng)建用戶并指定用戶的權(quán)限；
正確定義報警區(qū)域、工藝區(qū)域，才能把程序分類存放和管理，同時對報警信息也分區(qū)域發(fā)布和管理。
該工具也提供直接管理OM內(nèi)部文件的功能，但是由于OM內(nèi)部文件非基于Windows的文件系統(tǒng)，非必要條件下不得更改。
該工具由于完成與系統(tǒng)框架相關(guān)的功能，定義及更改必須做好文檔管理，工廠維護中常有定義錯誤而引發(fā)的故障，例如因為用戶權(quán)限定義錯誤，或者新增工藝區(qū)域未做相應(yīng)關(guān)聯(lián)，致使操作權(quán)限不夠等問題。
組態(tài)工具主要用于新組態(tài)控制回路、已有控制回路的修改與下載、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、連鎖/模擬解除及恢復(fù)等。
Honeywell提供了3種程序塊，分別是基本塊、類型塊和模板塊。Honeywell提供的基本塊能夠完成幾乎所有控制需要，例如電機控制、閥門控制、PID控制、開關(guān)控制等，只是在新組態(tài)程序時工作量比較大。如果利用提供的類型塊和模板塊，可以減少大量的重復(fù)性工作。值得注意的是，如果用類型塊編程，切勿停用該塊，因為在所有程序中加入的同名類型塊是同一個塊而非同一類塊，它是通過調(diào)用該塊功能實現(xiàn)的，所以在某一程序中停用該塊，則導(dǎo)致所有程序中的同名類型塊停用，特別是運行時將引起全線跳停。
除了簡單程序的編寫，DM還支持執(zhí)行用事件驅(qū)動的高級語言編程。復(fù)雜控制程序也可以用Pascal 語言編程，比用基本塊實現(xiàn)更方便。
圖形工具 用于編輯在GUS 上用來監(jiān)控生產(chǎn)過程的畫面。畫面圖形由直接畫圖和LOOP效果組成。LOOP效果可以由Honeywell提供的EFFECT控件完成，它幾乎可以完成所有的生產(chǎn)操作相關(guān)的功能，例如電機控制、閥門控制、各類型數(shù)據(jù)輸入輸出、完善的報警顯示等等。
創(chuàng)建一個PIC，進入User_Interface 工具界面，F(xiàn)ile/New 一個畫面后，首先將靜態(tài)的表示生產(chǎn)流程的圖形通過畫圖工具畫出，然后在需要的地方添加相應(yīng)的Effect。在添加Effect之前要確保Effect所指向的位號及相應(yīng)的Pin是有效的，添加完成后要運行Effect/Check connections,檢查是否有無效的連接，否則所作的畫面將顯示系統(tǒng)報警。Pic完成后保存，保存時指定畫面大小，用此功能可以實現(xiàn)創(chuàng)建子頁面；還需要指定頁面的瀏覽權(quán)限，一般是Open，否則將造成最低權(quán)限無法瀏覽或不能操作；最后指定保存時計算填充色，該項不選有時會影響與顏色相關(guān)的某些Effect的顯示。
診斷工具ETDAXMON 是DM用來對系統(tǒng)軟件和硬件進行診斷的工具，它在DOS下運行，是基于VSYS環(huán)境的維護和診斷工具。系統(tǒng)運行正常時，每日的系統(tǒng)檢測如負(fù)載檢測、通訊檢測、系統(tǒng)報警檢測、XPR運行情況監(jiān)測等都是通過它實現(xiàn)的。當(dāng)硬件發(fā)生故障時，如處理卡、輸入\出卡的通道損壞等，也可以通過Etdaxmon命令進行檢查。同時它也可以實現(xiàn)TPA內(nèi)部文件的管理，以及執(zhí)行TPA系統(tǒng)開停機等所必需的檢查。
1.3 GUS 系統(tǒng)及工廠應(yīng)用
我公司GUS系統(tǒng)分布如下：
紙板漿板車間 ：10臺操作站
制漿化學(xué)品車間 ：10臺操作站
堿回收動力車間 ：9臺操作站
中心調(diào)度 ：4臺操作站
各車間把工藝劃分為工段，在DM定義工藝區(qū)域時以工段為單位，并把工藝區(qū)域分配給不同用戶下的不同權(quán)限，在硬件上則用不同PM 集中管理工藝區(qū)域，這樣的劃分首先保證了操作時，只有有操作授權(quán)的用戶才可以操作本工段的工藝，保障了運行的安全性。其次，當(dāng)某PM 硬件發(fā)生故障時，影響的是一個工段而非多個工段的現(xiàn)場設(shè)備，最大可能的減少了關(guān)聯(lián)停機的影響區(qū)域。最后，按照工段的劃分便于程序的管理和故障的排除。
所有的GUS 均通過位于中心調(diào)度室的HUB組成局域網(wǎng)。其他車間的操作畫面可以通過局域網(wǎng)通訊到本機Alcont顯示，只是在配置Alcont時定義其他車間的操作權(quán)限為最低。中心調(diào)度有24小時工藝技術(shù)人員，調(diào)度全廠生產(chǎn)情況，有利于公司生產(chǎn)運行管理。
Alcont畫面顯示的LOOP效果應(yīng)用時具有很強的靈活性。一般來說，用戶取得相應(yīng)的操作權(quán)就可以進行操作，如果工藝對權(quán)限有特殊的要求，可以更改Alcont和DM 編程工具來實現(xiàn)。
3．PHD & WPKS系統(tǒng)及應(yīng)用
3．1 PHD系統(tǒng)及應(yīng)用
PHD （Process History Database）過程歷史數(shù)據(jù)庫，是用來收集生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)，并保存較長時間歷史數(shù)據(jù)，可以將數(shù)據(jù)圖形化的軟件。我公司使用的是最新版本的Uniformance PHD R210。該系統(tǒng)由3臺Buffer和1臺Shadow組成。
Buffer機是用來從DCS系統(tǒng)收集實時數(shù)據(jù)，并傳送實時數(shù)據(jù)到Shadow機。Buffer機通過OPC Client 從TPA系統(tǒng)讀取實時數(shù)據(jù)。3臺Buffer分別安裝在3個車間與3套TPA系統(tǒng)通訊。Buffer 機還管理通過PHDSERVER配置的RDI（實時數(shù)據(jù)接口）。
Shadow 機同時也是PHD服務(wù)器。當(dāng)接收實時數(shù)據(jù)后生成Archive文件，歷史數(shù)據(jù)以該文件形式存儲，并可以被PHD軟件查詢。所有PHD的系統(tǒng)配置、點的組態(tài)都是在Shadow上通過PHD軟件完成的。系統(tǒng)配置信息保存在Oracle數(shù)據(jù)庫內(nèi)，當(dāng)Buffer或其他安裝了Desktop的用戶訪問PHD Server時，首先與Oracle數(shù)據(jù)庫通信。PHD支持用戶自定義測量單位，這滿足了造紙企業(yè)中一些參數(shù)的單位因工藝要求不同無法轉(zhuǎn)換成國際標(biāo)準(zhǔn)單位的要求。PHD數(shù)據(jù)管理按照RDI進行劃分，在服務(wù)器配置好RDI時，按照RDI來接收來自不同Buffer的數(shù)據(jù)，某RDI發(fā)生故障也不會影響其他RDI的功能。在點組態(tài)的時候，PHD還支持以RDI為單位批量導(dǎo)入點，這種方式適合同意RDI下點的組態(tài)；還支持按照屬性的近似來創(chuàng)建父點，創(chuàng)建完成后添加其他點時，只要屬性相近，就可以繼承父點的組態(tài)信息。Honeywell PHD靈活的點組態(tài)方式大大提高了點組態(tài)的效率。PHD同時也支持生產(chǎn)數(shù)據(jù)的加工，是通過Visual TAG功能實現(xiàn)的，顯示的不僅是測量或者輸出值，還可以是多數(shù)據(jù)運算后的結(jié)果，有利于綜合分析生產(chǎn)過程。由于過程歷史數(shù)據(jù)在生產(chǎn)上的作用重大，所以我公司也非常重視PHD的使用，在生產(chǎn)系統(tǒng)中，為分析、改善生產(chǎn)提供了有力保障。
3．2 WPKS軟件及應(yīng)用
我公司是一個國際集團的子公司，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)布是一個必須解決的問題，今年我們公司選擇了Honeywell的HI-SPEC系列的WPKS產(chǎn)品，同時將我公司的PHD系統(tǒng)從150升級到210版本，可以把生產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)布到Internet,并允許有授權(quán)的用戶調(diào)看實時信息和過程數(shù)據(jù)，使信息管理工作和集團內(nèi)生產(chǎn)調(diào)度成為可能。
該發(fā)布是以Workcenter HMIWeb Display Builder作為基于Web顯示技術(shù)的頁面生成工具，Workcenter軟件作為基于Web的信息發(fā)布平臺，從PHD獲得實時數(shù)據(jù)，以基于域策略和基于Workcenter自身定義的雙重安全策略為安全保證的Internet發(fā)布。本次發(fā)布還通過潤乾報表軟件實現(xiàn)了在線報表的功能，更加方便了生產(chǎn)信息管理。
本系統(tǒng)由HP 服務(wù)器作為Web 服務(wù)器，由多個終端用戶作為客戶端為最終用戶提供Web 服務(wù)，是典型的CS結(jié)構(gòu)。
在服務(wù)器端，由于潤乾需要SQL 數(shù)據(jù)庫作為支持，首先要正確配置SQL數(shù)據(jù)庫及服務(wù)。由于生產(chǎn)數(shù)據(jù)來源是PHD，在服務(wù)器端還需要安裝Oracle客戶端和PHD客戶端。在正確安裝WPKS的相關(guān)軟件后，打開Workcenter HMIWeb Display Builder開始生成顯示頁面。
我公司根據(jù)需要，利用導(dǎo)航功能將頁面劃分為生產(chǎn)監(jiān)控、化驗室手動輸入和報表三部分。其中的生產(chǎn)監(jiān)控作為表示生產(chǎn)流程和監(jiān)控重要生產(chǎn)參數(shù)，是利用Workcenter HMIWeb Display Builder生成.htm文檔，最后通過Workcenter發(fā)布的。Honeywell的Workcenter HMIWeb Display Builder軟件可以生成動態(tài)效果，也可以將同一類的效果圖保存為一個單位圖，將來重復(fù)使用時可以插入單位圖，進行工程時比較方便。在畫面生成完畢后，要通過Workcenter發(fā)布，發(fā)布時首先配置好發(fā)布頁面的結(jié)構(gòu)。每個頁面都有5個Frame組成，通過配置這5個Frame的屬性和內(nèi)容，最終發(fā)布一張頁面。Honeywel Workcenter提供了大量自帶的控件，包括趨勢圖生成、導(dǎo)航條、數(shù)據(jù)輸入框等大量功能可以輕松實現(xiàn)。將網(wǎng)頁發(fā)布后，還要配置Workcenter的安全。因為WPKS是基于域策略的，所在的域用戶都可以自動獲得一個最低的可以被重新定義的瀏覽權(quán)限，如果要將某個用戶的權(quán)限提高，就可以通過修改用戶管理和角色管理兩項，指定該用戶有某些特殊權(quán)限或者可以瀏覽特殊頁面。雙重安全策略可以使得系統(tǒng)得到安全保障的前提下有更高的靈活性。
在客戶端，由于這個頁面是利用Workcenter發(fā)布的，其中一些控件IE并沒有安裝，所以要下載安裝客戶端后才可以正常瀏覽該網(wǎng)頁。另外為了更方便更快速的瀏覽網(wǎng)頁，還需要在IE/工具/Internet選項/安全里，將發(fā)布的網(wǎng)頁地址添加到信任站點，高級選項內(nèi)取消對網(wǎng)站證書/簽名的檢驗。為了更好的結(jié)合WPKS的使用，我們還嘗試把PHD Desktop安裝到客戶端中，這樣可以查找的歷史趨勢的可追溯時間更大。
WPKS結(jié)合PHD的使用，不僅使實時數(shù)據(jù)在集團內(nèi)發(fā)布得以實現(xiàn)，還提高了生產(chǎn)分析和生產(chǎn)預(yù)測的能力，是現(xiàn)代化生產(chǎn)發(fā)展的必然要求，為將來能開展Honeywell的生產(chǎn)管理系統(tǒng)（MES）做了準(zhǔn)備。
4 全系統(tǒng)的總結(jié)和展望
TPA系統(tǒng)是一個開放型分布式過程控制系統(tǒng)。它基于單一模塊化硬件及軟件結(jié)構(gòu)，便于硬件的安裝維護和軟件的組態(tài)。TPA系統(tǒng)能在同一個操作站開放不同的窗口監(jiān)視現(xiàn)場操作，適于組網(wǎng)構(gòu)建包含操作層、監(jiān)控層、決策層等多層生產(chǎn)監(jiān)控體系。TPA方便的與多套系統(tǒng)如西門子PLC ，ABB QCS，HIMA PLC，AB PLC通訊，可以實現(xiàn)某領(lǐng)域更專業(yè)的控制解決方案。TPA系統(tǒng)自帶的完善的診斷、組態(tài)等工具，完全滿足了系統(tǒng)的日常維護和項目擴建而進行的組態(tài)。TPA系統(tǒng)可以為制漿造紙行業(yè)提供全套自動化控制解決方案。
PHD系統(tǒng)和WPKS的使用，使得高層應(yīng)用——管理信息系統(tǒng)（MIS）有了實現(xiàn)的基礎(chǔ)。PHD既保存歷史數(shù)據(jù)，用來分析生產(chǎn)，也為WPKS提供數(shù)據(jù)。WPKS信息發(fā)布，滿足信息在跨國集團內(nèi)的共享的需要，同時也是Honeywell Business FLEX產(chǎn)品的一部分，為將來實現(xiàn)MES提供了網(wǎng)絡(luò)平臺。
TPA，PHD和WPKS在一期的成功應(yīng)用，為100萬噸漿項目提供了寶貴的經(jīng)驗，在近期動工的二期項目中，從自動控制系統(tǒng)，到2條生產(chǎn)線的生產(chǎn)監(jiān)控及管理，以及計劃中的MES改造，Honeywell Experion Process Knowledge System的系統(tǒng)平臺提供了完整的解決方案。這幾套系統(tǒng)的成功應(yīng)用，也希望給其他制漿造紙行業(yè)自動化解決方案能有所幫助。
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