TPS系统知识讲座WORD版.docx
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TPS系统知识讲座WORD版
DCS（HENEYWELL）系统知识讲座
第一节HENEYWELL系统概况
美国HENEYWELL公司产品目前应用最广泛的是TPS系统，并且作为中油大赛中DCS的参赛项目之一。
我们以TPS系统为基础讲解，在过程中涉及到的TDC3000与TPS系统不同的地方会着重作出说明。
首先对仪电培训基地DCS（HENEYWELL）系统作一简单的介绍，该系统是由104厂拆回的一套TDC3000的系统，型号及版本为MICRO—TDC3000（R400）。
该系统保存完整，共有三个操作站，一个控制站，IOP卡件29块，其中HLAI（高电平模拟量输入卡）10块，AO（模拟量输出卡）9块，LLAI（低电平模拟量输入卡）2块，LLMUX（多路低电平模拟量输入卡）3块，PI（脉冲量输入卡）1块，DI（数字量输入卡）3块，DO（数字量输出卡）1块。
第二节硬件的组成及连接
一、TPS和TDC系统结构图如下：
TPS系统典型配置（以催化裂化装置为例）
见图1
TDC系统典型配置（以培训基地DCS为例）
见图2
二、硬件说明
结合配置图，对各个部份作出说明
●GUS（全局用户操作站）：
TPS系统的人机接口，用于整个LCN系统的信息访问。
GUS平台支持过程操作和过程工程组态及设计功能。
硬件：
主机箱：
PENTIUN主板、硬盘、光驱、软驱、ZIP驱动
监视器、PC键盘、鼠标、IKB键盘、MAU盒或电缆
LCNP主板
●LCN总线（LCNA黄、LCNB绿冗余）75欧姆同轴电缆
对于GUS来说，我们可以看到LCN电缆，连接方式如同UCN电缆的连接方式，采用A、B冗余自动切换。
传输速率5M/秒，串行通讯，40节点/300米。
US：
UniversalStation万能操作站
US由两块板组成，主板K2LCN-4，属性板EPDG2
●NIM：
NetworkInterface Module网络接口模块
功能：
提供LCN网络访问UCN网络的接口。
转换LCN的通讯技术和协议为UCN通讯技术和协议。
每条LCN网络允许10个冗余NIM对，每个UCN网络允许3个冗余对。
每个NIM允许处理8000个有名点。
硬件：
K2LCN板EPNI板（属性板）
●HM：
HistoryModule历史模件
功能：
文件服务器用于存贮设备及数据文件。
硬件：
K4LCN板SPC板（属性板）
●AM：
ApplicationModule应用模件
实现复杂控制，除一组标准算法外，允许用户使用CL程序开发用户的算法和策略。
LCN地址的设定：
以上讲述的各模件在LCN上各占有固定的地址，各个模件的地址的设定由其主板（K2LCN-4）上的跳线决定。
跳线的设定方式如下：
1拔出有效
2P为奇偶校验
3拔出的数目为奇数
例如：
US2在LCN上的地址为2，则21=2，所以1位拔起，因拔出的数目为1个，所以P不拔出。
HM在LCN上的地址为6，则21+22=6，所以1位、2位拔起，因拔出的数目为偶数，所以P拔出。
地址6的设定方式为1、2、P位拔出。
●UCN网络组件：
干线电缆：
网络的主干通道，75ΩRG-11同轴电缆。
在发送设备和接爱设备之间传送信息
支线电缆：
网络的支线通道，75ΩRG-6同轴电缆。
将控制设备和TAP连接起来。
TAP：
连接干线电缆和支线电缆之间的设备。
提供隔离作用，TAP的安装方向要求由一个TAP的隔离端接于另一个TAP的非隔离端。
而且冗余设备必须连接到相同的物理TAP。
终端电阻：
75Ω终端电阻连接到TAP任何未使用的端口。
UCN总线与NIM属性板后I/O卡连接。
见下图
●HPM：
HighPerformanceProcessManager高性能过程管理器
用于扫描和控制TPS系统过程数据，它具有快速的内部处理器和大内存容量。
HPM的心脏部分为HPMM，是一硬件组，用以完成控制处理和功能，所有IOP卡件共享HPMM。
它由以下三部分组成。
I/Olink（高性能I/O连接卡）：
完成高速的I/O与通讯/控制卡的通讯。
包括I/O连接处理器、I/O连接驱动和接收接口、+24Vdc~+5Vdc的电源转换器和与通讯/控制卡通讯的SRAM。
Comm/CtrlProcessors（通讯/控制卡）：
完成控制处理和与UCN的通讯。
包括共享RAM的通讯处理器和控制处理器、UCN接口、冗余HPMM接口、前面板指示灯和背板总线。
UCNInterfaceModule（高性能UCN接口卡）：
提供HPM与UCN的接口。
包括与MAP载波兼容的调制解调器和冗余电缆。
Comm
/CtrlProce
ssors
I/O
LinkProce
ssor
H
L
A
I
H
L
A
I
H
L
A
I
H
L
A
I
H
L
A
I
H
L
A
I
H
L
A
I
D
O
D
I
A
O
D
I
L
L
M
U
X
L
L
M
U
X
UCN
INTER
MODIOP卡件
HPMM
APM：
AdvancedPerformanceProcessManager先进过程管理器
Modorm
Advanced
Commun
Advanced
I/OLinkinterface
Advanced
control
H
L
A
I
H
L
A
I
H
L
A
I
H
L
A
I
D
O
D
I
A
O
D
I
L
L
M
U
X
L
L
M
U
X
IOP卡件
APMM
IOP（智能化输入输出卡）：
是一个微处理器控制卡，完成输入输出信号处理，维护用户定义的控制数据库。
具有输入输出线性化、开关量输入时间及输出脉宽调制、工程单位转换和报警处理等功能。
完成数据采集的输入和控制输出的处理，共享通过I/OLINK处理器与HPMM（APMM）的并行连接。
HPM支持40对冗余的IOP。
FTA（FieldTerminationAssembly）：
每个IOP通过FTA电缆与FTA端子板连接，实际的现场接线与FTA端子板连接。
FTA起信号隔离、浪涌保护、限流、状态指示、旁路手动操作等功能。
IOP卡类型：
HLAI：
高电平模拟量输入卡
LLAI：
低电平模拟量输入卡
AO：
模拟量输出卡
DI：
开关量（数字量）输入卡
DO：
开关量（数字量）输出卡
PI：
脉冲量输入卡
LLMUX：
多路低电平模拟量输入卡
第三节组态
针对我们日常工作的需要，这一节我们将就以下几个方面讲解HENEYWELL系统组态知识。
一、如何进入组态画面
对于TPS和TDC而言，因所使用的操作站不同，进入的方式也会有一定的差别，但组态的原理是一样的。
对于TPS系统来说，首先要运行TPS系统的NativeWindows程序，运行方式：
点击开始---所有程序---HONEYWELLTPS---NativeWindows。
NativeWindows菜单：
1）Engineering：
Menu工程师主菜单（除画图外均在此菜单下进行）
2）Access：
Mount/DismountEmulatedDisks操作虚拟盘
3）操作菜单：
系统操作画面：
ConsoleStatus：
站群状态画面（看操作站GUS或US画面）
SystemStatus：
系统状态画面（看LCN、UCN、各卡状态）
过程操作画面：
Detail：
细目画面（定义过程点的细节如PID参数，做一组态后可在此观察细节）
Group：
操作组（显示点基本的与操作有关的项，共可定义1~400个组、每组8个点）
选择Engineering，进入工程师主菜单。
对于TDC系统来说，。
使用工程师键盘，按CTR+HELP键，进入工程师主菜单：
工程师主菜单内容见下图
二、组态
1、NCF（NetworkConfigurationFile网络管理文件）组态
（NCF文件定义了LCN网络的组态，它将成为每个LCN节点数据库的一部分）：
１）UnitName单元名称（过程单元名称及描述）
单元名用来逻辑地划分生产过程，通常与实际过程单元相对应。
例如催化划分单元就以反应A1、分馏A2等一直划分到A6。
系统以单元为基础，完成过程点报警、信息、事件及历史数据采集。
100单元/LCN
２）AreaName区域名称（用来识别区域数据库10区域/LCN）
系统使用区域名来识别一个区域数据库。
10区域/LCN
３）ConsoleName站群名称（一组操作站及其外设的集合，在同一个站群内共享外设及屏幕，10站群/LCN）
4）LCNNodeLCN节点（定义LCN网络配置的全部节点，包括地址、类型、软件定义、冗余等）
上图为LCN节点组态画面，1-6为操作站组态，9、10为NIM组态，21为HM组态。
下图为US操作站及NIM组态内容。
5）SystemWideValue系统参数值（定义系统各方面的值和规定，包括用户键锁访问权限、班次时间、报警通知策略和LCN节点线路板的硬件和固化软件版本号）
６）VolumeConfiguration卷组态（分配HM所有有效硬盘的存储空间）
组态HM的节点对号、硬盘个数、硬盘尺寸、每个单元分配的历史组数等。
2、启动LCN网络，HM初始化。
HM是LCN上的一个节点，是一个磁盘存贮系统。
硬件：
K4LCN板处理器主板
SPC板硬盘驱动板
硬盘单盘/单盘冗余/双盘/双盘冗余
软件：
HMO：
在线操作属性，用于支持所有系统活动，提供文件服务功能及历史数据存贮。
HMI：
离线初始化属性，用于HM本身硬盘初始化和硬盘故障或磁盘表面故障修复期间的数据恢复，并且不响应节点的请求。
本地卷：
所有支持HM本身的软件，包括HMO或HMI，都存贮在HM硬盘！
901卷中。
HM启动：
自启动：
HM上电后，自装载HMO属性文件，以支持系统的请求。
HM状态显示：
LOCLOAD---READY---OK
非自启动：
HM上电后立即被复位（电源复位按钮）一次，然后手动装载HMI属性文件，以支持HM本身初始化。
HM状态显示：
POW_ON---NETLOAD---READY---OK
HM初始化：
装入离线初始化属性（HMI）：
进入工程师主菜单，点击“SYSTEMSTATUS”，选择“HM”，点击“LOAD”，“MANUALLOAD”，“INITPROGRAM”，在选择“ALTERNATESOURCE”时，根据安装虚拟盘（&z1）所在位置选择1，选择EXECUTECMMAND，屏幕上显示DATASOURCEFORNODEnn。
选择“ALTERNATESOURCE”时，根据安装虚拟盘（&ASF）所在位置选择2，点击EXECUTECMMAND后回车。
HM显示POW_ON---NETLOAD---READY---OK，HM的最后类型是HMOFF。
初始化程序装载完毕。
初始化：
1）安装&Z1盘到左边的驱动器上
2）点击“VOLUMECONFIGURATION”进入卷组态画面，选择提供的节点对号，检查HMINIT属性输入框为YES。
3）按CTRL+F6键，等待，直到屏幕下方出现提示初始化完成。
4）按CTRL+F5键退出。
HM初始化完成。
进入COMMANDPROCESSOR画面，输入
LSPN：
21>!
901（以催化HM节点为例，21为HM在LCN上的节点地址，01为节点对号），结果可看到NCF中定义的卷和目录结构已生成。
HM本地卷及系统文件的装入：
1）确认&Z1安装到左边的驱动器中，&ASF安装到右边的驱动器中
2）执行&Z1中的批处理文件装入HM本地卷内容
EC$F1>&EC>LOC_VOLZ.EC$F12101
在执行过程中完成几个问题，完成后显示ECCOMPLETE
3）拷贝NCF（系统）文件
CP$F2>&ASF>*.*PN:
21>&ASF–D
装入在线操作属性：
进入工程师主菜单，点击“SYSTEMSTATUS”，选择“HM”，点击“LOAD”，“MANUALLOAD”，“OPERATORPROGRAM”，选择“DEFAULTSOURCE”装载程序，选择EXECUTECMMAND，选择“DEFAULTSOURCE”装载数据，点击EXECUTECMMAND后回车。
HM显示LOCLOAD---READY---OK，HM的最后类型是HMON。
在线操作程序装载完毕。
３、UCN网络建立
建立网络数据点：
定义UCN设备、给出软件地址。
创建网络数据点＄NMXXNYY，XX：
UCN网络号（1~20）YY：
UCN设备网络址号（1~64）。
进入工程师主菜单，选择“NetworkInterfaceModule”进入NIM组态画面,点击“UCNNODECONFIGURATION”，
注意上图灰色部分，$NM01N07,01为UCN网络号，在这里只有一个UCN网为01，07为HPM在UCN网络上所占地址号。
建BOX点：
组态HPMM的控制功能（控制点类型及个数），扫描速率及I/O卡配置，即创建了BOX数据点。
HPMM的控制功能是由各种控制点来实现的。
扫描速率规定HPMM对常规控制点和逻辑点的处理周期。
HPM（处理能力）的性能使用处理单元PU（ProcessingUnit）衡量。
800PU/秒。
HPM的内存容量使用内存单元MU（MemoryUnit）衡量。
20000MN/HPM。
定义HPM的功能即定义软点、硬点的种类及个数。
做冗余时，只定义奇数地址设备。
因为是定义功能，冗余设备功能相同。
进入工程师主菜单，选择“NetworkInterfaceModule”进入NIM组态画面,点击“UCNSPECIFICCONFIGURATION”，进入BOX组态画面。
上图中$NM01B07,01为逻辑UCN网络号（1-20），07为HPM在UCN网络上的地址号（1-63）
HPM中每一个卡件都是编上序号的：
Comm/CtrlProcessors是0号卡，所有的IOP卡的序号为1~40，卡上有通道用于建点时一一对应。
４、建过程点：
过程点是Honeywell控制系统组态中的最小单元。
HPM包括两类过程点：
I/O中的点（硬点）：
完成对过程变量的输入输出处理。
HPMM中的点（软点）：
完成对受控过程的各种控制方案。
点的相关概念：
·点名
无名点：
直接使用IOP通道的过程点，不需建立点，只适用于IOP通道名及HPM全局变量。
引用方式：
!
xxyystt
xx:
I/O卡类型；yy：
I/O卡卡号；s：
SLOT；tt:
I/O通道号
例如：
！
DO03S01
有名点：
具有点名即位号，通过建立点来定义点名。
一对NIM最多可处理8000个有名点，每个过程点具有唯一的点名。
·点的参数：
是关于点的各方面功能和特性的描述。
建点的过程就是定义点的相关参数的过程。
·控制回路：
是由一组点构成。
点与点之间的连接关系是通过定义点的输入、输出连接参数完成的。
·点的执行状态：
PTEXECST参数
ACTIVE激活状态：
HPM按照固定的扫描顺序对过程点进行周期性扫描，当扫描到ACTIVE状态的点时，就执行该点所定义的功能及算法；
INACTIVE非激活状态：
下装到HPM控制器中的初始状态，此状态不执行点的功能。
·点的形式：
PNTFORM参数
（FULL全点：
包括该点的全部参数，并可作为操作员对过程操作的接口，具有PV源选择和报警功能；
Component半点：
无PV源选择和报警功能）。
IOP中的点：
完成对过程变量的输入输出处理，包括AI、AO、DI、DO。
HPMM/APMM中的点：
完成对受控过程的各种控制方案。
包括：
RegulartoryPV（RPV）常规PV处理点
RegulartoryControl（RC）常规控制点
DigitalCompodite（DC）数字组合点
Logic逻辑点
DeviceControl（DV）设备控制点
HPMBoxVariableHPM全局变量
Array数组点
ProcessModule（PM）CL程序点
建点过程如组图2：
点击NETWORKINTERFACEMODULE键，进入下一级菜单，点击PROCESSPOINTBUILDING键，进入下一级菜单，在这一级菜单中，给出各个过程点的类型。
占击相应的类型建点。
组图2建过程点组态
（一）IOP中的点的建立
以模拟量输入点为例：
AI：
模拟量输入点的建立
选择ANALOGINPUT键，建点过程如组图3所示：
组图3建AI点图例
在此对点模件类型的选项作一说明：
HLAI：
高电平模拟量输入卡，可接收1-5VDC及变送器4-20mADC信号。
LLAI：
可接收热电阻、热电偶及5V以下的电压信号。
LLMUX：
可接收热电偶、热电阻信号。
STI：
智能变送器接口点，提供HPM与HONEYWELL智能变送器之间的双向数字通信（DE协议）接口。
可在工作站上通过STI点显示变送器的详细状态信息、调整变送器的量程范围、存贮/恢复变送器数据库。
PI：
脉冲输入点，将最高频率为20Hz的脉冲信号转换成工程单位表示的PV值。
AO：
模拟量输出点的建立
将OP值转换成4-20mA信号并输出至执行机构。
可实现的功能：
输出正/反作用选择
输出特性化处理（最大5段线性化）
IOP故障时输出响应（掉电或保持）
AO点的形式选择：
FULL全点手操器
COMPONENT半点接受控制算法的OP值
DI：
开关量（数字量）输入点
DI类型选择：
STATUS状态输入；
LATCHED锁存输入，可将最小40MS信号锁存天地1.5s，用于按纽输入。
ACCUM累加输入，对输入脉冲进行计数累加
在对DI点的组态中，可进行状态盒颜色的选择、PV输入方式选择（AUTO/MAN/SUB）、输入正反向选择等。
DO：
开关量（数字量）输出点
接受控制算法的输出，并通过FTA转换成24VDC，110VAC或者220VAC开关量信号。
DO类型选择：
STATUS状态输出—输出参数SO，产生脉冲
PWM脉宽调制输出，输出参数OP，接受PID的OP值。
（二）HPMM/APMM中的点的建立
DigitalCompodite（DC）数字组合点：
DC数字组合点是一种多输入多输出点，它提供对马达、泵、电磁阀等离散型设备的控制操作面板。
一个DC点可操作及显示现场设备的两个或三个状态。
一个DC点最多可连接三个输出、两个输入，它们可以是同一HPM内的I/O点或FLAG标志寄存器。
输入输出连接可按控制方案需要组态，彼此相互独立。
DC点还提供多种外部逻辑联锁接口参数，可处理及显示相关联锁条件。
如允许联锁参数P0、P1、P2；强制联锁参数I0、I1、I2；旁路参数BYPASS及安全联锁参数SIO；
建立如组图4：
进入建点画面步骤前面已经讲过，不再重复。
点击DigitalCompodite选择框，进入建DC点的组态画面。
（组态相同部分不再重复）
组图4DC建点组图
RegulatoryPV常规PV处理点：
RPV点提供对过程变量的进一步处理，通过选择相关PV处理算法，可完成输入变量选择、计算流量补偿、流量累加等功能。
每个PV点必须至少有一个输入连接，不能定义输出连接。
RPV点提供的PV处理算法如下图：
RegulatoryControlPoint常规控制算法点
RC点提供各种有关标准控制方案的算法，内置了大量控制功能。
1）RC提供的控制算法包括：
PID—常规比例积分微分调节
PIDwithfeedforward----前馈PID
PIDwithexternalresetfeedback----带外部预置的反馈的PID
PIDwithpositionpropotional----带位置比例控制器的PID
Positionpropotional----位置比例控制器
Ratiocontrol----比值控制器
Rampsock---爬升/保持控制器
Auto/manualstation----手动/自动站
Incrementsummer----多个主回路输出变化量加法器
Switch---开关选择器
Overrideselector----超驰选择器
Multiply/divide----乘法器
Summer----加法器
2）MODE控制方式选择
MAN手动方式：
操作员或CK程序决定该点的OP，与控制算法的计算结果无关。
AUTO自动方式：
控制算法计算的结果决定该点的OP，SP来自于操作员或CL程序
CAS串级方式：
控制算法计算的结果决定该点的OP，SP来自于一级控制算法。
BCAS备用串级方式：
上一级控制算法在AM中，当AM或NIM发生故障时，切换至本地串级方式。
3）PID控制公式选择
公式A：
P、I、D作用于偏差
公式B：
P、I作用于偏差、D作用于PV
公式C：
I作用于偏差、P、D作用于PV
公式D：
只有积分控制
4）PID参数设置
K：
比例增益T1：
积分时间（分）T2：
微分时间（分）
5）PV跟踪方式选择
NOTRACK：
无跟踪方式
Track：
PV跟踪方式。
当控制方式为MAN或作为串级调节的主回路在INIT初始化时，SP值自动跟踪PV值的变化，当控制方式由MAN切换至AUTO或CAS时，SP值等于PV值，输出OP没有变化，从而实现无扰动切换。
LOGICPOINT逻辑点
逻辑点提供逻辑运算及数据传送功能，一个逻辑点中可包括多个逻辑运算模块，处理能力相当于一到两页梯形图所实现的功能。
一个逻辑点由逻辑运算块、内部标志寄存器、内部数值寄存器、用户自定义说明、输入连接和输出连接组成。
1）输入连接
一个逻辑点最多可指定12个“点.参数“形式的输入条件，分别对应参数L1-L12。
2）内部寄存器
标志量寄存器Flag，一个逻辑点提供12个内部标志量寄存器，分别对应参数FL1-FL12，FL1-FL6内HPM/APM设定，FL7-FL12由用户设定。
FL1：
ONFL2：
OFFFL3：
当逻辑点被激活即置为ON
FL4：
当HPM状态由IDLE变为RUN或上电后变为RUN即置为ON
FL5：
至少有一个输入条件是坏值时置为ON
FL6：
用于WATCHDOG算法，正常为OFF
数值寄存器Numeric
一个逻辑点提供8个存贮常数的内部数值寄存器，分别对应参数NN1-NN8
3）逻辑运算块
一个逻辑点可组态最多24个逻辑块，每个逻辑块包括最多4个输入，1个逻辑算法，1个布尔量输出。
逻辑块提供26种算法。
下面以催化两器差压报警为例讲解逻辑点组态：
实现功能：
当两器差压低于0KPA时外置报警器报警。
5、画流程图
DisplayBuilder是TPS系统绘制GUS用户流程图的专用软件包。
提供Script语言，用于完成GUS流程图对过程变化的实时显示及过程操作接口。
（1）绘制静态图形
（2）定义
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