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    蘇華（1971－）
男，河北遷西人，（河北遷安化工有限責(zé)任公司，河北   遷安   064412)，主要從事自動(dòng)化儀表及控制工作。

摘要：文章結(jié)合TPS系統(tǒng)在某化工廠的實(shí)際應(yīng)用，簡(jiǎn)單地描述了控制管理網(wǎng)絡(luò)TPN和過程控制網(wǎng)絡(luò)UCN的構(gòu)成極其在控制上的主要應(yīng)用，并對(duì)維護(hù)人員的例行檢查內(nèi)容、常見問題的分析與處理作了進(jìn)一步的探討。

關(guān)鍵詞：控制管理網(wǎng)絡(luò)；過程控制網(wǎng)絡(luò)；HPM；GUS

Abstract: This paper simply describs the structure of control networks TPN and process control networks UCN according to their application in one company .It also gives the further discussion on routine check content, analysis and treatment of common problem.

Key words: TPN;UCN;HPM;GUS;

1     概述

    TPS（Total plant solution）系統(tǒng),是全廠一體化解決方案，它是將工廠的商業(yè)信息系統(tǒng)和生產(chǎn)過程的控制系統(tǒng)統(tǒng)一在一個(gè)平臺(tái)上的自動(dòng)化系統(tǒng)。其特點(diǎn)是：

    （1） TPS的核心技術(shù)是將各種技術(shù)高度集成在一起，包括：Windows NT ，OLE公共軟件、ODBC公共數(shù)據(jù)庫(kù)等；

    （2） TPS是開放的，它基于MS Windows NT  工作站，并被設(shè)計(jì)為Ntive window嵌入在NT環(huán)境中，擁有更多的功能，應(yīng)用靈活容易；

    （3） TPS提供唯一的人機(jī)接口GUS，其基于Windows 界面；

    （4） TPS還具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)安全性能，有著極高的可靠性。TPS系統(tǒng)包含三層網(wǎng)絡(luò)，工廠控制網(wǎng)絡(luò)PCN（PIN）、控制管理網(wǎng)TPN（LCN）和過程控制網(wǎng)絡(luò)UCN。河北遷安化工有限責(zé)任公司20萬(wàn)噸甲醇工藝的控制系統(tǒng)應(yīng)用了美國(guó)霍尼韋爾公司生產(chǎn)的TPS系統(tǒng)，采用了TPS系統(tǒng)的TPN網(wǎng)和UCN網(wǎng)，其控制方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施具有充分的靈活性、容易性和可靠性。

2     TPN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

    （1）TPN網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型，通訊機(jī)制令牌傳輸，屬于廣播式通訊方式，通訊協(xié)議符合IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)。連接電纜是同軸電纜并且冗于配置，交換頻率為1次/分鐘。控制室和鍋爐房之間距離約800米，采用光纜連接，再通過光電轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

    （2）GUS（01-08）：全局工作站。用于實(shí)現(xiàn)過程操作、過程的工程組態(tài)和控制設(shè)計(jì)功能。其硬件包括：pentium 主板，LCNP板、彩色監(jiān)視器，IKB一體化鍵盤，球標(biāo)和“T”型頭MAU等。軟件包括：系統(tǒng)軟件MS Windows NT 4.0 ，應(yīng)用軟件base software、display sever、display builder、personality software等。GUS01、GUS02 監(jiān)控鍋爐運(yùn)行，GUS03、GUS04、GUS05監(jiān)控凈化工藝過程，GUS06、GUS07 監(jiān)控甲醇合成與精餾工藝過程。GUS08置于調(diào)度室，通過換區(qū)可以監(jiān)視過程網(wǎng)絡(luò)上的任何工藝過程，方便了生產(chǎn)的協(xié)調(diào)和指揮。

    （3）HM21：歷史模件，提供海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和快速數(shù)據(jù)訪問功能。存儲(chǔ)過程報(bào)警、操作狀態(tài)的改變、系統(tǒng)狀態(tài)的改變、系統(tǒng)維護(hù)信息和在線過程的歷史數(shù)據(jù)。

    （4）NIM11和NIM12相互冗余，是網(wǎng)絡(luò)接口模件，用來(lái)實(shí)現(xiàn)TPN網(wǎng)和UCN網(wǎng)之間的通訊。

3    UCN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

    （1）UCN網(wǎng)在通訊方面與TPN 類似，只不過傳輸方式是載波通訊。它由主干電纜RG-11、分支電纜RG-6、75歐姆終端電阻、TAP和節(jié)點(diǎn)（設(shè)備）組成。

    （2）HPM：高性能過程控制站，實(shí)現(xiàn)過程數(shù)據(jù)采集、各種運(yùn)算、控制以及通訊功能，具有快速的內(nèi)部處理器和很大的存儲(chǔ)容量。它由高性能過程管理模件（HPMM）、輸入輸出卡件（IOPS）和現(xiàn)場(chǎng)終端（FTA）組成。其中HPM11、12控制鍋爐工藝，HPM13、14控制凈化，HPM15、16控制合成與精餾。

    （3）NIM在UCN上是主設(shè)備，擔(dān)負(fù)著時(shí)鐘同步和偵聽電纜交互的任務(wù)，它的地址最靠前。

    （4）UCN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成規(guī)則：

    a. UCN上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有不同的地址，對(duì)于冗于設(shè)備，主設(shè)備的地址為奇數(shù)，冗于設(shè)備的地址為偶數(shù)。如果不是冗于的，偶數(shù)地址不準(zhǔn)使用。

    b. 相互冗于的設(shè)備必須連接在相同的TAP對(duì)上。

    c. 每個(gè)TAP對(duì)上都有一個(gè)隔離斷口，要保證每個(gè)TAP具有隔離標(biāo)志的端口與下一個(gè)TAP的非隔離標(biāo)志的斷口相連，即TAP的隔離斷口方向要一致。

    d. 分支電纜RG-6長(zhǎng)度為5～50米，TAP 有多中不同規(guī)格，分支斷口數(shù)量為2、4、8。干線電纜RG-11的允許長(zhǎng)度與支線電纜RG6的長(zhǎng)度和TAP類型有關(guān)。

4     主要應(yīng)用

    （1）常規(guī)測(cè)量，常規(guī)控制，流量累積，數(shù)字量輸入輸出等。

    （2）實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制，如鍋爐液位（主變量）調(diào)節(jié)和上水流量（副變量）調(diào)節(jié)構(gòu)成的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，過熱蒸汽溫度（主變量）和減溫器出口蒸汽溫度（副變量）構(gòu)成的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。串級(jí)控制系統(tǒng)其目的是精確的穩(wěn)定主變量，對(duì)主變量要求較高，一般不允許有偏差，因此調(diào)節(jié)規(guī)律一般選比例積分，當(dāng)對(duì)象滯后較大時(shí)加入適當(dāng)?shù)奈⒎帧Ｔ诳刂七^程中，副變量不斷的跟隨主調(diào)節(jié)器的輸出變化而變化，要求不是很嚴(yán)格，一般只用比例作用，必要時(shí)可以加入適當(dāng)?shù)姆e分作用，微分作用一般不用。

    （3） 比值控制系統(tǒng)。其有兩種功能方式，一是根據(jù)非受控介質(zhì)流量（F1）和比值系數(shù)K，為受控介質(zhì)流量（F2）的PID調(diào)節(jié)器計(jì)算給定值，是變給定調(diào)節(jié)回路。如中溫變換器入口水煤氣和蒸汽流量的比值調(diào)節(jié)，脫碳塔入口變換氣流量和貧液流量的比值調(diào)節(jié)都采用這種方式，由于給定變化較頻，為了避免輸出突變，盡量不引入微分作用或者選擇微分先行算法，即微分只對(duì)測(cè)量的變化速度起作用，對(duì)給定值變化無(wú)影響。二是根據(jù)受控介質(zhì)和非受控介質(zhì)的流量計(jì)算出實(shí)際比值，即測(cè)量值PV，再和給定的比值相比較，實(shí)現(xiàn)比例偏差控制。

    （4） 流量的溫度壓力補(bǔ)償計(jì)算。當(dāng)差壓式流量計(jì)（如孔板、噴嘴）的實(shí)際工作條件和設(shè)計(jì)工作條件不一致時(shí)，使對(duì)介質(zhì)特別是氣體流量的測(cè)量不準(zhǔn)，采用溫壓補(bǔ)償算法克服了這一問題。如：原設(shè)計(jì)過熱蒸汽壓力為3.82MPa，溫度450℃。但在實(shí)際工作中，由于工藝需要或其它原因，實(shí)際壓力可在3.00MPa到3.82MPa之間變化，溫度也在400-460℃之間變化，導(dǎo)致測(cè)量準(zhǔn)確度下降，不利于能源的有效考核，加上溫壓補(bǔ)償解決了該問題，蒸汽質(zhì)量流量的補(bǔ)償公式：

    其中F是未經(jīng)補(bǔ)償且已開方的流量，RP、RT設(shè)計(jì)工況下的絕對(duì)壓力、絕對(duì)溫度，P、T實(shí)際工況下的壓力（表壓）和溫度，P0、T0標(biāo)況下的絕對(duì)壓力和絕對(duì)溫度。

    （5） 通過邏輯點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警及設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)。如甲醇合成工藝的開工氣加熱爐的聯(lián)鎖保護(hù)，當(dāng)火焰監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)不到火焰或爐膛內(nèi)溫度較低時(shí)認(rèn)為火滅，這時(shí)關(guān)閉燃料氣閥門同時(shí)打開蒸汽閥門，排除爐膛內(nèi)未燃?xì)怏w以免發(fā)生危險(xiǎn)。

5     TPS系統(tǒng)的日常檢查與維護(hù)

    （1）系統(tǒng)狀態(tài)檢查：在GUS里檢查系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)狀態(tài)主要有如下幾種。

    · OK：表示節(jié)點(diǎn)已經(jīng)通過質(zhì)量邏輯檢測(cè)，軟件已經(jīng)裝載，運(yùn)行正常。

    · BACKUP：表示節(jié)點(diǎn)已經(jīng)通過質(zhì)量邏輯檢測(cè)，軟件已經(jīng)裝載，處于另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的備用狀態(tài)。

    · PWR-ON：表示已經(jīng)上電，但沒有通過質(zhì)量邏輯檢測(cè)，沒有裝載軟件。

    · QUALIFY：表示正在經(jīng)過邏輯質(zhì)量檢測(cè)

    · READY：表示節(jié)點(diǎn)已經(jīng)送電，通過了質(zhì)量邏輯檢測(cè)，但沒有裝載軟件。

    · OFF：表示節(jié)點(diǎn)沒在TPN上或沒有供電。

    · FAIL：表示節(jié)點(diǎn)運(yùn)行失敗。

    （2）UCN 狀態(tài)檢查：

    a UCN電纜狀態(tài)的檢查

    · 字符顏色呈反顯表示處于工作狀態(tài)；

    ·綠色表示工作正常；

    ·黃色表示可能有問題；

    ·紅色表示一定存在問題。

    b HPM狀態(tài)的檢查

    ·OK表示運(yùn)行正常；

    ·BACKUP表示處于備用狀態(tài)；

    ·ALIVE表示已經(jīng)上電，但沒有裝載軟件；

    ·IDLE表示HPM或IOP處于空運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；

    ·soft-fl表示HPM或IOP有軟件故障；

    ·IDLSFT表示處于空運(yùn)轉(zhuǎn)并有軟件故障。

    （3）UPS 電源的檢查：檢查UPS外部輸入電源、風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)情況及UPS的工作狀態(tài)。工作狀態(tài)包括負(fù)荷大小、電池電量、供電方式等。如果處于旁路供電方式說明負(fù)載可能過大或內(nèi)部逆變有問題。若電池供電則說明UPS外部電源沒有，應(yīng)檢查開關(guān)、保險(xiǎn)或電氣供電。正常情況下旁路燈、電池?zé)舨涣粒砻鱑PS外部電源經(jīng)過濾波、整流、逆變等處理后供給用戶，屬于正常工作狀態(tài)。

    （4）HPM檢查。正常情況下，HPM 前面板上的電源和狀態(tài)指示燈亮。HPM前面面板上有4位數(shù)字顯示。其中第3、4位表示節(jié)點(diǎn)地址。正常情況主HPM的地址前面顯示OK表示運(yùn)轉(zhuǎn)正常 ；備用的HPM地址前面顯示B表示備用。HPM的電源指示燈不亮?xí)r，要檢查它的開關(guān)和保險(xiǎn)。在I/O連接卡件的底板上有一個(gè)3.2安的快速熔斷保險(xiǎn)，它保護(hù)著HPMM卡件和UCN接口模件。

    （5）輸入輸出卡件IOP和FTA的檢查。IOP和FTA由一個(gè)2A的快速熔斷保險(xiǎn)保護(hù)，如果IOP和FTA的電源指示燈都不亮，則應(yīng)檢查更換該保險(xiǎn)。如果FTA的電源指示燈亮，IOP的不亮，應(yīng)檢查IOP卡件上的0.5A的快速熔斷器。IOP的狀態(tài)指示燈亮（ON）表示正常；滅（OFF）表示運(yùn)行失敗；閃爍表示出現(xiàn)軟故障。如現(xiàn)場(chǎng)某測(cè)量點(diǎn)沒有接，這時(shí)應(yīng)把該點(diǎn)打死，使之處于非激活狀態(tài)。

    （6）更換或拆卸HPM卡件時(shí)，要提前放電，避免靜電損壞卡件內(nèi)部集成電路。

    （7）組態(tài)并激活PV跟蹤與初始化功能。PV跟蹤和初始化可以實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換，保證工藝的穩(wěn)定性。對(duì)于單回路調(diào)節(jié)器，由自動(dòng)模式變手動(dòng)模式調(diào)整工藝參數(shù)時(shí)，由于啟用自動(dòng)跟蹤功能， 這時(shí)給定跟蹤測(cè)量，當(dāng)投入自動(dòng)模式時(shí)不會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)輸出。對(duì)于串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)副回路手動(dòng)時(shí)，由于主副回路都有PV跟蹤功能，主、副回路的給定分別跟蹤主、副變量，又由于主回路啟用了初始化功能，主調(diào)節(jié)器的輸出始終等于副回路的給定。這樣當(dāng)副回路變?yōu)榇?jí)模式，主回路變?yōu)樽詣?dòng)模式時(shí)，沒有擾動(dòng)輸出，對(duì)生產(chǎn)過程不產(chǎn)生干擾，實(shí)現(xiàn)了無(wú)擾動(dòng)切換。

    （8）3線制電阻體檢查時(shí)，注意減去導(dǎo)線電阻。當(dāng)盤柜離現(xiàn)場(chǎng)較遠(yuǎn)時(shí)，導(dǎo)線電阻不能忽略。通常用Rab-Rbc即可。要近一步精確測(cè)量最好去現(xiàn)場(chǎng)。

    （9）工藝參數(shù)的及時(shí)調(diào)整。因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)是由檢測(cè)、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器和對(duì)象四個(gè)環(huán)節(jié)組成的，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的特性改變都可能影響到調(diào)節(jié)器的控制品質(zhì)。如換熱設(shè)備結(jié)垢，導(dǎo)致對(duì)象的時(shí)間常數(shù)增大，調(diào)節(jié)閥由于沖刷流通能力增大，檢測(cè)設(shè)備靈敏度下降等，因此要對(duì)調(diào)節(jié)器運(yùn)行狀況定期檢查必要時(shí)調(diào)整參數(shù)。如果對(duì)象的放大倍數(shù)增大，應(yīng)減小調(diào)節(jié)器的增益，反之則增大調(diào)節(jié)器的增益。若對(duì)象的時(shí)間常數(shù)增大則適當(dāng)增大微分時(shí)間，反之減小微分時(shí)間。

    （10）流量補(bǔ)償系數(shù)的范圍確定。一般情況下補(bǔ)償系數(shù)K接近1，若設(shè)定K的范圍后，如：0.9-1.1，就會(huì)避免因壓力或溫度測(cè)量裝置出現(xiàn)異常情況使流量的補(bǔ)償系數(shù)偏離實(shí)際值太遠(yuǎn)，從而避免了異常情況下的測(cè)量誤差增大甚至錯(cuò)誤測(cè)量，使得流量測(cè)量的可靠程度得到了保證。

    （11）TPS系統(tǒng)接地電定期檢查，包括安全接地和主參考接地，不能大于4歐姆，并且接地可靠。NIM、HM 等機(jī)殼上濾網(wǎng)定期拆卸清理，以免堵塞影響換熱。保證室內(nèi)的環(huán)境（濕度和空氣清潔度）滿足TPS系統(tǒng)的運(yùn)行要求。

6     結(jié)束語(yǔ)

    由于維護(hù)人員的精心維護(hù)，TPS 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，為工藝的安全生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。尤其是兩臺(tái)75噸循環(huán)流化床，它和尿素系統(tǒng)的老式鏈條爐蒸汽管道并網(wǎng)，效率比鏈條爐高，消耗低，為了降低蒸汽成本尿素系統(tǒng)也由75噸鍋爐供汽，不足的由鏈條爐補(bǔ)充。因此，TPS系統(tǒng)的正常運(yùn)行不僅為生產(chǎn)的安全運(yùn)行提供保證，而且對(duì)降低尿素產(chǎn)品的制造成本也起著重要的作用。