[摘 要]
針對(duì)Honeywell公司Experion PKS過程知識(shí)系統(tǒng)的硬件配置、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、組態(tài)工具等方面進(jìn)行了介紹，并結(jié)合具體運(yùn)用，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(shí)系統(tǒng)(簡(jiǎn)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(qiáng)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(jìn)的工程組態(tài)工具，開放的控制網(wǎng)絡(luò)等，構(gòu)成了先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)。這套系統(tǒng)在我公司的自動(dòng)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(jiǎn)稱C200)，包括電源、機(jī)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?cái)U(kuò)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(yùn)算以及機(jī)械設(shè)備控制等各類型的控制。對(duì)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(duì)其硬件作簡(jiǎn)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(jī)架為十槽位機(jī)架。
1)機(jī)架：機(jī)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(jī)架，機(jī)架預(yù)留兩槽位，以備系統(tǒng)擴(kuò)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(jī)架是分離的，不占用槽位，安裝在機(jī)架的左邊，用于機(jī)架底板的供電。為確保系統(tǒng)的可靠性，每個(gè)機(jī)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(gè)槽位。處理器是100MHz的PowerPC 603E，帶有8M字節(jié)的EDAC內(nèi)存(帶出錯(cuò)檢驗(yàn)和校正電路設(shè)計(jì)的內(nèi)存)。CPM模件支持非冗余或冗余配置兩種方式，可對(duì)處理器進(jìn)行手、自動(dòng)切換，我公司選用的是冗余配置。4M字節(jié)帶奇偶校驗(yàn)的閃存(Flash ROM)CPM模件，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件，并且容易進(jìn)行升級(jí)。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(jìn)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(kuò)展模件：當(dāng)系統(tǒng)電源掉電時(shí)，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(jī)架雙槽位，它提供兩個(gè)控制器機(jī)架的控制處理器冗余?；究刂破骱腿哂嗫刂破髦g的同步對(duì)用戶是完全透明的。工作時(shí)一個(gè)控制器為主，另一個(gè)為輔，當(dāng)主控制器故障發(fā)生時(shí)兩控制器進(jìn)行切換，切換時(shí)間對(duì)應(yīng)用來說是可以忽略不計(jì)的。使用光纖電纜連接兩個(gè)機(jī)架中的兩個(gè)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(qiáng)大能力和極大的魯棒性。LOLIM模件占用機(jī)架雙槽位。通過LOLIM模件通訊，將PMIO集成進(jìn)EPKS系統(tǒng)，使I/O處理器卡件很容易實(shí)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(jī)架型(CIOM-A)，A系列導(dǎo)軌型(RIOM-A)，用于危險(xiǎn)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(cè)和控制功能，特別其具有增強(qiáng)的I/O處理能力和獨(dú)有的冗余I/p配置選項(xiàng)，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(chǎng)終端元件(呵A)構(gòu)成。IOP和呵A最終執(zhí)行對(duì)PMIO現(xiàn)場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)技術(shù)與服務(wù)器連接。它使用交換的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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(cuò)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(shí)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(diǎn)(非容錯(cuò)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(shí)時(shí)的，確定性的過程控制網(wǎng)絡(luò)，可以通過單個(gè)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(duì)網(wǎng)絡(luò)(控制器-人機(jī)接口)，對(duì)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(shí)時(shí)確定性的數(shù)據(jù)傳遞。每個(gè)監(jiān)控/對(duì)網(wǎng)絡(luò)段支持10個(gè)控制器或10對(duì)冗余配置的控制器，每個(gè)C200控制器可以通過I/O子網(wǎng)連接最多8個(gè)I/O機(jī)架、64個(gè)I/O模件，一個(gè)I/O模件還可通過現(xiàn)場(chǎng)終端元件FTA連接8～32路不等的現(xiàn)場(chǎng)接線Field Wiring。顯而易見，EPKS系統(tǒng)規(guī)模是相當(dāng)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(gè)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(shí)現(xiàn)中央控制室和多個(gè)遠(yuǎn)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(yùn)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(gè)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(yàn)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(gè)控制模塊CM或順序控制模塊SCM等，通過對(duì)模塊參數(shù)的簡(jiǎn)單設(shè)置可快速地完成組態(tài)工作。Control Builder提供簡(jiǎn)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(gè)CM或SCM都是一個(gè)控制方案，實(shí)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(shí)現(xiàn)控制策略或應(yīng)用。CM和SCM作為“包容器”功能塊，既有強(qiáng)大的工具來創(chuàng)建、組織和檢測(cè)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(jìn)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(jìn)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(dòng)，可定位在畫面的任意位置。多種圖元可以組合成一個(gè)圖元，多種圖元可以組合成一個(gè)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(shí)，系統(tǒng)提供了設(shè)備圖庫，像：塔、釜、管道、泵、風(fēng)機(jī)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(shí)間，還可以使用Visual Basic腳本和Active組件完成一些高速的動(dòng)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(jìn)行操作，允許用戶定義點(diǎn)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(jī)等。另外，通過Quick Builder可以在線對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改。
同時(shí)，一體化的在線文檔系統(tǒng)Knowledge Builder(知識(shí)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(shí)調(diào)閱，避免了用戶查找資料的不便。
5 EPKS系統(tǒng)的具體運(yùn)用
我公司醋酸裝置包括兩個(gè)控制室：120控制室和310控制室，1個(gè)工程師站，系統(tǒng)規(guī)模近2000點(diǎn)(包括冗余點(diǎn)數(shù))。系統(tǒng)共配置10臺(tái)操作站(Stations)，其中120控制室3臺(tái)，370控制室5臺(tái)，工程師站2臺(tái)服務(wù)器(Servers)兼操作站。120控制站配有1對(duì)冗余C200控制器，310控制站配置2對(duì)冗余C200控制器，根據(jù)點(diǎn)數(shù)的不同C200控制器分別下掛3～4個(gè)I/O機(jī)架。操作站Stations和2臺(tái)Servers通過局域網(wǎng)進(jìn)行通訊。3對(duì)C200控制器和兩臺(tái)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(yùn)行，我們不僅對(duì)
Server、C200控制器、ControlNet網(wǎng)等進(jìn)行冗余配置，而且對(duì)C200控制器供電系統(tǒng)、重要點(diǎn)FTA卡件和I/O卡件也進(jìn)行了冗余配置，等等。
醋酸裝置工藝流程相對(duì)復(fù)雜，對(duì)控制的要求較高，整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜控制回路就有20多套，像串級(jí)、比值、前饋、選擇、均勻等復(fù)雜控制系統(tǒng)都運(yùn)用到，聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)近50套。一套復(fù)雜控制系統(tǒng)或一套聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)就是一個(gè)CM或SCM。專業(yè)組<
