Experion PKS過程知識系統的運用

針對Honeywell公司Experion PKS過程知識系統的硬件配置、網絡構架、組態工具等方面進行了介紹，并結合具體運用，對系統進行了肯定。
　　
　　1 系統概要
　　 兗礦國泰化工有限公司是以生產醋酸、甲醇為主導產品的新型現代化企業。醋酸裝置工藝流程監視、控制系統選用了Honeywell公司新推出的Experion PKS過程知識系統(簡稱EPKS系統)，它是一體化的混合控制系統，是世界上第四代DCS控制系統的代表，其核心是基于開放且功能強大的Microsoft公司的Windows 2000服務器/客戶系統。它由高性能
　　的控制器，先進的工程組態工具，開放的控制網絡等，構成了先進的體系結構。這套系統在我公司的自動化控制方面起到很重要的作用。
　　2 EPKS系統硬件配置
　　EPKS系統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)、控制網絡通訊模件(CNI)、以太網接口模件、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，且適應惡劣的生產環境。C200適用于廣泛的工業應用，包括連續過程、批量過程、開關量運算以及機械設備控制等各類型的控制。對于要求將調節控制、快速邏輯控制、順序控制以及批量控制諸應用一體化的集成應用，C200是最理想的控制器。
　　
　　
　　結合EPKS系統在我公司具體應用，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，機架預留兩槽位，以備系統擴展。
　　 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字節的EDAC內存(帶出錯檢驗和校正電路設計的內存)。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字節帶奇偶校驗的閃存(Flash ROM)CPM模件，用于存儲系統軟件，并且容易進行升級。內置在控制器中的鋰電池用于保存控制器的數據庫。
　　 4)GNI模件：EPKS系統的服務器(Server)通過Control
　　Net Interface控制網絡通訊(CNI)模件和控制器進行通訊。CNI模件連接控制器到ControlNet控制網絡上。
　　 5)BEM電源擴展模件：當系統電源掉電時，BEM模件開始工作，以防止CMP內已經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?；究刂破骱腿哂嗫刂破髦g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，當主控制器故障發生時兩控制器進行切換，切換時間對應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，使I/O處理器卡件很容易實現冗余，使I/o系統的可用性提升到最高水平。
　　 8)輸入輸出子系統：混合控制器的輸入輸出子系統有四種系列：A系列機架型(CIOM-A)，A系列導軌型(RIOM-A)，用于危險環境的H系列導軌型(RIOM-H)，和過程管理站I/O(PMIO)。在四種子系統中，由于PMIO提供了具有高度靈活性的數據監測和控制功能，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，因而具有廣泛的應用。PMIO主要由輸入／輸出處理器(10P)和現場終端元件(呵A)構成。IOP和呵A最終執行對PMIO現場設備的輸入和輸出掃描和處理。
　　3 PKS系統網絡架構
　　 (1)一體化的網絡支持
　　 1)Ethernet：一種商用的開放的網絡，使得控制器通過標準技術與服務器連接。它使用交換的網絡拓撲結構，支持TCP/IP通訊協議。為保證系統的可靠性，在系統服務器和操作站之間，網絡的冗余采用的是Honeywell專利技術-容錯以太網FTE(Fault Tolerant Ethernet)提供了可靠的100Mbps高速以太網絡。FTE采用的是單一網絡結構，切換時服務器和操作員站不需要重新連接網絡，因此切換的速度很快，約1s，這樣大大減少了網絡的故障率。普通的以太網節點(非容錯以太網)也能連接到FTE網絡上，同樣比連接到常規的冗余以太網有更可靠的通訊環境。
　　 2)ControlNet：一種實時的，確定性的過程控制網絡，可以通過單個或冗余的傳輸介質，提供確定性的數據通訊，是一種優化的過程控制網絡。ControlNet是靈活的，高性能的網絡，支持監控/對網絡(控制器-人機接口)，對等通訊(Peer-to-Peer)以及I/O網絡的通訊。ControlNet是開放的網絡，由ControlNet國際組織制定技術規范，其數據傳輸速率為5Mbits/sec，可以
　　選擇單或冗余的網絡介質，并且提供實時確定性的數據傳遞。每個監控/對網絡段支持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模件還可通過現場終端元件FTA連接8～32路不等的現場接線Field Wiring。顯而易見，EPKS系統規模是相當龐大的。
　　 此外，I/O Network，I/O子網是Honeywell公司自身研發的用于系統內部的專用網絡。
　　 (2)分布式服務器結構(Distributed System Architecture)
　　 分布式服務器結構(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。分布式的服務器結構還為地理位置上分散的集散系統的互聯應用提供了極大的靈活性。通過廣域網很方便的實現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系統網絡架構在我公司運用一例：
　　
　　
　　4 EPKS系統組態工具
　　 EPKS系統組態工具主要包括：控制器組態工具Control Builder、圖形組態工具Display Builder和數據庫管理工具Quick Builder三種。
　　 (1)控制器組態工具Control Builder
　　 Control Builder是一個面向對象的開發軟件包，支持C200控制器控制策略的組態，組態文本、監視等功能。在Control Builder主界面中，其樹形目錄共包括三部分：用于控制組態界面的“Project”、用于在線監視硬件工作狀態及驗證組態等情況的“Monitoring”和用于控制組態所需的系統功能模塊庫“Library。在“Project界面下可方便地創建控制器塊CPM，創建冗余模塊、各型I/O模塊及創建若干個控制模塊CM或順序控制模塊SCM等，通過對模塊參數的簡單設置可快速地完成組態工作。Control Builder提供簡單易解的工具，通過使用功能塊庫(FBs)組態I/O、回路控制、邏輯控制、設備控制、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內的功能塊利用“軟接線”相互連接，很方便地實現控制策略或應用。CM和SCM作為“包容器”功能塊，既有強大的工具來創建、組織和檢測控制策略。組態工作完成后，要將組態的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，可邊組態邊進行。
　　 (2)圖形組態工具Display Builder
　　 Display Builder是用于繪制用戶流程圖、連接顯示數據、組態數據及圖形參數的工具，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，系統提供了設備圖庫，像：塔、釜、管道、泵、風機等，組態人員可方便地調用，模板顯示可以減少相似畫面組態的時間，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，可快速地完成系統開發。
　　 (3)數據庫管理工具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，定義數據通道、控制器、操作站(Station)、服務器(Server)和打印機等。另外，通過Quick Builder可以在線對系統數據庫進行修改。
　　 同時，一體化的在線文檔系統Knowledge Builder(知識庫軟件)為用戶提供在線幫助和在線技術支持，組態人員在編程
　　過程中可隨時調閱，避免了用戶查找資料的不便。
　　5 EPKS系統的具體運用
　　 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，系統規模近2000點(包括冗余點數)。系統共配置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，根據點數的不同C200控制器分別下掛3～4個I/O機架。操作站Stations和2臺Servers通過局域網進行通訊。3對C200控制器和兩臺服務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系統未連入公司管理網。為保證系統更穩定、可靠地運行，我們不僅對
　　Server、C200控制器、ControlNet網等進行冗余配置，而且對C200控制器供電系統、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雜，對控制的要求較高，整個系統復雜控制回路就有20多套，像串級、比值、前饋、選擇、均勻等復雜控制系統都運用到，聯鎖保護系統設計近50套。一套復雜控制系統或一套聯鎖保護系統就是一個CM或SCM。專業組態人員根據設計及工藝要求進行組態，并根據Control Builder中監控(Monitoring)功能進行檢驗，可較輕松實現各種復雜控制，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畫面可直觀地對控制回路進行參數整定，使各回路能較快地投入運行；同時Station中可通過改變操作權限查看組態程序，這樣給儀表維護人員處理問題帶來了方便。
　　6 結束語
　　 EPKS系統自2005處3月份系統上電后，先后經歷了系統斷電、頻繁開停車、信號線短路、接地不好、工作環境惡劣等因素的影響，系統在半年多的運行中工作一直穩定，經受住了考驗，完全能夠滿足對醋酸裝置生產監視和控制的需要。