Honeywell TotalPlant&reg； Alco
以下就TPA系統結構、布局及控制功能做一簡介。
1．TPA 硬件組成及結構
Honeywell TotalPlant® Alcont （簡稱TPA）系統是霍尼韋爾公司針對制漿、造紙行業開發的集生產過程自動控制、生產設備快速邏輯控制、紙機電氣傳動控制系統于一體開放式自動化控制系統平臺，是目前Honeywell EPKS知識專家系統的重要組成部分之一，在歐洲及亞洲制漿、造紙行業得到了廣泛的應用。
1.1 TPA 系統經典結構
經典的TPA系統結構如下所示：
每套TPA系統中，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 柜組構成基本的TPA 系統硬件結構。還有其它諸如SM模塊（Storage Module），AM （Alarm Module）等擴展模塊，可以完成相應功能，可以使TPA系統功能更完善。
1.2各模塊的功能及硬件組成
OM 模塊 作為中心處理器，主要存儲系統的配置信息，用戶組態的程序及操作畫面，收集報警信息并輸出至報警設備，執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，當某一OM有故障時，可以按照規程對該模塊進行故障修復，必要時可以進行冷啟動。
OIM 模塊 主要功能是連接遠程操作站，作為遠程操作站調用OM模塊內存儲畫面的接口，組成與OM 模塊區別只是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、調節控制、邏輯、順序、批處理過程控制功能。它用I/O與過程接口，收集現場數據，并根據從OM模塊下載到本處理器的程序進行各種運算和控制，它可以執行用事件驅動的高級語言，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，現場的信號線經端子排連接至I/O 卡，收集信息后通過 IOC卡 與上級PM 通訊。I/O 只負責收集生產信息而無處理功能，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（數字量輸入卡）和BOU卡（數字量輸出卡）。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實現的，OM與PM模塊通信是XPR卡通過Process HIGHWAY實現的，PM 與I/O通信是由PM的UIX卡通過IOHIGHWAY連接到I/O IOC卡實現的。
總線介質通常為冗余同軸電纜，總線通信速率1.2或4Mbit/s。總線又分為系統總線，過程總線和I/O總線。總線兩端為75歐姆終端電阻，當懷疑總線故障時可以斷開所有模塊測量并聯電阻在40歐姆左右（線阻50-100歐姆/千米）。
1.3 我公司在線運行的TPA 硬件結構及工藝組成
我公司現有3套獨立運行又相互通訊的TPA 系統。
第一套TPA 應用于制漿車間及化學品制備車間。制漿車間職能是將木片通過篩選，蒸煮，洗漿，漂白等工段，生產出合格的漂白化學漿，化學品車間負責制備制漿車間生產過程中所需的化學品。該TPA 系統由2組冗余OM模塊作為中心控制器、1組OIM作為化學品車間遠程GUS接口模塊，4組PM模塊及14組I/O柜組成。
第二套 TPA 應用于紙板漿板車間。該車間主要職能是利用自產漿和外購漿生產合格的紙板和漿板產品。紙漿在紙板機上網前的漿料制備、漿料流送及化學品添加等由該套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系統與SIEMENS S7-400 系統、ABB QCS 、AB PLC等系統進行通訊。
第三套 TPA 應用于堿回收車間和動力車間。堿回收車間是把制漿車間產生的黑液燃燒產生蒸汽為動力車間發電提供動力，并處理制漿過程中產生的污染氣體—臭氣。動力車間則為全公司生產提供電力和蒸汽。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，對系統的安全級別和穩定性有更高的要求。所以PM3 PM4 PM5 3組控制堿爐的PM模塊均采用冗余模塊。冗余模塊的優點在于當該模塊XPR發生致命故障時，可以自動選擇到冗余XPR卡上，對系統運行沒有影響，不會發生因為控制實效引起的安全事故。
該系統與 HIMA 安全PLC 、SIEMENS PCS7、煙氣檢測系統等多套系統通訊。
1.4 TPA 系統硬件結構總結
TPA系統是一個開放型分布式過程控制系統。它的硬件是基于模塊化的設計。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。模塊與其它系統方便的通訊，有利于公司制定在某領域內更專業的解決方案。
2．TPA 軟件組成及結構
2. 1 TPA 系統軟件結構及功能
從圖1可以看出，TPA系統的軟件有幾下幾部分：
DM 模塊（Design Module）是程序設計工作站，包括組態工具、圖形工具、系統工具，分別進行組態、文檔、管理及圖形設計、系統定義等功能。
在工程初期用DM創建工程文件、進行系統定義和I/O定義及應用程序組態。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功能。利用DM文檔化應用程序。備份系統和應用程序、系統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來控制生產過程，并完成接受測量值、發送控制命令等數據通訊。
Remote DM （Remote Design Module）& Remote GUS 是通過網絡連接實現遠程DM 或 GUS 功能的計算機，一般用于遠程診斷和遠程工藝技術支持。當然遠程診斷也可以借助第三方軟件，例如Remote Administrator 或者PC Anywhere 來實現。
2.2 DM模塊軟件工具介紹
DM模塊軟件主要包括系統工具、組態工具和圖形工具。見下圖：
系統工具主要用于新加系統的架構、已有系統硬件改動的更新、系統用戶的定義、系統設備的定義、數據存儲的定義、報警區域的定義、工藝區域的定義等所有與系統全局信息相關的定義。根據系統結構圖，通過系統工具可以完成系統框架的建立。
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對應起來；
正確定義Users，才能創建用戶并指定用戶的權限；
正確定義報警區域、工藝區域，才能把程序分類存放和管理，同時對報警信息也分區域發布和管理。
該工具也提供直接管理OM內部文件的功能，但是由于OM內部文件非基于Windows的文件系統，非必要條件下不得更改。
該工具由于完成與系統框架相關的功能，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的故障，例如因為用戶權限定義錯誤，或者新增工藝區域未做相應關聯，致使操作權限不夠等問題。
組態工具主要用于新組態控制回路、已有控制回路的修改與下載、生產過程數據實時監控、連鎖/模擬解除及恢復等。
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、開關控制等，只是在新組態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，它是通過調用該塊功能實現的，所以在某一程序中停用該塊，則導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還支持執行用事件驅動的高級語言編程。復雜控制程序也可以用Pascal 語言編程，比用基本塊實現更方便。
圖形工具 用于編輯在GUS 上用來監控生產過程的畫面。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操作相關的功能，例如電機控制、閥門控制、各類型數據輸入輸出、完善的報警顯示等等。
創建一個PIC，進入User_Interface 工具界面，File/New 一個畫面后，首先將靜態的表示生產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的Effect。在添加Effect之前要確保Effect所指向的位號及相應的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，用此功能可以實現創建子頁面；還需要指定頁面的瀏覽權限，一般是Open，否則將造成最低權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的某些Effect的顯示。
診斷工具ETDAXMON 是DM用來對系統軟件和硬件進行診斷的工具，它在DOS下運行，是基于VSYS環境的維護和診斷工具。系統運行正常時，每日的系統檢測如負載檢測、通訊檢測、系統報警檢測、XPR運行情況監測等都是通過它實現的。當硬件發生故障時，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TPA內部文件的管理，以及執行TPA系統開停機等所必需的檢查。
1.3 GUS 系統及工廠應用
我公司GUS系統分布如下：
紙板漿板車間 ：10臺操作站
制漿化學品車間 ：10臺操作站
堿回收動力車間 ：9臺操作站
中心調度 ：4臺操作站
各車間把工藝劃分為工段，在DM定義工藝區域時以工段為單位，并把工藝區域分配給不同用戶下的不同權限，在硬件上則用不同PM 集中管理工藝區域，這樣的劃分首先保證了操作時，只有有操作授權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，當某PM 硬件發生故障時，影響的是一個工段而非多個工段的現場設備，最大可能的減少了關聯停機的影響區域。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 均通過位于中心調度室的HUB組成局域網。其他車間的操作畫面可以通過局域網通訊到本機Alcont顯示，只是在配置Alcont時定義其他車間的操作權限為最低。中心調度有24小時工藝技術人員，調度全廠生產情況，有利于公司生產運行管理。
Alcont畫面顯示的LOOP效果應用時具有很強的靈活性。一般來說，用戶取得相應的操作權就可以進行操作，如果工藝對權限有特殊的要求，可以更改Alcont和DM 編程工具來實現。
3．PHD & WPKS系統及應用
3．1 PHD系統及應用
PHD （Process History Database）過程歷史數據庫，是用來收集生產過程實時數據，并保存較長時間歷史數據，可以將數據圖形化的軟件。我公司使用的是最新版本的Uniformance PHD R210。該系統由3臺Buffer和1臺Shadow組成。
Buffer機是用來從DCS系統收集實時數據，并傳送實時數據到Shadow機。Buffer機通過OPC Client 從TPA系統讀取實時數據。3臺Buffer分別安裝在3個車間與3套TPA系統通訊。Buffer 機還管理通過PHDSERVER配置的RDI（實時數據接口）。
Shadow 機同時也是PHD服務器。當接收實時數據后生成Archive文件，歷史數據以該文件形式存儲，并可以被PHD軟件查詢。所有PHD的系統配置、點的組態都是在Shadow上通過PHD軟件完成的。系統配置信息保存在Oracle數據庫內，當Buffer或其他安裝了Desktop的用戶訪問PHD Server時，首先與Oracle數據庫通信。PHD支持用戶自定義測量單位，這滿足了造紙企業中一些參數的單位因工藝要求不同無法轉換成國際標準單位的要求。PHD數據管理按照RDI進行劃分，在服務器配置好RDI時，按照RDI來接收來自不同Buffer的數據，某RDI發生故障也不會影響其他RDI的功能。在點組態的時候，PHD還支持以RDI為單位批量導入點，這種方式適合同意RDI下點的組態；還支持按照屬性的近似來創建父點，創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信息。Honeywell PHD靈活的點組態方式大大提高了點組態的效率。PHD同時也支持生產數據的加工，是通過Visual TAG功能實現的，顯示的不僅是測量或者輸出值，還可以是多數據運算后的結果，有利于綜合分析生產過程。由于過程歷史數據在生產上的作用重大，所以我公司也非常重視PHD的使用，在生產系統中，為分析、改善生產提供了有力保障。
3．2 WPKS軟件及應用
我公司是一個國際集團的子公司，生產數據的發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產品，同時將我公司的PHD系統從150升級到210版本，可以把生產數據發布到Internet,并允許有授權的用戶調看實時信息和過程數據，使信息管理工作和集團內生產調度成為可能。
該發布是以Workcenter HMIWeb Display Builder作為基于Web顯示技術的頁面生成工具，Workcenter軟件作為基于Web的信息發布平臺，從PHD獲得實時數據，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發布。本次發布還通過潤乾報表軟件實現了在線報表的功能，更加方便了生產信息管理。
本系統由HP 服務器作為Web 服務器，由多個終端用戶作為客戶端為最終用戶提供Web 服務，是典型的CS結構。
在服務器端，由于潤乾需要SQL 數據庫作為支持，首先要正確配置SQL數據庫及服務。由于生產數據來源是PHD，在服務器端還需要安裝Oracle客戶端和PHD客戶端。在正確安裝WPKS的相關軟件后，打開Workcenter HMIWeb Display Builder開始生成顯示頁面。
我公司根據需要，利用導航功能將頁面劃分為生產監控、化驗室手動輸入和報表三部分。其中的生產監控作為表示生產流程和監控重要生產參數，是利用Workcenter HMIWeb Display Builder生成.htm文檔，最后通過Workcenter發布的。Honeywell的Workcenter HMIWeb Display Builder軟件可以生成動態效果，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發布，發布時首先配置好發布頁面的結構。每個頁面都有5個Frame組成，通過配置這5個Frame的屬性和內容，最終發布一張頁面。Honeywel Workcenter提供了大量自帶的控件，包括趨勢圖生成、導航條、數據輸入框等大量功能可以輕松實現。將網頁發布后，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限，如果要將某個用戶的權限提高，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限或者可以瀏覽特殊頁面。雙重安全策略可以使得系統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頁。另外為了更方便更快速的瀏覽網頁，還需要在IE/工具/Internet選項/安全里，將發布的網頁地址添加到信任站點，高級選項內取消對網站證書/簽名的檢驗。為了更好的結合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結合PHD的使用，不僅使實時數據在集團內發布得以實現，還提高了生產分析和生產預測的能力，是現代化生產發展的必然要求，為將來能開展Honeywell的生產管理系統（MES）做了準備。
4 全系統的總結和展望
TPA系統是一個開放型分布式過程控制系統。它基于單一模塊化硬件及軟件結構，便于硬件的安裝維護和軟件的組態。TPA系統能在同一個操作站開放不同的窗口監視現場操作，適于組網構建包含操作層、監控層、決策層等多層生產監控體系。TPA方便的與多套系統如西門子PLC ，ABB QCS，HIMA PLC，AB PLC通訊，可以實現某領域更專業的控制解決方案。TPA系統自帶的完善的診斷、組態等工具，完全滿足了系統的日常維護和項目擴建而進行的組態。TPA系統可以為制漿造紙行業提供全套自動化控制解決方案。
PHD系統和WPKS的使用，使得高層應用——管理信息系統（MIS）有了實現的基礎。PHD既保存歷史數據，用來分析生產，也為WPKS提供數據。WPKS信息發布，滿足信息在跨國集團內的共享的需要，同時也是Honeywell Business FLEX產品的一部分，為將來實現MES提供了網絡平臺。
TPA，PHD和WPKS在一期的成功應用，為100萬噸漿項目提供了寶貴的經驗，在近期動工的二期項目中，從自動控制系統，到2條生產線的生產監控及管理，以及計劃中的MES改造，Honeywell Experion Process Knowledge System的系統平臺提供了完整的解決方案。這幾套系統的成功應用，也希望給其他制漿造紙行業自動化解決方案能有所幫助。
文章版權歸西部工控xbgk所有，未經許可不得轉載。
服務咨詢