基于造紙生產(chǎn)過程連續(xù)性及安全性的要求，Honeywell TPA系統(tǒng)提供了運(yùn)行可靠性很高的PM及冗余PM過程處理模組。從2001年運(yùn)行到現(xiàn)在的7年的時(shí)間里，因?yàn)橄到y(tǒng)處理器本身的故障導(dǎo)致的停機(jī)事故還沒有，其中發(fā)生過的最嚴(yán)重的故障事件發(fā)生在控制鍋爐的冗余處理器中。因?yàn)槿哂嗄＝M的處理器硬件故障，導(dǎo)致系統(tǒng)總線負(fù)荷過高，通訊中斷，工藝監(jiān)控操作無法進(jìn)行，主處理器自動(dòng)控制生產(chǎn)運(yùn)行達(dá)40分鐘，經(jīng)檢查重新復(fù)位了冗余的處理器后通訊恢復(fù)，我們當(dāng)夜聯(lián)系了HONEYWELL的服務(wù)專家，進(jìn)行了遠(yuǎn)程登錄診斷，確定為冗余模組的處理器卡硬件故障，在HONEYWELL專家遠(yuǎn)程指導(dǎo)下在線更換了處理器模組，并優(yōu)化了系統(tǒng)的軟件設(shè)置，對(duì)系統(tǒng)中運(yùn)行的GHOST等垃圾程序進(jìn)行了清理，系統(tǒng)運(yùn)行正常，幸運(yùn)的是這次事故發(fā)生在生產(chǎn)相對(duì)穩(wěn)定的工況下，工藝人員在現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)巡視，所以并沒有導(dǎo)致停機(jī)。通過這次事故后我們加強(qiáng)了對(duì)過程處理器模組的維護(hù)，定期檢查處理器運(yùn)行狀態(tài)及備用模組的工作情況，定期刪除未使用的連接，降低系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷，下載程序時(shí)檢查主從模組的CRC是否一致，保證處理器能在一個(gè)正確的軟件環(huán)境下運(yùn)行，現(xiàn)在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行健康、平穩(wěn)。
以下就TPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、布局及控制功能做一簡介。
1．TPA 硬件組成及結(jié)構(gòu)
Honeywell TotalPlant® Alcont （簡稱TPA）系統(tǒng)是霍尼韋爾公司針對(duì)制漿、造紙行業(yè)開發(fā)的集生產(chǎn)過程自動(dòng)控制、生產(chǎn)設(shè)備快速邏輯控制、紙機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)于一體開放式自動(dòng)化控制系統(tǒng)平臺(tái)，是目前Honeywell EPKS知識(shí)專家系統(tǒng)的重要組成部分之一，在歐洲及亞洲制漿、造紙行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。
1.1 TPA 系統(tǒng)經(jīng)典結(jié)構(gòu)
經(jīng)典的TPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下所示：
每套TPA系統(tǒng)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(gòu)成基本的TPA 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。還有其它諸如SM模塊（Storage Module），AM （Alarm Module）等擴(kuò)展模塊，可以完成相應(yīng)功能，可以使TPA系統(tǒng)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(chǔ)系統(tǒng)的配置信息，用戶組態(tài)的程序及操作畫面，收集報(bào)警信息并輸出至報(bào)警設(shè)備，執(zhí)行順序控制運(yùn)算以及作為故障診斷接口。由于OM模塊是相互冗余的，當(dāng)某一OM有故障時(shí)，可以按照規(guī)程對(duì)該模塊進(jìn)行故障修復(fù)，必要時(shí)可以進(jìn)行冷啟動(dòng)。
OIM 模塊 主要功能是連接遠(yuǎn)程操作站，作為遠(yuǎn)程操作站調(diào)用OM模塊內(nèi)存儲(chǔ)畫面的接口，組成與OM 模塊區(qū)別只是OIM 模塊沒有EMM NVM等存儲(chǔ)單元。
PM 模塊 作為OM下一級(jí)的控制器，主要完成測(cè)量、調(diào)節(jié)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(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)從OM模塊下載到本處理器的程序進(jìn)行各種運(yùn)算和控制，它可以執(zhí)行用事件驅(qū)動(dòng)的高級(jí)語言，PM還可以儲(chǔ)存8小時(shí)的歷史趨勢(shì)。PM 模塊是可以冗余的，一般用于重要的區(qū)域控制。
PM模塊與OIM 組成相近，他的程序都是存儲(chǔ)在XPR 卡中，不需要額外的存儲(chǔ)卡。區(qū)別在于它還包括一個(gè)UIX卡，用于和它連接的I/O 柜組通信。冗余型PM 還包括一個(gè) UPC卡，用于冗余PM 管理。
I/O 柜組 是PM與過程的接口，現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)線經(jīng)端子排連接至I/O 卡，收集信息后通過 IOC卡 與上級(jí)PM 通訊。I/O 只負(fù)責(zé)收集生產(chǎn)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(shù)字量輸入卡）和BOU卡（數(shù)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(jìn)行的，OM模塊間是XPR卡通過System HIGHWAY實(shí)現(xiàn)的，OM與PM模塊通信是XPR卡通過Process HIGHWAY實(shí)現(xiàn)的，PM 與I/O通信是由PM的UIX卡通過IOHIGHWAY連接到I/O IOC卡實(shí)現(xiàn)的。
總線介質(zhì)通常為冗余同軸電纜，總線通信速率1.2或4Mbit/s?？偩€又分為系統(tǒng)總線，過程總線和I/O總線。總線兩端為75歐姆終端電阻，當(dāng)懷疑總線故障時(shí)可以斷開所有模塊測(cè)量并聯(lián)電阻在40歐姆左右（線阻50-100歐姆/千米）。
1.3 我公司在線運(yùn)行的TPA 硬件結(jié)構(gòu)及工藝組成
我公司現(xiàn)有3套獨(dú)立運(yùn)行又相互通訊的TPA 系統(tǒng)。
第一套TPA 應(yīng)用于制漿車間及化學(xué)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(chǎn)出合格的漂白化學(xué)漿，化學(xué)品車間負(fù)責(zé)制備制漿車間生產(chǎn)過程中所需的化學(xué)品。該TPA 系統(tǒng)由2組冗余OM模塊作為中心控制器、1組OIM作為化學(xué)品車間遠(yuǎn)程GUS接口模塊，4組PM模塊及14組I/O柜組成。
第二套 TPA 應(yīng)用于紙板漿板車間。該車間主要職能是利用自產(chǎn)漿和外購漿生產(chǎn)合格的紙板和漿板產(chǎn)品。紙漿在紙板機(jī)上網(wǎng)前的漿料制備、漿料流送及化學(xué)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(tǒng)與SIEMENS S7-400 系統(tǒng)、ABB QCS 、AB PLC等系統(tǒng)進(jìn)行通訊。
第三套 TPA 應(yīng)用于堿回收車間和動(dòng)力車間。堿回收車間是把制漿車間產(chǎn)生的黑液燃燒產(chǎn)生蒸汽為動(dòng)力車間發(fā)電提供動(dòng)力，并處理制漿過程中產(chǎn)生的污染氣體—臭氣。動(dòng)力車間則為全公司生產(chǎn)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(zhì)，對(duì)系統(tǒng)的安全級(jí)別和穩(wěn)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(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)該模塊XPR發(fā)生致命故障時(shí)，可以自動(dòng)選擇到冗余XPR卡上，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行沒有影響，不會(huì)發(fā)生因?yàn)榭刂茖?shí)效引起的安全事故。
該系統(tǒng)與 HIMA 安全PLC 、SIEMENS PCS7、煙氣檢測(cè)系統(tǒng)等多套系統(tǒng)通訊。
1.4 TPA 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)總結(jié)
TPA系統(tǒng)是一個(gè)開放型分布式過程控制系統(tǒng)。它的硬件是基于模塊化的設(shè)計(jì)。模塊均由卡件組成，易于安裝和維護(hù)。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(tǒng)方便的通訊，有利于公司制定在某領(lǐng)域內(nèi)更專業(yè)的解決方案。
2．TPA 軟件組成及結(jié)構(gòu)
2. 1 TPA 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)及功能
從圖1可以看出，TPA系統(tǒng)的軟件有幾下幾部分：
DM 模塊（Design Module）是程序設(shè)計(jì)工作站，包括組態(tài)工具、圖形工具、系統(tǒng)工具，分別進(jìn)行組態(tài)、文檔、管理及圖形設(shè)計(jì)、系統(tǒng)定義等功能。
在工程初期用DM創(chuàng)建工程文件、進(jìn)行系統(tǒng)定義和I/O定義及應(yīng)用程序組態(tài)。日常維護(hù)需要用DM將程序改動(dòng)下載到控制器并檢查下載后系統(tǒng)功能。利用DM文檔化應(yīng)用程序。備份系統(tǒng)和應(yīng)用程序、系統(tǒng)性能檢測(cè)也是日常維護(hù)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(gè)操作站，用于從OM 下載操作畫面和TAG LOOP來控制生產(chǎn)過程，并完成接受測(cè)量值、發(fā)送控制命令等數(shù)據(jù)通訊。
Remote DM （Remote Design Module）& Remote GUS 是通過網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程DM 或 GUS 功能的計(jì)算機(jī)，一般用于遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程工藝技術(shù)支持。當(dāng)然遠(yuǎn)程診斷也可以借助第三方軟件，例如Remote Administrator 或者PC Anywhere 來實(shí)現(xiàn)。
2.2 DM模塊軟件工具介紹
DM模塊軟件主要包括系統(tǒng)工具、組態(tài)工具和圖形工具。見下圖：
系統(tǒng)工具主要用于新加系統(tǒng)的架構(gòu)、已有系統(tǒng)硬件改動(dòng)的更新、系統(tǒng)用戶的定義、系統(tǒng)設(shè)備的定義、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的定義、報(bào)警區(qū)域的定義、工藝區(qū)域的定義等所有與系統(tǒng)全局信息相關(guān)的定義。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，通過系統(tǒng)工具可以完成系統(tǒng)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?qū)?yīng)起來；
正確定義Users，才能創(chuàng)建用戶并指定用戶的權(quán)限；
正確定義報(bào)警區(qū)域、工藝區(qū)域，才能把程序分類存放和管理，同時(shí)對(duì)報(bào)警信息也分區(qū)域發(fā)布和管理。
該工具也提供直接管理OM內(nèi)部文件的功能，但是由于OM內(nèi)部文件非基于Windows的文件系統(tǒng)，非必要條件下不得更改。
該工具由于完成與系統(tǒng)框架相關(guān)的功能，定義及更改必須做好文檔管理，工廠維護(hù)中常有定義錯(cuò)誤而引發(fā)的故障，例如因?yàn)橛脩魴?quán)限定義錯(cuò)誤，或者新增工藝區(qū)域未做相應(yīng)關(guān)聯(lián)，致使操作權(quán)限不夠等問題。
組態(tài)工具主要用于新組態(tài)控制回路、已有控制回路的修改與下載、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、連鎖/模擬解除及恢復(fù)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(jī)控制、閥門控制、PID控制、開關(guān)控制等，只是在新組態(tài)程序時(shí)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(fù)性工作。值得注意的是，如果用類型塊編程，切勿停用該塊，因?yàn)樵谒谐绦蛑屑尤氲耐愋蛪K是同一個(gè)塊而非同一類塊，它是通過調(diào)用該塊功能實(shí)現(xiàn)的，所以在某一程序中停用該塊，則導(dǎo)致所有程序中的同名類型塊停用，特別是運(yùn)行時(shí)將引起全線跳停。
除了簡單程序的編寫，DM還支持執(zhí)行用事件驅(qū)動(dòng)的高級(jí)語言編程。復(fù)雜控制程序也可以用Pascal 語言編程，比用基本塊實(shí)現(xiàn)更方便。
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