1 TPS系統(tǒng)概述
TPS的英文全稱是Total Plant Solution System，中文名為“全廠一體化解決方案系統(tǒng)”。它是Honeywell公司推出的第四代集散控制系統(tǒng)的典型代表。它在硬件上采用了開放的工作站，使用RISC替代CISC，采用了客戶機(jī)/服務(wù)器的結(jié)構(gòu)（C/S）。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上增加了工廠信息網(wǎng)，并可與國際信息網(wǎng)Internet網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。操作平臺(tái)采用WINDOW2000Prpfessinal的圖形界面，系統(tǒng)軟件更加豐富。它在信息管理、通信等方面提供了綜合的解決方案。TPS系統(tǒng)圖如圖1所示：
圖1 TPS系統(tǒng)圖
2 TPS系統(tǒng)的特點(diǎn)
2.1 網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)
TPS系統(tǒng)（圖1）與大多數(shù)其他DCS系統(tǒng)相比有一個(gè)明顯的特征，它有三層網(wǎng)絡(luò)PCN（或PIN）、LCN和UCN。與生產(chǎn)管理相關(guān)的設(shè)備掛在PCN上，與操作管理相關(guān)的模件都掛在LCN上，而與控制直接相關(guān)的模件都掛在UCN上。
2.2 硬件特點(diǎn)
TPS系統(tǒng)UCN網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備為控制運(yùn)算功能集中、輸入輸出處理分散的多層結(jié)構(gòu)，較好地體現(xiàn)了集散系統(tǒng)的“集散”特性。以APM（過程控制管理站）為例，其控制器APMM是由一組插件構(gòu)成，各部分都有自己的CPU并完成相應(yīng)的功能。從通信角度看，APMM對(duì)上與UCN網(wǎng)連接，對(duì)下掛有輸入、輸出子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)由一塊塊輸入、輸出卡組成，每塊卡都有自己的CPU并完成輸入、輸出信號(hào)的預(yù)處理或其他處理。這些輸入、輸出卡大多數(shù)再通過備自的標(biāo)準(zhǔn)多芯信號(hào)線連接到的FTA(Field Temination Assemblies)終端板上。少數(shù)輸入、輸出卡要通過適配器再連接到相應(yīng)的終端板上。
3 串級(jí)調(diào)節(jié)在TPS系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)
與簡單的單回路控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)在其結(jié)構(gòu)上形成了兩個(gè)閉環(huán)，一個(gè)閉環(huán)在里面，被稱為內(nèi)回路或者副回路；另一個(gè)閉環(huán)在外，被稱為外回路或者主回路。副回路在控制過程中負(fù)責(zé)粗調(diào)，主回路則完成細(xì)調(diào)，串級(jí)控制就是通過這兩條回路的配合控制完成普通單回路控制系統(tǒng)很難達(dá)到的控制效果。
首先串級(jí)控制對(duì)進(jìn)入副回路的擾動(dòng)有很強(qiáng)的克服能力。其次，由于副回路的存在，減小了控制對(duì)象的時(shí)間參數(shù)，從而提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。再者串級(jí)控制提高了系統(tǒng)的工作頻率，改善了系統(tǒng)的控制質(zhì)量。最后，串級(jí)系統(tǒng)有一定的自適應(yīng)能力。
下面我著重講一下串級(jí)控制在TPS系統(tǒng)中的組態(tài)實(shí)現(xiàn)。
在組態(tài)復(fù)雜回路時(shí)，要注意控制點(diǎn)之間的連接方式。每種類型的常規(guī)控制點(diǎn)都有初始化功能，但初始化功能的實(shí)現(xiàn)還取決于控制點(diǎn)之間的連接方式。控制點(diǎn)之間的連接方式有兩種，一種為“推（PUSH）”,另一種為“拉（PULL）”。所謂“推”，就是由上游點(diǎn)強(qiáng)制將輸出送至下游點(diǎn)，組態(tài)時(shí)是在上游點(diǎn)填寫相應(yīng)的輸出連接參數(shù)。所謂“拉”，就是由下游點(diǎn)從上游點(diǎn)取輸出值，組態(tài)時(shí)是在下游點(diǎn)填寫相應(yīng)的輸入連接參數(shù)。對(duì)于控制信息傳遞通道上相鄰的兩個(gè)控制點(diǎn)而言，當(dāng)上游點(diǎn)的輸出是“推”至下游點(diǎn)時(shí)，若下游點(diǎn)不能接受輸出信號(hào)（如：下游點(diǎn)處于手動(dòng)方式），則上游點(diǎn)處于初始化狀態(tài)。一旦下游點(diǎn)恢復(fù)接受輸出信號(hào)，初始化功能就保證這種恢復(fù)是無擾動(dòng)的。反之，當(dāng)上游點(diǎn)的輸出是被“拉”進(jìn)下游點(diǎn)時(shí)，即使下游點(diǎn)不能取輸出信號(hào)，上游點(diǎn)不會(huì)處于初始化狀態(tài)。一旦下游點(diǎn)恢復(fù)取輸出信號(hào)，這就無法保證這種恢復(fù)是無擾動(dòng)的，影響了控制系統(tǒng)操作的可靠性。因此，在組態(tài)時(shí)，控制點(diǎn)之間的連接盡可能采用“推”的方式，以保證控制系統(tǒng)的無擾動(dòng)切換功能。更確切地說，輸出信息應(yīng)當(dāng)從第一個(gè)控制點(diǎn)起依次向下“推”出，直至輸出點(diǎn)為止。串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組態(tài)示意圖如圖2所示：
圖2 串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組態(tài)示意圖
在此串級(jí)回路中，PID1為副調(diào)節(jié)器，PID2為主調(diào)節(jié)器。
控制點(diǎn)連接說明：
PID2點(diǎn)輸入連接（INPUT CONNECTION）:AI2.PV
PID2點(diǎn)輸出連接（OUTPUT CONNECTION）:PID1.SP
PID2點(diǎn)正常方式（NORMAL MODE）:AUTO
PID1點(diǎn)輸入連接（INPUT CONNECTION）:AI1.PV
PID1點(diǎn)輸出連接（OUTPUT CONNECTION）:AO1.OP
PID1點(diǎn)正常方式（NORMAL MODE）:CASCADE
4總結(jié)
對(duì)于復(fù)雜控制回路，在組態(tài)過程中應(yīng)遵循以下原則：
（1）保證控制方案組態(tài)的正確性。使控制系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)方案所指定的功能。
（2）保證控制系統(tǒng)操作的可靠性。
串級(jí)控制是石油化工行業(yè)中應(yīng)用僅次于單回路控制的最多的控制方式，因此它的組態(tài)正確性和可靠性尤其重要。
作者：楊寶星
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