霍尼韦尔TPS系统的正确使用及安全策略

摘要 介绍TPS系统结构，TPS系统在我厂的使用过程中遇到的问题以及解决办法，TPS系统安全策略的实施。 关键词： TPS系统 开发与使用 安全策略 1 前言 　　随着我国社会经济迅速发展，自控领域中的佼佼者DCS也得到了快速的推广。在我厂“8.13”工程中自控仪表部分就采用了3套国外DCS系统，造气、合成装置DCS采用的是霍尼韦尔公司的TPS系统，尿素装置DCS采用的是罗斯蒙特的RS3。DCS即Distributed Control System 的缩写，我国习惯上称为集散控制系统，它包含了4C技术的应用成果，集中了连续控制、批量控制、顺序逻辑控制、数据采集等功能为一体。虽然DCS在管理上：采取了管理、操作、显示、记录的集中式；在控制上：采取了功能分散、负荷分散、危险分散式的工作方式。但是，DCS系统中的任何一个环节一旦出现问题，都将会带来严重的后果。因此，如何正确地使用、维护DCS，确保DCS的长周期安全运行显得尤为重要。 2 TPS系统的概貌 　　TPS是Total Plant Solution 的缩写，它是一个将整个工厂的商业信息系统与生产过程控制系统统一在一个平台上的自动化系统。 2.1 TPS系统的特点 A、开放性 　　TPS系统的PCN网络即工厂信息网络，采用的是目前办公自动化领域中使用最广泛的以太网。TPS系统中的GUS全方位操作站提供标准的以太网接口，可使全厂管、控一体化轻而易举地完成。GUS工作站以WINDOWS NT作为操作平台，TPS被设计为Native Window而嵌入在NT环境中，它拥有NT更多功能。TPS系统的LCN、UCN通信网络均采用了ISO（国际标准化组织）制定的ISO802. 4和IEEE（美国电机及电子工程师学会）制定的IEEE802. 4开放系统互连的标准，以ISO的OSI七层模型为基础，遵循MPA（工厂自动化协议）网络标准，令牌总线网络通讯。 B、人机接口 　　TPS系统全方位用户操作站（GUS），它是面向过程的单一窗口。采用了高分辨彩色图像显示器（CRT）技术、窗口技术（Windows）及智能显示技术等，每个GUS工作站都能存取TPS系统范围广泛的数据。用户可以设计从简单到复杂的各种用户显示画面，以供操作者富有特色的操作。每个GUS操作站都带三种属性，1、操作员属性：供操作人员监视生产过程和TPS系统本身工作状况；2、工程师属性：供工程师进行系统组态及软件更新；3、维修属性：供维护人员跟踪系统运行并诊断系统故障。GUS操作站是一个集高科技于一身的控制产品，为用户提供了优秀的人机接口。 C、过程控制功能 　　TPS系统过程接口的数据采集和控制的范围非常广泛。它可以分散在一个或多个万能控制网络（UCN）上的HPM过程控制站、LM逻辑控制站上进行，还可以从其它公司的设备上获取数据。这些数据适用于系统所有模件。系统的控制策略包括有常规的、逻辑的、顺控的、批量的控制。可从简单的常规PID控制到先进复杂的高级控制，生产的范围从连续生产到间歇生产。 D、工厂综合管理控制一体化 　　TPS系统是一个规模庞大的系统，它可以根据用户工厂综合管理的需要与工厂信息网相连，构成范围广泛的计算机综合网络系统，实现先进复杂的优化控制，实现对生产计划、产品开发、销售、生产过程及有关物质流和信息流进行综合管理，构成网络化自动化工厂企业，即构成用计算机管、控一体化的系统。 2.2 系统构成： 　　TPS系统主要由GUS（全方位用户操作站）、HPM（高性能过程管理站）NIM（通讯网络接口）、HM（历史模件）、AM、打印机和通讯网络PCN、LCN、UCN等组成。以我厂TPS系统为例，系统配置图如下： 　　我厂TPS分为三个部分：造气系统部分、合成系统部分、调度系统部分。共有GUS操作站9台、Remote操作站4台、2套冗余的网络接口模件NIM、1个历史模件HM、3套冗余的高性能控制器HPM、2台打印机、1对余的LCN通讯电缆和UCN电缆、造气到合成的LCN通讯通过1对冗余光缆连接、调度系统的通讯是通过1对冗余的光缆连在合成的PCN网上。 PCN：计算机局域网，即以太网，其上的计算机可运行Honeywell 的一些离线组态软件（TPS Builder，Display Builder 等）及其它应用软件。 LCN：TPS的控制管理网，主要挂Honeywell的GUS/US/UxS/UwS/APP/AM/AxM/CG/PCNM/HM/PHD/NIM/HG等设备。 UCN：TPS的过程控制网，主要挂NIM/HPM/APM/PM/LM/SM等设备。 NIM：网络接口模件，提供LCN网络访问UCN网络的接口，转换LCN的技术和协议到UCN的技术和协议。 HPM：高性能过程管理器，用于扫描和控制TPS系统过程数据。 HM：历史模件，用于存放TPS系统的各种属性文件、应用程序、历史记录等。 GUS：全方位用户操作站，人机接口。 Remote GUS：远程操作站（View only）。 3 TPS系统在我厂使用中遇到的问题 3.1 网络接口模件NIM频繁死机 　　现象：我合成系统是一对冗余的NIM，在使用过程中总有其中一个NIM运行不到1周就出现FAIL状态（不是固定的，只要有2台NIM同时运行，就会有一个死掉），进行复位时自检通不过，故障指示灯FAIL亮。若将该NIM停电一段时间后，再送电投运，NIM又能正常工作，但几天后又变为FAIL。NIM是TPS系统中连接控制器HPM和操作站GUS的网络接口模件，非常重要，所以采用的是冗余配置，一旦该接口数据中断，操作站上将看不到任何现场数据，也不能进行操作，对于连续生产的化工行业来说是致命的危险。 　　经过一段时间的检查我们确定NIM本身并无质量问题，于是我们开始着手对整个DCS系统的检查，根据以上现象把重点放到了系统的接地上，理由是：如果接地不好，则造成模件上的静电不能有效释放，而干扰模件的正常运行。TPS系统的接地共有三个：Safety Ground（安全地）、Lightning Ground（雷击地）、Master Reference Ground(主参考地，简称MRG)，其中安全地与MRG为独立接地。 　　系统要求：安全地：当工厂有齐纳接地或属于雷击区时接地电阻为0.1Ω，当不存在以上情况时接地电阻应小于5Ω；雷击地小于0.1Ω；MRG地视情况其接地电阻在1Ω～5Ω间，MRG地与其它地之间相隔距离不小于3m。经实测我厂TPS安全地接地电阻为0.75Ω，根据我厂区的情况是满系统要求的；MRG接地电阻为0.91Ω，也在系统要求范围内。但离MRG接地4m处是我厂的305配电室，为了排除305配电室的干扰，我们重做了一个MRG地，且远离305配电室，新的MRG接地电阻为1.17Ω。启用新地后NIM运行良好，从今年4月份到现在已运行6个月，未出现以前的故障情况。 3.2 使用TPS内的CL开发应用程序时应注意的问题 　　CL（Control Language）是TPS内置的一个控制工程语言，可用于开发连续、顺序控制、计算等应用程序，能够访问HPM/APM的所有参数和功能，其装截、启动、监控由PM点来执行。 　　CL确实是一个很好的控制语言，特别用在开发复杂的顺序控制程序时，它比模块化的Logic Point要简明和方便得多。其1个PM点有127个标志量寄存器、80个实数寄存器、4个时间寄存器、16个字符串寄存器，因此那怕开发一个大的顺序控制程序用1个PM点也已够用。我厂造气系统的7台煤气炉控制程序就是用它开发的，在这里我想说的是：用其开发的煤气炉控制程序，在使用中遇上的一些安全问题。 我厂新煤气炉从2002年5月投运，至2003年8月期间煤气炉控制程序都表现正常，未发现什么问题。8月中旬，遇上全厂突然停电，而造气系统的UPS也同时出现故障，逆变器不能正常作，蓄电池不能正常供电，造成操作人员不能正常停炉。10分钟后系统来电，操作人员发现这时有部分现场电磁阀在动作（不处于安全停车状态），这样会造成煤气进入空气管线，造成事故。经过我们检查发现，虽然整个系统断了电（包括UPS），但HPM内的应用程序仍在运行，这是因为HPM的电源箱有一个小蓄电池，仍可提供HPM工作很长一段时间。从而导致输入、输出卡件不能保持在原设计的停电安全状态。当然，这与我们在开发程序时考虑得不完善有关，但这一点确实要引起我们开发人员的重视。事后我们对开发程序及外部电路进行了改进，避免了该现象的发生。 　　以上所说虽然都不是TPS本身的问题，但却影响了我们TPS系统的正常运行，因此，如何正确的使用TPS系统、了解TPS系统，是保证我们的系统长周期运行的必要条件。 4 TPS系统的安全策略 　　Honeywell的TPS系统有一套装机盘，若你采用Honeywell提供的装机盘安装，则整个系统的安全策略是做好了的（英文版）。但如果你想单个软件安装或想使用一下中文版的NT平台，则有关系统的安全策略就得自己动手做了。我厂的TPS系统中有4台Remote GUS，它们采用的是Server和View only工作方式，考虑到它们的安全性要求不高，为方便调度人员的操作，我们采用了中文版的NT平台。现将我们的有关做法简单介绍如下： ①、在安装好NT及TPS的系统软件后，以Administrator的身份进入系统。在开始→程序→管理工具中创建一个新用户Operator，在选组中将其设为Administrator groups组，在用户权限规则中设置为备份文件和目录。 ②、以Operator身份进入系统，在开始→程序→设置→任务栏→开始菜单程序→高级→开始菜单中创建用户流程图Main.pct 的快捷键（若是GUS操作站，则再建一个Native window窗的快捷键）。 ③、在开始→运行栏中运行注册表编辑器程序Regedit.exe。在注册表编辑器中打开HKEY_CURRENT_USER\Software\Microsoft\Windows\current Version\Policies\Explorer子键分支，在该子键中完成Opertor用户的系统环境设置。通过新建REG_DWORD类型的键值项数据来完成。 新建REG_DWORD类型的键值项数据NoClose，并将其键值设为1。功能是：屏蔽“开始”菜单中的“关闭计算机”选项