2.2 TDC3000系統(tǒng)
1982 年Honeywell 發(fā)布TDC3000 BASIC 系統(tǒng)，它是在TDC2000 基礎上增加一條LCN(Local Control Network)網(wǎng)絡，構(gòu)成LCN+DH 雙層控制網(wǎng)絡架構(gòu)。并將操作與數(shù)據(jù)存儲管理功能移到LCN網(wǎng)上，在DH網(wǎng)上只連接控制器。
1986 年Honeywell 發(fā)布TDC3000 標準系統(tǒng)，它增加一條UCN(Universal Control Network)網(wǎng)絡用于取代DH網(wǎng)絡。我們現(xiàn)在通常所說的TDC3000系統(tǒng)就是LCN+UCN結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。
TDC3000重新對功能進行劃分，在LCN上增加應用模件AM(Application Module)用于高級控制；增加PLNM（Plant Network Module）與VAX計算機的接口模件用于優(yōu)化控制；將操作站與數(shù)據(jù)存儲管理分開，增加了歷史模件HM(History Module)；推出萬能操作站US(Universal station) 在UCN上推出著名的PM系列控制器,同時引入安全系統(tǒng)SM(Safety Manager)用于工廠緊急安全停車。
TDC3000作為最為典型DCS系統(tǒng)，進一步體現(xiàn)了集散控制理念，主要特點有：
滿足較大規(guī)模生產(chǎn)需要，兩層控制網(wǎng)絡架構(gòu)，每條LCN可以連接10條UCN,每條UCN可連接32對冗余控制器。還可以將64 條LCN通過NG連起來。
三層控制平臺
1) PMx 實現(xiàn)最基礎的回路調(diào)節(jié),邏輯連鎖，順序控制以及復雜回路控制。
2) AM 實現(xiàn)高級控制
3) VAX 實現(xiàn)優(yōu)化控制
緊急停車系統(tǒng)SM的引入，實現(xiàn)安全生產(chǎn)保護。
全局數(shù)據(jù)庫概念，專用的歷史模件
萬能操作站，同時具備操作站和工程師站能力。
TDC3000最為一套最為經(jīng)典的DCS系統(tǒng)，滿足較大規(guī)模安全生產(chǎn)，復雜控制和先進控制應用。被大量的應用到工業(yè)生產(chǎn)控制中，特別是很多石油化工大型聯(lián)合生產(chǎn)裝置。
TDC3000進一步體現(xiàn)了集散控制系統(tǒng)理念，其很多設計思想在霍尼韋爾最新的控制系統(tǒng)中繼續(xù)得到應用。
2.3 TPS系統(tǒng)
從上世紀90年開始，計算機特別是基于MS Windows 操作系統(tǒng)的PC機在工業(yè)企業(yè)大量使用，大大推動了企業(yè)信息管理應用水平。由于生產(chǎn)信息管理需要大量過程數(shù)據(jù)，這就要求DCS系統(tǒng)能夠走向開放，與工廠信息系統(tǒng)集成，實現(xiàn)管理控制一體化。
霍尼韋爾公司TPS(Total Plant Solution) 系統(tǒng)從1995年開始研發(fā)，1996年正式宣布推出。
其主要目的就是控制系統(tǒng)從以前的不開放逐步走向開放,并實現(xiàn)管控一體化的目的。TPS保持TDC3000系統(tǒng)的基本架構(gòu)，控制網(wǎng)絡還是使用LCN+UCN雙層網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使用HPM過程控制器，緊急停車系統(tǒng)采用FSC。在人際界面及高級應用平臺上開始使用基于MS Windows NT 操作系統(tǒng)的PC開放平臺。就是用GUS(Global User Station)操作站取代原來的US操作站；用APP(Application Processing Platform)取代原來的AM。這是世界上第一次正式將微軟公司的Windows操作系統(tǒng)用于DCS系統(tǒng)，從此基于Windows操作系統(tǒng)逐步成為集散控制系統(tǒng)中集中操作和管理的主要平臺。接著在1998年增加一個Uniformance PHD(Plant History Database)節(jié)點，從而標志著完整的TPS系統(tǒng)歷經(jīng)3年研制宣告全部完成。
Uniformance PHD是一個功能強大工廠實時數(shù)據(jù)庫，為全廠范圍數(shù)據(jù)采集、存儲和管理建立了一整套單一、開放、集成的一體化應用平臺。開放型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集成所有工廠的過程數(shù)據(jù)、商業(yè)管理數(shù)據(jù)并支持相關(guān)應用。這種全廠范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)可保障工廠的管理部門使用一致的數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)庫Uniformance PHD引入DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)了真正的管控一體化的目標。
在系統(tǒng)內(nèi)含有實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，就算現(xiàn)在的DCS系統(tǒng)也少見。
3 新一代控制系統(tǒng)Experion PKS
霍尼韋爾Experion PKS 是從2001年開始研發(fā)，2002年正式推出，到2006推出最新R300版本，歷經(jīng)5研發(fā)最終完成的新一代過程自動化化系統(tǒng)。
Experion PKS(Process Knowledge System) 稱之為世界第一套過程知識系統(tǒng)，融入霍尼韋爾數(shù)十年的過程控制、資產(chǎn)管理、領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗；融合目前最新控制技術(shù),現(xiàn)場總線，高級控制應用；融合通訊網(wǎng)絡，計算機, 數(shù)字視頻等最新開放技術(shù)；融合霍尼韋爾已有TDC2000/TDC3000/ TPS和PlantScape各自的技術(shù)優(yōu)勢；集成有大量基于知識應用的平臺；其目標就是通過Experion PKS，幫助工廠提高營運品質(zhì)(Business Performance)。
Experion PKS平臺包含大量新技術(shù)，以下主要介紹Experion PKS平臺的三個重要技術(shù)：分布式系統(tǒng)架構(gòu)DSA，新一代過程控制器--C300，新一代過程控制網(wǎng)絡—FTE的功能及特點，以此分析工業(yè)自動化過程控制系統(tǒng)的發(fā)展的一些趨勢。
3.1 分布式系統(tǒng)架構(gòu)DSA
傳統(tǒng)DCS的集散概念一般停留在一個生產(chǎn)裝置以內(nèi)，一個生產(chǎn)裝置使用一套獨立控制系統(tǒng)，在不共工段使用不同的操作站，不同的控制器及IO進行各工段的操作和控制。隨著現(xiàn)代過程工業(yè)不斷地往超大規(guī)模發(fā)展，每個生產(chǎn)裝置之間的上下游關(guān)系更加密切，對集散控制系統(tǒng)(DCS)提出了新的要求。不僅要求全流程中每個生產(chǎn)裝置相對保持獨立性，以利于危險分散，獨立裝置開停車，易于進行獨立安裝和維護。而且要求能夠?qū)崿F(xiàn)各生產(chǎn)裝置的信息集中管理和共享，這就是更高層次的集散控制概念。
分布式系統(tǒng)架構(gòu)DSA(Distributed System Architecture)是Honeywell Experion PKS創(chuàng)新技術(shù)之一。它將每個生產(chǎn)裝置用一個稱之為Experion PKS 族來控制，每個族具有獨立的實時過程數(shù)據(jù)庫(ERDB),保證每個族的獨立性。多個Experion PKS 族通過DSA可以很容易地集成一個單一的系統(tǒng)中，無需重復組態(tài)，無縫集成所有DCS數(shù)據(jù),包括實時點數(shù)據(jù), 報警事件, 操作信息, 歷史數(shù)據(jù)，操作權(quán)限等等。在ERDB之上使用更高層次的企業(yè)模型數(shù)據(jù)庫(EMDB)，實現(xiàn)族之間的管理。從而實現(xiàn)各生產(chǎn)裝置的信息集中管理和共享，構(gòu)成超大規(guī)模系統(tǒng)，并且易于擴展。
DSA可使用各種通用的網(wǎng)絡，包括局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)。支持微波、衛(wèi)星、租用專線網(wǎng)絡等，突破地理位置上的分散。
Experion PKS 分布式系統(tǒng)架構(gòu)DSA，是目前唯一一個能夠?qū)崿F(xiàn)更高層次集散控制概念的過程自動化控制系統(tǒng)。是集散控制系統(tǒng)DCS發(fā)展非常重要的一個趨勢。
3.2 新一代過程控制器--C300
過程控制器是DCS基礎功能，前幾年由于現(xiàn)場總線的發(fā)展，一些PID控制回路下移到現(xiàn)場儀表中，有些人認為DCS的發(fā)展趨勢是過程控制器的功能將被削弱，將來甚至會消失。而霍尼韋爾Experion PKS的過程控制器C300的推出說明，過程控制器不但不會消失，而且功能會更加強大。過程控制器的發(fā)展方向就是提高過程控制品質(zhì)。
提高過程控制品質(zhì)(Performance)，就是以前一些無法實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，或調(diào)節(jié)精度較差的回路，實現(xiàn)高精度自動調(diào)節(jié)。從而提高生產(chǎn)過程的整體穩(wěn)定性，實現(xiàn)過程品質(zhì)的提高。
大家知道調(diào)節(jié)回路控制都是使用基于PID算法。PID算法發(fā)明于上世紀30年代，基本算法已經(jīng)有 70 多年沒有改變了，全球大約 99% 的單回路常規(guī)控制是由 PID控制的。PID 簡單, 快速, 通用, 并且靈活。但是PID也存在一些問題，主要有：
PID 難以處理那些大滯后，非線性，和強干擾的過程；
PID 魯棒性不理想，不同工況其參數(shù)是不一 樣的；
PID 參數(shù)整定不容易；
PID 會將干擾信號直接傳到控制器的輸出。
PID存在的問題早就被人們發(fā)現(xiàn)，盡管出現(xiàn)很多PID參數(shù)整定方法，但是無法根本解決問題。多年來人們一直在尋找更好的控制算法來取代PID,以解決其不足，但均無成功。現(xiàn)在霍尼韋爾在Experion PKS的過程控制器上推出了可取代PID的過程回路調(diào)節(jié)算法Profit loop, 成功地解決了PID的不足。
Profit loop是一個基于模型的預估控制，單輸入單輸出 (SISO) 的控制算法，它來源于Honeywell’s 專利技術(shù)并現(xiàn)場使用多年優(yōu)化控制，經(jīng)過考驗的多回路預估控制技術(shù) Profit Suite control。
Profit loop主要特點：
子秒級執(zhí)行
模型精度要求低，建模容易
模型+預測偏差糾正
回路單參數(shù)調(diào)節(jié)，使用簡單
在速度與魯棒性之間取舍
支持范圍控制算法
支持局部優(yōu)化控制
可極大減少閥門的移動距離
Profit loop已成功在很多現(xiàn)場使用，取得很好效果。生產(chǎn)過程品質(zhì)得到明顯提高。霍尼韋爾將繼續(xù)在過程控制器中增加新功能，如多進單出回路調(diào)節(jié)，或二進二出雙回路耦合控制等。
通過提高過程基本回路的運行品質(zhì)，從而提高整個生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，實現(xiàn)過程品質(zhì)的提高是過程控制器發(fā)展的一個長期趨勢。
C300控制器在硬件上也有很大的突破，采用垂直設計，便于安裝接線和維護，便于散熱，節(jié)省空間。
3.3 新一代過程控制網(wǎng)絡--FTE
隨著現(xiàn)場智能儀表的普及，過程信息量的快速增大，大量高級應用的使用，以及開放性和便于連接的要求，對過程控制網(wǎng)絡也提出了新的要求：
更高速度；
開放且易于接入；
高安全性；
更低的使用及維護成本。
將基于交換機的高速以太網(wǎng)作為現(xiàn)代控制系統(tǒng)網(wǎng)絡成為大多數(shù)DCS廠商的選擇。把商用以太網(wǎng)用于工業(yè)控制網(wǎng)必須解決實時性、可用性、安全性三個大問題。交換機是通過為需要通信的兩臺主機直接建立專用的通信信道，很好地解決了實時性問題；可用性大部分廠商仍然采用傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡的冗余思路，但在網(wǎng)絡故障時冗余切換時間較長，難以滿足要求；以太網(wǎng)安全性問題是目前最為突出的問題。
霍尼韋爾Experion PKS系統(tǒng)的容錯以太網(wǎng)FTE(Fault Tolerant Ethernet)是目前唯一能夠完美解決這三個大問題控制網(wǎng)絡。
3.3.1 FTE網(wǎng)絡特點
網(wǎng)絡物理設備冗余配置：冗余以太網(wǎng)交換機；雙以太網(wǎng)接口卡，冗余接線；
單網(wǎng)絡架構(gòu)：邏輯上不在區(qū)分A網(wǎng)與B網(wǎng)，因此不存在網(wǎng)絡切換；
FTE節(jié)點具有多路徑選擇能力：使用Honeywell 專用FTE軟件，不斷檢測網(wǎng)絡狀態(tài)，自動選擇最優(yōu)路徑通訊。
高安全架構(gòu)：分層控制網(wǎng)絡，控制防火墻，交換機安全設置，容許單點故障和一些多點故障。
物理設備冗余，單網(wǎng)絡架構(gòu)和多路徑選擇解決了可用性問題，同時網(wǎng)絡有效帶寬比冗余網(wǎng)絡高一倍，網(wǎng)絡資源得到充分利用。
3.3.2 Experion PKS 網(wǎng)絡安全
大家知道用普通以太網(wǎng)作為工控網(wǎng)絡會帶來很多的好處，但是同時也帶來了風險。某些網(wǎng)絡設備的故障、病毒或黑客的入侵可能導致泄密或網(wǎng)絡通訊堵塞。通用交換機無法辨別和過濾垃圾信息，不明信息在網(wǎng)絡上可通向每一個節(jié)點，每一個節(jié)點的收件箱都會充滿這些垃圾信息。過程控制器將花費寶貴的時間去清理這些垃圾信息，導致控制性能的降低，甚至死機，給工廠帶來重大危險。
工廠網(wǎng)絡一般分為4層，Level 1 到Level 4層。在網(wǎng)絡安全性上，Experion PKS R300版本在Level1上使用世界上第一臺的控制防火墻。它是在已有可靠的網(wǎng)絡架構(gòu)基礎上，增加另外一層高安全防護，控制防火墻只允許與C300控制器有關(guān)的信息通過，拒絕接受所有控制器不需要的信息；控制， I/O 通訊, 和 peer-to-peer 通訊不受影響，保證確定性!如果通訊速度變慢，將對那些不重要的信息流進行控制；易于維護。
EPKS C300及控制防火墻組合是目前唯一一個已經(jīng)取得新MUSIC(Mu Security Industrial Control Certification)安全認證的控制器，這是一個遵循ISA-SP99 安全標準，專門針對基于IP連接的控制器進行的安全認證。
聯(lián)系客服
