Honeywell TotalPlant® Alcont自動化在制漿造紙行業(yè)的應(yīng)用

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)提供了運行可靠性很高的PM及冗余PM過程處理模組。從2001年運行到現(xiàn)在的7年的時間里，因為系統(tǒng)處理器本身的故障導(dǎo)致的停機事故還沒有，其中發(fā)生過的最嚴重的故障事件發(fā)生在控制鍋爐的冗余處理器中。因為冗余模組的處理器硬件故障，導(dǎo)致系統(tǒng)總線負荷過高，通訊中斷，工藝監(jiān)控操作無法進行，主處理器自動控制生產(chǎn)運行達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，進行了遠程登錄診斷，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，對系統(tǒng)中運行的GHOST等垃圾程序進行了清理，系統(tǒng)運行正常，幸運的是這次事故發(fā)生在生產(chǎn)相對穩(wěn)定的工況下，工藝人員在現(xiàn)場加強巡視，所以并沒有導(dǎo)致停機。通過這次事故后我們加強了對過程處理器模組的維護，定期檢查處理器運行狀態(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)運行負荷，下載程序時檢查主從模組的CRC是否一致，保證處理器能在一個正確的軟件環(huán)境下運行，現(xiàn)在整個系統(tǒng)運行健康、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制漿、造紙行業(yè)開發(fā)的集生產(chǎn)過程自動控制、生產(chǎn)設(shè)備快速邏輯控制、紙機電氣傳動控制系統(tǒng)于一體開放式自動化控制系統(tǒng)平臺，是目前Honeywell EPKS知識專家系統(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，主要存儲系統(tǒng)的配置信息，用戶組態(tài)的程序及操作畫面，收集報警信息并輸出至報警設(shè)備，執(zhí)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(dāng)某一OM有故障時，可以按照規(guī)程對該模塊進行故障修復(fù)，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(diào)用OM模塊內(nèi)存儲畫面的接口，組成與OM 模塊區(qū)別只是OIM 模塊沒有EMM NVM等存儲單元。 PM 模塊 作為OM下一級的控制器，主要完成測量、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)場數(shù)據(jù)，并根據(jù)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(zhí)行用事件驅(qū)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(qū)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(qū)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(xiàn)場的信號線經(jīng)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(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）?？?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(xiàn)的，OM與PM模塊通信是XPR卡通過Process HIGHWAY實現(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?？偩€兩端為75歐姆終端電阻，當(dāng)懷疑總線故障時可以斷開所有模塊測量并聯(lián)電阻在40歐姆左右（線阻50-100歐姆/千米）。 1.3 我公司在線運行的TPA 硬件結(jié)構(gòu)及工藝組成 我公司現(xiàn)有3套獨立運行又相互通訊的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)進行通訊。 第三套 TPA 應(yīng)用于堿回收車間和動力車間。堿回收車間是把制漿車間產(chǎn)生的黑液燃燒產(chǎn)生蒸汽為動力車間發(fā)電提供動力，并處理制漿過程中產(chǎn)生的污染氣體—臭氣。動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)，對系統(tǒng)的安全級別和穩(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)點在于當(dāng)該模塊XPR發(fā)生致命故障時，可以自動選擇到冗余XPR卡上，對系統(tǒng)運行沒有影響，不會發(fā)生因為控制實效引起的安全事故。 該系統(tǒng)與 HIMA 安全PLC 、SIEMENS PCS7、煙氣檢測系統(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。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(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)計工作站，包括組態(tài)工具、圖形工具、系統(tǒng)工具，分別進行組態(tài)、文檔、管理及圖形設(shè)計、系統(tǒng)定義等功能。 在工程初期用DM創(chuàng)建工程文件、進行系統(tǒng)定義和I/O定義及應(yīng)用程序組態(tài)。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(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(chǎn)過程，并完成接受測量值、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)連接實現(xiàn)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(shù)支持。當(dāng)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(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)存儲的定義、報警區(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； 正確定義報警區(qū)域、工藝區(qū)域，才能把程序分類存放和管理，同時對報警信息也分區(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，工廠維護中常有定義錯誤而引發(fā)的故障，例如因為用戶權(quán)限定義錯誤，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)實時監(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(diào)用該塊功能實現(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，特別是運行時將引起全線跳停。 除了簡單程序的編寫，DM還支持執(zhí)行用事件驅(qū)動的高級語言編程。復(fù)雜控制程序也可以用Pascal 語言編程，比用基本塊實現(xiàn)更方便。 <