(上)從霍尼韋爾DCS的變遷看過程自動化控制系統的發展趨勢

專家:黃天煌 領域:DCS 行業:電力 日期:09-05-08 10:07 點擊數:4196

  摘  要:本文主要通過回顧霍尼韋爾公司DCS系統的30多年發展歷程,重點介紹霍尼韋爾新一代Experion PKS系統的一些主要特征,以此分析工業自動化過程控制系統的發展趨勢。

  關鍵詞:DCS,TDC200,TDC300,Experion PKS,控制網絡,過程控制器,集散控制。
 
  1 前言

  自從霍尼韋爾公司在1975年推出世界上第一套DCS系統TDC2000至今已經過去30多年的時間,過程自動化控制系統發生了巨大的變化?;毓艘幌祿裟崳ざ綝CS系統的變遷過程,關注霍尼韋爾新一代Experion PKS系統,對我們了解當前DCS發展動態,把握將來的發展趨勢具有非?;庖?。

  2 霍尼韋爾公司DCS回顧

  2.1 TDC2000系統

  在1975年霍尼韋爾公司推出TDC2000系統以前,過程工業控制還處在過程儀表自動化控制時代,國外使用電動儀表,而國內還處于主要使用氣動儀表,剛開始嘗試使用電動儀表階段。生產過程對自動化控制要求相對較低,主要是保證生產穩定及相對安全運行。無法或難以實現復雜控制,更談不上先進或優化控制,生產效率相對較低,能耗大,產品成本高。盡管這時已經出現了各種型號的計算機,并且很多人試圖將計算機用于過程控制,但是由于沒有很好地解決由于計算機故障而帶來的生產損失和安全隱患問題,因而無法真正實現將計算機用于生產過程控制。

  TDC2000的推出,其重要意義在于提出并實現了集散控制的概念。集中操作和管理,實現各回路或設備之間更加協調運行,以提高生產運行穩定性和安全性;分散控制,實現危險分散和隔離,并且易于安裝和維護。

  30多年的實踐證明,集散控制概念是計算機過程控制的一個基本原則。這個概念不僅今天沒有過時,而且在以后相當長的時期內都將是計算機過程工業控制的一個主導路線。 

  根據集散原則,整個TDC2000的基本功能分布特點是:控制網絡采用單層冗余結構;操作站負責操作與處數據存儲;不同的控制器實現不同的過程控制等等。這種基本功能分布至今還被有些控制廠商的DCS所采用的。

  TDC2000產生了當時控制系統領域很多重要成果, 如現在很平常的冗余控制器,冗余控制網絡 (DH - Data Hiway),人機界面等。

  單從控制功能上看, TDC2000主要實現了用計算機控制取代傳統的儀表控制,還不能實現先進或優化控制,并且控制規?;故墻閑?,僅適合一套生產裝置控制。


 
圖1. TDC2000系統結構

  2.2 TDC3000系統

  1982 年Honeywell 發布TDC3000 BASIC 系統,它是在TDC2000 基礎上增加一條LCN(Local Control Network)網絡,構成LCN+DH 雙層控制網絡架構。并將操作與數據存儲管理功能移到LCN網上,在DH網上只連接控制器。

  1986 年Honeywell 發布TDC3000 標準系統,它增加一條UCN(Universal Control Network)網絡用于取代DH網絡。我們現在通常所說的TDC3000系統就是LCN+UCN結構的系統。

  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化控制;將操作站與數據存儲管理分開,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SM(Safety Manager)用于工廠緊急安全停車。
 

圖2. TDC3000系統結構
 

  TDC3000作為最為典型DCS系統,進一步體現了集散控制理念,主要特點有:

  滿足較大規模生產需要,兩層控制網絡架構,每條LCN可以連接10條UCN,每條UCN可連接32對冗余控制器?;箍梢越?4 條LCN通過NG連起來。

  三層控制平臺

  1) PMx 實現最基礎的回路調節,邏輯連鎖,順序控制以及復雜回路控制。

  2) AM 實現高級控制

  3) VAX 實現優化控制

  緊急停車系統SM的引入,實現安全生產?;?。

  全局數據庫概念,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最為一套最為經典的DCS系統,滿足較大規模安全生產,復雜控制和先進控制應用。被大量的應用到工業生產控制中,特別是很多石油化工大型聯合生產裝置。

  TDC3000進一步體現了集散控制系統理念,其很多設計思想在霍尼韋爾最新的控制系統中繼續得到應用。

  2.3 TPS系統

  從上世紀90年開始,計算機特別是基于MS Windows 操作系統的PC機在工業企業大量使用,大大推動了企業信息管理應用水平。由于生產信息管理需要大量過程數據,這就要求DCS系統能夠走向開放,與工廠信息系統集成,實現管理控制一體化。

  霍尼韋爾公司TPS(Total Plant Solution) 系統從1995年開始研發,1996年正式宣布推出。

  其主要目的就是控制系統從以前的不開放逐步走向開放,并實現管控一體化的目的。TPS保持TDC3000系統的基本架構,控制網絡還是使用LCN+UCN雙層網結構,使用HPM過程控制器,緊急停車系統采用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操作系統用于DCS系統,從此基于Windows操作系統逐步成為集散控制系統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)節點,從而標志著完整的TPS系統歷經3年研制宣告全部完成。

圖3. TPS系統結構

  Uniformance PHD是一個功能強大工廠實時數據庫,為全廠范圍數據采集、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??判褪菘庀低臣傷泄こУ墓淌?、商業管理數據并支持相關應用。這種全廠范圍內的數據庫結構可保障工廠的管理部門使用一致的數據。實時數據庫Uniformance PHD引入DCS系統,實現了真正的管控一體化的目標。

  在系統內含有實時數據庫系統,就算現在的DCS系統也少見。

  3 新一代控制系統Experion PKS

  霍尼韋爾Experion PKS 是從2001年開始研發,2002年正式推出,到2006推出最新R300版本,歷經5研發最終完成的新一代過程自動化化系統。

  Experion PKS(Process Knowledge System) 稱之為世界第一套過程知識系統,融入霍尼韋爾數十年的過程控制、資產管理、領域專家的經驗;融合目前最新控制技術,現場總線,高級控制應用;融合通訊網絡,計算機, 數字視頻等最新開放技術;融合霍尼韋爾已有TDC2000/TDC3000/ TPS和PlantScape各自的技術優勢;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(Business  Performance)。
 

圖4. Experion PKS系統



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