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第 3 章 TDC-3000 和 TPS/PKS 集散控制系统

第 3 章 TDC-3000 和 TPS/PKS 集散控制系统. 知识点：. 学习目标. ● 掌握 TDC-3000 、 TPS 和 PKS 的系统构成及特点，以及 PKS 系统的最新技术。. ● 掌握 TPS 系统的过程控制装置的基本组成、硬件结构和功能特点等。. ● 掌握 TPS 系统的集中操作管理装置的基本组成、硬件结构、基本操作和功能特点等。. ● 掌握 TPS 系统的基本组态，了解 TPN 和 UCN 网络组态的过程。. 技能点：. ● 通过基本知识点的学习，了解 TPS 系统在工业生产装置上的应用。.

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第 3 章 TDC-3000 和 TPS/PKS 集散控制系统

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  1. 第3章 TDC-3000和TPS/PKS集散控制系统

  2. 知识点： 学习目标 ●掌握TDC-3000、TPS和PKS的系统构成及特点，以及PKS系统的最新技术。 ●掌握TPS系统的过程控制装置的基本组成、硬件结构和功能特点等。 ●掌握TPS系统的集中操作管理装置的基本组成、硬件结构、基本操作和功能特点等。 ●掌握TPS系统的基本组态，了解TPN和UCN网络组态的过程。 技能点： ●通过基本知识点的学习，了解TPS系统在工业生产装置上的应用。 ●熟悉TPS系统的基本配置和各种IOP卡件的选择。 ●能够掌握TPS系统实现各种复杂控制的方法。

  3. 3.1 TDC-3000系统概述 • 3.1.1 TDC-3000系统构成 图3.1 TDC-3000系统构成图

  4. 主要完成用户需要的各种功能，如系统的监视、操作、工程管理和维护.主要完成用户需要的各种功能，如系统的监视、操作、工程管理和维护. 1.局部控制网络及其模件 2.万能控制网络及其管理器 3.数据高速通道及其设备 实现数据采集与控制功能的过程网络。 系统构成 通过高速通道接口（HG）与局部控制网络 (LCN) 相连。

  5. 3.1.2 TDC-3000系统的特点 1.开放式系统 2.递增的分级控制 3.范围广泛的数据采集与控制功能 4.面向过程的单一窗口 5.工厂综合管理、控制一体化 6.系统规模配置灵活、扩展方便 7.系统安全可靠，便于维修 8.真正的分散 9.新老系统兼容 系统特点

  6. 3.2TPS系统概述 3.2.1 TPS系统构成 图3.2 TPS系统构成

  7. 3.2.2 TPS系统的特点

  8. 3.3PKS系统简介 • PKS在单个过程知识解决方案中收集未经开发的过程知识，扩展了集散控制系统的功能. 考虑了行业的关键经营目标，促进了知识共享，优化了工作流程实现了真正意义上的协作生产管理。

  9. 3.3.1 PKS系统构成 1.Experion PKS系统的基本构成 图 3.3 Experion PKS 系统基本结构

  10. 2.Experion PKS系统工作站的功能

  11. 图3.4 C200控制器和PMIO

  12. 3.3.2 Experion PKS具备的最新技术和优势 1.PKS最新技术

  13. 3.4TPS系统的分散过程控制装置 3.4.1 过程管理器 1. 过程管理器构成 图3.5 过程管理器结构

  14. 由选择不同类型的 I/O卡件实现的，它共有 8 种类型。 2. 过程管理器功能 (1)输入/输出处理功能 (2)控制功能 (3)报警功能 由控制处理器中的软件功能模块实现的，这些软件功能模块称为数据点。 具有报警功能和报警操作参数，使操作员能得到及时准确又简洁的报警信息。

  15. (2)控制功能 ☞过程管理器的连续控制、逻辑控制和顺序控制等功能是由控制处理器中的软件功能模块实现的，这些软件功能模块称为数据点。 表3.1 报警组态参数

  16. 表3.2 报警优先级

  17. 3.4.2 先进过程管理器 1.先进过程管理器构成 ①数字输入事件顺序 ②串行设备接口 ③串行接口 先进过程管理模件 由先进通信处理器和调制解调器、先进 I/O 链路接口处理器和先进控制处理器三部分组成。 输入输出子系统 I/O 子系统由冗余的 I/O 链和最多 40 个 I/O 处理器组成。 2.先进过程管理器功能 ①设备管理 ②数组点 ③时间变量点 ④字符串点 输入/输出处理功能 控制功能 报警功能

  18. 3.4.3 高性能过程管理器 1.高性能过程管理器构成 图3.10 高性能过程管理器结构框图

  19. 2.高性能过程管理器功能 图3.11 HPM的功能结构图

  20. (1)乘法器/除法器 它有三个输入信号，每个输入信号都先进行比例加偏置运算，然后选择乘除运算方程进行运算。 (2)带位置比例的 PID 它是 PID 和 POSPROP 的组合。主控制器采用 PID 算法，而副控制器则采用位置比例算法。 (3)常规控制求和器 常规控制求和器用于求 4 个输入信号的和。

  21. 3.4.4 逻辑管理器 1.逻辑管理器构成 图3.12 逻辑管理器结构框图

  22. 2.逻辑管理器的功能 • 逻辑管理站（LM）的功能特性主要表现为快速地执行逻辑程序，数字量、布尔代数和联锁逻辑处理。 • 简单的梯形逻辑编程方法，可与UCN、PISN中的各单元模件进行通信。

  23. 表 3.3 LM 数据点类型和容量

  24. 3.4.5 故障安全控制器 1.故障安全控制器构成 ☞故障安全控制器(Fail Safe Control Savety Manager，FSC)是一种具有高级自诊断的生产过程保护系统。 1.故障安全控制器构成 2.故障安全控制器的功能 (1)安全管理模块 (2)控制处理器 (3)I/O 模块 (4) 通信模块 图3.13 故障安全控制器结构图

  25. 3.5TPS系统的集中操作管理装置 3.5.1 全局用户操作站 1.全局用户操作站构成 图3.14 全局用户操作站应用环境

  26. 2.全局用户操作站功能 ☞全局用户操作站（GUS）继承了 US 的显示、操作、工程组态等全部功能，同时提供了先进的视窗式人机接口技术，通过窗口管理软件 Safe View，实现对显示环境的管理，使重要的画面不被其他画面覆盖，可选定每屏的窗口数、窗口位置、窗口移动的限制等。 图3.15 工厂过程流程图显示画面

  27. 3.全局用户操作站的基本操作 (1)GUS的键盘 ☞GUS的键盘分为操作员键盘和工程师键盘。 ☞工程师键盘大致分为标准的字母键、数字键、编辑键、功能键、属性键、功能切换键和重复功能键。 ☞操作台集成式键盘包括操作员控制盘、固定的鼠标球、全能操作键盘、软键功能区和键锁。

  28. 4.全局用户操作站的各种组态画面

  29. 3.6 应用组态 ☞应用软件组态就是在TPS系统硬件和系统软件的基础上，将系统提供的功能模块用软件组态的形式连接起来，以达到对生产过程进行控制的目的。 图3.33 应用组态步骤

  30. 3.6.1 常用操作命令

  31. 3.6.2　网络组态文件组态 1.定义用户系统的特性 2.操作范围（系统宽值） 3.HM存储分配 4.NCF组态描述 3.6.3 NIM组态 NIM既是LCN节点，又是UCN节点。LCN网络上的地址设定，在K4LCN板上，遵守LCN网络地址的设定规则. UCN网络上的地址设定，在MODEM板上，地址设定规则与HPMM相同。 UCN网络上可挂接32对冗余的装置，通常将1～8号 地址分配给NIM，9～64号地址分配给其他装置

  32. 3.6.4 控制功能组态 1.控制功能组态方式 ☞控制功能组态方式可分为填表组态式、语言组态方式和图形组态方式。 2.输入 / 输出模块组态 ☞输入输出模块的组态内容大致包括定义输入输出数据点的位号和对点的描述、确定模块在系统中的位置和确定数据点的各项特性等三方面内容。 3.运算模块组态 ☞常用的运算模块有代数运算、信号选择、数据选择、数值限制、报警检查、计算公式和传递函数模块等七类。

  33. 4.控制模块组态 (1)连续控制模块组态 (2)逻辑控制模块组态 (3) 顺序控制模块组态

  34. 3.7 TPS系统在工业生产装置上的应用 3.7.1 工艺简介 ☞线性低密度聚乙烯装置（LLDPE）包括原料精制工序、催化剂制备工序、预聚合工序、聚合工序、溶剂回收工序、造粒及风送工序、包装码垛工序。 ☞聚合工序的主要任务是将经过精制处理的原料（乙烯、丁烯-1、氢气等）引进流化床反应器，在预聚物和催化剂的作用下，在一定的温度和压力条件下进行气相聚合，一部分转化为一定熔流指数和密度的聚合物；未反应的气体经过分离、冷却，由循环气压缩机送回流化床反应器循环使用，并在循环回路中补充聚合反应所消耗的反应物；生成的聚乙烯粉料由侧线或者底部抽出后，经过二次脱气、调理送至挤压、造粒工序。

  35. 3.7.2 系统配置 1.系统构成 图3.39 DCS硬件配置

  36. 2.卡件规模 ☞LLDPE的I/O总数约1700多点，应用程序有15个，功能顺序表128个（LCP FST），卡件数量大。 表3.4 HPM卡件规模

  37. 3.7.3 主要控制方案 1.反应器温度控制 图3.40 反应器温度控制方案

  38. 反应器温度控制方案是通过DCS系统的各种算法模块的组态来实现的，如图3.41所示。反应器温度控制方案是通过DCS系统的各种算法模块的组态来实现的，如图3.41所示。 图3.41 反应器温度控制方案组态

  39. 2．氢气与乙烯浓度比值控制 图3.42 氢气和乙烯浓度比值控制方案

  40. 图3.43 氢气浓度控制系统

  41. 本章小结 ☞在LCN（TPN）上可挂接多种网络模件，如US，HM，AM，NIM，GUS等，以实现对工业过程的监视操作、文件管理、历史数据采集、检测存档，同时也可实现与其他计算机网络的通信。 ☞ UCN网络是面对过程的控制网络，在UCN网络上可挂多种过程管理器，可实现对温度、压力、流量和液位等过程变量的数据采集、常规控制以及先进控制。 ☞系统组态的步骤：LCN NCF组态、HM初始化、UCN节点组态、BOX点组态、过程点组态、制作流程图、建立历史组、建立自由格式报表和自定义键文件、建立区域数据库。

  42. ☞ NCF组态是对一个系统的操作特性和操作环境的定义。 ☞网络组态有ON-LINE组态和OFF-LINE组态二种模式。 ☞ NIM既是LCN节点，又是UCN节点。LCN网络上的地址设定，在K4LCN板上，遵守LCN网络地址的设定规则；UCN网络上的地址设定，在MODEM板上，地址设定规则与HPMM相同，即JUMPER OFF有效、JUMPER OFF的数目为奇数、主备地址相同且为奇数、NIM地址必须低于UCN上的其它节点。

  43. 思考题与习题 • 1. TPS系统中的网络类型有哪几种？ • 2. 从下列节点中选出哪些是TPN（LCN）网络上的节点？哪些是UCN网络上的节点？ • GUS，HPM，NIM，APM，US，HM，AM，AXM，LM，SM，PM，NG，CG，PLNM，UXS，APP。 • 3. 根据下面的配置要求，画出TPS系统的结构图。 • 1条TPN（LCN）网，1条UCN网，1条PCN（PIN）网，1台HM，1对冗余的NIM，2台GUS，2个HPM，1个SM，2台NT工作站，1台NT服务器，1个APP。 • 4. 一条LCN上最多可有多少个HM？

  44. 5. 怎样区分HM上的用户卷和Honeywell卷？ • 6. 解释下列有关NCF组态的名词含义：NCF、NCF.WF、NCF.CF、ENTER NCF、CHECK NCF、INSTALL NCF、LOAD NCF、UNIT、AREA、CONSOLE、NODE。 • 7. 请画出冗余的HPM的结构框图。 • 8. 一个HPMM最多能安装多少块主IOP（输入输出处理器卡）和多少块后备IOP？IOP卡件类型有多少种？请写出卡件名称及其处理的信号类型。 • 9. UCN的网络设备是什么？ • 10. 如何设定NIM地址？ • 11. TPS系统组态的基本步骤是什么？

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