• 關鍵詞：                                                                TPS                                                                串級控制                                                                組態

• 摘要：TPS系統是Honeywell 公司推出的第四代控制系統的典型代表。本文就串級控制如何在TPS系統中組態實現進行了詳細描述。

　　1 TPS系統概述

　　TPS的英文全稱是Total Plant Solution System，中文名為“全廠一體化解決方案系統”。它是Honeywell公司推出的第四代集散控制系統的典型代表。它在硬件上采用了開放的工作站，使用RISC替代CISC，采用了客戶機/服務器的結構（C/S）。在網絡結構上增加了工廠信息網，并可與國際信息網Internet網聯網。操作平臺采用WINDOW2000Prpfessinal的圖形界面，系統軟件更加豐富。它在信息管理、通信等方面提供了綜合的解決方案。TPS系統圖如圖1所示：

　　圖1 TPS系統圖

　　2 TPS系統的特點

　　2.1 網絡特點

　　TPS系統（圖1）與大多數其他DCS系統相比有一個明顯的特征，它有三層網絡PCN（或PIN）、LCN和UCN。與生產管理相關的設備掛在PCN上，與操作管理相關的模件都掛在LCN上，而與控制直接相關的模件都掛在UCN上。

　　2.2 硬件特點

　　TPS系統UCN網絡上的設備為控制運算功能集中、輸入輸出處理分散的多層結構，較好地體現了集散系統的“集散”特性。以APM（過程控制管理站）為例，其控制器APMM是由一組插件構成，各部分都有自己的CPU并完成相應的功能。從通信角度看，APMM對上與UCN網連接，對下掛有輸入、輸出子系統。這些子系統由一塊塊輸入、輸出卡組成，每塊卡都有自己的CPU并完成輸入、輸出信號的預處理或其他處理。這些輸入、輸出卡大多數再通過備自的標準多芯信號線連接到的FTA(Field Temination Assemblies)終端板上。少數輸入、輸出卡要通過適配器再連接到相應的終端板上。

　　3 串級調節在TPS系統中的實現

　　與簡單的單回路控制系統相比，串級控制系統在其結構上形成了兩個閉環，一個閉環在里面，被稱為內回路或者副回路；另一個閉環在外，被稱為外回路或者主回路。副回路在控制過程中負責粗調，主回路則完成細調，串級控制就是通過這兩條回路的配合控制完成普通單回路控制系統很難達到的控制效果。

　　首先串級控制對進入副回路的擾動有很強的克服能力。其次，由于副回路的存在，減小了控制對象的時間參數，從而提高了系統的響應速度。再者串級控制提高了系統的工作頻率，改善了系統的控制質量。最后，串級系統有一定的自適應能力。

　　下面我著重講一下串級控制在TPS系統中的組態實現。

　　在組態復雜回路時，要注意控制點之間的連接方式。每種類型的常規控制點都有初始化功能，但初始化功能的實現還取決于控制點之間的連接方式。控制點之間的連接方式有兩種，一種為“推（PUSH）”,另一種為“拉（PULL）”。所謂“推”，就是由上游點強制將輸出送至下游點，組態時是在上游點填寫相應的輸出連接參數。所謂“拉”，就是由下游點從上游點取輸出值，組態時是在下游點填寫相應的輸入連接參數。對于控制信息傳遞通道上相鄰的兩個控制點而言，當上游點的輸出是“推”至下游點時，若下游點不能接受輸出信號（如：下游點處于手動方式），則上游點處于初始化狀態。一旦下游點恢復接受輸出信號，初始化功能就保證這種恢復是無擾動的。反之，當上游點的輸出是被“拉”進下游點時，即使下游點不能取輸出信號，上游點不會處于初始化狀態。一旦下游點恢復取輸出信號，這就無法保證這種恢復是無擾動的，影響了控制系統操作的可靠性。因此，在組態時，控制點之間的連接盡可能采用“推”的方式，以保證控制系統的無擾動切換功能。更確切地說，輸出信息應當從第一個控制點起依次向下“推”出，直至輸出點為止。串級調節系統組態示意圖如圖2所示：

　　圖2 串級調節系統組態示意圖

　　在此串級回路中，PID1為副調節器，PID2為主調節器。

　　控制點連接說明：

　　PID2點輸入連接（INPUT CONNECTION）:AI2.PV

　　PID2點輸出連接（OUTPUT CONNECTION）:PID1.SP

　　PID2點正常方式（NORMAL MODE）:AUTO

　　PID1點輸入連接（INPUT CONNECTION）:AI1.PV

　　PID1點輸出連接（OUTPUT CONNECTION）:AO1.OP

　　PID1點正常方式（NORMAL MODE）:CASCADE

　　4總結

　　對于復雜控制回路，在組態過程中應遵循以下原則：

　　（1）保證控制方案組態的正確性。使控制系統具有設計方案所指定的功能。

　　（2）保證控制系統操作的可靠性。

　　串級控制是石油化工行業中應用僅次于單回路控制的最多的控制方式，因此它的組態正確性和可靠性尤其重要。

作者：楊寶星

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