TPS系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀

孟祥云

（山東海化氯堿樹脂有限公司，山東 濰坊 262737）

TPS（Total Plant Solution）系統(tǒng)是一個將整個工廠的商業(yè)信息系統(tǒng)與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng)一在一個平臺上的自動化系統(tǒng)。TPS系統(tǒng)作為一款經(jīng)典產(chǎn)品雖然現(xiàn)在已經(jīng)停產(chǎn)，但很多用戶還在持續(xù)使用這一老系統(tǒng)。它具有良好的開放性，優(yōu)秀的人機接口，可從簡單的常規(guī)PID控制到先進復(fù)雜的高級控制，生產(chǎn)的范圍從連續(xù)生產(chǎn)到間歇生產(chǎn)，工廠綜合管理控制一體化等優(yōu)點。現(xiàn)將TPS系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀介紹一下。

1 TPS系統(tǒng)描述

TPS系統(tǒng)是在TDC-3000的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此組態(tài)采用填表方式，相對現(xiàn)在的各種控制系統(tǒng)，TPS系統(tǒng)組態(tài)界面確實很不直觀。TPS系統(tǒng)包括兩層網(wǎng)絡(luò)，UCN：TPS的過程控制網(wǎng)，實現(xiàn)過程控制功能，穩(wěn)定性極高，可靠性非常好；LCN：TPS的控制管理網(wǎng)，實現(xiàn)集中管理，各GUS操作站相互獨立，其中任何一臺故障不會影響其他站工作。

2 TPS系統(tǒng)概況

山東海化氯堿樹脂有限公司（以下簡稱“海化氯堿”）在2005年投產(chǎn)，分 PVC、VCM、燒堿 3個生產(chǎn)過程，各有一套TPS系統(tǒng)，2007年7月，二期又都各上一套TPS系統(tǒng)，到現(xiàn)在PVC和VCM已經(jīng)停產(chǎn)，這也為現(xiàn)在的生產(chǎn)留有充足的備件。一、二期的系統(tǒng)基本一致，現(xiàn)將一期燒堿工段的TPS系統(tǒng)介紹一下。

2.1 燒堿工段的TPS系統(tǒng)配置

2.1.1 GUS——全方位用戶工作站6臺

全方位用戶工作站，放置于燒堿工段中央控制室，兼?zhèn)涔こ處熣炯安僮髡镜墓δ埽瑢崿F(xiàn)對過程的安全監(jiān)控。

2.1.2 REMOTEGUS——遠程操作站6臺

遠程操作站通過以態(tài)網(wǎng)與中央控制室的本地GUS站連接，2臺放置于氯化氫合成和鹽酸控制室，2臺放置于一次鹽水控制室，2臺放置于固堿控制室，分別就近對工段裝置進行監(jiān)控。

2.1.3 HPM——高性能過程管理站3對

控制系統(tǒng)HPM，作為UCN網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，具有豐富多樣的功能，它主要完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、調(diào)節(jié)和管理，它采用多處理器結(jié)構(gòu)技術(shù)，用不同的處理器結(jié)構(gòu)技術(shù)完成不同的任務(wù)。海化氯堿HPM有2對在中央機房，還有1對通過遠程UCN電纜放置于氯化氫合成和鹽酸控制室。

2.1.4 HM——歷史數(shù)據(jù)管理模件1臺

HM用于歷史數(shù)據(jù)的記錄，以及系統(tǒng)資源文件的安全存儲，采用雙盤冗余結(jié)構(gòu)。

2.1.5 冗余NIM——網(wǎng)絡(luò)接口模件1對

NIM用于操作層網(wǎng)絡(luò)LCN與控制層網(wǎng)絡(luò)UCN交換數(shù)據(jù)，總負荷率在40%以下。

2.1.6 輸入輸出I/O模件

IO 模件有 AI、AO、DI、DO 等類型，包括輸入/輸出處理器IOP和現(xiàn)場接線端子板FTA，功能是對現(xiàn)場輸入、輸出的信號進行掃描和處理。燒堿工段TPS系統(tǒng)配置圖見圖1。

圖1 燒堿工段TPS系統(tǒng)配置圖

2.2 燒堿工段系統(tǒng)概況

燒堿工段設(shè)有中央控制室，布置6臺GUS過程控制站，以及3個遠程控制室布置6臺REMOTE GUS完成生產(chǎn)過程的聯(lián)網(wǎng)通訊、共享數(shù)據(jù)、節(jié)能降耗的功能，實現(xiàn)常規(guī)儀表所無法實現(xiàn)的中央統(tǒng)一顯示操作，相關(guān)量的高級控制算法，以及統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度和科學(xué)管理。機柜室內(nèi)布置HPM機柜、FTA端子柜、LCN機柜以及電源柜、空調(diào)等。

系統(tǒng)由于采用了先進的計算機系統(tǒng)硬件與支持軟件，為復(fù)雜控制的高級算法提供了條件。整個控制、顯示與操作實現(xiàn)全數(shù)字化、全屏幕化，解決了工藝對象多參數(shù)相關(guān)控制難題。

3 TPS系統(tǒng)目前的現(xiàn)狀

海化氯堿TPS系統(tǒng)一期自2005年投用到現(xiàn)在已經(jīng)運行13年，二期也有11年。超長時間的使用導(dǎo)致系統(tǒng)老化，故障頻出。

3.1 通訊故障頻繁出現(xiàn)

通訊故障包括LCN網(wǎng)絡(luò)和UCN網(wǎng)絡(luò)兩個方面的問題。出現(xiàn)LCNA/B纜或UCNA/B纜一側(cè)SUCPECT故障時，不能正常切換，首先看網(wǎng)絡(luò)所連設(shè)備是否有報警及故障，再對應(yīng)LCN網(wǎng)絡(luò)就將LCN電纜傳輸錯誤數(shù)清零，對應(yīng)UCN網(wǎng)絡(luò)就將UCN電纜通訊噪音清零。因為是老系統(tǒng)，設(shè)備、電纜及接口卡件等的老化，交叉施工造成的電磁干擾等都可能造成通訊故障的出現(xiàn)。另外因LCN網(wǎng)采用的是令牌環(huán)傳遞式總線網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳送是廣播方式的，所以網(wǎng)絡(luò)通訊出現(xiàn)問題時，故障源的查找工作更困難。當LCNA/B或UCNA/B同時出現(xiàn)故障時，GUS站就無法讀取到HPM控制器的數(shù)據(jù)，操作人員就看不到現(xiàn)場數(shù)據(jù)，不能保證生產(chǎn)的正常運行，非常危險。這就需要TPS維護人員的勤于巡檢，善于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，同時要給TPS整個LCN、UCN電纜創(chuàng)造干凈整潔的環(huán)境，盡量避免外界的干擾。

海化氯堿應(yīng)用的HPM31/32是通過遠程UCN電纜放置于氯化氫合成和鹽酸控制室，系統(tǒng)剛開始投用時，控制器經(jīng)常出現(xiàn)FAIL故障，經(jīng)多方排查，是由于敷設(shè)的遠程UCN電纜不標準，更換后恢復(fù)正常。所以總結(jié)出，TPS系統(tǒng)硬件配置標準要求很高，一定要從正規(guī)渠道購買備件。

在2011年大修期間，應(yīng)工藝車間的要求，電解主控室的一期和二期12臺操作站移位。中央控制室采用的是防靜電地板，所有電纜敷設(shè)包括通訊電纜、儀表信號電纜、電源電纜都是在地板下，在敷設(shè)時由于多次改造，敷設(shè)比較混亂，所以就把和其他電纜有交叉懷疑有干擾的電纜進行了穿管處理。盡管當時移動的小心翼翼，盡量避免干擾的產(chǎn)生，在開車后還是出現(xiàn)有幾個節(jié)點錯誤數(shù)增長特別快，LCN電纜經(jīng)常出現(xiàn)一側(cè)SUSPECT故障。在保證生產(chǎn)安全的前提下，經(jīng)多次順序LCN電纜，更換MAU及終端電阻，檢查接地，經(jīng)多次排查，LCN電纜基本趨于正常。

3.2 網(wǎng)絡(luò)接口模件NIM死機

NIM是TPS系統(tǒng)中連接控制器HPM和操作站GUS的網(wǎng)絡(luò)接口模件，采用的是冗余配置，一旦死機，接口數(shù)據(jù)中斷，操作站上將看不到任何現(xiàn)場數(shù)據(jù)，也不能進行操作，和LCNA/B同時故障出現(xiàn)的后果是一樣的，對于連續(xù)生產(chǎn)的化工企業(yè)來說是致命的危險。當生產(chǎn)異常，大量的報警集中出現(xiàn)時，通訊擁堵，也會出現(xiàn)系統(tǒng)暫時癱瘓狀態(tài)，GUS站上的數(shù)據(jù)也不能及時寫入HPM控制器，所以保證生產(chǎn)的平穩(wěn)運行也是NIM正常運行的關(guān)鍵。造成NIM死機的原因，設(shè)備老化是其一，與卡龍的安裝環(huán)境也有很大關(guān)系，所以需要TPS維護人員要定期對卡龍箱衛(wèi)生清潔，保證正常的溫度及濕度。

LCN機柜開始投用的前幾年，是放置于控制室內(nèi)和操作站在一起的，因為衛(wèi)生、溫度及濕度各方面的條件都不能得到保證，所以在2009年利用大修期間，將一期、二期的LCN機柜移位到機房里面，改善了整體環(huán)境，也保證了生產(chǎn)的平穩(wěn)運行。

3.3 GUS及REMOTE操作站運行緩慢，故障頻出

TPS系統(tǒng)GUS操作站，安裝的WINDOWS 2000操作系統(tǒng)，配置專用的鍵盤接口卡和網(wǎng)絡(luò)接口卡，通過專門的LCNP主板實現(xiàn)與LCN網(wǎng)絡(luò)的通信，裝載集成軟件。REMOTE操作站相對于GUS操作站僅缺少LCNP主板。由于年限過長，設(shè)備老化，系統(tǒng)沿用至今，故障率逐漸提高，主機經(jīng)常出現(xiàn)硬件故障，運行緩慢，頻繁死機。因為是已經(jīng)淘汰多年的產(chǎn)品，備件都采購不到。如果采取升級全部系統(tǒng)，就需要耗費大量的財力、人力和時間。基于現(xiàn)實情況，海化氯堿TPS維護人員開始摸索著用工控機代替GUS操作站，并安裝相應(yīng)的軟件，對TPS的維護有很大幫助，同時也可節(jié)省大量的升級和維修費用。

大多數(shù)情況還是電腦故障多，主板、硬盤、內(nèi)存條、電源等。

3.4 HM節(jié)點經(jīng)常離線

HM離線故障，不僅要考慮硬件、軟件存在的問題，還要考慮LCN負荷對HM的影響，由于連續(xù)多年的生產(chǎn)運行也對HM的負荷影響較大，所以盡量減少使用5 s、10 s、20 s的歷史組，多采用60 s歷史組。

2009年海化氯堿一期系統(tǒng)HM出現(xiàn)FAIL狀態(tài)，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)單盤損壞，利用大修時間做了更換與同步，恢復(fù)正常。

3.5 系統(tǒng)高負荷運行

燒堿工段自投產(chǎn)后進行了多次技術(shù)改造，原有的系統(tǒng)配置在容量及性能上早已不足，中間雖然也有幾次擴容，但都是增加I/O卡件，對控制器一直沒有擴容，所以目前系統(tǒng)控制器一直處于高負荷運行，需要維護人員不斷提高技術(shù)素質(zhì)，仔細巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

2015年，有次因為電壓波動，造成一半的電解槽停槽，報警瞬間涌出，操作人員想及時控制工藝參數(shù)，結(jié)果操作面板上的數(shù)卻寫不進去，造成全面停車。考慮是控制器負荷過高，沒有響應(yīng)過來。

4 結(jié)語

TPS系統(tǒng)作為一套技術(shù)成熟的DCS控制系統(tǒng)，在海化氯堿的實際應(yīng)用中也發(fā)揮了其強大的實用性，為海化氯堿進一步實現(xiàn)管控一體化起到了積極的推動作用。但這套系統(tǒng)運行多年，系統(tǒng)老化的問題不容忽視，為全面改善公司的生產(chǎn)安全狀況，海化氯堿自2015年就開始著手引入安全儀表系統(tǒng)SIS。從招標、設(shè)計到施工，利用2017年大修期間，實施安全技術(shù)改造，新上了SIS系統(tǒng)，全面改善了公司安全生產(chǎn)基礎(chǔ)條件，提升了企業(yè)安全生產(chǎn)水平。