针对霍尼韦尔TPS系统GUS操作站升级问题的探讨(3)

4、TPS 一步到位升级到PKS系统后享受的领先技术

4.1、容错以太网(FTE(Fault Tolerant Ethernet))

PKS支持容错以太网FTE 。常规的以太网冗余，是采用两个独立以太网，每个节点（服务器和操作站）分别连接到不同的网络上。如果有一个通讯故障（如由于网路的电气或电缆），网络节点切换到另一个网络的时间可能少于10秒，但也可能大于30秒。这取决于网络的复杂性以及所使用的特定节点设备类型。霍尼韦尔的FTE 解决方案使用单一网络，服务器和工作站无需重新建立网络连接，因此，切换时间通常只有1秒钟。

由于容错以太网FTE 提供节点之间更多的网络通讯路径，所以容错以太网FTE 可以承受更多的故障，包括所有单个故障和多个多重故障。FTE 对高层应用是透明的，使其具有更多可用的通讯路径。普通的以太网节点（非容错以太网）也能连接到FTE 网络上，同样比连接到常规的冗余以太网有更可靠的通讯环境。

每个FTE 网络可支持200 个节点，除了提供冗余的通讯功能，FTE 还可以在操作站上显示网络连接的状态信息。如图2所示。

图2  FTE网络构架

4.2、C300控制器

C300是新一代控制器，它完全抛弃了其它同类产品卡件与接线组件分别安装的传统理念，呈现给用户一个全新的设计，它将电子模块、电源分配、网络连接和信号接线组件集成在一块卡板上，这种设计显著的节省了空间（节省30%），并提高了系统的可靠性（>99 。992% ）。

C300控制器上集成的接口包括：容错以太网FTE 接口、GPS时钟同步器接口（分辨率达1mS）、I/O Link 接口以及用于控制器冗余的接口。

C300控制器具有快速执行过程控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制的强大实力。其处理能力是HPM的1.5倍，是C200的2倍。

用户在组态Experion PKS系统时不必一切从零作起，大部分常规工业控制所需的功能如通讯协议、控制算法等大同小异，Experion PKS将这些通用的功能制作成功能块，并集成在功能库中，用户使用工程组态工具Control Builder 从功能库中调用丰富的控制功能块，来构建所需的控制策略，控制策略建好后即可下装并进行监视。

Experion PKS 控制器的优越性有：
●处理器模块功能强大；

●配置灵活，冗余或非冗余可选；

●冗余配置时可以进行基于单个模块的执行周期个性化选择，所有控制回路均可在所选的执行周期下运行，可选的执行周期有50，100 ，200 ，500 ，1000，2000ms ；

●可与现有的Honeywell过程I/O 卡件同时使用；

●通过总线接口模块与FOUNDA TION总线设备完全整合；

●与HART设备完全整合，无须接入任何外部多路器，HART诊断信息可以方便的在每一个操作站和工程师站获取；

●控制执行环境(CEE) ：CEE是Experion PKS系统支持的各种控制器的通用平台。Experion基于CEE的控制器目前有：C200，C300控制器模件、应用控制器ACE (Application Control Environment)和仿真控制器SIM （Simulation Control Environment ）。CEE为控制策略提供执行和进程管理环境，同时用于控制器间的点对点通讯。

输入 /  输出模件

图3 C300控制器的I/O 模件

Experion C300控制器继续支持决大多数PM/APM/HPM传统的PMIO卡件（如图3 ），只是对其FW有个最低要求。这就使得PM/APM/HPM 可以平滑地升级至C300。同时I/O 机柜及接线可以保持原样，这样可以减少大量的现场施工，测试及校对工作。

同时系统又开发了新的C 系列I/O ，C 系列I/O 与C300控制器设计理念一致，即单板集成多个接口。所有I/O 均可实现冗余或非冗余配置，冗余为单板冗余。其它供应商则是通过不同的卡件和多芯电缆与单个现场设备相连实现冗余的。

这种模块化连接方式提高了系统的可靠性，同时也减少了安装空间，提高了维护效率。为了减少冗余配置的整体费用，冗余与非冗余结构采用相同的I/O 模块。模拟与数字信号均可以冗余。

4.3、Profit Loop PID 预估

Profit Loop是霍尼韦尔的专利算法，为一个单输入/  单输出（SISO）模型预估调节器，经过了现场的验证。Profit Loop是自动化控制领域中的一个革命性的突破，它在常规控制层提供了卓越的性能。特殊的设计使其操作简捷，比常规 PID 调节器有更高的效率。该调节器使用一个简单的过程模型来预测过去、现在和将来的过程变量的动作，当与 Experion 集成在一起时，Profi t  Loop提供了一个完善的解决方案，以最低的成本提供更高的收益性、可靠性和安全性。如图4所示。

图4  Pro fi t Loop性能曲线

常规的 PID  算法70多年来没有变化。PID 简单、快速、通用、灵活。其替代策略一般很复杂，并且因太耗费CPU 资源而难以广泛应用。

常规PID 的局限在于：PID 调节器处理过程滞后、非线性和噪声过程信号存在困难。不能达到最优控制，并增大了整定的工作量和过程的不稳定性。此外，过程信号噪声会直接转移到控制器输出。总的来说，这些缺点会加速阀门磨损，降低产品产量和质量，随之增加了操作和维护的成本。

Profit Loop的出现，为克服这些缺陷带来了希望。Profit Loop 是一个通用的模型预估回路控制和优化软件包，更确切地说Profit Loop  是一个基于模型的调节器、Smith  预估器、Gap 控制器和优化器。它为专家提供了一整套离线模型识别工具。初学者用它可以在线近似、简单地输入创建过程模型。

Profit Loop 通过过程动态变化的经验模型来预测过去、现在和将来的控制动作对控制变量的影响。通过预测将来的变化，Profit Loop确切地知道要如何改变过程来满足期望的控制目标。因而，Profit Loop 调节器不是像典型的 PID调节器一样对过程进行超调控制。而是通过对过程精确的响应改善了调节品质，提高了鲁棒性并减小了过程震荡。所以，Profit Loop理想地适合于存在噪声过程信号、大滞后或反向响应动态变化的应用场合。

4.4、Opertune PID自整定

OperTune是霍尼韦尔最新的闭环PID 自整定技术。在自整定期间，控制回路保持自动控制。通过操作界面上直观的滑动棒，技术人员可根据情况选择“较快”或“较慢”以适应需要，然后将选定的整定参数下载控制器，完成回路调节。运用OperTune现场的技术人员可获得极好的调节品质。

5、结论

TPS系统老化问题是国内各个用户都面临的问题，如何解决无外乎以上3 种技术方案。笔者认为将TPS一步到位直接升级到PKS是最佳方案，尽管投资费用不低，但Honeywell 既保护了用户原有TPS投资和技术，又使用户享受了新技术带来了巨大效益，还请同行业技术人员共同探讨。

作者简介：

刘建宇，1975年生于黑龙江省大庆市，1996年毕业于大庆石油学校，计算机技术及应用专业，中级职称，现任大庆炼化公司机电仪厂机电维护车间技术组组长，一直从事化工仪表自动化维护和技术管理工作。