TPS系統的使用現狀

孟祥云

（山東海化氯堿樹脂有限公司，山東 濰坊 262737）

TPS（Total Plant Solution）系統是一個將整個工廠的商業信息系統與生產過程控制系統統一在一個平臺上的自動化系統。TPS系統作為一款經典產品雖然現在已經停產，但很多用戶還在持續使用這一老系統。它具有良好的開放性，優秀的人機接口，可從簡單的常規PID控制到先進復雜的高級控制，生產的范圍從連續生產到間歇生產，工廠綜合管理控制一體化等優點。現將TPS系統的使用現狀介紹一下。

1 TPS系統描述

TPS系統是在TDC-3000的基礎上發展起來的，因此組態采用填表方式，相對現在的各種控制系統，TPS系統組態界面確實很不直觀。TPS系統包括兩層網絡，UCN：TPS的過程控制網，實現過程控制功能，穩定性極高，可靠性非常好；LCN：TPS的控制管理網，實現集中管理，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，分 PVC、VCM、燒堿 3個生產過程，各有一套TPS系統，2007年7月，二期又都各上一套TPS系統，到現在PVC和VCM已經停產，這也為現在的生產留有充足的備件。一、二期的系統基本一致，現將一期燒堿工段的TPS系統介紹一下。

2.1 燒堿工段的TPS系統配置

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，兼備工程師站及操作站的功能，實現對過程的安全監控。

2.1.2 REMOTEGUS——遠程操作站6臺

遠程操作站通過以態網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控。

2.1.3 HPM——高性能過程管理站3對

控制系統HPM，作為UCN網絡的核心設備，具有豐富多樣的功能，它主要完成系統的數據采集、調節和管理，它采用多處理器結構技術，用不同的處理器結構技術完成不同的任務。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——歷史數據管理模件1臺

HM用于歷史數據的記錄，以及系統資源文件的安全存儲，采用雙盤冗余結構。

2.1.5 冗余NIM——網絡接口模件1對

NIM用于操作層網絡LCN與控制層網絡UCN交換數據，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和現場接線端子板FTA，功能是對現場輸入、輸出的信號進行掃描和處理。燒堿工段TPS系統配置圖見圖1。

圖1 燒堿工段TPS系統配置圖

2.2 燒堿工段系統概況

燒堿工段設有中央控制室，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完成生產過程的聯網通訊、共享數據、節能降耗的功能，實現常規儀表所無法實現的中央統一顯示操作，相關量的高級控制算法，以及統一協調調度和科學管理。機柜室內布置HPM機柜、FTA端子柜、LCN機柜以及電源柜、空調等。

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

3 TPS系統目前的現狀

海化氯堿TPS系統一期自2005年投用到現在已經運行13年，二期也有11年。超長時間的使用導致系統老化，故障頻出。

3.1 通訊故障頻繁出現

通訊故障包括LCN網絡和UCN網絡兩個方面的問題。出現LCNA/B纜或UCNA/B纜一側SUCPECT故障時，不能正常切換，首先看網絡所連設備是否有報警及故障，再對應LCN網絡就將LCN電纜傳輸錯誤數清零，對應UCN網絡就將UCN電纜通訊噪音清零。因為是老系統，設備、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。另外因LCN網采用的是令牌環傳遞式總線網，數據傳送是廣播方式的，所以網絡通訊出現問題時，故障源的查找工作更困難。當LCNA/B或UCNA/B同時出現故障時，GUS站就無法讀取到HPM控制器的數據，操作人員就看不到現場數據，不能保證生產的正常運行，非常危險。這就需要TPS維護人員的勤于巡檢，善于發現問題、解決問題，同時要給TPS整個LCN、UCN電纜創造干凈整潔的環境，盡量避免外界的干擾。

海化氯堿應用的HPM31/32是通過遠程UCN電纜放置于氯化氫合成和鹽酸控制室，系統剛開始投用時，控制器經常出現FAIL故障，經多方排查，是由于敷設的遠程UCN電纜不標準，更換后恢復正常。所以總結出，TPS系統硬件配置標準要求很高，一定要從正規渠道購買備件。

在2011年大修期間，應工藝車間的要求，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，在敷設時由于多次改造，敷設比較混亂，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，盡量避免干擾的產生，在開車后還是出現有幾個節點錯誤數增長特別快，LCN電纜經常出現一側SUSPECT故障。在保證生產安全的前提下，經多次順序LCN電纜，更換MAU及終端電阻，檢查接地，經多次排查，LCN電纜基本趨于正常。

3.2 網絡接口模件NIM死機

NIM是TPS系統中連接控制器HPM和操作站GUS的網絡接口模件，采用的是冗余配置，一旦死機，接口數據中斷，操作站上將看不到任何現場數據，也不能進行操作，和LCNA/B同時故障出現的后果是一樣的，對于連續生產的化工企業來說是致命的危險。當生產異常，大量的報警集中出現時，通訊擁堵，也會出現系統暫時癱瘓狀態，GUS站上的數據也不能及時寫入HPM控制器，所以保證生產的平穩運行也是NIM正常運行的關鍵。造成NIM死機的原因，設備老化是其一，與卡龍的安裝環境也有很大關系，所以需要TPS維護人員要定期對卡龍箱衛生清潔，保證正常的溫度及濕度。

LCN機柜開始投用的前幾年，是放置于控制室內和操作站在一起的，因為衛生、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，改善了整體環境，也保證了生產的平穩運行。

3.3 GUS及REMOTE操作站運行緩慢，故障頻出

TPS系統GUS操作站，安裝的WINDOWS 2000操作系統，配置專用的鍵盤接口卡和網絡接口卡，通過專門的LCNP主板實現與LCN網絡的通信，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，設備老化，系統沿用至今，故障率逐漸提高，主機經常出現硬件故障，運行緩慢，頻繁死機。因為是已經淘汰多年的產品，備件都采購不到。如果采取升級全部系統，就需要耗費大量的財力、人力和時間。基于現實情況，海化氯堿TPS維護人員開始摸索著用工控機代替GUS操作站，并安裝相應的軟件，對TPS的維護有很大幫助，同時也可節省大量的升級和維修費用。

大多數情況還是電腦故障多，主板、硬盤、內存條、電源等。

3.4 HM節點經常離線

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，由于連續多年的生產運行也對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HM出現FAIL狀態，經檢測發現單盤損壞，利用大修時間做了更換與同步，恢復正常。

3.5 系統高負荷運行

燒堿工段自投產后進行了多次技術改造，原有的系統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，所以目前系統控制器一直處于高負荷運行，需要維護人員不斷提高技術素質，仔細巡檢，發現問題及時解決。

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，結果操作面板上的數卻寫不進去，造成全面停車。考慮是控制器負荷過高，沒有響應過來。

4 結語

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