TPS系统的使用现状

孟祥云

（山东海化氯碱树脂有限公司，山东 潍坊 262737）

TPS（Total Plant Solution）系统是一个将整个工厂的商业信息系统与生产过程控制系统统一在一个平台上的自动化系统。TPS系统作为一款经典产品虽然现在已经停产，但很多用户还在持续使用这一老系统。它具有良好的开放性，优秀的人机接口，可从简单的常规PID控制到先进复杂的高级控制，生产的范围从连续生产到间歇生产，工厂综合管理控制一体化等优点。现将TPS系统的使用现状介绍一下。

1 TPS系统描述

TPS系统是在TDC-3000的基础上发展起来的，因此组态采用填表方式，相对现在的各种控制系统，TPS系统组态界面确实很不直观。TPS系统包括两层网络，UCN：TPS的过程控制网，实现过程控制功能，稳定性极高，可靠性非常好；LCN：TPS的控制管理网，实现集中管理，各GUS操作站相互独立，其中任何一台故障不会影响其他站工作。

2 TPS系统概况

山东海化氯碱树脂有限公司（以下简称“海化氯碱”）在2005年投产，分 PVC、VCM、烧碱 3个生产过程，各有一套TPS系统，2007年7月，二期又都各上一套TPS系统，到现在PVC和VCM已经停产，这也为现在的生产留有充足的备件。一、二期的系统基本一致，现将一期烧碱工段的TPS系统介绍一下。

2.1 烧碱工段的TPS系统配置

2.1.1 GUS——全方位用户工作站6台

全方位用户工作站，放置于烧碱工段中央控制室，兼备工程师站及操作站的功能，实现对过程的安全监控。

2.1.2 REMOTEGUS——远程操作站6台

远程操作站通过以态网与中央控制室的本地GUS站连接，2台放置于氯化氢合成和盐酸控制室，2台放置于一次盐水控制室，2台放置于固碱控制室，分别就近对工段装置进行监控。

2.1.3 HPM——高性能过程管理站3对

控制系统HPM，作为UCN网络的核心设备，具有丰富多样的功能，它主要完成系统的数据采集、调节和管理，它采用多处理器结构技术，用不同的处理器结构技术完成不同的任务。海化氯碱HPM有2对在中央机房，还有1对通过远程UCN电缆放置于氯化氢合成和盐酸控制室。

2.1.4 HM——历史数据管理模件1台

HM用于历史数据的记录，以及系统资源文件的安全存储，采用双盘冗余结构。

2.1.5 冗余NIM——网络接口模件1对

NIM用于操作层网络LCN与控制层网络UCN交换数据，总负荷率在40%以下。

2.1.6 输入输出I/O模件

IO 模件有 AI、AO、DI、DO 等类型，包括输入/输出处理器IOP和现场接线端子板FTA，功能是对现场输入、输出的信号进行扫描和处理。烧碱工段TPS系统配置图见图1。

图1 烧碱工段TPS系统配置图

2.2 烧碱工段系统概况

烧碱工段设有中央控制室，布置6台GUS过程控制站，以及3个远程控制室布置6台REMOTE GUS完成生产过程的联网通讯、共享数据、节能降耗的功能，实现常规仪表所无法实现的中央统一显示操作，相关量的高级控制算法，以及统一协调调度和科学管理。机柜室内布置HPM机柜、FTA端子柜、LCN机柜以及电源柜、空调等。

系统由于采用了先进的计算机系统硬件与支持软件，为复杂控制的高级算法提供了条件。整个控制、显示与操作实现全数字化、全屏幕化，解决了工艺对象多参数相关控制难题。

3 TPS系统目前的现状

海化氯碱TPS系统一期自2005年投用到现在已经运行13年，二期也有11年。超长时间的使用导致系统老化，故障频出。

3.1 通讯故障频繁出现

通讯故障包括LCN网络和UCN网络两个方面的问题。出现LCNA/B缆或UCNA/B缆一侧SUCPECT故障时，不能正常切换，首先看网络所连设备是否有报警及故障，再对应LCN网络就将LCN电缆传输错误数清零，对应UCN网络就将UCN电缆通讯噪音清零。因为是老系统，设备、电缆及接口卡件等的老化，交叉施工造成的电磁干扰等都可能造成通讯故障的出现。另外因LCN网采用的是令牌环传递式总线网，数据传送是广播方式的，所以网络通讯出现问题时，故障源的查找工作更困难。当LCNA/B或UCNA/B同时出现故障时，GUS站就无法读取到HPM控制器的数据，操作人员就看不到现场数据，不能保证生产的正常运行，非常危险。这就需要TPS维护人员的勤于巡检，善于发现问题、解决问题，同时要给TPS整个LCN、UCN电缆创造干净整洁的环境，尽量避免外界的干扰。

海化氯碱应用的HPM31/32是通过远程UCN电缆放置于氯化氢合成和盐酸控制室，系统刚开始投用时，控制器经常出现FAIL故障，经多方排查，是由于敷设的远程UCN电缆不标准，更换后恢复正常。所以总结出，TPS系统硬件配置标准要求很高，一定要从正规渠道购买备件。

在2011年大修期间，应工艺车间的要求，电解主控室的一期和二期12台操作站移位。中央控制室采用的是防静电地板，所有电缆敷设包括通讯电缆、仪表信号电缆、电源电缆都是在地板下，在敷设时由于多次改造，敷设比较混乱，所以就把和其他电缆有交叉怀疑有干扰的电缆进行了穿管处理。尽管当时移动的小心翼翼，尽量避免干扰的产生，在开车后还是出现有几个节点错误数增长特别快，LCN电缆经常出现一侧SUSPECT故障。在保证生产安全的前提下，经多次顺序LCN电缆，更换MAU及终端电阻，检查接地，经多次排查，LCN电缆基本趋于正常。

3.2 网络接口模件NIM死机

NIM是TPS系统中连接控制器HPM和操作站GUS的网络接口模件，采用的是冗余配置，一旦死机，接口数据中断，操作站上将看不到任何现场数据，也不能进行操作，和LCNA/B同时故障出现的后果是一样的，对于连续生产的化工企业来说是致命的危险。当生产异常，大量的报警集中出现时，通讯拥堵，也会出现系统暂时瘫痪状态，GUS站上的数据也不能及时写入HPM控制器，所以保证生产的平稳运行也是NIM正常运行的关键。造成NIM死机的原因，设备老化是其一，与卡龙的安装环境也有很大关系，所以需要TPS维护人员要定期对卡龙箱卫生清洁，保证正常的温度及湿度。

LCN机柜开始投用的前几年，是放置于控制室内和操作站在一起的，因为卫生、温度及湿度各方面的条件都不能得到保证，所以在2009年利用大修期间，将一期、二期的LCN机柜移位到机房里面，改善了整体环境，也保证了生产的平稳运行。

3.3 GUS及REMOTE操作站运行缓慢，故障频出

TPS系统GUS操作站，安装的WINDOWS 2000操作系统，配置专用的键盘接口卡和网络接口卡，通过专门的LCNP主板实现与LCN网络的通信，装载集成软件。REMOTE操作站相对于GUS操作站仅缺少LCNP主板。由于年限过长，设备老化，系统沿用至今，故障率逐渐提高，主机经常出现硬件故障，运行缓慢，频繁死机。因为是已经淘汰多年的产品，备件都采购不到。如果采取升级全部系统，就需要耗费大量的财力、人力和时间。基于现实情况，海化氯碱TPS维护人员开始摸索着用工控机代替GUS操作站，并安装相应的软件，对TPS的维护有很大帮助，同时也可节省大量的升级和维修费用。

大多数情况还是电脑故障多，主板、硬盘、内存条、电源等。

3.4 HM节点经常离线

HM离线故障，不仅要考虑硬件、软件存在的问题，还要考虑LCN负荷对HM的影响，由于连续多年的生产运行也对HM的负荷影响较大，所以尽量减少使用5 s、10 s、20 s的历史组，多采用60 s历史组。

2009年海化氯碱一期系统HM出现FAIL状态，经检测发现单盘损坏，利用大修时间做了更换与同步，恢复正常。

3.5 系统高负荷运行

烧碱工段自投产后进行了多次技术改造，原有的系统配置在容量及性能上早已不足，中间虽然也有几次扩容，但都是增加I/O卡件，对控制器一直没有扩容，所以目前系统控制器一直处于高负荷运行，需要维护人员不断提高技术素质，仔细巡检，发现问题及时解决。

2015年，有次因为电压波动，造成一半的电解槽停槽，报警瞬间涌出，操作人员想及时控制工艺参数，结果操作面板上的数却写不进去，造成全面停车。考虑是控制器负荷过高，没有响应过来。

4 结语

TPS系统作为一套技术成熟的DCS控制系统，在海化氯碱的实际应用中也发挥了其强大的实用性，为海化氯碱进一步实现管控一体化起到了积极的推动作用。但这套系统运行多年，系统老化的问题不容忽视，为全面改善公司的生产安全状况，海化氯碱自2015年就开始着手引入安全仪表系统SIS。从招标、设计到施工，利用2017年大修期间，实施安全技术改造，新上了SIS系统，全面改善了公司安全生产基础条件，提升了企业安全生产水平。