串级控制在TPS系统中的实现

　　1 TPS系统概述

　　TPS的英文全称是Total Plant Solution System，中文名为“全厂一体化解决方案系统”。它是Honeywell公司推出的第四代集散控制系统的典型代表。它在硬件上采用了开放的工作站，使用RISC替代CISC，采用了客户机/服务器的结构（C/S）。在网络结构上增加了工厂信息网，并可与国际信息网Internet网联网。操作平台采用WINDOW2000Prpfessinal的图形界面，系统软件更加丰富。它在信息管理、通信等方面提供了综合的解决方案。TPS系统图如图1所示：

　　图1 TPS系统图

　　2 TPS系统的特点

　　2.1 网络特点

　　TPS系统（图1）与大多数其他DCS系统相比有一个明显的特征，它有三层网络PCN（或PIN）、LCN和UCN。与生产管理相关的设备挂在PCN上，与操作管理相关的模件都挂在LCN上，而与控制直接相关的模件都挂在UCN上。

　　2.2 硬件特点

　　TPS系统UCN网络上的设备为控制运算功能集中、输入输出处理分散的多层结构，较好地体现了集散系统的“集散”特性。以APM（过程控制管理站）为例，其控制器APMM是由一组插件构成，各部分都有自己的CPU并完成相应的功能。从通信角度看，APMM对上与UCN网连接，对下挂有输入、输出子系统。这些子系统由一块块输入、输出卡组成，每块卡都有自己的CPU并完成输入、输出信号的预处理或其他处理。这些输入、输出卡大多数再通过备自的标准多芯信号线连接到的FTA(Field Temination Assemblies)终端板上。少数输入、输出卡要通过适配器再连接到相应的终端板上。

　　3 串级调节在TPS系统中的实现

　　与简单的单回路控制系统相比，串级控制系统在其结构上形成了两个闭环，一个闭环在里面，被称为内回路或者副回路；另一个闭环在外，被称为外回路或者主回路。副回路在控制过程中负责粗调，主回路则完成细调，串级控制就是通过这两条回路的配合控制完成普通单回路控制系统很难达到的控制效果。

　　首先串级控制对进入副回路的扰动有很强的克服能力。其次，由于副回路的存在，减小了控制对象的时间参数，从而提高了系统的响应速度。再者串级控制提高了系统的工作频率，改善了系统的控制质量。最后，串级系统有一定的自适应能力。

　　下面我着重讲一下串级控制在TPS系统中的组态实现。

　　在组态复杂回路时，要注意控制点之间的连接方式。每种类型的常规控制点都有初始化功能，但初始化功能的实现还取决于控制点之间的连接方式。控制点之间的连接方式有两种，一种为“推（PUSH）”,另一种为“拉（PULL）”。所谓“推”，就是由上游点强制将输出送至下游点，组态时是在上游点填写相应的输出连接参数。所谓“拉”，就是由下游点从上游点取输出值，组态时是在下游点填写相应的输入连接参数。对于控制信息传递通道上相邻的两个控制点而言，当上游点的输出是“推”至下游点时，若下游点不能接受输出信号（如：下游点处于手动方式），则上游点处于初始化状态。一旦下游点恢复接受输出信号，初始化功能就保证这种恢复是无扰动的。反之，当上游点的输出是被“拉”进下游点时，即使下游点不能取输出信号，上游点不会处于初始化状态。一旦下游点恢复取输出信号，这就无法保证这种恢复是无扰动的，影响了控制系统操作的可靠性。因此，在组态时，控制点之间的连接尽可能采用“推”的方式，以保证控制系统的无扰动切换功能。更确切地说，输出信息应当从第一个控制点起依次向下“推”出，直至输出点为止。串级调节系统组态示意图如图2所示：

　　图2 串级调节系统组态示意图

　　在此串级回路中，PID1为副调节器，PID2为主调节器。

　　控制点连接说明：

　　PID2点输入连接（INPUT CONNECTION）:AI2.PV

　　PID2点输出连接（OUTPUT CONNECTION）:PID1.SP

　　PID2点正常方式（NORMAL MODE）:AUTO

　　PID1点输入连接（INPUT CONNECTION）:AI1.PV

　　PID1点输出连接（OUTPUT CONNECTION）:AO1.OP

　　PID1点正常方式（NORMAL MODE）:CASCADE

　　4总结

　　对于复杂控制回路，在组态过程中应遵循以下原则：

　　（1）保证控制方案组态的正确性。使控制系统具有设计方案所指定的功能。

　　（2）保证控制系统操作的可靠性。

　　串级控制是石油化工行业中应用仅次于单回路控制的最多的控制方式，因此它的组态正确性和可靠性尤其重要。

作者：杨宝星

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