PlantPax系统

一、PlantPAX过程控制系统特点

         系统采用分布式结构，在开放式的冗余通讯网络上分布了多台系统组件，这些系统组件带有独立的功能处理器，每个功能处理器都是为了完成特定的任务而进行组态和编程，需要上位计算机进行操作或组态的系统都将是不接受的。系统在一个系统架构下,统一的软件硬件平台,应能同时实现过程控制,先进优化控制,电气控制,离散控制,顺序控制,批次控制以及安全控制,同时能够满足工厂过程信息,生产管理等需求。采用开放的网络架构,通讯稳定可靠,系统易于扩展。丰富的硬件模块,能够满足用户的不同需求。PlantPAX过程控制系统具备高度的灵活性和极好的扩展性，无论是小型生产装置的控制，还是超大规模的全厂一体化控制，甚至对于现场设备管理维护，以及跨厂的生产管理等，系统都能轻松满足小型单机独立系统和大型的分布式跨区域系统应用的需求。系统必须支持远程和就地IO扩展方式，包括本安型IO和SIL分级IO,以灵活的IO方式满足各种工厂环境。PlantPAX过程控制系统具有强大的现场设备集成能力，除了支持业内广泛使用的IO产品之外，系统还能够在同一平台上集成智能数字化现场设备，例如过程仪表所用的HART、Foundation Fieldbus，以及DeviceNet和Ethernet IP工业控制设备。这些接口的无缝集成，同时针对过程仪表和驱动设备以及电机控制设备集成工具，能够提供更高的集成效率。资产管理功能包括控制器组态的变更管理与灾难恢复、旋转设备的振动监视、仪表和工业设备组态、校准和标定记录跟踪管理。 在PlantPAX过程控制系统平台上支持批处理的管理和控制，支持灵活的生产配方管理、独立于设备的配方管理、独立于批次的设备控制，同时它还支持法规遵循。提供了包括批处理可视化、分析和基于web生成报表等操作功能。可扩展的集成解决方案遵循行业标准，既能满足较小的、基本的批处理/顺序控制需求，又能满足多方面的、复杂的分布式批处理/顺序控制要求。PlantPAX控制系统具备多面的过程信息处理能力，提供一套集成的决策分析工具和图形化面板，有助于实时访问和分析企业内的过程和生产信息。生成基于web的KPI界面和报表。在制造过程中及时将各制造过程中生成的信息提供给相关人员。分布式历史数据管理策略提供局部的、基于背板的高速数据采集和记录以及现场和企业解决方案，从而能够满足较为苛刻的要求。同时系统应能无缝集成先进的工业级历史数据库，高效的历史数据存储压缩技术，可高速、实时采集历史数据并能进行高级分析。PlantPAX过程控制器物理位置分散、控制功能分散、系统功能分散，而用于过程监视及管理的人-机接口单元其显示、操作、记录、管理功能集中。在生产装置内经过现场调试、配上电源、接上输入输出信号就可满足本装置的生产监视、过程控制、操作画面、参数报警、数据记录及趋势等项功能要求，并能保证长周期可靠运行。

二 、系统组成

         1、PlantPAX过程控制器通过智能型过程I/O硬件、连接端子及必要的信号处理，完成连续的、离散的、顺序的控制及数据采集功能，过程控制器可以分散在就地，也可以集中在控制室。

         2、作为人机接口的LCD操作站包括键盘、打印机、彩色液晶显示器等安装在控制室的操作区域。

         3、操作员/工程师站是由彩色LCD、键盘、打印机、磁盘驱动器等组成。

         4、系统组件（过程控制器、操作员和工程师站）之间是通过高速数据总线进行通讯，系统中多数变量更新周期至少1次/秒，重要变量的更新周期为10次/秒。

三、控制功能描述

         1、PlantPAX过程控制器可以实现连续的和离散的功能，用户能够方便地定义控制器的多种处理速度，执行速率必须可设置为50、100、200、500、1000或2000毫秒。多数控制对象，不论其功能块内容，均须能够设置为以上任一种速率执行。控制器在实现离散控制时，系统必须能够采用梯形图编程语言来实现离散任务的快速处理，以不同的速度运行连续控制和联锁逻辑控制，控制器可以组态为1:1冗余,两个冗余的控制器必须分别安装在两个独立的机架/背板上，独立的机架/背板冗余能够保证在机架/背板出现异常的情况下系统能够进行冗余切换而不影响整个系统的控制功能。在冗余系统中，当检测到一个CPU出错时，则立即启动切换机制，该切换应在20毫秒内完成。控制器冗余切换原因必须能够在软件中提示。PlantPAX过程控制系统的控制站应能满足常规过程控制的功能及速度要求，具备连续过程控制、批量控制和一般顺序控制的功能，同时系统能够实现快速处理的离散控制功能。投标技术文件中应对控制站的控制容量、控制时间、数据处理方式进行说明。在增加系统的I/O模块，在线修改控制策略时，对正常工艺控制没有任何影响。随时满足系统扩展的需求。PlantPAX过程控制系统具备PID参数自整定功能，自整定功能应从PID控制面板上来完成，功能块语言中使用的PID指令须集成有PID自整定功能，可由任何操作员站或工程师站开启自整定功能。PID自整定机制须采用简单易用的图形界面，配备安装“向导”引导不熟悉该工具的工程师和技术人员。该集成的自整定器满足：适用于慢速及快速响应的过程 适用于具有自调节功能的过程和发散的过程抗噪音和过程负载干扰可由控制器直接访问 。

         2 、连续控制：PlantPAX过程控制器可以完成基本的调节和先进的控制功能，包括自动-手动切换、抗积分饱和、测量值跟踪、输出限位等标准算法及控制回路的参数自整定。系统组态软件中必须包含预定义的先进控制功能块。这些功能块能够控制多种难以控制的回路，如大滞后、死区时间显著的回路、具有多个控制变量的回路、多个控制变量和过程变量有着复杂关系的多耦合回路。并能提供模糊逻辑控制功能，允许用户在控制器中创建自定义运算规则，适用于复杂的控制工艺。除了系统具备基于回路和控制器的先进控制功能外，系统还应具备基于装置或工艺的以模型预估控制，计算和实时优化的先进控制解决方案，应用工艺参考模型分析当前工艺并预测未来工艺的运行，允许控制器决定用较好的方式通过调整工艺输入变量来改变工艺输出变量，以达到工厂的优化控制。

       此外，控制器还提供以下算法：

       -   加/减/乘/除四则运算

       -   超前/滞后

       -   延时

       -   高/中/低选择

       -   变化率限制

       -   质量流量补偿运算

       -   累积值、平均值

       -   采样和保持

       -   用户自定义的功能块

       -   硬/软操作器接口

         3、离散控制功能/电气控制/传动控制

           在离散控制中能提供以下算法：

       -   开关控制

       -   与、或、非逻辑

       -   计数/计时

       -   用户自定义的功能块

      电气控制

      PlantPAX系统具备电气控制的能力，能够方便地对变频器、电机、马达保护器、MCC等电气设备进行组态和控制，并须在系统中提供现成的变频器标准控制功能块和控制面板，对于电机控制，系统必须有单速马达控制，快慢速马达控制，正反转马达控制的标准功能块和控制面板，不需要任何编程即可调用。

      PlantPAX系统有完善的电气控制功能，能够通过硬接线和EtherNet, ControlNet, DeviceNet等网络的方式与电气设备（变频器，MCC,电机保护器等）连接，实现控制系统与电气设备的无缝连接。

         4、批次控制和顺序控制

         PlantPAX系统具备提供从基本顺序应用到复杂顺序、高苛刻性的批次应用的解决方案。PlantPAX系统按照ISA-88标准，具备可扩展的批次功能，包含一个基于控制器的机器，用于本地顺序控制的应用，也适用于物料追踪和电子批次记录等复杂的基于服务器批次控制。

         批次解决方案：

         • 为开放式，具有灵活性，采用工业标准通信协议 

         • 集成物料管理和配方设计 

         • 创建、管理并自动执行配方 

         • 缩短验证和调试时间 

         • 配置物理和工序模型 

         • 集成多种补充性应用软件 

         • 采集生产过程详细电子批次数据，生成详细报告 

         • 整合批次配方信息，并与企业信息系统进行信息交换 

         • 模拟整个批次生产过程 

         基本批次和顺序

         PlantPAX系统支持简单的批次生产应用程序。这些应用程序可描述为主要在系统控制器内执行的批次的整体控制功能。必要时仅需批到批的公式变更，并且除非操作员进行选择管理，否则设备的使用具有较低灵活性。系统能够利用Phase Management技术将批次处理系统和控制器进行无缝集成，将遵从S88的Phase状态模型直接嵌入控制器中。对于简单基本的批次和顺序控制，系统必须能够在不增加额外费用的基础上，提供基于控制器的简单批次和顺序控制管理软件（Logix Batch and Sequence Manager），并符合ISA-S88状态控制，提供灵活的配方管理和组态，以满足生产控制的简单批次和顺序控制的需要。

         全面批次和顺序

         PlantPAX系统能够对复杂的批次生产应用程序提供支持。这些应用程序除了采用系统控制器上的批量控制功能外，还需要基于服务器的批次生产管理功能。系统基于服务器的批次功能须为开放式应用程序，可与位于过时控制器或第三方控制器上的批次生产应用程序互动。系统须支持S88状态控制和ISA S88.01标准。

         5 、安全控制

         PlantPAX过程控制系统具备多面的TUV安全仪表系统认证和关键控制解决方案，SIL1、2、3级的故障安全级容错的解决方案，能够与PlantPAX过程控制系统全集成。SIS或ESD系统是采用近几年发展和改进的新技术、新设备，是集成的、标准化的化工过程安全仪表系统，是成熟的、经过实际应用考验的系统，便于扩展，系统的硬件、软件及其功能能满足化工装置大规模生产的安全保护的需要。

       安全控制系统满足以下技术要求：

       1、系统的安全级别 (SIL2)

         SIS系统是采用以冗余、容错技术为基础的故障安全型系统，安全度等级应达到IEC 61508的SIL2级或DIN V 19250的AK4级，系统通过 IEC SIL2或TUV AK4认证。 

       2、系统的可靠性和可用性 

         SIS系统具备完备的冗余功能，处理器、通讯、电源等都应采用冗余结构配置。 

       3、系统的可靠性 

         SIS系统平均无故障时间(MTBF)和平均故障修复时间(MTTR)应为先进。 

       4、系统的可用性 

         SIS系统的多种插卡能在线插拔、更换。冗余设备能在线自诊断，出错报警，无差错切换。系统具有完善的硬件、软件故障诊断及自诊断功能，自动记录故障报警并能提示维护人员进行维护。 控制器CPU能够在线自诊断和具有出错自纠正和自恢复能力，冗余设备能在线自诊断，出错报警，无差错切换。 

       5、故障限制 

         SIS系统的设计是故障安全型（包括软硬件），系统内发生故障时，能按照故障安全型的方式停机。 

       6、系统响应时间及扫描速度 

         SIS系统I/O扫描时间和系统响应时间（程序执行时间）必须为毫秒级。同时系统具有事件顺序记录（SOE）功能，做到毫秒级事件的记录，以便对系统本身和过程发生的每一个故障，或导致过程停车的因素都能及时地和按实际发生的时间记录下来。 

       7、和保护功能 

         SIS 系统的控制站能满足化工装置安全保护系统的功能及速度要求，包括I/O处理、通讯、数据采集和逻辑控制、过程控制。控制站的硬件应具有高可靠性和容错性，应具备顺序事件记录功能，能对多种工况进行控制和安全保护。 系统所配套组态软件满足IEC61131-3标准，至少配置有梯形图、功能块、结构文本等三种编程语言，具有离线编程、仿真调试、在线诊断监视、在线程序修改下装等功能，组态软件应通过TUV认证。 

四、报警功能

       显示当前所有正在进行的过程参数报警和系统硬件故障报警，并按报警的时间顺序从刚开始发生的报警开始排起，报警优先级别和状态用不同的颜色来区别，未经确认的报警处于闪烁状态。

       报警内容包括：

       -   报警时间

       -   过程变量名

       -   过程变量说明

       -   过程变量的当前值

       -   报警设定值

       -   过程变量的工程单位

       -   报警优先级别

五、报表功能

         1、PlantPAX过程控制系统按照预先定义的格式打印报表，报表数据的收集和打印是按照用户定义的时间间隔自动进行，报表打印通常采用事件驱动方式或操作员命令方式，报表软件将自动产生大多数标题和表头。

         2、报表类型如下：

       -   有格式报表

       -   无格式报表

       -   事件顺序报告

       -   诊断报告

       -   设备操作报告

       -   过程变量趋势

六、画面功能

         操作站LCD显示器为操作员了解生产过程状态提供了显示窗口，并能支持以下几类画面。 

         1、总貌画面

         显示系统各设备、装置、区域的运行状态以及多数过程参数变量的状态、测量值、设定值、控制方式（手动／自动状态）、高低报警等信息。从各显示区域可以调出其他相关画面。

         2、分组画面

         以模拟仪表的表盘形式按事先设定的分组，同时显示几个回路的信息：如过程参数变量的测量值、调节器的设定值、输出值、控制方式等。变量值每秒更新一次，分组可任意进行，操作员可从分组画面调出任一变量(模拟量或离散量)的详细信息。对模拟回路可以手动改变设定值、输出值、控制方式等；对离散量可以手动操作设备的开启和停止，画面显示出指令状态和实际状态。

         3、细目画面

         显示一个参数、控制点的多数信息以及实时趋势和历史趋势。从调整画面也可以直接对模拟回路进行设定、调整操作。

         4、趋势画面

         系统具有显示任何数据点趋势的能力，并在同一座标轴上显示至少四个变量的趋势记录曲线，有可供用户自由选择的参数变量、不同颜色和不同的时间间隔，也可以对数据轴进行任意放大显示。

         5、图形画面

         生产装置的图片、工艺流程图、设备简图、单线图等都可以在LCD显示器上显示出来，每个画面都包括字母数字字符和图形符号，通常采用可变化的颜色、图形、闪烁表示过程变量的不同状态，多数过程变量的数值和状态每秒动态刷新。操作员在此画面对有关过程变量实施操作和调整。

         6、棒图

         棒图可以表示过程变量的变化，如棒图表示塔的液位，棒图能以水平或垂直方式显示。

七、现场设备接口

         系统能够利用以下开放网络将控制器直接连接到智能现场设备：DeviceNet、Foundation Fieldbus、HART,系统支持多类数字控制仪表，包括液体分析、液位、流量、压力和温度测量仪表。

         DeviceNet

         DeviceNet可作为一个开放式、低成本的网络连接方式，系统利用该网络连接工业设备，削减了成本高昂又耗时的硬接线。直接连接改善通信，提供设备层诊断。因为DeviceNet采用干线/支线拓扑结构，所以单根DeviceNet电缆须为网络中多数设备提供电源和通信信号。这样，大幅降低了所需布线量、简化了安装工作。

         DeviceNet须能够将系统控制器直接连接到下层设备，并提供增强的设备层诊断功能，便于排除故障和绘制趋势图，改善每部设备的数据采集工作。

         DeviceNet扫描模块须支持明确消息通讯，以便控制器能支持对网络设备的配置、　诊断、状态等数据读写操作。

         DeviceNet扫描模块须支持自动设备更换（ADR）功能，网络中DeviceNet兼容设备更换后，其配置将由扫描仪自动更新到新设备中。

         系统提供商必须在投标文件中对DeviceNet接口模块和连接方式进行说明。

         HART I/O

         HART协议被设计为对传统的4-20mA模拟信号处理的补充，它支持双向数字通信，可用于过程测量和控制设备。

         有支持HART协议的模拟量输入卡件。能够兼容任何支持HART协议的现场设备。能够从系统对HART设备进行量程设定，且系统能够反映通过手持式编程器对装置进行的量程设定。其它HART信息须能够通过I/O卡传输到维护软件包中。

         能够不中断系统而添加HART I/O模块。这包括在机架上电状态下安装模块。系统须能够读取现场设备提供的多数变量而无需额外布线。

         系统能够通过控制和I/O开发软件直接访问HART仪表。须能够通过控制器标签(Tag)数据结构访问HART仪表变量，且通过仪表文件完成配置和校准。

         Foundation Fieldbus I/O

         能够通过直接连接控制器的专用接口访问Foundation Fieldbus网络。卖方须提供符合Foundation Fieldbus标准的智能型、自诊断的连接设备。HSE/H1（高速Ethernet/Fieldbus H1）链接设备能够支持二个和四个H1网段。

         链接设备必须能够支持EtherNet/IP和Controlnet两种网络连接方式进行双重共发式通信。这样在同一网络中，　EtherNet/IP和Controlnet 就可以用于离散和过程应用，而HSE可用于过程和资产管理应用。

         系统支持通过正规Foundation Fieldbus标准机构认证的所有现场设备，且无需再通过主机系统卖方认证。系统能够读取现场设备提供的所有变量而无需额外布线。提供现场设备诊断信息，包括设备故障、配置故障、操作模式和维护请求。

         系统能够直接集成并访问Foundation Fieldbus设备，包括通过控制和I/O开发软件进行的配置和信号变换。

八 、智能设备资产管理

         系统提供能够对工厂所有智能现场设备进行配置的软件，方便用户对智能设备的管理。该软件建立在FDT/DTM标准基础上，因为该技术使工程师能够自由集成符合标准的第三方现场和通信组件。系统能够管理ControlNet、EtherNet/IP、DeviceNet、HART和其它支持现场设备工具（FDT/DTM）标准接口规范的现场设备，包括执行器和变送器。

系统的集成化资产管理能力包括：

         • 编程及参数变化的审查跟踪。

         • 依技能和责任对自动化装置的控制访问；

         • 自动化设备监控，包括监控现场仪表，控制器，变频器，触摸屏，交换机等自动化设备；

         • 自动化设备及文件存档的灾难恢复计划，包括控制器程序灾难恢复，变频器参数灾难恢复，从而确保系统出现不可恢复或灾难性故障时系统程序不受破坏，并能按照不同版本进行恢复。同时能够对第三方设备进行资产管理；

         • 校准管理

         • 完整系统的资产安全审核方案

         • 管理资产配置文件

         • 实现对控制系统的安全访问

         • 跟踪用户对系统的所有操作

         • 提供对运行资产配置的备份与恢复

         系统始终自动对资产变更进行审查跟踪，同时控制对这些资产的访问；它能够自动验证当前操作是否符合对其的限制要求。该集成资产管理（IAM）的特点应确保符合FAD规定，该规定要求质量经理能够检查正在运行的内容对质量是否有任何影响。它还确保符合ISO9001-2000体系（其要求公司必须控制其所有资产）。

         系统定期收集设备诊断信息，状态和故障排除信息应当始终反映给维护小组。

         资产校准功能实现无纸化校准解决方案，管理校准要求、规范、时间表，校准结果以及形成报表。采用现场设备类型（FDT）技术的选配功能，应允许访问仪器参数，协助配置和操作处理设备，并帮助进行诊断。

         资产管理软件：

         • 通过DTM对话管理已安装的DTM；

         • 建立从客户端计算机到物理设备的DTM网络；

         • 为某个设备查看和编辑配置信息（在线或离线）；

         • 为某个设备上传和下载配置信息；

         • 为某个设备打印配置信息。

资产管理软件的各项功能是模块化的，可以根据需要选用各功能组件。