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3.2 TPS系统概述TPS(Total Plant Solution) 是Honeywell 公司研制的一种集散控制系统，它的前身是TDC-3000。
3.2.1 TPS系统构成如图3.2所示。
TPS 系统与Honeywell 公司先前的TDC-2000、TDC-3000完全兼容。
HM-历史模件；NIM-网络接口模件；UCN-万能控制网络；HPM-高性能过程管理站；FSC-故障安全控制器；LM-逻辑管理站；VG-多种网关；APP-应用处理平台；PHD-过程历史数据库；GUS-全局用户操作站；TPB-全厂一体化批量控制器；A x M-带X- Windows应用模件；TPN-TPS过程控制网络；EW-工程师工作站；HB-国际/国内网络浏览器；UD-性能集成平台；PCN-工厂控制网络1、工厂信息网络工厂信息网络(Plant Information Network，PIN)通过GUS、PHD、APP 等节点与TPS 过程控制网络（TPN）直接相连，实现信息管理系统与过程控制系统的集成。
操作级TPN有限度的开放以保证系统的安全，而控制级UCN网络仅对与控制有关的模件开放，极大限度的满足了工厂对于安全控制的要求。
2、TPS过程控制网络及其模件(3)网络接口模件(NIM) 网络接口模件(Network Interface Module，NIM) 是TPN 和UCN 之间的接口, 它提供了TPN 与UCN 的通信技术及协议间的相互转换，也可将NIM 设备的报警信息传送到TPN 上，每个NIM 允许组态8000个数据点。
3、万能控制网络及其模件3.2.2 TPS系统的特点1、真正实现了系统的开放2、人机接口功能更加完善3、数据采集和控制的范围广泛4、系统总体实现数字化5、工厂综合管理控制一体化6、系统安全可靠、维护方便7.系统的兼容性好3.2.3PKS系统简介过程知识系统(Process Knowlegy Solution，Experion PKS)系统特点：集成了Honeywell 公司的资产和异常状态管理、操作员效率解决方案、设备健康管理和回路管理等过程知识解决方案，帮助操作员提高操作水平，提前发现设备隐患，避免异常状态的发生，确保生产安全。
《集散控制系统》课程标准学分：2学时：36适用专业及专业代码：生产过程自动化技术专业080602执笔人：审核人：1、课程性质与作用1．1 课程性质《集散控制系统》课程是生产过程自动化技术专业的一门专业课，也是自动化类专业的主要专业课，工程应用性与操作性较强。
课程内容整合、序化为教学过程以模拟现场教学和企业教学为主，以培养技术应用性人才知识能力素质和职业素养为目标，实现了“工学结合”理念。
1．2 课程作用通过本课程的学习，使学生掌握常用计算机控制技术的体系结构、基本功能、软件组态、系统调试、操作、维护等方面的知识和基本技能，使学生先修课程过程检测仪表、过程控制仪表、过程控制技术等知识在本课程中得到了综合应用；通过学习不仅使学生掌握了专业岗位技能知识，而且培养了学生良好的职业素质和修养，为学生毕业后能胜任过程控制自动化技术专业技术岗位工作打下坚实基础。
1．3 前导课程《过程检测仪表》、《过程控制仪表》、《过程控制技术》1．4 后续课程毕业设计、顶岗实习2、教学目标与教学方法2．1 教学目标通过本课程的几个典型的计算机控制项目的学习和实践，以项目实施过程为导向，使学生不仅仅掌握计算机控制系统的概念、设计思想及特点、发展概况、层次化体系结构和过程控制级的硬件结构及软件组态。
更重要的是使学生在做中学、学中做，逐渐提高学生利用已掌握的计算机控制系统知识去解决控制工程项目的问题。
2．1．1 专业能力目标能识读控制系统施工图；能识读并绘制控制流程图；初步具备集散控制系统硬件配置和安装技术能力；能熟悉绘制集散控制系统流程图和制作简单报表；能熟练使用具备组态软件对集散控制系统进行系统组态、回路组态等；能用其他组态方法进行简单控制方案的设计；能熟练对集散控制系统进行监控和调试；能运用所掌握的知识和技术分析集散控制系统的应用案例；能够遵守操作规范，使用相关技术资料；能够按规定使用工具、设备，遵守劳动安全、环保的规章制度；能够用资料说明、核查、评价自身的工作成果；能够分析故障原因，并做出解释，并提出合理化建议。
《集散控制系统及现场总线技术》教学大纲课程名称：集散控制系统及现场总线技术（Distribution Control System and Field Bus Technology）课程编码：1502ZY028 课程类别：专业选修学分：2 分总学时：32 学时，其中，理论学时：22 学时；实验学时：10 学时适用专业：自动化、自动化产业班先修课程：模拟电子技术、数字电子技术、过程控制系统及装置杨三青周永乾一、课程性质《集散控制系统及现场总线技术》是自动化专业的一门专业选修课。
本课程介绍集散控制系统及现场总线的基本概念、特点及发展情况；详细阐明了系统构成、数据通信、控制算法、系统的操作、显示及信息综合管理及应用。
旨在培养从事工业企业集散控制系统及现场总线的生产、建设、管理、维护第一线需要的有理论、重实践的高技能型人才，使学生获得集散控制系统及现场总线的基本知识和实际应用能力，为今后从事职场工作打下坚实基础。
二、课程目标（一）育人目标紧紧围绕坚定学生理想信念，以爱党、爱国、爱社会主义、爱人民、爱集体为主线，将育人要素嵌入到集散控制系统及现场总线技术课堂教学中。
通过积极培育和践行社会主义核心价值观，运用马克思主义哲学的方法论，引导学生正确做人和做事；注重在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力；注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。
让学生成为德才兼备、又红又专、全面发展的人才。
（二）知识和能力目标1.了解集散控制系统及现场总线的基本概念，体系结构，各种信号传输标准（支撑毕业要求2.1）2.掌握集散控制系统及现场总线硬件组成、数据通信，网络架构，熟悉各种通信协议。
（支撑毕业要求2.1）3.掌握集散控制系统及现场总线软件组成，了解各种控制算法、系统的操作、显示及信息综合管理等技术。
兰州石化职业技术学院课时计划第3章TDC-3000和TPS/PKS集散控制系统3.1 TDC-3000系统概述3.1.1 TDC-3000系统构成TDC-3000系统由LCN网络及其模件、UCN网络及其管理站和DHW通信通道及其设备等组成，如图3.1所示。
图3.1 TDC-3000系统构成1.局部控制网络及其模件局部控制网络(LCN) 及其所连接的模件组成有：LCN和万能操作站US、万能工作站UWS、历史模件HM、应用模件AM、网络接口模件NIM、数据通道接口HG、计算机接口CG、可编程逻辑控制器接口PLCG等。
主要完成的功能：系统的监视、操作、工程管理和维护；先进控制和综合信息处理；提供与过程控制网络之间的连接；与LCN网络上模件之间的通信，信息处理与存储。
(1)万能操作站（US）万能操作站是TDC-3000系统的主要人机接口，能满足操作人员、管理人员、系统工程师及维护人员的各种要求。
(2)万能工作站（UWS）是人机接口，具有US的全部功能，为工厂办公室管理而设计的。
(3)历史模件（HM）历史模件是TDC-3000系统的存储单元，它可以存储过程报警、操作员状态改变、操作员信息、系统状态信息、系统维护提示信息、连续过程历史数据等，还存储系统文件、确认点（CHENKPOINT）文件及在线维护信息等。
(4)应用模件（AM）应用模件用来完成复杂运算，实现高级、多变量控制功能，以提高过程控制及管理水平。
(5)网络接口模件（NIM）、高速通道接口（HG）和计算机接口（CG）2.万能控制网络及其管理器(1) 万能控制网络（UCN）是一个开放式通信网络，它采用IEEE802.4标准通信协议，与ISO标准相兼容，通信速率为5Mbps，点对点（Peer-to-Peer）对等通信方式, 令牌总线传送。
(2)过程管理器(PM) 为数据监测和控制提供了输入输出功能、控制功能。
(3) 先进过程管理器（APM) 它比PM 增加了数字输入事件顺序(DICOE)处理、设备(DEVICE) 管理点、CL 程序等数据点和非TDC-3000 设备串行接口能力。
(4)逻辑管理站（LM）是用于逻辑控制的现场管理站，提供逻辑处理、梯形逻辑编程、执行逻辑程序、与UCN和LCN网络中的模件进行通信等功能。
3.数据高速通道及其设备DHW是TDC-3000 BASIC的数据高速通道。
用来相连基本控制器（BC）、增强控制器（EC）、多功能控制器（MC）、先进多功能控制器（AMC）、过程接口单元（PIU）、数据高速通道接口（DHP）、基本操作站（BOS）等单元通信，实现生产过程的控制和数据采集。
3.1.2 TDC-3000系统的特点1.开放式系统2.递增的分级控制3.范围广泛的数据采集与控制功能4.面向过程的单一窗口5.工厂综合管理、控制一体化6.系统规模配置灵活、扩展方便7.系统安全可靠，便于维修8.真正的分散9.新老系统兼容兰州石化职业技术学院课时计划3.2 TPS系统概述3.2.1 TPS系统构成管控一体化的新一代集散控制系统的典型代表，如图3.2所示。
图3.2 TPS系统构成1. 工厂信息网络工厂信息网络(，PIN)通过GUS、PHD、APP 等节点与TPS过程控制网络（TPN）直接相连，实现信息管理系统与过程控制系统的集成。
2. TPS过程控制网络及其模件TPN主要用于模件之间通信，通过人机接口实现先进控制策略和综合信息处理功能。
(1)全局用户工作站(GUS)(2)历史模件(HM)(3)网络接口模件(NIM)3.万能控制网络及其模件(1)高性能过程管理器(HPM)(2) 逻辑管理器(LM)(3) 故障安全控制器(FSC)3.2.2 TPS系统的特点TPS特点体现在以下几个方面。
1.真正实现了系统的开放2.人机接口功能更加完善3.数据采集和控制的范围广泛4.系统总体实现数字化5.工厂综合管理控制一体化6.系统安全可靠、维护方便7.系统的兼容性好3.3 PKS系统简介3.3.1 PKS系统构成1.Experion PKS系统的基本构成Experion PKS 系统的基本结构如图3.3 所示。
图 3.3 Experion PKS 系统基本结构2.Experion PKS系统工作站的功能(1)容错以太网（FTE）(2)操作员站(OPS)(3)工程师站(EWS)(4)eServer工作站(5) ACE高级应用控制环境(6)现场控制站(7)故障安全控制器(FSC)3.3.2 Experion PKS具备的最新技术和优势1.PKS最新技术(1)利用高速动态缓存区采集实时数据，具有报警、显示、操作和报表报告等服务功能。
(2)开放的工业标准的html文件格式和Web浏览器的访问界面的HMIWeb TM技术。
(3)紧凑型的混合控制器一体化的控制。
(4)快速简便地生成可重用的控制策略。
(5)先进的产生器/使用器技术的控制网络。
(6)利用Foundation TM Fieldbus基金会现场总线技术集成测量和控制设备。
(7)安全的Internet 浏览器访问界面的在线技术文本和技术支持。
2.PKS的基本系统组件(1)常规连续控制和逻辑控制一体化的混合控制器(2)高级应用控制环境(3)高性能服务器(4)操作员站人机界面（HMI）(5)PKS 软件(6)过程控制网络(7)过程仿真系统兰州石化职业技术学院课时计划3.4 TPS系统的分散过程控制装置3.4.1 过程管理站1. 过程管理站构成过程管理站(PM) 由过程管理模件(PMM) 和I/O子系统两大部分组成。
如图 3.5 所示。
图3.5 过程管理器结构2. 过程管理器功能(1)输入/输出处理功能(2)控制功能(3)报警功能PM 中的报警参数组态，包括报警类型、报警限值和报警优先级，见表3.1。
设置这些参数主要是为了使操作员能从众多的报警信息中分出轻重缓急，便于报警信号的管理和操作。
表3.1 报警组态参数表3.2 报警优先级3.4.2 先进过程管理器1.先进过程管理器构成先进过程管理器由先进过程管理模件(APMM) 和输入输出子系统(I/O SUBSYSTEM) 两部分组成。
先进过程管理模件由先进通信处理器和调制解调器、先进I/O 链路接口处理器和先进控制处理器三部分组成。
2.先进过程管理器功能。
(1)输入输出处理功能(2)控制功能兰州石化职业技术学院课时计划3.4.3 高性能过程管理器(HPM)1.高性能过程管理器构成高性能过程管理器由高性能过程管理模件(HPMM) 和输入输出子系统(I/O SUBSYSTEM) 两部分组成。
其结构框图如图3.10所示。
图3.10 高性能过程管理器结构框图2.高性能过程管理器功能HPM的功能结构如图3.11所示。
图3.11 HPM的功能结构图(1)乘法器/除法器(2)带位置比例的PID(3)常规控制求和器(3.4.4 逻辑管理器1.逻辑管理器构成逻辑管理器由逻辑管理模件(LMM)、控制处理器、I/O 链路处理器及I/O模件等组成，结构如图3.12所示。
图3.12 逻辑管理器结构框图2.逻辑管理器的功能逻辑管理器以数据点为基础，实现顺序控制和紧急联锁等逻辑处理。
数据点的类型和容量见表3.3。
表 3.3 LM 数据点类型和容量3.4.5 故障安全控制器1.故障安全控制器构成结构如图3.13所示。
图3.13 故障安全控制器结构图2.故障安全控制器的功能兰州石化职业技术学院课时计划3.5 TPS系统的集中操作管理装置3.5.1 全局用户操作站1.全局用户操作站构成全局用户操作站（GUS）应用环境效果如图3.14所示。
图3.14 全局用户操作站应用环境2.全局用户操作站功能(1)工厂过程显示画面如图3.15所示。
图3.15 工厂过程流程图显示画面(2)系统显示画面(3)相关信息显示画面(4)系统智能报警管理功能(5)全局性的数据库(6)系统组态(7)Windows 2000环境的特有功能3.全局用户操作站的基本操作4.全局用户操作站的各种组态画面(1)组细目显示画面(2)细目显示画面(3)流程图画面(4)含趋势子图的流程图画面(5) 区域趋势画面(6)组趋势画面(7)小时平均值画面(8)区域报警摘要画面(9)报警信号器画面(10)DCS系统状态画面(11)系统菜单画面(12)工程师主菜单画面(13) DCS系统维护画面3.5.2 应用模件1.应用模件构成2. 应用模件功能(1)控制和计算功能(2)通信功能3.5.3 先进应用模件先进应用模件(A X M)硬件主要由硬盘驱动器(HDDT)、工作站接口板(WSI2) 和LCN 节点处理器等组成。
与U X S 相似，A X M 也采用双重的处理器。
A X M通过操作站或终端来完成组态。
3.5.4 应用处理平台应用处理平台(APP)采用双处理器结构设计，其硬件平台的配置与GUS相同。
3.5.5 历史模件1.历史模件构成历史模件的硬件由LLCN LCN接口卡、HPK2-2带有2M内存的68020CPU、WDC/SPC温盘（Wren）控制器/灵活外设控制器和温盘构成。
2.历史模件的系统软件历史模件的系统软件有两部分组成：初始化特性的系统软件和在线属性的系统软件。
3.历史模件的功能(1)系统软件(2)应用软件(3)过程历史数据兰州石化职业技术学院课时计划应用组态3.6 应用组态应用组态按图3.16所示的步骤进行。
图3.15 应用组态步骤3.6.1 常用操作命令3.6.2 网络组态文件组态1.定义用户系统的特性2.操作范围（系统宽值）3.HM存储分配4.NCF组态描述(1)单元名(2)区域名(3)操作台图3.17操作台组态说明(4)系统宽值(5)卷组态5.检查并安装NCF数据(1)检查单元名、区域名。
(2)检查LCN节点组态6.网络组态网络组态有ON-LINE组态和OFF-LINE组态两种模式。
3.6.3 NIM组态1.UCN节点组态2.NIM组态操作3.NIM组态数据的下装3.6.4 控制功能组态，并将它们组织起来，以构成所需的控制回路。
1.组态方式控制功能组态方式可分为填表方式、语言方式和图形方式。
2.输入 / 输出模块组态输入输出模块的组态内容大致包括定义输入输出数据点的位号和对点的描述、确定模块在系统中的位置和确定数据点的各项特性等三方面内容。
3.运算模块组态常用的运算模块有代数运算、信号选择、数据选择、数值限制、报警检查、计算公式和传递函数模块等七类。
4.控制模块组态控制模块分为反馈控制、逻辑控制和顺序控制三类。
(1)反馈控制模块组态单回路PID 控制的组态如图 3.17 所示，它由输入模块、PID 模块和输出模块组成。
图3.17 单回路PID 控制的组态图(2)逻辑控制模块组态逻辑控制模块组态常用的方式有梯形图、逻辑图和指令表三种。
