對霍尼韋爾集散控制系統(tǒng)TPS的數(shù)據(jù)采集方式研究和探討

朱泓睿

摘 要 針對霍尼韋爾集散控制系統(tǒng)TPS不開放導致的數(shù)據(jù)采集比較困難的問題，通過對該系統(tǒng)結構的分析和研究，給出了三種數(shù)據(jù)采集的方法，解決了數(shù)采問題的同時分析了每一種方法的優(yōu)勢和略勢，用戶可以根據(jù)自身的實際需求和系統(tǒng)配置情況進行選擇數(shù)據(jù)采集方式，使問題達到了很好的解決。

關鍵詞 集散控制系統(tǒng)TPS；OPC通訊協(xié)議；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）16-0058-02

霍尼韋爾的集散控制系統(tǒng)DCS由于其穩(wěn)定、可靠，廣泛用于鋼鐵、化工及鋁行業(yè)等一線生產控制，隨著企業(yè)的發(fā)展，各種管理的功能需求的不斷增長，例如企業(yè)數(shù)字化工廠、能源管理中心項目的建設，上層管理網(wǎng)需要從底層DCS進行生產實時數(shù)據(jù)的采集，而霍尼韋爾DCS的TPS型系統(tǒng)由于自身結構和開發(fā)的專用性和安全性設計，造成其系統(tǒng)的不開放，特別是不提供OPC授權，根據(jù)常規(guī)的技術手段讀取其控制器數(shù)據(jù)比較困難，針對這種情況，專門進行了研究和測試，依據(jù)現(xiàn)場的控制系統(tǒng)實際配置得到了幾種可行的方式和方法。

1 TPS系統(tǒng)結構特點及數(shù)采分析

霍尼韋爾TPS是由操作站GUS、控制器HPM、網(wǎng)關NIM和歷史網(wǎng)絡模件HM組成，系統(tǒng)是兩層網(wǎng)絡結構，底層局域控制網(wǎng)UCN和上層通用控制網(wǎng)LCN，網(wǎng)關NIM既是LCN網(wǎng)又是UCN網(wǎng)絡設備，負責系統(tǒng)數(shù)據(jù)的上下傳輸和轉換。多套控制器同時掛在一個NIM網(wǎng)關上。從這樣的系統(tǒng)結構分析可以看出，我們可以從LCN網(wǎng)絡讀取需要的數(shù)據(jù)，也可以從UCN網(wǎng)絡讀取數(shù)據(jù)，取到的數(shù)據(jù)都是一個網(wǎng)關的數(shù)據(jù)。也就是說我們既可以從操作站取數(shù)，也可以從控制器取數(shù)，只要是掛在同一個網(wǎng)關NIM上的數(shù)據(jù)，不論是哪一個控制器里的數(shù)據(jù)，都可以讀取的到。

2 從操作站讀取數(shù)據(jù)

從操作站通過讀取需要通過OPC方式，因為其本身不提供OPC服務，所以需要利用Matrikon OPC霍尼韋爾TPS服務器（MatrikonOPC Server for Honeywell TPS），建立與霍尼韋爾TPS系統(tǒng)的通信，使得數(shù)據(jù)在OPC客戶端和霍尼韋爾的LCN網(wǎng)絡上的模塊之間自由交換。每臺GUS（APP）每秒鐘最多1500點讀、100點寫（如需更大容量，增加作為網(wǎng)關的GUS即可）。限于TPS系統(tǒng)中每對K4LCN的NIM處理能力為2400參數(shù)/秒，故在采集過程中系統(tǒng)本身和OPC Server之和不能大于此值的80%，以免影響系統(tǒng)正常使用。數(shù)據(jù)量大時可考慮從多臺操作站讀取數(shù)據(jù)。

具體方法是直接從以太網(wǎng)接口采集數(shù)據(jù)（將OPC SERVER機的網(wǎng)口通過網(wǎng)線與操作員站的網(wǎng)口連接），安裝MatrikonOPC server for Honeywell TPS軟件，需要在OPC SERVER及操作員站分別選擇MatrikonOPC Server for Honeywell TPS（Includes TCP Proxy）、TCP Proxy only不同屬性進行安裝。OPC Server在Buffer機中作為Service開機自啟動，通過開始>Programfiles>MatrikonOPC>AllenBradleyPLCs>MatrikonOPC Honeywell TPS打開組態(tài)畫面。右鍵點擊Launch Configuration Wizard項，選擇Add TPS Node選項，出現(xiàn)如圖2所示界面。在IP地址處填入操作員站地址，如192.168.0.1點擊OK，出現(xiàn)圖所示界面。在tag處填寫要采集的點名稱，點擊validate tags采集點信息。點擊ACCEPT保存后組態(tài)完成。

該方式的方式優(yōu)點是方便簡捷，維護方便，缺點是需要購買MatrikonOPC server for Honeywell TPS，同時數(shù)據(jù)從操作站讀取，操作站的故障或開停機會直接影響數(shù)據(jù)的采集。

3 從控制器上讀取數(shù)據(jù)

從控制器上讀取數(shù)據(jù)也就是通過SI卡使用MODBUS協(xié)議通信，進行數(shù)據(jù)采集。也就是在HPM控制器的機架上增加串行通訊卡。設置為主從式：TPS為Master（若作為Slave，須訂購專門的Modbus Slave FTA），第三方網(wǎng)關設備作為Slave；數(shù)據(jù)格式：RTU。

通常情況下，TPS系統(tǒng)作為Master通過Modbus總線與其他系統(tǒng)或者現(xiàn)場儀表進行通信，一般都是TPS系統(tǒng)中配置有SI IOP的HPM控制站從1個或多個Slave設備獲取現(xiàn)場檢測數(shù)。而本方案是Slave從TPS系統(tǒng)中配置有SI IOP的HPM控制站（即Master），獲取所有HPM控制站上所需要采集的現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的掃描周期為1s。

如下圖所示，在任一HPM控制站卡件箱的空槽處添加SI IOP卡件，將電源適配器、FTA等連接起來（根據(jù)數(shù)據(jù)采集點數(shù)實際需要，也可配2臺Modbus FTA）。在TPS系統(tǒng)Native Window中，通過Reconstitute（重建命令），對該HPM控制站的BOX組態(tài)文件“$NMXXBXX”進行修改，添加SI IOP卡件、分配Array（陣列）點。根據(jù)實際情況組態(tài)下裝完畢。增加SI IOP卡件的軟硬件配置，不需要停機；新增或重新分配Array點，需要控制器在IDLE狀態(tài)，才能完成下裝，即需要檢修時間（短時即可完成）。

TPS在Modbus通信組態(tài)中通過Array（陣列）點，完成數(shù)據(jù)傳輸。它有3種類型即Flag（開關量）、Numeric（數(shù)值量）和Strings（字符串）。其中，1個Array點最多能容納512個Flag量、16個32位浮點型的Numeric量、32個整型的Numeric量或1個64字母的字符串等。每個SI IOP卡件中可容納16×2個Array點（1臺Modbus FTA可容納16個Array點）。根據(jù)所需采集的數(shù)據(jù)點數(shù)，相應增配SI設備。endprint

該方式的優(yōu)點是費用相對少，因為是從控制器直接讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的可靠性比較強，不受外界因素影響。缺點是傳送的數(shù)據(jù)不易太多，速度慢，最高速率19.2Kbt/S，每套TPS系統(tǒng)中每套HPM控制器都需要配置SI卡，配置相對復雜一點。

4 從霍尼韋爾提供APP節(jié)點讀取數(shù)據(jù)

就是在TPS系統(tǒng)的LCN網(wǎng)絡上增加一臺APP霍尼韋爾專用數(shù)據(jù)采集節(jié)點，直接從LCN讀取過程數(shù)據(jù)，并且沒有采集參數(shù)數(shù)量限制，不會對GUS操作站產生影響。該方式是使用霍尼韋爾Uniformance系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)，它既提供了標準的數(shù)據(jù)采集接口，又為上層應用提供了開放的數(shù)據(jù)接口。當新建裝置或系統(tǒng)要接到現(xiàn)有的系統(tǒng)時，只需要在軟件中添加接口即可，不受數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)限制。當添加上層應用（如MES功能模塊或用戶開發(fā)模塊）時，利用Uniformance現(xiàn)成的接口如ODBC，OPC，ActiveX、API等就可以與實時數(shù)據(jù)庫進行實時數(shù)據(jù)通訊。PHD Buffer部署在控制與采集網(wǎng)絡，負責采集PKS、PLC、各種OPC數(shù)據(jù)源的實時數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)實時傳送給PHD Server。如果PHD Buffer與PHD Server之間的通訊中斷，PHD Buffer會暫時存儲以采集到的數(shù)據(jù)，一旦PHD Buffer與PHD Server之間的通訊恢復，就會將通訊中斷期間的存儲數(shù)據(jù)發(fā)送給PHD Server，從而保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。PHD Server部署在管理網(wǎng)，負責數(shù)據(jù)的存儲和提供各種接口向外提供數(shù)據(jù)支持，PHD Buffer與PHD Server通過網(wǎng)閘等網(wǎng)絡安全設備進行通訊。PHD Buffer與PHD Server也是控制與采集網(wǎng)絡與管理網(wǎng)之間唯一可以傳送數(shù)據(jù)的設備，并且只允許傳輸相關數(shù)據(jù)及配置信息。

該方式的方式優(yōu)點是無障礙可靠，缺點是需要購買霍尼韋爾APP、Uniformance服務器軟硬件，費用昂貴。但如果該企業(yè)Uniformance系統(tǒng)原已存在，可以充分利用。

5 結束語

通過對該三種數(shù)據(jù)采集的方式的實際測試，證實都是實際可行的，能夠得到令人滿意的效果，用戶可以根據(jù)自身的實際需求、系統(tǒng)配置情況和資金情況進行選擇，使問題得到很好的解決。

參考文獻

[1]Modicon公司.Modicon Modbus Protocol Reference Guide [EB/OL].1996.

[2]Honeywell公司.APM/HPM Serial Interface Options [EB/OL].2000.endprint

該方式的優(yōu)點是費用相對少，因為是從控制器直接讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的可靠性比較強，不受外界因素影響。缺點是傳送的數(shù)據(jù)不易太多，速度慢，最高速率19.2Kbt/S，每套TPS系統(tǒng)中每套HPM控制器都需要配置SI卡，配置相對復雜一點。

4 從霍尼韋爾提供APP節(jié)點讀取數(shù)據(jù)

就是在TPS系統(tǒng)的LCN網(wǎng)絡上增加一臺APP霍尼韋爾專用數(shù)據(jù)采集節(jié)點，直接從LCN讀取過程數(shù)據(jù)，并且沒有采集參數(shù)數(shù)量限制，不會對GUS操作站產生影響。該方式是使用霍尼韋爾Uniformance系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)，它既提供了標準的數(shù)據(jù)采集接口，又為上層應用提供了開放的數(shù)據(jù)接口。當新建裝置或系統(tǒng)要接到現(xiàn)有的系統(tǒng)時，只需要在軟件中添加接口即可，不受數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)限制。當添加上層應用（如MES功能模塊或用戶開發(fā)模塊）時，利用Uniformance現(xiàn)成的接口如ODBC，OPC，ActiveX、API等就可以與實時數(shù)據(jù)庫進行實時數(shù)據(jù)通訊。PHD Buffer部署在控制與采集網(wǎng)絡，負責采集PKS、PLC、各種OPC數(shù)據(jù)源的實時數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)實時傳送給PHD Server。如果PHD Buffer與PHD Server之間的通訊中斷，PHD Buffer會暫時存儲以采集到的數(shù)據(jù)，一旦PHD Buffer與PHD Server之間的通訊恢復，就會將通訊中斷期間的存儲數(shù)據(jù)發(fā)送給PHD Server，從而保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。PHD Server部署在管理網(wǎng)，負責數(shù)據(jù)的存儲和提供各種接口向外提供數(shù)據(jù)支持，PHD Buffer與PHD Server通過網(wǎng)閘等網(wǎng)絡安全設備進行通訊。PHD Buffer與PHD Server也是控制與采集網(wǎng)絡與管理網(wǎng)之間唯一可以傳送數(shù)據(jù)的設備，并且只允許傳輸相關數(shù)據(jù)及配置信息。

該方式的方式優(yōu)點是無障礙可靠，缺點是需要購買霍尼韋爾APP、Uniformance服務器軟硬件，費用昂貴。但如果該企業(yè)Uniformance系統(tǒng)原已存在，可以充分利用。

5 結束語

通過對該三種數(shù)據(jù)采集的方式的實際測試，證實都是實際可行的，能夠得到令人滿意的效果，用戶可以根據(jù)自身的實際需求、系統(tǒng)配置情況和資金情況進行選擇，使問題得到很好的解決。

參考文獻

[1]Modicon公司.Modicon Modbus Protocol Reference Guide [EB/OL].1996.

[2]Honeywell公司.APM/HPM Serial Interface Options [EB/OL].2000.endprint

該方式的優(yōu)點是費用相對少，因為是從控制器直接讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的可靠性比較強，不受外界因素影響。缺點是傳送的數(shù)據(jù)不易太多，速度慢，最高速率19.2Kbt/S，每套TPS系統(tǒng)中每套HPM控制器都需要配置SI卡，配置相對復雜一點。

4 從霍尼韋爾提供APP節(jié)點讀取數(shù)據(jù)

就是在TPS系統(tǒng)的LCN網(wǎng)絡上增加一臺APP霍尼韋爾專用數(shù)據(jù)采集節(jié)點，直接從LCN讀取過程數(shù)據(jù)，并且沒有采集參數(shù)數(shù)量限制，不會對GUS操作站產生影響。該方式是使用霍尼韋爾Uniformance系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)，它既提供了標準的數(shù)據(jù)采集接口，又為上層應用提供了開放的數(shù)據(jù)接口。當新建裝置或系統(tǒng)要接到現(xiàn)有的系統(tǒng)時，只需要在軟件中添加接口即可，不受數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)限制。當添加上層應用（如MES功能模塊或用戶開發(fā)模塊）時，利用Uniformance現(xiàn)成的接口如ODBC，OPC，ActiveX、API等就可以與實時數(shù)據(jù)庫進行實時數(shù)據(jù)通訊。PHD Buffer部署在控制與采集網(wǎng)絡，負責采集PKS、PLC、各種OPC數(shù)據(jù)源的實時數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)實時傳送給PHD Server。如果PHD Buffer與PHD Server之間的通訊中斷，PHD Buffer會暫時存儲以采集到的數(shù)據(jù)，一旦PHD Buffer與PHD Server之間的通訊恢復，就會將通訊中斷期間的存儲數(shù)據(jù)發(fā)送給PHD Server，從而保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。PHD Server部署在管理網(wǎng)，負責數(shù)據(jù)的存儲和提供各種接口向外提供數(shù)據(jù)支持，PHD Buffer與PHD Server通過網(wǎng)閘等網(wǎng)絡安全設備進行通訊。PHD Buffer與PHD Server也是控制與采集網(wǎng)絡與管理網(wǎng)之間唯一可以傳送數(shù)據(jù)的設備，并且只允許傳輸相關數(shù)據(jù)及配置信息。

該方式的方式優(yōu)點是無障礙可靠，缺點是需要購買霍尼韋爾APP、Uniformance服務器軟硬件，費用昂貴。但如果該企業(yè)Uniformance系統(tǒng)原已存在，可以充分利用。

5 結束語

通過對該三種數(shù)據(jù)采集的方式的實際測試，證實都是實際可行的，能夠得到令人滿意的效果，用戶可以根據(jù)自身的實際需求、系統(tǒng)配置情況和資金情況進行選擇，使問題得到很好的解決。

參考文獻

[1]Modicon公司.Modicon Modbus Protocol Reference Guide [EB/OL].1996.

[2]Honeywell公司.APM/HPM Serial Interface Options [EB/OL].2000.endprint