朱泓睿

摘 要 針對(duì)霍尼韋爾集散控制系統(tǒng)TPS不開放導(dǎo)致的數(shù)據(jù)采集比較困難的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(wèn)題的同時(shí)分析了每一種方法的優(yōu)勢(shì)和略勢(shì)，用戶可以根據(jù)自身的實(shí)際需求和系統(tǒng)配置情況進(jìn)行選擇數(shù)據(jù)采集方式，使問(wèn)題達(dá)到了很好的解決。

關(guān)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(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(chǎn)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(zhǎng)，例如企業(yè)數(shù)字化工廠、能源管理中心項(xiàng)目的建設(shè)，上層管理網(wǎng)需要從底層DCS進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，而霍尼韋爾DCS的TPS型系統(tǒng)由于自身結(jié)構(gòu)和開發(fā)的專用性和安全性設(shè)計(jì)，造成其系統(tǒng)的不開放，特別是不提供OPC授權(quán)，根據(jù)常規(guī)的技術(shù)手段讀取其控制器數(shù)據(jù)比較困難，針對(duì)這種情況，專門進(jìn)行了研究和測(cè)試，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)實(shí)際配置得到了幾種可行的方式和方法。

1 TPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及數(shù)采分析

霍尼韋爾TPS是由操作站GUS、控制器HPM、網(wǎng)關(guān)NIM和歷史網(wǎng)絡(luò)模件HM組成，系統(tǒng)是兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，底層局域控制網(wǎng)UCN和上層通用控制網(wǎng)LCN，網(wǎng)關(guān)NIM既是LCN網(wǎng)又是UCN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的上下傳輸和轉(zhuǎn)換。多套控制器同時(shí)掛在一個(gè)NIM網(wǎng)關(guān)上。從這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析可以看出，我們可以從LCN網(wǎng)絡(luò)讀取需要的數(shù)據(jù)，也可以從UCN網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)，取到的數(shù)據(jù)都是一個(gè)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)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(gè)網(wǎng)關(guān)NIM上的數(shù)據(jù)，不論是哪一個(gè)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(guò)讀取需要通過(guò)OPC方式，因?yàn)槠浔旧聿惶峁㎡PC服務(wù)，所以需要利用Matrikon OPC霍尼韋爾TPS服務(wù)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(luò)上的模塊之間自由交換。每臺(tái)GUS（APP）每秒鐘最多1500點(diǎn)讀、100點(diǎn)寫（如需更大容量，增加作為網(wǎng)關(guān)的GUS即可）。限于TPS系統(tǒng)中每對(duì)K4LCN的NIM處理能力為2400參數(shù)/秒，故在采集過(guò)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(shí)可考慮從多臺(tái)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(jī)的網(wǎng)口通過(guò)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(jìn)行安裝。OPC Server在Buffer機(jī)中作為Service開機(jī)自啟動(dòng)，通過(guò)開始>Programfiles>MatrikonOPC>AllenBradleyPLCs>MatrikonOPC Honeywell TPS打開組態(tài)畫面。右鍵點(diǎn)擊Launch Configuration Wizard項(xiàng)，選擇Add TPS Node選項(xiàng)，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(diǎn)擊OK，出現(xiàn)圖所示界面。在tag處填寫要采集的點(diǎn)名稱，點(diǎn)擊validate tags采集點(diǎn)信息。點(diǎn)擊ACCEPT保存后組態(tài)完成。

該方式的方式優(yōu)點(diǎn)是方便簡(jiǎn)捷，維護(hù)方便，缺點(diǎn)是需要購(gòu)買MatrikonOPC server for Honeywell TPS，同時(shí)數(shù)據(jù)從操作站讀取，操作站的故障或開停機(jī)會(huì)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(guò)SI卡使用MODBUS協(xié)議通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。也就是在HPM控制器的機(jī)架上增加串行通訊卡。設(shè)置為主從式：TPS為Master（若作為Slave，須訂購(gòu)專門的Modbus Slave FTA），第三方網(wǎng)關(guān)設(shè)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(guò)Modbus總線與其他系統(tǒng)或者現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)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(gè)或多個(gè)Slave設(shè)備獲取現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)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(chǎng)檢測(cè)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(lái)（根據(jù)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)實(shí)際需要，也可配2臺(tái)Modbus FTA）。在TPS系統(tǒng)Native Window中，通過(guò)Reconstitute（重建命令），對(duì)該HPM控制站的BOX組態(tài)文件“$NMXXBXX”進(jìn)行修改，添加SI IOP卡件、分配Array（陣列）點(diǎn)。根據(jù)實(shí)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(jī)；新增或重新分配Array點(diǎn)，需要控制器在IDLE狀態(tài)，才能完成下裝，即需要檢修時(shí)間（短時(shí)即可完成）。

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

該方式的優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用相對(duì)少，因?yàn)槭菑目刂破髦苯幼x取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的可靠性比較強(qiáng)，不受外界因素影響。缺點(diǎn)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(duì)復(fù)雜一點(diǎn)。

4 從霍尼韋爾提供APP節(jié)點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)

就是在TPS系統(tǒng)的LCN網(wǎng)絡(luò)上增加一臺(tái)APP霍尼韋爾專用數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，直接從LCN讀取過(guò)程數(shù)據(jù)，并且沒(méi)有采集參數(shù)數(shù)量限制，不會(huì)對(duì)GUS操作站產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集接口，又為上層應(yīng)用提供了開放的數(shù)據(jù)接口。當(dāng)新建裝置或系統(tǒng)要接到現(xiàn)有的系統(tǒng)時(shí)，只需要在軟件中添加接口即可，不受數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)限制。當(dāng)添加上層應(yīng)用（如MES功能模塊或用戶開發(fā)模塊）時(shí)，利用Uniformance現(xiàn)成的接口如ODBC，OPC，ActiveX、API等就可以與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。PHD Buffer部署在控制與采集網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)采集PKS、PLC、各種OPC數(shù)據(jù)源的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給PHD Server。如果PHD Buffer與PHD Server之間的通訊中斷，PHD Buffer會(huì)暫時(shí)存儲(chǔ)以采集到的數(shù)據(jù)，一旦PHD Buffer與PHD Server之間的通訊恢復(fù)，就會(huì)將通訊中斷期間的存儲(chǔ)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(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和提供各種接口向外提供數(shù)據(jù)支持，PHD Buffer與PHD Server通過(guò)網(wǎng)閘等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備進(jìn)行通訊。PHD Buffer與PHD Server也是控制與采集網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)之間唯一可以傳送數(shù)據(jù)的設(shè)備，并且只允許傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)及配置信息。

該方式的方式優(yōu)點(diǎn)是無(wú)障礙可靠，缺點(diǎn)是需要購(gòu)買霍尼韋爾APP、Uniformance服務(wù)器軟硬件，費(fèi)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(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該三種數(shù)據(jù)采集的方式的實(shí)際測(cè)試，證實(shí)都是實(shí)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(shí)際需求、系統(tǒng)配置情況和資金情況進(jìn)行選擇，使問(wèn)題得到很好的解決。

參考文獻(xiàn)

[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(diǎn)是費(fèi)用相對(duì)少，因?yàn)槭菑目刂破髦苯幼x取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的可靠性比較強(qiáng)，不受外界因素影響。缺點(diǎn)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(duì)復(fù)雜一點(diǎn)。

4 從霍尼韋爾提供APP節(jié)點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)

就是在TPS系統(tǒng)的LCN網(wǎng)絡(luò)上增加一臺(tái)APP霍尼韋爾專用數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，直接從LCN讀取過(guò)程數(shù)據(jù)，并且沒(méi)有采集參數(shù)數(shù)量限制，不會(huì)對(duì)GUS操作站產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集接口，又為上層應(yīng)用提供了開放的數(shù)據(jù)接口。當(dāng)新建裝置或系統(tǒng)要接到現(xiàn)有的系統(tǒng)時(shí)，只需要在軟件中添加接口即可，不受數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)限制。當(dāng)添加上層應(yīng)用（如MES功能模塊或用戶開發(fā)模塊）時(shí)，利用Uniformance現(xiàn)成的接口如ODBC，OPC，ActiveX、API等就可以與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。PHD Buffer部署在控制與采集網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)采集PKS、PLC、各種OPC數(shù)據(jù)源的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給PHD Server。如果PHD Buffer與PHD Server之間的通訊中斷，PHD Buffer會(huì)暫時(shí)存儲(chǔ)以采集到的數(shù)據(jù)，一旦PHD Buffer與PHD Server之間的通訊恢復(fù)，就會(huì)將通訊中斷期間的存儲(chǔ)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(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和提供各種接口向外提供數(shù)據(jù)支持，PHD Buffer與PHD Server通過(guò)網(wǎng)閘等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備進(jìn)行通訊。PHD Buffer與PHD Server也是控制與采集網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)之間唯一可以傳送數(shù)據(jù)的設(shè)備，并且只允許傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)及配置信息。

該方式的方式優(yōu)點(diǎn)是無(wú)障礙可靠，缺點(diǎn)是需要購(gòu)買霍尼韋爾APP、Uniformance服務(wù)器軟硬件，費(fèi)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(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該三種數(shù)據(jù)采集的方式的實(shí)際測(cè)試，證實(shí)都是實(shí)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(shí)際需求、系統(tǒng)配置情況和資金情況進(jìn)行選擇，使問(wèn)題得到很好的解決。

參考文獻(xiàn)

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

該方式的優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用相對(duì)少，因?yàn)槭菑目刂破髦苯幼x取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的可靠性比較強(qiáng)，不受外界因素影響。缺點(diǎn)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(duì)復(fù)雜一點(diǎn)。

4 從霍尼韋爾提供APP節(jié)點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)

就是在TPS系統(tǒng)的LCN網(wǎng)絡(luò)上增加一臺(tái)APP霍尼韋爾專用數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，直接從LCN讀取過(guò)程數(shù)據(jù)，并且沒(méi)有采集參數(shù)數(shù)量限制，不會(huì)對(duì)GUS操作站產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集接口，又為上層應(yīng)用提供了開放的數(shù)據(jù)接口。當(dāng)新建裝置或系統(tǒng)要接到現(xiàn)有的系統(tǒng)時(shí)，只需要在軟件中添加接口即可，不受數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)限制。當(dāng)添加上層應(yīng)用（如MES功能模塊或用戶開發(fā)模塊）時(shí)，利用Uniformance現(xiàn)成的接口如ODBC，OPC，ActiveX、API等就可以與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。PHD Buffer部署在控制與采集網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)采集PKS、PLC、各種OPC數(shù)據(jù)源的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給PHD Server。如果PHD Buffer與PHD Server之間的通訊中斷，PHD Buffer會(huì)暫時(shí)存儲(chǔ)以采集到的數(shù)據(jù)，一旦PHD Buffer與PHD Server之間的通訊恢復(fù)，就會(huì)將通訊中斷期間的存儲(chǔ)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(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和提供各種接口向外提供數(shù)據(jù)支持，PHD Buffer與PHD Server通過(guò)網(wǎng)閘等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備進(jìn)行通訊。PHD Buffer與PHD Server也是控制與采集網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)之間唯一可以傳送數(shù)據(jù)的設(shè)備，并且只允許傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)及配置信息。

該方式的方式優(yōu)點(diǎn)是無(wú)障礙可靠，缺點(diǎn)是需要購(gòu)買霍尼韋爾APP、Uniformance服務(wù)器軟硬件，費(fèi)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(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該三種數(shù)據(jù)采集的方式的實(shí)際測(cè)試，證實(shí)都是實(shí)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(shí)際需求、系統(tǒng)配置情況和資金情況進(jìn)行選擇，使問(wèn)題得到很好的解決。

參考文獻(xiàn)

[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