淺析DeltaV 批量程序的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用思路

程 剛，魯 兵

（中國石油蘭州石化公司，甘肅蘭州 730060）

0 引言

艾默生過程控制有限公司的DeltaV Batch（批量控制組態(tài)軟件）是目前應(yīng)用比較廣泛的批量控制軟件之一，它將控制方案中涉及邏輯策略最多的提出來作為模板進(jìn)行組態(tài)，再由單個(gè)的設(shè)備調(diào)用模板，從而減少組態(tài)和操作時(shí)工作量，大大提高工作效率。

在結(jié)構(gòu)上，DeltaV Batch 可以人為地劃分為兩部分：一是基于DeltaV 系統(tǒng)上的底層的編程，即設(shè)備控制程序；二是用于人機(jī)交互的BOI（Batch Of Interface），即配方。

1 構(gòu)建批量控制方案

在DeltaV Batch 內(nèi)組態(tài)一個(gè)批量控制，需要根據(jù)工藝先制定一個(gè)清晰的控制方案。可根據(jù)圖1 的控制方案結(jié)構(gòu)，由完整工藝流程，劃分工廠設(shè)備、定義設(shè)備要求、定義配方要求、開發(fā)階段邏輯策略等，制訂出一個(gè)符合工藝要求的合理控制方案作為組態(tài)批量控制的指導(dǎo)。一個(gè)合理的控制方案，涉及到程序框架的編寫以及程序的靈活性、有效性和可移植性。

圖1 控制方案分解

2 底層的構(gòu)建方案

物理模型（Physical Model）是DeltaV Batch 中定義的兩種類型的模型之一，它定義了企業(yè)內(nèi)從場(chǎng)所、區(qū)域、工藝單元、個(gè)體、設(shè)備模塊到控制模塊，范圍從大到小，不斷細(xì)化的實(shí)體是批量過程的設(shè)備樹形結(jié)構(gòu)。因此，參照?qǐng)D2 逐步進(jìn)行即可完成底層的邏輯構(gòu)建。

圖2 物理模型

構(gòu)建底層邏輯的時(shí)候，模板（Class）是一個(gè)不可或缺的概念，DeltaV 批量控制組態(tài)軟件的最大特點(diǎn)就是基于模板的對(duì)象。DeltaV 系統(tǒng)可以讓你創(chuàng)建一套可重復(fù)利用的標(biāo)準(zhǔn)邏輯，這些邏輯就是模板，可以按照產(chǎn)品配方的要求使模板轉(zhuǎn)化為單個(gè)的實(shí)例，將其具體化。例如工廠中有多個(gè)相似的單元，可以將這些相似的單元設(shè)計(jì)成包含所有流程單元的模板（Unit Class）而節(jié)省下許多組態(tài)的工作。針對(duì)單個(gè)的單元可以從單元模板創(chuàng)建，其創(chuàng)建的對(duì)象即成為該模板的實(shí)例單元（Unit），每個(gè)實(shí)例單元和這個(gè)單元模板有相同的結(jié)構(gòu)和屬性。對(duì)模板的修改會(huì)自動(dòng)傳遞至實(shí)例單元中，除了在實(shí)例單元級(jí)別中修改的參數(shù)值。單元模板可定義用于階段、控制模塊、設(shè)備模塊、單元和過程工段。

在DeltaV Batch 中可以通過對(duì)設(shè)備屬性標(biāo)簽私有（Private）、共享（Share）、忽略（Ignore）來使每個(gè)實(shí)例單元具有單元模板部分或全部的結(jié)構(gòu)和屬性，即可讓每個(gè)實(shí)例單元的結(jié)構(gòu)和屬性都不相同，具有單元模板部分或全部的結(jié)構(gòu)和屬性。

3 人機(jī)交互的BOI 的構(gòu)建方案

程序控制模型（Procedural Model）是DeltaV Batch 中定義了兩種類型的模型中的另外一種，它體現(xiàn)的是程序（Procedure）、單元程序（Unit Procedure）、操作（Operation）及階段（Phase）這些順序控制單元在邏輯概念上的層次。

底層程序方案構(gòu)建完成之后，在構(gòu)筑上層程序時(shí)可以采用程序控制模型作為設(shè)計(jì)原則來組態(tài)（圖3）。

圖3 程序控制模型

在上層構(gòu)建人機(jī)交互的BOI 時(shí)，較為直觀地體現(xiàn)在配方的概念上。配方可以理解為加料的過程，在程序中產(chǎn)品的加工是按配方規(guī)定的順序和操作參數(shù)進(jìn)行的配方由批量執(zhí)行器實(shí)施執(zhí)行，它包含一些特定的產(chǎn)品工藝信息。程序是配方的核心，它規(guī)定了一種產(chǎn)品的通用方案策略，包括必要的工藝操作、生產(chǎn)順序以及必要的控制需求。

從圖4 可以看出，配方中的程序由上至下可以分為程序、單元程序、操作和單元階段4 個(gè)層次。其中，階段是程序控制模型中最基本的構(gòu)建，它包含對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的離散控制、回路調(diào)節(jié)和聯(lián)鎖保護(hù)。

圖4 物理模型與程序控制模型的關(guān)系

選擇和組合階段構(gòu)成在一個(gè)設(shè)備單元內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)品批量生產(chǎn)的單元操作，進(jìn)一步組合單元操作就構(gòu)成了單元程序，最后由單元程序生成完成整個(gè)批量生產(chǎn)的程序。

簡單來說，階段就是需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行的單個(gè)操作過程；操作是將一個(gè)設(shè)備作為一個(gè)整體，其中包含這個(gè)設(shè)備所有操作過程，即包含多個(gè)階段；單元程序則是一段工藝過程包含多個(gè)涉及的設(shè)備，既包含多個(gè)操作；程序是指整個(gè)工藝流程，其中包含多個(gè)單元程序。因此，在實(shí)際構(gòu)建方面是層層包含的（圖5）。

圖5 實(shí)際程序結(jié)構(gòu)

4 實(shí)際應(yīng)用中的兩種思路

在構(gòu)建模型的過程中，對(duì)于下層程序的構(gòu)建方法基本上是類似的，但在構(gòu)建好下層程序、在上層程序應(yīng)用搭建過程出現(xiàn)了兩種思路，這兩種思路出現(xiàn)在構(gòu)建程序的過程中。

4.1 兩種思路的不同

思路1：將所有的單元程序按照工藝過程串接起來，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，按照工藝過程投用所有的單元程序，程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)的單元程序（圖6）。

圖6 思路1

思路2：將所有的單元程序按照工藝過程并行起來，有人工按照配方投入相應(yīng)的單元程序，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的工藝流程（圖7）。

圖7 思路2

4.2 實(shí)際應(yīng)用的不同

在實(shí)際應(yīng)用兩種思路體現(xiàn)出不同的的優(yōu)越性和缺點(diǎn)。

思路1 構(gòu)建的程序完成，啟用后人工干預(yù)少，避免了由人工干預(yù)出現(xiàn)的程序停止，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無重大故障的情況下，可以不斷地循環(huán)運(yùn)行下去。但是在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障、導(dǎo)致程序出現(xiàn)停止等情況時(shí)，所有流程都會(huì)停止，就需要維護(hù)人員和操作人員進(jìn)行相應(yīng)的干預(yù)，否則會(huì)影響下一道工序的操作。

思路2 構(gòu)建的程序完成后，每次流程需要人工啟用。若本次工藝流程出現(xiàn)設(shè)備故障等，程序停止，由操作人員進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)本次流程到結(jié)束，只影響本次流程，不會(huì)直到本次工藝流程結(jié)束，不會(huì)影響下一次工藝流程，其操作較為靈活。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備的及工藝條件的原因，思路1 構(gòu)建的程序出現(xiàn)故障需要干預(yù)的次數(shù)較多。在經(jīng)過反復(fù)處理問題的過程中出現(xiàn)了思路2，實(shí)際應(yīng)用也證明，思路2 即符合圖3 構(gòu)建框架的構(gòu)建思路是相同條件下故障較少的。

5 總結(jié)

DeltaV Batch 采用模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)于階段的執(zhí)行具有良好的可操作性，在工藝成產(chǎn)中，根據(jù)工藝條件適當(dāng)?shù)倪x用這兩種思路，不僅能夠滿足工藝的靈活性要求，提高批量控制的自動(dòng)化水平，還可以生產(chǎn)需求對(duì)產(chǎn)品配方進(jìn)行調(diào)整，只需對(duì)模塊化的單元程序重新調(diào)整即達(dá)到要求。這樣不僅節(jié)省了重新調(diào)整程序的事件，提高了配方的實(shí)用性和靈活性，還可以使生產(chǎn)管理簡約化、效益最大化。