【聚焦过程自动化】如何在批量控制中集成撬装设备？——四项准则克服挑战

将撬装设备成功集成到批量生产操作可能具有挑战性。遵循标准化通信和定义状态反馈等最佳实践可以使流程更加顺畅。

在增加新流程或对于现有流程扩展时，通常会涉及到原始设备制造商(OEM) 的撬装（skid）设备。与从头开始构建的传统工艺系统相比，撬装设备可以提供更快的实施时间。

撬装设备可以为公用和主要处理功能提供高质量、经济高效的解决方案。如果与整个工艺过程系统的交互最少，则可以简化撬装设备的集成。在这种情况下，仅需要数据收集或最小交互, 来与主分布式控制系统(DCS)或监控和数据采集(SCADA) 系统一起工作。然而，将撬装设备无缝集成到整个过程中，可能会具有一定的挑战性。将撬装设备紧密集成到配料运营等处理活动中，需要更深层次的内聚交互，以实现高水平的工艺过程效率。

OEM 撬装设备

将第三方系统集成到工艺过程中的主要挑战是必须协调上游和下游运营，并共用公认的运营理念。通常，公用设施系统撬装设备仅需按设计容量，提供所需的功能。另一方面，在更大的工艺过程中，将OEM 撬装设备连接或组合在一起还需要上游和下游装置的协调，以实现有效的设备利用。

大多数撬装设备都配有自己的专用处理器，输入/ 输出(I/O) 卡件，通常独立运行。那就意味着，它们可以在没有预期上游输入或下游需求的情况下独立运行。通常，整个工艺过程的运营必须围绕OEM 功能特性工作。在许多情况下， OEM 厂商撬装设备的运营属性是系统编程的直接结果，而不是设备功能的限制。这意味着，OEM 厂商的撬装设备不是为从属于或服务于整个过程协调器或主控制器而建造的。

OEM 厂商撬装设备的独立运营理念，通常是商品打包销售的结果。对现有运营功能的变更，会对供应商构成风险，并且他们通常不愿意根据需求增加新的系统功能。将撬装装备集成到真正的批处理系统本身就很困难，因为大多数撬装装备都没有根据ISA S88.01 ：批量控制标准进行编程。

大多数撬装程序由梯形图逻辑组成，最初构建为可以提供多种处理选项。这允许一个应用程序涵盖多种处理选项。梯形图逻辑的设计，可以遵循编程标准，但它确实需要一些额外的工作。不使用行业标准编程实践，将应用程序与不会使用的多个处理功能集成而导致过度复杂化，风险厌恶的供应商可能很难将系统无缝集成到整个批处理解决方案中。

用于批处理操作的集成

将撬装设备集成到整个批量控制管理系统中，需要在从属和主系统(DCS 或SCADA)之间明确定义协调水平。对从属系统的简单命令，无法向运行人员提供系统的可视化视图。如果一切正常，对从属系统发出简单的主命令就足够了。但是，当发生异常情况时，如果不去设备就地人机界面(HMI) 来确定问题，则很难检测和排除故障。

这会造成运营延迟，增加批次循环时间，降低设备利用率并降低整体运行效率。通过遵循以下4 个简单的指导原则，可以将从属OEM 撬装系统紧密集成到整个主处理系统中：

. 分配运营模式；

. 遵循标准运营状态；

. 定义状态反馈；

. 标准化通信。

设计应通过定义确定的协调方法来同步两个设备。灵活的批处理体系结构，包括不同功能之间的隔离，标准化与其它功能的接口。这种类型的定义，允许设备实体独立运行，并促进功能基本代码的复用。代码复用减少了整体工程时间，并最大限度地减少人因错误的可能性。

1. 分配运营模式

如果没有明确定义边界，远程设备的运营模式可能会很棘手。如果已从整体配方远程发出控制变量，运营人员是否可以就地更改设备？当特定的运行状态发生变化时，配方是否应进入保持状态？这些只是集成远程设备时应该考虑的几个问题。应明确定义主、从系统之间的接口规则和运营原理，以在两个系统之间提供连续和统一的接口。

2. 遵循标准运营状态

标准化运营状态允许某种机制来处理配料运营的困难部分，也就是异常工况。异常工况可以定义为在进程的正常或期望行为之外发生的事件。应对、处理以及从这类工况中恢复，是批量生产的关键要素。异常处理不仅对过程安全很重要，而且对于产品质量也很重要，对于实现高水平的运行效率至关重要。对异常工况的处理，可以占编程工作量的70％，并且必须被视为批处理设计过程中的目标。

3. 定义状态反馈

状态反馈是两个系统之间有效运营的重要部分。应该针对模式、运营状态和错误条件来构造和定义该信息。标准模式和状态对所有设备都应该是通用的，但每个设备的异常工况各不相同。来自从站或远程系统的特定故障反馈，可以为运营提供当前工况的可视指示。故障状态还可用于确定预防措施，以提高设备利用率并提高系统的整体运行效率。

4. 标准化通信

通过单一整数值指定可以以非常有效的方式实现系统之间的通信。通信可以非常简单，使用单个字来命令从系统，并提供来自从系统的状态字。通用命令状态遵循运营模式和状态很常见。

但是，由于主系统中的整体配方设置，可能需要将附加参数或系统变量写入从属可编程逻辑控制器(PLC)。远程或第三方设备通信的标准化，使控制系统在整个生命周期内更易于维护和扩展。远程接口通信标准的开发，必须设计得足够广泛，以涵盖各种应用类型。

交互标准化

从站或远程系统的集成可能具有挑战性，但标准化接口使流程更易于管理。上述4 项导则中的两项在ISA S88.01 标准中有明确的定义。可以定义系统之间的通信数据包和状态反馈，以涵盖所有第三方解决方案。通用接口设计可促进整个系统的一致协调工作，从而可以轻松维护和扩展。

通用接口应记录在设计交付物中，作为用户需求规范提供给OEM 厂商以满足标准。这将确保远程系统编程符合预期的运营。将交互标准化以包括异常工况，提供更易于运营和维护的系统，从而实现高水平的运营效率。

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本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2019年04月刊《聚焦过程自动化》栏目，原标题为：在批量控制中成功集成撬装设备的4项准则

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