CN104571039B - 工艺处理流程的数字化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工艺处理流程的数字化方法，其包括步骤：获取流程逻辑相关的仪表流程图；访问自动化和安全逻辑模块，根据所述仪表流程图生成具有系统名和子系统名的段落；访问功能表数据库，从该数据库中获取所需的功能表；将功能表结合到访问自动化和安全逻辑模块所生成的段落中；将所述流程逻辑的特定逻辑条件和参数编制到功能表中；从而获得流程逻辑数字化文件。该数字化方法还可以包括步骤：访问辅助模块，生成补充条件段。采用本发明公开的工艺处理流程的数字化方法，能够向自动化主系统MAS高效传输流程逻辑，从而在实现更顺畅的工业自动化操作，简单高效、易于维护。

Description

工艺处理流程的数字化方法

技术领域

本发明涉及一种工艺处理流程的数字化方法，尤其涉及一种应用于工业工厂的工艺处理流程的数字化方法。

背景技术

随着当今工业的发展，环境污染问题日益严重，环保企业的作用愈加凸显。作为环保工厂的EPC承包商，需要为其设计实施所有机械电气设备的自动操作流程。以废物处理厂为例，其主要设备包括燃烧系统(城市废料炉、有害废物回转炉)、余热锅炉和烟气净化系统，自动化系统将直接指挥和控制上述设备，以允许相关人员由工厂控制室进行流程管理。EPC承包商要为自动化主系统(MAS)的编码团队提供所有关于工厂主要系统的自动化和安全的信息，这类信息来源于设备供应商的技术资料，然而这种文档通常在用于开发MAS时质量不够好，具体来说，在完整性和详细程度方面有所欠缺。

工业工厂中有相对交互作用的所有机械电气组件，应设计为实现材料与能量连续、有规律并安全的转换的工艺处理流程。该工厂配备有测量过程物理量和组件运行参数值所必需的仪器。通过电信号将组件和仪器连接到MAS，从而监测和控制工艺处理流程。MAS包含可编程电子装置，来执行工厂的自动运行。各组件操作模式及其交互作用的组合构成了“处理流程逻辑”，处理流程逻辑构成自动化的主体，MAS以其为基础控制流程。描述处理流程逻辑的数据文档称为“流程说明”。

但是，由于从自动化的角度来看缺乏完整性和详细度，依据流程说明在合理时间内实现MAS的精确控制并不理想。流程说明中有时会缺失一些控制所需的主要细节，比如比例-积分-微分控制(PID)、控制阀、电动机组信息等。在现有技术中，一般以表示流程逻辑的另一数据文档“流控制图(FCD)”来补足。不过FCD的典型格式难以即刻理解，不易于分析和检查，尤其对于非自动化的其他工程师和维修人员而言。

因此，需要转化为MAS中流程逻辑的信息目前来自两种文档：从自动化角度看不完整、不详细的流程说明，以及很难理解的FCD。这导致了工艺处理流程与自动化控制之间不利的延迟，工厂内项目及启动的推延，效率低下，操控不便，难于维护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中工厂自动化工艺处理流程存在的前述缺陷，为工业工厂的自动化系统寻找更好的数字化方法。

为实现此目的，本发明提出了一种工艺处理流程的数字化方法，其包括如下步骤：

获取流程逻辑相关的仪表流程图(P&ID)；

访问自动化和安全逻辑模块，根据仪表流程图生成具有系统名和子系统名的段落；

访问功能表数据库，从该数据库中获取所需的功能表；

将所述功能表结合到访问自动化和安全逻辑模块所生成的段落中；

将所述流程逻辑的特定逻辑条件和参数编制到所述功能表中；

从而获得流程逻辑数字化文件。

其中，将功能表结合到访问自动化和安全逻辑模块所生成的段落中的步骤与将流程逻辑的特定逻辑条件和参数编制到功能表中的步骤，可以互换顺序。

进一步地，将所述功能表结合到段落中包括设置待控制组件的标签。

进一步地，功能表数据库包括多个标准函数模块，其采用通用的句法、由MAS中执行各个组件的自动化逻辑所需的基本指令构成。

进一步地，标准函数模块与下列处理内容相关：电动机指令，电动机组，阀，控制阀，PID控制器，步进控制器，选择框，设置点输入，逻辑，序列等。

进一步地，流程逻辑数字化文件的表述方式包括但不限于：处理流程简要说明、图示、自动化参数表格。

进一步地，流程逻辑数字化文件的内容包括：总体说明、回路图、通用逻辑、指令逻辑、控制逻辑、顺序逻辑、计算公式等。

进一步地，所述工艺处理流程的数字化方法还可以包括以下步骤：

访问辅助模块，生成补充条件段。

进一步地，所述辅助模块包括：阈值和报警模块、安全矩阵模块、计算公式模块，所生成的补充条件段分别为阈值和报警段、安全矩阵段和计算公式段。

进一步地，依照所述流程逻辑数字化文件进行工艺处理流程的自动运行和控制。

通过采用本发明所公开的工艺处理流程的数字化方法，能够实现流程逻辑向自动化主系统MAS的高效传输，从而在工厂中实现更顺畅的自动操作，操控简单、效率高、易于维护。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为依照本发明实施例的工艺处理流程的数字化方法的示意图；

图2示出了依照本发明实施例的各模块、数据库与生成的相应文件之间的关系；

图3例示了依照本发明实施例的功能表数据库中某功能表的一部分；

图4例示了依照本发明实施例将具体参数编制到图3的功能表中所获的结果；

图5例示了依照本发明实施例所获取的关于废料炉一次风控制流程逻辑的P & ID的一部分；

图6例示了依照本发明实施例所获得的关于废料炉一次风控制的流程逻辑数字化文件的一部分。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

参见图1、图2，依照本发明实施例，管理流程逻辑所遵循的数字化方法的基本步骤如下：

S1：获取流程逻辑相关的仪表流程图(P&ID)；

S2：访问自动化和安全逻辑模块，根据所述仪表流程图生成具有系统名和子系统名的段落；

S3：访问功能表数据库，从该数据库中获取所需的功能表；

S4：将所述功能表结合到访问自动化和安全逻辑模块所生成的段落中；

其中，将功能表结合到段落中包括设置待控制组件的标签；

其中，所述功能表数据库包括多个标准函数模块，其采用通用的句法、由MAS中执行各个组件的自动化逻辑所需的基本指令构成；

S5：将所述流程逻辑的特定逻辑条件和参数编制到所述功能表中；

通过以上步骤，获得流程逻辑数字化文件。

其中，步骤S4与S5的顺序可以根据实际需求互换，比如先执行步骤S5将特定的逻辑条件和参数编制到功能表中，再执行步骤S4将功能表结合到步骤S2所生成的段落中。

工厂的自动化主系统MAS可以依照所述流程逻辑数字化文件自动运行和控制工业流程。

自动化和安全逻辑模块涉及工艺处理流程的主体过程，与功能表数据库共同生成的流程逻辑数字化文件从自动化角度来看有足够的完整性和详细度。机械及处理系统的设备供应商如采用自动化和安全逻辑模块，并结合功能表数据库，就可以生成针对所供给的特定组件的流程逻辑数字化文件。

流程逻辑数字化文件在一份文件中通过下列多种表述方式对流程逻辑进行了说明：描述(处理流程的简要说明)、图示(简化的FCD)、表格(自动化参数的细节)等等，其能够确保以结构化的方式囊括所有必要的信息，对于MAS的编码团队来说以类似于代码指令的方式提供信息，而对于参与该工艺处理流程的所有技术人员来说都很便于理解，并且可以采用常见的文本编辑器进行编译，也容易查阅、维护和修改。

该工艺处理流程的数字化方法还可以包括以下步骤：

S6：访问辅助模块，生成补充条件段；

其中，所述辅助模块包括但不限于：阈值和报警模块、安全矩阵模块和计算公式模块。访问上述模块分别生成阈值和报警段、安全矩阵段和计算公式段，为MAS提供关于警报、阈值、安全和计算公式等方面的必要信息，从而对流程逻辑做出进一步限制。图2示出了各模块、数据库与生成的相应文件之间的关系。

本发明的技术方案相对于现有技术具有明显的创新性，采用本发明的工艺处理流程的数字化方法，实现了工业流程的监控、命令、控制、安全等方面的自动化运行，易于在工厂的MAS中开发、修改、检查、维护，流程逻辑的数字化文件对各类技术人员来讲都很容易理解，解决了现有技术中自动化控制相对于工艺处理流程的延迟以及相应的效率低、操控复杂、维护难等问题。

下面以示例的方式对本发明的技术方案做出更详细的说明。

功能表数据库对于生成流程逻辑数字化文件是必不可少的，其包含了代表各类函数的操作模式的列表数据表示，如：电动机指令，电动机组，阀，控制阀，PID控制器，步进控制器，选择框，设置点输入，逻辑，序列，等等。各个表中包含特定函数的所有相关参数。

图3举例示出了一份电动机指令功能表(仅表格部分)，而图4是以冷却水风机为例、将参数和数据编制到该功能表中的示例(空缺部分仍需进一步编制)。如图3所示，该电动机指令功能表的表格部分由标签项和标签描述项构成，其中标签描述项需要根据待执行的流程逻辑的特定条件及参数进行编制，该功能表还包括通用参量的描述和专用参量的描述，图中未示出。

下表示范性地列出了用于编制该功能表的各类数据：

表1

除了上表所列参数，编制功能表的过程中还需要用到各种逻辑条件、运算条件、功能后缀等。依照特定逻辑条件和参数编制后的电动机指令功能表如图4所示。

对自动化和安全逻辑模块的访问，保证了最终生成的流程逻辑数字化文件具有统一易读的格式结构，其描述的主要内容可以如表2所示：

总体说明：	系统或子系统逻辑的描述
		回路图：	简单版FCD，使用Word插入菜单的形状元素
通用逻辑：	选择框、设置点输入和普通逻辑的功能表
		指令逻辑：	电动机和阀指令的功能表
控制逻辑：	PID和步进控制器的功能表
		顺序逻辑：	序列的功能表
计算公式：	公式列表

表2

下面以废物处理厂中的废料炉燃烧控制为例，进一步对自动化和安全逻辑模块加以说明。图5示出了废料炉的一次风控制仪表流程图；图6示出了该废料炉一次风控制的流程逻辑文件。

一般在废料炉中，废物燃烧所需的空气分为一次风和二次风。一次风从废料炉下注入，并通过废物层之间的通道；二次风从燃烧室顶端高速注入，带动燃烧后的区域上行。为了保证工艺处理流程的灵活性并适应废物质量不可避免的变化，可以通过废料炉移动部分的速度调整和/或废料炉各区域中馈入的燃烧气流来调节燃烧条件。

针对废物处理厂中一种P20型城市废料炉的一次风控制，获取流程逻辑相关的P &ID，图5示出了其中的一部分。然后访问自动化和安全逻辑模块，根据所获取的P & ID生成具有系统名和子系统名的段落；以及，访问功能表数据库，从中获取所需的功能表，结合到所述具有系统名和子系统名的段落中，并将一次风控制流程的特定逻辑条件和参数编制到所述功能表中。这样，获得了废料炉一次风控制的流程逻辑数字化文件。图6示出了该文件中涉及废料炉一条燃烧空气管线的一部分内容，具体包括回路图、通用逻辑和指令逻辑部分。其中通用逻辑部分与燃烧空气管线选择器相关，选择框允许操作者从控制室的人机交互界面启动一次风子系统；指令逻辑部分与主风机相关，仅在二次风运行时能够开启主风机，在锅炉故障和特定的保护故障时必须停止主风机。而总体说明、控制逻辑、顺序逻辑和计算公式等部分未在图6中示出。根据这样的流程逻辑文件，MAS很容易实现废料炉一次风控制的自动化运行。

本说明书虽然主要以环保企业中的工业处理流程为示例描述本发明，然而本发明中的数字化方法并不仅限于在环保企业中应用，而是可以广泛适用于有自动化控制需求的各种工业工厂。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种工艺处理流程的数字化方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取流程逻辑相关的仪表流程图；

访问自动化和安全逻辑模块，根据所述仪表流程图生成具有系统名和子系统名的段落；

访问功能表数据库，从该数据库中获取所需的功能表；

将所述功能表结合到访问自动化和安全逻辑模块所生成的段落中；

将所述流程逻辑的特定逻辑条件和参数编制到所述功能表中；

从而获得流程逻辑数字化文件。

2.如权利要求1所述的工艺处理流程的数字化方法，其特征在于，

将所述功能表结合到段落中包括设置待控制组件的标签。

3.如权利要求1所述的工艺处理流程的数字化方法，其特征在于，

所述功能表数据库包括多个标准函数模块，其采用通用的句法、由MAS中执行各个组件的自动化逻辑所需的基本指令构成。

4.如权利要求3所述的工艺处理流程的数字化方法，其特征在于，

所述标准函数模块与下列处理内容相关：电动机指令，电动机组，阀，控制阀，PID控制器，步进控制器，选择框，设置点输入，逻辑，序列。

5.如权利要求1所述的工艺处理流程的数字化方法，其特征在于，

所述流程逻辑数字化文件的表述方式包括：处理流程简要说明、图示、自动化参数表格。

6.如权利要求1所述的工艺处理流程的数字化方法，其特征在于，

所述流程逻辑数字化文件的内容包括：总体说明、回路图、通用逻辑、指令逻辑、控制逻辑、顺序逻辑、计算公式。

7.如权利要求1-6任一项所述的工艺处理流程的数字化方法，其特征在于，还包括以下步骤：

访问辅助模块，生成补充条件段。

8.如权利要求7所述的工艺处理流程的数字化方法，其特征在于，

所述辅助模块包括：阈值和报警模块、安全矩阵模块、计算公式模块，所生成的补充条件段分别为阈值和报警段、安全矩阵段和计算公式段。

9.如权利要求7所述的工艺处理流程的数字化方法，其特征在于，

依照所述流程逻辑数字化文件进行工艺处理流程的自动运行和控制。