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SCM顺控模块的架构

供稿:中国工控网 2015/12/8 16:30:06

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前言

PKS(过程知识系统)是一个规模可变的、基于各种知识驱动的控制系统平台。SCM是PKS系统中专门为顺序控制而设计的一种控制功能算法。SCM 遵循S88.01 标准,除正常处理外还包括异常处理能力。当用户规定的异常条件发生时,程序转去执行一个替换的处理序列。异常处理支持重启动能力,从中断点或任意需要的步骤重新启动顺控程序的执行。标准的异常处理器包括检查、中断、重启动、保持、停止、中止等。在公司的硝铵、甲醛、二聚和空分装置中都用了SCM顺控模块实现流量的累积和分子筛顺序控制。

2  SCM的架构

SCM是一个容器,包含一个或多个Handler的容器。

每个SCM至少有一个MainHandler,但它可有多个Main Handler和可选的exception handlers。

每个Handler由多个transitions、steps 和synchronization blocks组成。

SCM只能允许一个Handler在运行,其它的Handler(已组态且有过程条件)只能等待。

当指定的条件满足,则Main Handler的顺控程序停止,exception handler(Abort, Stop, Hold, and Interrupt) 开始顺序执行异常程序。

3  SCM的Handler

    SCM的Handler分为可组态的Handler和不可组态的Handler,可组态的Handler如图1所示。

3.1  可组态的Handler有:

(1)    Check Handler:SCM激活或执行一个RESET命令或在Main、Stop和Abort Handler处理完成后执行。

(2)    Main Handler:是SCM的主程序,SCM能包含多个Main Handler,当Main Handler激活且Transition条件满足(True)时自动执行,当Main Handler激活且发布START命令时手动执行。

(3)    Interrupt Handler:就象MainHandler的一个子程序,当active Step的interrupt 条件满足或发布interrupt命令或InterruptHandler 激活且 Invoke Transition 条件满足时执行。

(4)    Hold Handler:是一个异常的Handler,当发布HOLD命令或Hold Handler 激活且 Invoke Transition 条件满足时执行。

    (5)Restart Handler:只能从Held状态开始执行,完成后直接进入Main Handler主程序。

(6)    Stop Handler:是一个异常的Handler,当发布STOP命令或Stop Handler 激活且 Invoke Transition 条件满足时执行。

(7)    Abort Handler:是一个异常的Handler,当发布ABORT命令或Abort Handler 激活且 Invoke Transition 条件满足时执行。

通常我们组态的顺控程序放在Main Handler中,当SCM下装以后自动执行,其它的Handler可以不用组态。

3.2  不可组态的Handler有:

(1)    Null Handler:当发布一个Check、 Interrupt、 Hold、Restart、 Stop、或 Abort 命令且没有相对应的组态程序,则执行这个Null Handler。如,当一个 Main Handler完成后,SCM通过Check Handler 返回到Idle状态,当没有已组态的 Check Handler,则执行 Null Handler 。

(2)    Edit Handler:只有当SCM处于INACTIVE状态才执行,Edit Handler完成初始化行为和SCM的确认;SCM的确认是寻找和标识在SCM中所有的Handler、Steps 和Transitions的组态错误;在SCM开始执行之前,发布RESUME命令使SCM在validated状态,可以检查SCM及其组件的组态状态。

这是两个固有的内部的Handler,其目的在于空程序的调用以及SCM的语句检查。

4  Handler的结构

4.1  Transition 功能块

(1)    Transition功能块本质上就是一个“wait” statement;一个Transition包含最多10个用于逻辑门的条件;这些条件使用3个主逻辑门和1个次逻辑门连接在一起进行逻辑运算;在SCM继续执行之前,Transition statement在逻辑上必须为TRUE(=1)。

(2)    每个新的Handler在添加时总带有一个invoketransition功能块,缺省的invoke transition是一个“空”的 transition,没有任何条件且所有逻辑门都为NONE;若SCM要执行这个Handler程序,需要操作人员或另一个SCM发布一个START命令,每次从程序的开始invoke transition处执行。

(3)    如果Handler需要连续运行,invoketransition必须包含总是为TRUE的statement且程序最后一个STEP必须反馈连接到这个invoke transition;为了disable SCM自动执行,可设置Force Permit 参数为 On 和 Force Request参数为 Off,该设置让总是为TRUE的条件为FALSE。

(4)    Transition 条件 Bypass/Force请求,在SCM的invoketransitions总是为TRUE且SCM设计为连续执行回路,为了停止SCM的执行,当强制允许为ON时,可以将一个条件强制到ON或OFF。

4.2  Step 功能块

(1)    一个STEP最多包含16个可执行的输出表达式。输出表达式控制跟踪通过CM或SCM参数的过程行为,记录SCM的事件、提供Comments, Warnings, Notes, and/or Output Instructions界面与操作人员交互。

每STEP有两个与时间相关联的参数,MINTIME 和 MAXTIME。最小等待时间(MINTIME)指定了当前STEP的所有输出完成后,延时多长时间执行随后的transition 功能块。最大活动时间(MAXTIME)指定了step timeout报警触发前当前STEP能保持多久活动的时间。MAXTIME不影响当前STEP的的执行,MINTIME和MAXTIME在一个循环内测量,也就是说如果PERIOD=1000ms,则它们的值只能响应到秒。

(2)每STEP有一个stopcondition option (SC.OPT) 和一个 interrupt conditionoption(IC.OPT)。当停止条件选项设置为ON且组态的STOP条件为TRUE,则SCM自动地开始执行StopHandler。当中断条件选项设置为ON且组态的interrupt条件为TRUE,则SCM自动地开始执行interruptHandler。

(3)  STEP的输出应注意在Instruction 和 Expression 都存在的情况下,优先级别最高为Expression,Instruction则忽略不执行,只能作为附加的描述信息。当改变一个CM或SCM参数时,STEP的输出表达式只支持一个委派作业。

(4)Step Output Instruction 具有HTML的格式,有两种类型:Informational and Confirmable。其中的信息Informational Instruction不需要操作人员确认,而ConfirmableInstruction则是需要操作人员确认。

(5)SCM STEP输出的执行带有或没有STEP输出延时组态。在输出表达式之间含有未确认的Instructions存在时,所有输出表达式可以在当前STEP变为激活时同时执行。

5  SCM Synchronization (SYNC) 功能块

SCM的SYNCY在程序中主要起到串联或并联的连接作用。同步功能块允许最多10个并行路径,输入到SYNC的只能是Steps 或Transitions,从SYNC输出的也只能是Steps 或 Transitions,两个SYNC功能块不能直接连在一起。多根线能连接到SYNC的输入针脚(最多10),每个输出针脚只能连一根线,通过添加SYNC的输出针脚可连接最多10个输出。

6  SCM主程序结构图举例说明:

图2  主程序结构图

这是一个在SCM中 Main Handler的程序结构图,在图2中,S表示Step功能块,T表示Transition功能块,两条直线表示Sync功能块。当主程序接受start命令,则开始顺序执行S1功能块。当T1中的条件为TRUE时,同时执行S2和S3功能块;当T2中的条件为TRUE时,同时执行S4和S5功能块;当T4中的条件为TRUE时等待,直到T5和T3中的条件都为TRUE时,才执行S6和S7功能块;当T6和T7中的条件同时都为TRUE时,才执行S8功能块,到此程序执行完成。

结束语

SCM由Handlers构成, Handler由Transitions 、 Steps和/或SYNC构成,顺序的功能块构成顺序控制模块SCM极大地简化了批量逻辑的实施,维护操作更直观、方便,特别适合用于我公司的顺序控制较强的脱盐装置以及将来的煤气化装置。

参考文献

[1] Honeywell Experion PKS Knowledge Builder.


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