西门子模块6ES7231-7PB22-0XA8功能参数

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三层集成的难点

    近年来，随着企业竞争的日趋激烈，集成平台因其全方位的决策支持功能受到了越来越高的重视，而计算机技术和技术的不断发展，也极大地推动了企业集成技术的进步。在离散制造行业中，已经出现了这样的企业集成平台，并得到了成功的应用，而在流程工业中，这方面的研究才刚刚起步。因为ERP／MES／PCS三层企业集成体系结构已成为流程工业综合自动化系统理论和产品的主流框架，所以基于这三层体系结构的集成技术将成为流程工业集成的研究重点，根据目前的研究情况，三层集成技术的研究主要存在多分辨率建模、分布式集成技术标准、集成平台和可视化等几个难点。

    5.1 多分辨率建模

    由上可知，PCS，MES和ERP各层应用系统从企业的不同层次和不同角度来满足企业的需求，因此单层巾的模型仅仅是从某个层次和某个角度刘企业进行了抽象。为了在三层集成平台中进行有效的PCS，MES和ERP各层应用系统的功能，需要给出企业生产运营在不同层次和不同角度的描述，即为企业生产进行多分辨率建模。

    源于军事领域的多分辨率建模理论是一种在不同分辨率或抽象层次上一致地描述同一系统、体系或过程的建模技术。分辨率是指在建模或中，模型描述真实世界的准确度和详细程度，亦称粒度，用户可以按应用需求方便地选择不同粒度的模型。流程工业企业建模国际标准IEC／ISO62264和ANSI／ISA-95规范根据企业各级管理层粒度需求的不同，建立了流程工业企业的多层次模型，并定义了企业级业务系统与工厂车间级控制系统相集成时所使用的术语，以及MES系统应支持的生产作业活动，如图15所示。浙江大学控制技术国家重点实验室在此基础上构建了石化企业统一多分辨率物流模型框架，提出了准稳态物流模型分层建模策略，并给出了多分辨率物流模型的数学描述，实现了多分辨率物流模型的审用和统一建模。

  对企业进行多分辨率建模需要结合不同层次应用的建模方法，将不同分辨率的模型集成到该平台中，图13就是在多分辨率建模方法上建立的企业生产的结构图。就计算复杂度而言，流程工业集成的规模巨大，要在高分辨率下企业所有的生产行为是不现实的，于是出现了半实物建模、动稳态混合建模等多分辨率建模技术。

    多分辨率建模的一个难点是如何保证模型的一致性。不同于第1章～第3章中所述的，集成平台中各层次的会影响到其他层次的结果。如果各层次的模型不一致，就无法正确反映局部的生产变动对企业整体的影响。

    5.2 分布式集成技术标准和集成平台

    关于集成的研究难点又可分为以下三部分：

    (1)集成技术标准  为了协调各层次间的，真实地模拟整个企业的运行状况，三层集成平台需要在不同层次间进行信息交互，如何定义信息交互的内容和数据模型，成为建立集成平台的关键。由美国仪表协会(the Instrumentation，Systems and Automatlon society，ISA)和美国国家标准学会(American National Standards Institute，ANSI)共同发起制定的ISA95标准，全面地定义了制造企业ERP／MES／PCS三层间信息交互的内容和数据模型，可以作为企业功能中的信息交互所遵循的标准；由CAPE-OPEN(computer-aldedprocess engineering open lation environment)项目组制定的CAPE-OPEN标准，则定义了生产装置模型间信息交互的内容和数据模型，因此可以作为企业生产中装置模型的开发标准。而可扩展标记语言(eXtensible Markup Lange，XML)、公共对象请求代理体系结构(Common bbbbbb Request Broker Architecture，CORBA)、高层体系结构(High Level Architecturc，HLA)等软件技术标准则为三层集成平台的实现提供了先进的开发模式。怎样利用好这些已有的集成技术标准，并提出更符合流程工业三层集成的技术标准，将是未来研究所面临的难点问题。

    (2)集成平台  为了更好地发挥流程工业三层集成系统的作用，该系统应由几个即插即用的、支持复杂系统协同建模与分布式运行的部件和一套集成的工具组成。目前，基于HLA的分布式协同平台已得到了广泛应用，特别是在军事领域和机械制造领域。HLA标准还被用于企业供应链管理系统的开发，为企业的经营决策和生产调度系统提供服务。提出HLA的目的是提真组件的互操作性和可重用性，但这种可重用性仅仅局限在运行时间框架(RunTlme Infrastructure，RTI)，极大地限制了HLA在更多领域中的应用。由于流程企业是非常复杂的系统，用面向对象的方法开发这类协同系统费时费力，且重心性和鲁棒性差。使用基于组件的软件体系结构，可大大提高该协同系统的开发速度、重用性和鲁棒性。结合流程工业三层集成系统的特点，提出合理的基于组件的软件体系结构，可以指导该类系统的开发。

    5.3 可视化

    可视化的作用是在人机交互的情况下发挥人脑特有的形象思维功能。虚拟现实技术是实现可视化*有效的方法，它综合应用各种技术制造出逼真度较高的模拟环境。一些著名的离散事件系统都利用虚拟现实技术实现了可视化的交互集成环境，如Rockwell公司的Arena、Brooks公司的AutoMod、ProModel公司的ProModel、CACI公司的Simprocess、Lanner公司的Witness和Tecnomatix公司的eM-Plant等。虚拟现实技术已广泛应用于离散制造业的集成平台，并发挥了出色的人机交互功能，帮助做出更有效的企业生产经营决策。

    在流程工业的三层集成应用中，也有必要结合虚拟现实技术实现可视化，为企业决策、员工培训等提供更好的平台。但是，流程工业因其自身特点，对虚拟现实技术提出了不同的要求。首先，流程工业三层集成系统关注的不是生产工艺，而是装置间的物流关系、物流量和物流属性等信息，虚拟现实需要通过合理的方法表现这訾物流信息；其次，虚拟现实还应反映计划调度指令下达和生产方案切换等具体动作，以及这些动作对物流数据所产生的影响。

6 结束语

    本文基于ERP／MES／PCS三层企业集成体系结构，综述了技术在石化生产企业各层次中的应用。通过分析国内外技术的应用现状发现，已在各层次得到了较为充分地应用，并已形成了较为成熟的技术，而对于三层集成应用的研究则刚刚起步。由于三层集成能为流程工业企业提供综合自动化的整体解决方案，更加符合企业对系统的要求，对它的建模理论和实现技术的研究将成为流程工业应用研究的一个热点。

   在ERP／MES／PCS三层企业集成体系结构中，PCS层通过可编程逻辑控制器(Programmable Logic controllcr，PLC)、集散控制系统(Dlstributed Control system，DCS)或现场总线控制系统，负责对生产设备进行自动控制，对生产过程实时监控；MES层通过生产调度、生产统计、成本控制、物料平衡和能源管理等应用系统来组织生产，并对PCS层和ERP层的信息进行、传递和加工处理；ERP层主要根据企业的人、财、物的总结状况和产、供、销各环节的信息，对生产进行合理有效的计划和组织，使生产经营协调有序进行，并对企业战略计划进行决策。在对上述各层次应用的研究中，技术发挥了巨大的作用。

    事实上，随着现代流程工业日趋大型化、复杂化和自动化，系统的模型化与已成为过程系统工程领域的重要研究内容，并成为进行设备参数设定、控制系统设计、生产预测分析、决策支持优化，以及员工培训等活动的一门技术，而计算机技术的不断发展，更是推动了技术的广泛应用。现在，企业迫切需要通过技术来提高自身的竞争能力，能否有效应用，将成为决定企业成败的关键因素之一。

    从AMR对各层次的定义可以看出，每一层的研究对象有着很大的差异，PCS层关注生产设备，MES层着眼于生产过程，而ERP则考虑制造企业的整个产供销过程。这造成了不同层次的应用研究对的需求各不相同，并使得技术在不同层次的表现形式也有所差别。本文以ERP／MES／PCS三层企业集成体系结构为基础，对典型的流程工业企业——石化生产企业在这三个层次中的应用，以及ERP／MES／PCS一层集成技术进行总结和综述，指出流程r业应用的发展方向。

1 过程控制系统层中的

    PCS层主望进行各工序的过程控制，设定各种设备的具体运作参数，进行模型计算和控制计算。根据状态的不同，PCS层的流程可分为稳态和动态。

    1.1 稳态

    稳态描述的过程对象不包括时间参数，过程中的各因素不随时间而改变，所以稳态只是动态过程达到平稳状态时的简化处理，它通过一系列物热衡算，为动态提供初值和起始状态，同时还是过程综合和优化的基础。化工过程稳态的研究始于20世纪50年代，并于1958年由美国Kellogg公司推出第一个稳态软件——Flexible Flowsheeting，此后软件的发展历经三代(部分代表软件如表1)，如今已广泛应用于石化企业的生产实际中。利用过程系统的稳态主要解决以下三类问题：

    (1)过程系统的模拟分析  如图2所示，对给定过程系统进行模拟求解，得到需要的系统状态变量，使得对该过程进行分析和验证成为可能。这类稳态应用对化工过程的动态具有一定的指导作用。

3 楼宇电梯智能化监控系统软件设计

    3.1 Q型PLC软件设计

    在Q型PLC是整个系统的上位机，通过设置定时扫描程序，从监控系统开始运行的每一个固定时间内对整个电梯群的运行情况进行扫描，包括整个监控系统的网络通信是否正常、各单元电梯的运行工况是否正常等。当出现某一端子在扫描过程中，出现信号中断或电梯故障信号时，监控系统就会将该电梯剔除出本系统，不让其继续参加电梯的控制，而将对应的门厅召唤任务分配给其他同类运行正常的电梯，并通过各类标识提示乘客换梯，并采用闭锁方式，此时电梯处于检修停机状态。

    3.2 FX2n型PLC软件设计

    单元下位机FX2n型PLC的软件具有电梯运行数据通信、单元电梯逻辑控制和电梯系统故障自我检测诊断等功能。

    根据楼宇电梯工作的实际特性，单台电梯具有三种运行工况：上行工况、下行工况和空闲工况。当整个楼宇电梯监控系统工作后，首先调用单元电梯进行初始化子程序运行，将电梯轿厢停到一楼并通过微机自动设置各电梯的相关参数初始值。再完成初始化处理后，单元电梯就进入空闲运行工况。

    当整个电梯群均处于空闲工况时，监控系统就会不断进行扫描，查询楼层中是否有门厅召唤按键和轿厢内目标行程按键。

    当单元电梯接收到本地门厅的呼梯任务时，则先判断本梯轿厢是否停门厅召唤乘客对应的楼层，如果是则直接打开轿厢门。如果不是，则会将此信号返回上位机，由上位机统一进行调度。当单元电梯将进入上行工况或下行工况时，通过内部程序分析计算出上行*近目标或下行*近目标的楼层，由电梯变频器驱动对应电机的控制按照预测的速度驱动电梯朝目标方向运动。

4 人机界面

    由于智能建筑水平的不断提高，小区也为了提高自己服务水平，使得乘客能够清晰明了地使用电梯，同时为了便于电梯管理人员及时了解整个电梯群的运行情况，采用三菱公司的GT Designer2软件设计了一个基于触摸屏GT1595的楼宇电梯群智能监控系统人机界面。人机界面主要由三大部分组成：主界面、故障详情界面和参数设置界面。

    4.1 主界面

    主界面属于整个楼宇电梯群监控系统的基本画面，它用来显示各单元电梯的整体运行工况，模拟动画效果形象地描绘出各电梯上升和下降，同时可以对电梯进行各类处理，如电梯初始化设置、运行电梯、显示电梯故障等功能。当电梯出现特殊紧急情况下，运行管理人员可以通过主画面的“急停”按钮操作电梯，使电梯安全的停下，防止事故的继续扩大。

    4.2 故障详情界面

    楼宇电梯群监控系统故障详情界面属于主界面的子界面，可以通过实际的数据显示出故障电梯故障点的位置，故障类型。当扫描过程中发现某台电梯端子出现故障时，电梯监控系统就会自动检测判断处故障类型及对应的参数值，便于相关检修维护人员进行对应的电梯维修保护，从而缩短了电梯的检修时间，有利于电梯的运行可靠性。

    4.3 参数设置窗口

    参数设置窗口主要用来设置电梯三种调度模式下的时间段和楼宇电梯算法中各目标参量的权值和阀值，初始化单元电梯的原始数据，并将单元电梯驱动到底层，便于上位机系统进行调度。

5 结语

    电梯智能监控系统是现代高层大规模建筑群中必不缺少的核心组成部分之一，它的好与坏直接体现了物业管理水平，决定了整个建筑的电梯的输送能力的大小。本文详细介绍了基于多目标规划算法的，触摸屏与PLC结合的电梯群智能监控系统设计与应用。利用PLC与触摸屏相结合组成的楼宇电梯群智能监控系统具有明显开发、设备维护简单清晰、运行性等优点，特别适合现代楼宇电梯群智能监控方面的应用。