西门子6ES7212-1AF40-0XB0参数详细
AI为DCS的模拟输入点，AO1、AO2为DCS的模拟输出点，FIC为自定义回路，其算法由SCX编程语言提供的PID算法函数实现，SELA、SELB为两个一字节自定义变量，当SELA、SELB的值为ON时，相对应的AO1、AO2和FIC接通，相对应的变频调速泵就受**控制。当SELA、SELB的值均为OFF时，默认A泵受控制，这是因为如果AO1和AO2都不和FIC接通，FIC就不会从AI中读取数据，在这种情况下，当使用另一条生产线的胶液泵时，胶液**就不随实际**变化。
要实现这个控制方案，首先要定义两个一字节自定义变量，输入SCX语言程序并编译，然后在自定义回路中用程序中所用的回路号登录并设置相应参数。为了方便操作，在流程图上建两个按钮，分别和自定义变量SELA、SELB联系控制工程网版权所有，运行时，在流程图上点击相应按钮，就可对SELA或SELB置值，从而选择哪个泵用来调节**。
2. 胶罐容积的显示
在工艺操作中ConTROL ENGINEERING China版权所有，为了便于生产调度，操作人员记录的是胶罐容积而不是液位百分数。原来操作人员都是根据仪表的百分读数查对照表来换算胶罐容积，DCS提供的折线函数十分容易地解决了这个问题。JX-300X DCS有两种折线运算方法。一种是首先在自定义折线函数中定义自定义折线函数，然后在模拟输入点设置组态时选中所需的自定义函数即可;另一种方法是利用SCX编程语言提供的折线运算功能实现。前一种方法只能提供折线运算后的数据，而不能提供原始数据(液位百分数)，不利于和现场变送器对照，因此采用SCX编程语言实现胶罐容积的显示。为此，要建一个自定义两字节变量显示胶罐容积，用模拟输入点显示液位百分数，两者用SCX编程语言的折线运算功能进行转换。
需要指出的是，JX-300X DCS的各种运算都是对量程的百分数进行计算的。如液位80%，算法为0.8而不是80，工业量程的转换由点本身来实现。
五 使用中的体会
1. 控制站配置
(1)JX-300X DCS的每个过程控制网多可挂15个控制站，每个控制站的主控制卡可以冗余配置也可以不冗余配置，地址范围是2～31。冗余配置时，两块主控制卡的地址应遵循“I和I+1连续，且I必须为偶数，2≤I<31”的原则，且地址不能重复;不冗余配置时，主控制卡的地址为I，I为偶数，2≤I<31，地址I+1必须保留，不能用作其他主控制卡的地址。
(2)每个控制站多有8个机笼(8个逻辑数据转发卡)。数据转发卡可以冗余配置也可以不冗余配置，地址范围是0～15。冗余配置时，两块数据转发卡的地址应遵循“I和I+1连续，且I必须为偶数，0≤I<15”的原则，且地址不能重复;不冗余配置时，数据转发卡可插在两个槽位中的任何一个，地址为I，I为偶数，0≤I<15，地址I+1必须保留，不能用作其他数据转发卡的地址。
(3)每个机笼有16个I/O卡件插槽，地址为0～15。当I/O卡件冗余配置时，互为冗余的两块卡件必须插在I和I+1槽位，I为偶数，0≤I<15。
(4)电流信号输入卡SP313每个回路既可向外供电也可不向外供电。在I/O卡件配置时，应尽量使同一块卡件的所有回路要么全向外供电，要么全不向外供电，同时应尽量把向外供电的卡件分配到不同的机笼中。
2. 组态
SUPCON JX-300X DCS的组态包括主机设置、控制站组态、操作站组态，三者必须按顺序完成。
主机设置是对系统各主控制卡、操作站、工程师站在系统中的位置进行组态，也就是每个站在过程控制网络上的地址、每个控制站的运算周期、是否冗余等的组态。
控制站组态是指对控制站硬件和控制方案的组态，图4为控制站组态流程。
图4 控制站组态流程图
在进行控制站组态时，要注意以下事项：
(1)首**行I/O组态，包括数据转发卡、I/O卡件、信号点、信号点参数设置的组态，组态时要按图中箭头所示顺序进行;
(2)在进行自定义控制方案组态时，好先完成I/O组态、自定义变量定义，然后在SCKey组态软件中启动SCX编程语言编程(不要单独启动SCX编程语言)，这样SCX编程语言能直接引用已经组态的信号点位号，减少输入和编译错误;
(3)自定义控制方案程序编译通过后，必须在自定义回路中登录，登录的自定义回路号要和程序中的引用号相同;
(4)各种卡件的组态地址要和硬件地址相同;
(5)在进行热电阻信号点参数设置组态时，必须指明量程范围;
(6)在进行信号点参数设置组态时，信号点的报警使能状态要组为使能(也就是选中报警)状态，这样，在监控软件运行时，既可使该点有报警，也可禁止该点报警，否则在运行时就不能使该点具有报警功能，如要更改，必须重新组态、编译、下载;
(7)在进行信号点参数设置组态时，报警值要根据工艺要求组态，如留到监控软件运行时更改，当重新下载软件时，报警值就会变为原组态值，影响安全运行;
(8)报警级别并不是各种报警的优先权，而是为了方便不同的操作小组查看相应级别的报警。
1.2 动态仿真
如1.1节所述，稳态仿真只是动态过程达到平稳状态时的简化处理，然而化工稳态过程只是相对且暂时的，实际过程中总是存在各种各样的波动、干扰和条件的变化，因此化工过程的动态变化足必然的，如开停车、故障处理等。在研究这类动态问题时，必须使用动态仿真。动态仿真中的动态模型由一系列微分方程组成，能真实地对实际的生产流程进行模拟，为生产制造企业进行工艺流程设计、控制系统设计、故障处理策略设计等提供了有效的工具。
动态仿真软件的开发始于20世纪80年代，1969年加拿大McMaster大学成功开发了DYNSYS，应用于指导丁二烯抽提装置的开车。此后，美国Huston大学开发的PRODYC、杜邦公司开发的DYFLO、美国Michigan大学开发的DYSCO、日本科学家工程师协会与英国计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)中心联合开发的DPS、日本三井东亚化工公司开发的MODYS等，都在相应领域得到了成功的应用。但是这些动态仿真软件通用性较差，直到80年代后期，才由美国Aspen Tech公司推出了的通用动态仿真软件SPEED UP。20世纪90年代，动态仿真软件得到了进一步发展，新的仿真软件不断问世，其中应用为广泛的是加拿大Hyprotech公司的HYSIS、美国Aspen Tech公司的DYNAMICS等。此外，用于培训石化企业操作工人的仿真培训系统也可视为一种动态仿真软件，这类仿真软件兴起于20世纪80年代，比较典型的仿真培训系统有美国ABB Simcon公司的Simcon动态模拟器，中石化集团北京燕山石油化工有限公司仿真培训中心也开发了相应的工艺操作仿真培训软件，取得了良好的效果。
利用动态仿真可以解决很多生产实际问题：
(1)过程系统的工艺设计 完成生产方案选择、生产参数确定等工艺设计问题，使过程系统运行在佳状态。
(2)过程系统的控制器设计 动态仿真软件接收控制器生成的控制量，得到被控对象动态模型实时的动态输出，根据该动态模型的输入输出关系，设计合理的控制器。
(3)过程系统的安全分析和预测 对现有生产流程进行动态建模，运行动态仿真，分析和预测过程系统的安全状况。
(4)操作人员技能培训 对操作员进行开车、停车、正常运行的操作技巧及处理紧急事故的能力训练；对仪表工程师进行仪表系统的调整、组态，仪表系统故障的分析和处理的训练；对工艺工程师进行工艺流程变量的分析、工艺参数的优化选择的训练。
2 制造执行系统层中的仿真
在MES层，仿真技术可以用来模拟MES应用系统在生产制造企业的执行情况，也可以集成到某些MES软件中，以支持这些软件更好地实现其功能。这时的仿真平台通常对企业的生产进行仿真，在ERP／MES／PCS流程工业三层体系结构中扮演了PCS层的角色(如图5)，它接收并执行南MES层生成的计划调度指令。仿真生成底层装置的生产信息，提供给MES各应用系统(包括物料平衡、能耗物耗管理等)。
图5 仿真平台与MES系统
与应用于PCS层的仿真有所不同，基于MES应用的仿真在装置建模上做了较大的简化，使用粒度较大的装置模型。炼油厂调度软件SIPP系统中包含有调度仿真模块，其流程装置模型使用的都是简化的线性模型，这是由两者在应用目标上的不同造成的。PCS层的仿真应用更关注对装置的控制，因此需要细致地描述装置生产状态的变化情况：而MES层的仿真应用则关注对整个工厂生产过程的控制，只需要粗略地描述装置在特定时段内的生产情况即可。
目前，基于MES层的仿真已得到了广泛的应用，主要解决两类问题：
(1)为MES应用软件提供测试和培训平台(如图6)，浙江大学基于Matlab的仿真系统Inbbb-Sim已成功地应用于数据校正系统和公用工程管理系统的测试。
图6 仿真在MES应用软件测试或培训中的应用
(2)为生产调度优化提供仿真分析数据(如图7)，即“what-if”分析。事实上，炼油厂的凋度工具大多是基于调度仿真的，通过调度仿真，可以分析和预测在特定调度指令下，工厂生产的物流、能耗和设备状态，并为进一步生成可行的优化的调度指令提供必要的数据。如的商业调度软件Aspen Tech公司的Aspen Orion、Hyprotech与KBC公司的HYSIS．Rfinery都集成了调度仿真、线性规划和专家系统等技术，巴西圣保罗大学开发的SIPP和希腊佩特雷大学开发的原油调度软件也都将调度仿真和其他优化技术相结合，以实现调度指令的生成。
图7 仿真在调度软件中的应用
5 三层集成仿真的难点
近年来，随着企业竞争的日趋激烈，集成仿真平台因其全方位的决策支持功能受到了越来越高的重视，而计算机技术和仿真技术的不断发展，也极大地推动了企业集成仿真技术的进步。在离散制造行业中，已经出现了这样的企业集成仿真平台，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仿真技术将成为流程工业集成仿真的研究重点，根据目前的研究情况，三层集成仿真技术的研究主要存在多分辨率建模、分布式集成仿真技术标准、集成仿真平台和可视化仿真等几个难点。
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，因此单层仿真巾的仿真模型仅仅是从某个层次和某个角度刘企业进行了抽象。为了在三层集成仿真平台中进行有效的PCS，MES和ERP各层应用系统的功能仿真，需要给出企业生产运营在不同层次和不同角度的描述，即为企业生产仿真进行多分辨率建模。
源于军事仿真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仿真中，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。
图15 流程工业企业层次模型
对企业进行多分辨率建模需要结合不同层次仿真应用的建模方法，将不同分辨率的仿真模型集成到该仿真平台中，图13就是在多分辨率建模方法上建立的企业生产仿真的结构图。就计算复杂度而言，流程工业集成仿真的规模巨大，要在高分辨率下仿真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章中所述的仿真，集成仿真平台中各层次的仿真会影响到其他层次的仿真结果。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 分布式集成仿真技术标准和集成仿真平台
关于集成仿真的研究难点又可分为以下三部分：
(1)集成仿真技术标准 为了协调各层次间的仿真，真实地模拟整个企业的运行状况，三层集成仿真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，成为建立集成仿真平台的关键。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，可以作为企业功能仿真中的信息交互所遵循的标准；由CAPE-OPEN(computer-aldedprocess engineering open simulation 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仿真中装置模型的开发标准。而可扩展标记语言(eXtensible Markup Language，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仿真平台的实现提供了**的开发模式。怎样利用好这些已有的集成仿真技术标准，并提出更符合流程工业三层集成仿真的技术标准，将是未来研究所面临的难点问题。
(2)集成仿真平台 为了更好地发挥流程工业三层集成仿真系统的作用，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仿真运行的仿真部件和一套集成的仿真工具组成。目前，基于HLA的分布式协同仿真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仿真系统的开发，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**仿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仿真系统费时费力，且重心性和鲁棒性差。使用基于仿真组件的软件体系结构，可大大**该协同仿真系统的开发速度、重用性和鲁棒性。结合流程工业三层集成仿真系统的特点，提出合理的基于仿真组件的软件体系结构，可以指导该类仿真系统的开发。
5.3 可视化仿真
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。一些的离散事件仿真系统都利用虚拟现实技术实现了可视化的交互集成仿真环境，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仿真平台，并发挥了出色的人机交互功能，帮助仿真做出更有效的企业生产经营决策。
在流程工业的三层集成仿真应用中，也有必要结合虚拟现实技术实现可视化仿真，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，流程工业三层集成仿真系统关注的不是生产工艺，而是装置间的物流关系、物**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，综述了仿真技术在石化生产企业各层次中的应用。通过分析国内外仿真技术的应用现状发现，仿真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仿真技术，而对于三层集成仿真应用的研究则刚刚起步。由于三层集成仿真能为流程工业企业提供综合自动化的整体解决方案，更加符合企业对仿真系统的要求，对它的建模理论和实现技术的研究将成为流程工业仿真应用研究的一个热点。