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【专家解说】：I/A Batch在精细化工 装置上的应用 摘要：本文介绍了I/ABatch软件的技术以及在国内某精细化工装置上的应用，并介绍了有关的硬件构架、 软件组成，尤其是PHASE逻辑及配方管理。 Abstract:This paper introduces the technology of the I/A Batch software and its'application in one of the fine chemical plants.It puts the great emphasis on the concerned hardware structure,software components,especially for the PHASE logic and recipe management. 关键词：I/A Batch DCS批量控制PHASE逻辑RECIPE管理 Key words：I/A Batch DCS Batch control PHASE logic RECIPE management 随着全球经济的发展和现代工业的日新月异，人 们对工业生产设备的自动化水平、对自动化产品的综 合功能及可靠性、对新产品的上市速度、对根据客户 和市场要求修改配方的灵活性均提出了更高的要求。 在这样的大环境下，批量（Batch）控制管理软件作为 一个十分重要的产品，在越来越多的工业控制过程 （尤其是精细化工、制药和食品行业）中得到了广泛 的应用。 本文以Invensys集团旗下的美国Foxboro公司的 I/A Batch软件在国内某一精细化工厂的生产装置上 的应用为例，介绍了该控制管理软件的全貌及其应 用要点。 纵观Foxboro的I/ABatch发展历史，可以追溯到 1969年首个冗余批量控制器的发布。早在上世纪90 年代前，伴随着不同的DCS系统发展阶段，Foxboro 的批量控制软件也分别经历了LargeScaleBatch、Easy Batch、Batch Plant Manager、R-Batch 4个不同时期。 一直到1992年，基于Unix平台并和I/A系统集成在 一起的Foxbatch才诞生，被称为核心BatchV1.0。1996 年开始，著名的工业软件公司Wonderware开始为Fox batch编写具有更友好客户界面的批量软件。该软件基 于WindowsNT平台，可以和工厂管理软件集成在一起 使用，亦可以同时被Foxboro公司I/A系统外的其他控 制系统使用。1998年，Foxbatch正式更名为I/ABatch， 之后分别经历了Ver 6.2、Ver 7.1等，直到现在被广泛 运用于Windows XP平台上的I/A Batch Ver 8.1。 I/A Batch是一套具有很大灵活性的批量生产管理 软件，是针对生产过程中的建模和实现批量生产的自 动化控制而设计的，完全符合ISAS88.01标准，具有 模块化的特点。用I/ABatch软件，用户可以很方便地 1引言 2 I/A Batch的发展回顾及主要特点创建配方，用批量离线组态环境模拟新配方的运行过 程，查询到有关产品的历史数据，并得到一些产品物 料汇总信息。可以说它是一个“成品化”的批量控制 引擎，如果和I/A DCS系统联合使用，还有参数自动 连接生成、便于组态集成等特点。 3精细化工装置的工艺流程及控制要求I/A Batch具有十分广阔的应用范围，小到一个最 简单的加料混合过程，大到十几条批量生产线几十个 反应釜的生产过程，均可以用这套软件来组态实现。 以某精细化工装置为例，共有两条生产线并行生 产两种相关联的化工产品A和B。由于该化工产品具 有很强的季节性，在连续生产两三个月后要清洗设备， 重新更换原料（包括调整原料比），生产另两种相关 产品C和D。其中前两者的基本工艺过程是一致的。 整套装置有两个进料贮槽、两个反应釜、两个成品槽， 有模拟量输入100点、模拟量输出50点、数字量输入 200点、数字量输出250点。 从同时投入生产的两条生产线来看，在A线进入 到该线反应釜初始阶段前，必须检查B线是否已经正 常完成KOH的进料，并且反应釜内的压力、温度达 到了工艺工程师预定的值。每条生产线的每一生产步 骤中都有很严格的反应条件检测，一旦有连锁发生， 工艺会要求控制程序根据不同的连锁原因转入到不同 的子步骤中去，直到连锁条件完全解除，继续该条生 产线的运行。具体的工艺流程如图1所示。4 I/A Batch在精细化工装置中的具体应用用户根据自身的情况，考察了众多的DCS厂 商，最后选定了美国Foxboro公司的I/A系统及批量 控制软件，来完成以上提出的工艺流程及控制要求。 4.1 I/A Batch的硬件构架 结合需要控制的I/O点数及批量控制的复杂性， 还有现场操作该工艺装置的操作员的特点，该项目选 定了基于WindowXP的操作平台，其硬件系统结构如 图2所示。 由图2可见，整个系统主要由一个工程师站（AW）、 一个操作员站（WP）、两对冗余的控制处理器（CP）、 若干对现场总线通讯模块（FCM）、若干输入输出模 块及工业以太网组成。 其中，AW作为批量软件的服务器端，完成工艺 过程建模、批量的运行、配方管理、批量历史数据库、 报表及安全性等功能。WP作为批量控制软件的客户 端，主要可以实现批量的实时运行，通过Batchview 环境来查询批量运行的状态，设定批量运行过程中的 有关参数。另外，平时系统在现场正常开车运行时， AW也兼备WP的功能，可以作为工艺操作员的一个 独立的人机界面，直接操作现场的工作。 控制处理器是完成现场测控的主要部分，为AMD DX5处理器、133MHz主频、8Mb内存，其中下载了 所有的连续量控制、逻辑控制及批量PHASE功能块 的参数，通过下挂的输入输出卡件实现对工艺过程的批量控制。 整个系统包括两个层次的网络，节点总线网络及 遵循TCP/IP的工厂以太网。安装运行在AW、WP上 的I/ABatch软件通过节点总线网络直接控制批量生产 第一线的设备（如搅拌器的运转速度、物料阀门的开 关时间、排料连续阀的开度等），同时也通过工厂以 太网把当前批量运行的情况、批量历史数据库的内容 等实时或历史的数据上传，参加工厂MIS网的一些优 化运算及处理。也正是由于I/ABatch的这种良好的承 上启下性能，便于企业的上层管理者可以在第一时间 内掌握第一手数据，从而针对市场的要求作出及时调 整产品配方、甚至是调整产品结构的决策。 4.2 I/A Batch的软件组成 I/A Batch软件主要由以下几个组件构成：建模 （ModelEdit）、安全等级管理（SecEdit）、水晶报表 （CrystalReport）、物料管理（MtlEdit）、日志（LogEdit）、 报表编辑器（RptEdit）、批量监控窗口（BatchView）、 配方管理（RecipeEdit）、全厂管理（TrainEdit）、报表 显示（Report Dspl）、批量显示（Batch Dspl）。 结合上述精细化工装置批量生产的例子，主要说 明一下建模、配方制作的过程及批量控制的核心PHASE 逻辑的基本内容。 （1）建模 如何根据批量生产的工艺要求，建立适当的模型， 是所有批量软件工程师要面临的一个至关重要的问题。 模型的好坏会直接影响到今后日常应用中工艺工程师 对批量牌号库、参数修改的便捷性，还有新产品、新 配方的创建。 在运用I/ABatch建模的过程中，不仅要定义好装 置的名称（UNIT，如REACTOR1/REACTOR2）、装 置之间的联系（Connections/Segments，如BLK1_RX1/ BLK2_RX2），还要将装置按照相似的性质及生产能力 进行过程级别分类（ProcessClass，如REACTORS）。 如果有需要的话，在相应的过程级别下还可以定义若 干个PHASE。PHASE直接作用于过程控制，根据测 量条件控制阀门的开关、阀位的变化。 为确保用户建模的基本准确性，I/ABatch软件要 求Batch软件组态工程师在不同的组态阶段，用软件提供的途径做好有效性的验证工作。 （2）PHASE逻辑 I/A Batch软件本身是一个数据管理软件，它可 以向下基于过程控制系统（如I/A Ver7.1 DCS系统）， 上接工厂管理网中的ERP系统、SAP系统。批量管 理控制则是通过设备的PAHSE来控制和监视批量的 执行。 PHASE是独立的一段过程控制动作，它可以存在 于工程师站、操作员站、PLC、控制处理器（CP）等 不同的设备中，直接作用生产设备的行为。尽管PHASE 存在于不同的地方，但批量管理系统和PHASE之间 的接口是一定的，如图3所示。 以该项目的实际运用为例，REACTORS的过程 级别中有VAC_CHECK、VAC_BREAK、RM_ CHARGE、KOH_CHARGE、PRES_CHECK、AGI- TATOR、HEAT、OXIDE_ADD、POST_COOK、 COOL、TRANSFER、N2_PURGE等十几个PHASE， 所以一个过程级别可以对应多个PHASE。每个PHASE 可以对应一个包含多步执行命令的独立的软件功能 块，实际它也可以被多个过程级别调用。如实例中， PHASE逻辑AGITATOR既可以用于反应釜过程级别 也可以运用在成品接收过程，因为从逻辑本身来讲， 实现过程和结果都是一样的。 I/A Batch软件对应的PHASE逻辑的编辑方式常 见的有两种SFC及HLBL，目前国内用户使用较多的 是HLBL方式。 （3）配方管理RECIPE I/A Batch软件的配方编辑的结构、软件管理方式 完全符合ISAS88.01标准（美国仪表协会）。每个配方 由4部分构成：配方头（Header）、设备要求（Equipment Requirements，）、公式（Formula）、过程（Procedure）。 配方编辑器采用图形化的方式，给用户创建了一 个极其直观、自如的组态环境。在这样的环境中，工 艺人员可以根据当前的产品质量、市场情况及工厂决 策层的要求，在第一时间内快速改变相关配方的参数 及流程，达到预想的目标。 I/A Batch从8.0版本以后，编辑器具的配方层次 定义功能从两层升级为三层。在该精细化工厂的项目 中，用户选用的是8.1的软件版本，配方编辑器展示 的具体的界面如图4所示。 该厂的精细化工装置正式投运到现在已经有一年 多的时间，I/A Batch 8.1也在现场正常应用至今。该 软件在现场使用得到了操作员、工艺工程师、仪表工 5精细化工装置应用I/A Batch后取得的创新点程师一致好评。 该批量软件不仅帮助操作员更方便地查询现场的 数据、应对生产过程中的突发事件，而且也降低了仪 表工程师对系统的维护量。对工艺工程师来讲，I/A Batch更可以使他们独立于仪表专业编程人员，自己 随心所欲修改配方。 据统计，自从此工厂使用批量软件以来，新产品 的试制时间平均减少了40%，稳定、可记录的工艺参 数及完整的历史数据使产品质量也得到了很大的提高， 工厂效益得到了提高。工厂决策层更是不断实时地从 管理MIS网上监视到第一线最新的生产状况，从而作 出正确的评价及判断。 早在上世纪90年代，I/A Batch就在欧洲、北美 洲及澳洲得到了普遍的使用，它为BASF等一些国际 知名企业实现了大量繁琐 的批量控制工作，提高了 工厂的生产效率，这些系 统至今仍处于正常运行阶 段。 近几年来，国内化工 企业（如PVC厂）对化工 装置的新建和扩产如雨后 春笋，其投资装置的规模 也越来越大。此外，其他 行业对自动化批量生产的 要求也达到了一定的高度。 I/A Batch以便捷友好的组 态方式、灵活的操作界面、 丰富完整的数据库、成熟 的管理理念广为国内用户 知晓和称颂。无论是在Unix 平台、WindowsNT平台还是文中提到的WindowsXP 平台上Foxboro公司的I/ABatch软件在国内的各个领 域都已经拥有了自己成功的业绩。 相信，随着市场的不断开拓，I/ABatch将会在中 国大陆的工业控制领域开辟出一片更广阔的天空。1] 孔令江. 化工装置紧急停车系统(ESD)改造[J]. 河北化工, 2010, (03) :54-55 [2] 全球首个煤制烯烃项目获重大进展[J]. 化工中间体, 2010, (01) :58 [3] 靳光磊. 化工装置不停产条件下技改工程的施工[J]. 石油化工建设, 2009, (06) :65-67 [4] 何伏生, 刘研, 夏明举. 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