(高清版)GBT 32854.4-2020 自動(dòng)化系統(tǒng)與集成 制造系統(tǒng)先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件集成 第4部分：信息交互和使用

J07中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)與集成制造系統(tǒng)先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件集成AI—2020-12-14發(fā)布2021-07-01實(shí)施國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)Ⅰ前言 引言 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4縮略語 5信息交換服務(wù) 6信息模型 6.2APC-O事件類型的屬性 6.3APC-O變量類型的屬性 7非APC-O系統(tǒng)接口 8系統(tǒng)間和系統(tǒng)內(nèi)接口 8.1APC-O系統(tǒng)數(shù)據(jù)和事件 8.2APC-O模塊定義 參考文獻(xiàn) ⅢGB/T32854《自動(dòng)化系統(tǒng)與集成制造系統(tǒng)先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件集成》分為4個(gè)部分：—第2部分：架構(gòu)和功能；—第3部分：活動(dòng)模型和工作流；—第4部分：信息交互和使用。本部分為GB/T32854的第4部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任。本部分由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。本部分由全國自動(dòng)化系統(tǒng)與集成標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC159)歸口。本部分起草單位：浙江大學(xué)、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司、浙江中智達(dá)科技有限公司、浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院、深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院、中海石油寧波大榭石化有限公司。引言先進(jìn)控制與優(yōu)化是制造系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度指令的實(shí)際執(zhí)行者，銜接制造運(yùn)行管理和底層基礎(chǔ)控制。與常規(guī)控制相比，先進(jìn)控制與優(yōu)化系統(tǒng)集前饋、反饋與優(yōu)化原理于一體，能在苛刻的裝置多重約束下，使生產(chǎn)在最優(yōu)約束的邊界上可靠運(yùn)行。通過實(shí)施先進(jìn)控制與優(yōu)化，可以改善過程動(dòng)態(tài)控制的性能、減少過程變量的波動(dòng)幅度，使之能更接近其優(yōu)化目標(biāo)值，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝置的卡邊控制，以便增強(qiáng)裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，保證產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性，提高目標(biāo)產(chǎn)品收率和增加裝置處理量，以及降低運(yùn)行成本和減少環(huán)境污染等。先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件需要供應(yīng)商、開發(fā)商或咨詢服務(wù)商根據(jù)實(shí)際工程進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)施、調(diào)試和培訓(xùn)，需要統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行指導(dǎo)。GB/T32854指導(dǎo)下設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)施的軟件，具有通用性、開放性和可擴(kuò)展性。Ⅳ1自動(dòng)化系統(tǒng)與集成制造系統(tǒng)先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件集成第4部分：信息交互和使用GB/T32854的本部分規(guī)定了制造系統(tǒng)先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件集成的信息交互和使用的信息交換服務(wù)、信息模型、非APC-O系統(tǒng)接口與系統(tǒng)間和系統(tǒng)內(nèi)接口要求。本部分適用于先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件的開發(fā)組織（軟件開發(fā)商）、先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件的應(yīng)用組織（工程解決方案供應(yīng)商、過程生產(chǎn)部門、企業(yè)信息部門）、獨(dú)立的軟件測試機(jī)構(gòu)、先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件實(shí)施及咨詢服務(wù)機(jī)構(gòu)以及軟件行業(yè)協(xié)會(huì)、各地區(qū)信息產(chǎn)業(yè)主管部門等。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T20720.1—2019企業(yè)控制系統(tǒng)集成第1部分：模型和術(shù)語GB/T34044.1—2019自動(dòng)化系統(tǒng)與集成制造運(yùn)行管理的關(guān)鍵性能指標(biāo)第1部分：總述、概念和術(shù)語3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1先進(jìn)控制與優(yōu)化先進(jìn)控制策略與優(yōu)化策略的集合。3.2終端控制單元控制系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的控制回路或者單元。3.3被控變量控制過程中，依賴于其他變量變化而變化的變量。注：控制器的調(diào)節(jié)目標(biāo)是將被控變量穩(wěn)定跟蹤設(shè)定值。3.4操縱變量控制過程中，根據(jù)需要調(diào)節(jié)的變量，其不依賴于其他變量調(diào)節(jié)，而是作為控制器的調(diào)節(jié)手段用于控制被控變量達(dá)到期望設(shè)定值。3.5性能評估在先進(jìn)控制與優(yōu)化系統(tǒng)中，利用專用的評估方法，針對控制器、優(yōu)化器或者裝置生產(chǎn)運(yùn)行情況的評估，協(xié)助使用者了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。24縮略語下列縮略語適用于本文件。先進(jìn)控制與優(yōu)化(比例5信息交換服務(wù)GB/T20720.1—2019中定義的制造業(yè)功能層次第2層和第3層中有活動(dòng)與APC-O存在信息交換。定義APC-O系統(tǒng)應(yīng)支持的系統(tǒng)外接口有：1)全局資源定位器，以確定非APC-O資源的可用性和功能。包括：—PID回路；—終端控制單元；—儀器儀表；—報(bào)警和事件信號(hào)。2)非APC-O數(shù)據(jù)的信息交換。包括：—PID回路參數(shù)；—終端控制單元設(shè)置；—過程測量值；—通用控制系統(tǒng)標(biāo)簽值；—報(bào)警和事件信號(hào)。1)全局資源定位器，以確定非APC-O資源的可用性和功能。包括：—產(chǎn)品規(guī)格；—配置文件；—?dú)v史過程數(shù)據(jù)；—實(shí)驗(yàn)結(jié)果；—產(chǎn)品訂單。2)非APC-O數(shù)據(jù)的信息交換。包括：—產(chǎn)品規(guī)格；—配置文件；—?dú)v史過程數(shù)據(jù)；—實(shí)驗(yàn)結(jié)果；—制造成本。6信息模型APC-O系統(tǒng)集成接口的通用信息模型如圖1所示。APC-O系統(tǒng)通常由一個(gè)或多個(gè)APC-O模塊組成，如先進(jìn)控制模塊、軟測量模塊、優(yōu)化模塊和性能評估模塊。APC-O模塊應(yīng)根據(jù)名稱和類型進(jìn)行命名，并可能包含不同供應(yīng)商定義的特定屬性。3變量集由不同類型的變量構(gòu)成，其中先進(jìn)控制模塊的變量集包括：被控變量、操縱變量和擾動(dòng)變量三種類型；軟測量模塊和性能評估模塊的變量集包括：輸入變量和輸出變量兩種類型；優(yōu)化模塊的變量集包括：獨(dú)立變量、非獨(dú)立變量和狀態(tài)變量三種類型。性能評估模塊的關(guān)鍵性能指標(biāo)集包括：先進(jìn)控制關(guān)鍵性能指標(biāo)集、軟測量關(guān)鍵性能指標(biāo)集和優(yōu)化關(guān)鍵性能指標(biāo)集。這些關(guān)鍵性能指標(biāo)按照GB/T34044.1—2019中的規(guī)定進(jìn)行定義。系統(tǒng)的通用信息模型事件類型的屬性APC-O模塊的事件集，即該模塊監(jiān)控或產(chǎn)生的事件集合。事件不僅與模塊的類型有關(guān)，而且也與應(yīng)用該模塊的制造過程類型有關(guān)。因此特定事件及其定義應(yīng)由APC-O系統(tǒng)的服務(wù)接口給出。APC-O事件類型的信息模型如圖2所示。APC-O事件類型屬性，主要包括：—來源：產(chǎn)生該事件的對象；—時(shí)間：事件發(fā)生的時(shí)間；4—類型：事件的類型；—事件種類：給定的事件分組，例如過程事件或系統(tǒng)事件；—嚴(yán)重程度：事件的緊急程度；—供應(yīng)商特定屬性：APC-O產(chǎn)品定義的特定屬性；—定義了APC-O事件類型的一種子類型：條件事件，用于表示某些條件的變化，例如過程測量的報(bào)警狀態(tài)，或系統(tǒng)通信線路的狀態(tài)。條件事件包括以下屬性：●新狀態(tài)：新的條件狀態(tài)；●條件名稱：條件的名稱；—定義了APC-O事件類型的另一種子類型：跟蹤事件，用于初始化產(chǎn)品等級(jí)的轉(zhuǎn)變或錄入新的實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果等。事件類型的信息模型變量類型的屬性APC-O變量類型是APC-O中用于定義所有變量共同屬性的目標(biāo)類型。APC-O變量類型的信息模型如圖3所示，描述了APC-O變量類型的屬性。變量數(shù)值集包括：—過程值：從原始資料中讀取的當(dāng)前過程值；—質(zhì)量：過程值的數(shù)據(jù)質(zhì)量；—時(shí)間標(biāo)識(shí)：與過程相關(guān)的時(shí)間和日期。變量屬性集包括：—名稱：變量的描述性名稱；—變量標(biāo)識(shí)：用于唯一確定一個(gè)變量的標(biāo)識(shí)，格式由供應(yīng)商特定；—數(shù)據(jù)類型：過程值的數(shù)據(jù)類型，如REAL,INT,BOOL等；—原始資料：數(shù)據(jù)的外部參考資料；—工程單元：定義數(shù)值的測量單位；—變量活動(dòng)：用于標(biāo)志APC-O變量狀態(tài)變化的事件；—供應(yīng)商特定屬性：APC-O產(chǎn)品提供的額外屬性；—特定行為類型：APC-O變量的子類型，用于表示其他特殊行為，包括：擾動(dòng)變量、被控變量、操縱變量、非獨(dú)立變量和獨(dú)立變量。5變量類型的信息模型系統(tǒng)接口APC-O系統(tǒng)中的所有變量通過它們的原始資料與外部系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)和事件，定義了兩種變量類型，包括PID回路和終端控制單元?；芈稰ID回路是在第2層控制系統(tǒng)中PID控制器的表現(xiàn)形式。PID回路的信息模型如圖4所示。描述了PID回路的屬性：—PID警報(bào)：與OPC-UA等標(biāo)準(zhǔn)一致的對象類型，允許APC-O系統(tǒng)注冊，如警報(bào)和故障類的事件；—名稱：變量的描述性名稱；6—過程值：從儀器中讀取的值，由PID控制器進(jìn)行控制；—模式：PID回路的操縱模式，包括手動(dòng)操縱、自動(dòng)操縱和遠(yuǎn)程操縱；—設(shè)定點(diǎn)：PID控制器的控制目標(biāo)值；—遠(yuǎn)程輸出：由更高層控制器（如APC-O系統(tǒng)）提供的輸出；—設(shè)定值范圍：定義了PID回路設(shè)定值的界限，包括最小值，最大值和變化率；—輸出：PID控制器向終端控制單元（如閥門）發(fā)送的輸出信號(hào)；—跟蹤標(biāo)識(shí)：用于管理PID回路功能的屬性，其確切定義由APC-O供應(yīng)商確定；—遠(yuǎn)程設(shè)定點(diǎn)：由更高層控制器提供的設(shè)定值；—供應(yīng)商特定屬性：APC-O產(chǎn)品提供的額外屬性；—輸出范圍：一種參數(shù)的分組方式，定義了PID控制輸出的界限，包括最小值，最大值和變化率。圖4PID回路的信息模型終端控制單元的信息模型如圖5所示。描述了終端控制單元的屬性：—終端控制警報(bào)：與OPC-UA等標(biāo)準(zhǔn)一致的對象類型，允許APC-O系統(tǒng)注冊，如警報(bào)和故障類的事件；—名稱：變量的描述性名稱；—第2層輸出：由第2層系統(tǒng)發(fā)送給終端控制單元的設(shè)定值，可以是PID控制器的輸出；—跟蹤標(biāo)識(shí)：用于管理終端控制單元功能的屬性；—遠(yuǎn)程輸出：由更高層的控制器提供的輸出，例如APC-O系統(tǒng)；—供應(yīng)商特定屬性：APC-O產(chǎn)品提供的額外屬性；—輸出范圍：一種參數(shù)的分組方式，定義了PID控制輸出的界限，包括最小值，最大值和變化率。圖5終端控制單元的信息模型7.2第3層數(shù)據(jù)和事件實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的分析結(jié)果用于軟測量的反饋，也可作為計(jì)算的輸入或APC-O系統(tǒng)模型中的擾動(dòng)變量。定義了實(shí)驗(yàn)室分析的事件元素：—結(jié)果：實(shí)驗(yàn)室匯報(bào)的結(jié)果；—事件標(biāo)記：來自過程的采樣數(shù)據(jù)和時(shí)間。配置系統(tǒng)管理廠級(jí)的產(chǎn)品規(guī)范和過程的設(shè)定，APC-O系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源于配置系統(tǒng)，包括：—操縱變量的約束；—操縱變量的目標(biāo)；—被控變量的目標(biāo)。788系統(tǒng)間和系統(tǒng)內(nèi)接口系統(tǒng)數(shù)據(jù)和事件被控變量的信息模型如圖6所示，包括：—偏差：基于工廠反饋調(diào)整模型；—目標(biāo)：將被控變量維持在目標(biāo)值；—最小軟約束：被控變量的最小限定值；—最大軟約束：被控變量的最大限定值；—價(jià)格：與被控變量有關(guān)的價(jià)值；—優(yōu)化數(shù)值范圍：用于確定與目標(biāo)或限制偏差相對重要性的縮放比例；—性能統(tǒng)計(jì)：一個(gè)或多個(gè)性能指標(biāo)變量；—供應(yīng)商特定屬性：APC-O產(chǎn)品提供的額外屬性。圖6被控變量的信息模型操縱變量的信息模型如圖7所示，包括：—設(shè)定點(diǎn)：原始資料的設(shè)定值；—遠(yuǎn)程原始資料：遠(yuǎn)程模式中標(biāo)識(shí)源的標(biāo)記；—最小硬性約束：操縱變量的最小限定值；—最大硬性約束：操縱變量的最大限定值；—移動(dòng)抑制：移動(dòng)操作變量的懲罰值；—變化率限制：允許設(shè)定值改變的最大限度；—優(yōu)化數(shù)值范圍：用于確定相對懲罰的縮放比例；—價(jià)格：與操縱變量有關(guān)的價(jià)值；9—性能統(tǒng)計(jì)：一個(gè)或多個(gè)性能指標(biāo)變量；—供應(yīng)商特定屬性：APC-O產(chǎn)品提供的額外屬性。圖7操縱變量的信息模型擾動(dòng)變量的信息模型如圖8所示，包括：—性能統(tǒng)計(jì)：一個(gè)或多個(gè)性能指標(biāo)變量；—供應(yīng)商特定屬性：APC-O產(chǎn)品提供的額外屬性。圖8擾動(dòng)變量的信息模型非獨(dú)立變量的信息模型如圖9所示，包括：—偏差：基于工廠反饋調(diào)整模型；—目標(biāo)：將變量維持在目標(biāo)值；—價(jià)格：與變量有關(guān)的價(jià)值；—最小限制：變量的最小限定值；—最大限制：變量的最大限定值；—優(yōu)化數(shù)值范圍：用于確定與目標(biāo)或限制偏差相對重要性的縮放比例；—性能統(tǒng)計(jì)：一個(gè)或多個(gè)性能指標(biāo)變量；—供應(yīng)商特定屬性：APC-O產(chǎn)品提供的額外屬性。圖9非獨(dú)立變量的信息模型獨(dú)立變量的信息模型如圖10所示，包括：—價(jià)格：與變量有關(guān)的價(jià)值；—設(shè)定點(diǎn)：原始資料的設(shè)定值；—性能統(tǒng)計(jì)：一個(gè)或多個(gè)性能指標(biāo)變量；—最小限制：變量的最小限定值；—最大限制：變量的最大限定值；—供應(yīng)商特定屬性：APC-O產(chǎn)品提供的額外屬性。圖10獨(dú)立變量的信息模型8.2APC-O模塊定義8.2.1先進(jìn)控制定義類型先進(jìn)控制定義類型示例如圖11所示，包含了矩陣模型預(yù)測控制、專家系統(tǒng)和轉(zhuǎn)換過程三種先進(jìn)控制類型示例，同時(shí)給出了先進(jìn)控制模塊特定實(shí)例的外部特征。圖11先進(jìn)控制定義類型示例8.2.2軟測量定義類型軟測量定義類型示例如圖12所示，包含了公式、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)