用于过程工业的模拟中的编程制造技术

可编程过程设备包括与处理过程设备中的至少一种流体有关的多个物理部件。三维(3D)模拟系统包括多个可编程3D模拟对象，每个模拟对象对应于过程设备的物理部件。可编程3D模拟对象包括与模拟对象的状态有关的状态变量，以及可以在3D模拟系统上执行模拟应用期间由用户改变的编程代码。基于观察到的模拟结果，可以将与模拟对象中的一个或多个相关联的编程代码传递到对应的物理部件。物理部件被配置为执行所传送的编程代码以控制或更改过程设备的物理部件的状态。

Programming in Process Industry Simulation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于过程工业的模拟中的编程
本申请涉及过程工业。更具体地，本申请涉及过程工业中的过程的模拟和自动化。
技术介绍
过程工业专注于对产生、变换或以其他方式操纵连续物质、诸如液体或气体的自动化。过程工业可以与离散自动化区分开来，在离散自动化中操纵大量单独的(虽然是分离的)对象。加工的示例是混合液体以产生化学反应。另一方面，离散自动化的示例是在汽车零件上钻孔。加工可以分批执行，其中将物质储存在容器诸如罐或反应器容器中。物质可以从一个容纳器通过管道输送到另一个容纳器，以便允许执行加工步骤。此外，加工也可以是连续的，其中自动化装置对持续流动的物质进行操作。举例来说，液体可以通过管道输送到冷却器中并冷却，与另一种流体混合，并然后通过管道输送到另一个设施进行进一步加工，而不必储存在本地容纳器中。用于控制工艺的装置的类型可以包括容器，诸如罐和/或反应器。可以包括引导物料在容器之间流动的附加装置，并且其可以包括例如管道、阀和泵。可以以物理方式操纵物料的其他装置，诸如搅拌桨或离心机。此外，感测装置可以检测物料属性，诸如温度、pH、颜色、粘度、压力等。常规地，对过程相关的应用进行编程涉及使用配方样式的程序。这些程序通常以顺序功能图(SFC)编程语言编写。SFC代码是类似于流程图或梯形图逻辑图的低级编程语言，并且不包括以代码表述编程的任务的指示。该代码基本上只是可以表述为提供给过程器材的电信号的命令列表。信号是否执行实际期望的行为，可能无法从编程工具本身内确定。用于对过程应用进行编程的配方抽象化包括多个抽象层。这些抽象层由特定标准(例如，ISA-88)定义。常规编程方法允许的常见抽象层是在电信号级的编程器材阶段。然而，更高级的抽象，诸如在操作或程序级的编程，由于其更深的复杂性而无法实现。过程应用经常涉及对流体的操纵。流体模拟可用于模拟过程应用中的液体和气体在不同条件下的行为。存在许多模拟工具示例，其范围从具有计算模拟步骤的应用编程接口(API)的编程语言，到图形化地描绘特定过程内的装置和功能的独立工具。典型的流体模拟是“一维的”，这意味着模拟被指定为一组关联功能，它们组合起来以计算模拟过程的细节。一维模拟具有局限性，例如，不使用模拟对象的图形描绘的相对定位以及这些相对位置如何影响模拟参数的状态或初始值。在一些应用中，一维模拟在具有两个维度的图形屏幕内组成，因此有时1D模拟被称为2D，但实现方法是相同的。流体的三维(3D)模拟在本说明书中使用对象的位置以指定模拟的某些隐式参数。例如，管道的长度、容器的大小、传感器的位置以及其他特征可以从模拟中所描绘的对象的3D位置、大小和连接中导出。例如，相对于模拟描绘的重力方向是已知的，使得一个容器中的液体可以流到第一高度下方的另一个容器。流体模拟可基于质量流量方程，以及基于粒子的技术。基于粒子的技术，诸如平滑粒子流体动力学(SPH)也可用于精细模拟流体。这些技术用于诸如电影或动画特效等应用。然而，这些技术对于实时交互式模拟或过程的实时控制来说可能太慢。可以实时求解允许更快计算的质量流量方程。然而，还希望考虑非线性效应，诸如当液体分离或混合在一起时发生的事件或状态，以便对过程模拟最有用。如在教科书中发现的问题中所描述的静态流体分析通常不用于在任意过程中模拟流体，但通常被约束为解决特定情况的封底(例如，在飞行中)计算。改进的模拟编程技术是所期望的。
技术实现思路
根据本公开的实施方式的方面包括在模拟过程环境的情境内的编程自动化。特定类型的自动化可能与专门操纵连续物料诸如流体的过程工业相关。典型的过程工业产品将通过各种化学、物理和热力学技术操纵液体及其副产物，以使产品成为有用的形式。非限制性示例包括裂化原油以制备石油、使水脱盐、蒸馏醇和分离沉淀物以制备药物。根据本公开的实施方式的其他方面涉及在模拟技术中的编程。使用包括流体模拟方面的过程的三维模拟，自动化工程师可以生成控制过程机械的程序。通常，加工机器使用机器组成部分的低电平电信号经由类似于状态图的程序进行编程，诸如状态流程图(SFC)或梯形图逻辑(RLL)。在根据本公开的实施方式的方面的系统中，物理机器通过指定机器的模拟复制品意图如何与对过程物料的期望效果一致地反应来编程。通过模拟以实际方式明确地对机器活动进行建模，从而使错误不太可能发生并且更容易实现预期的机器行为。根据本公开的实施方式的方面，提供用于对过程应用进行编程的工程系统。表示物理装置的模拟部件在应用中使用。模拟部件表示过程中的实际机器和装置。该表示包括阀和泵等有源装置，以及管道和过滤器等无源装置。部件还包括该过程的工作产品的表示，诸如流体(例如液体)和表示程序功能的逻辑元件以及流体之间相互作用(例如，化学或生物反应)的模拟。过程和控制行为的模拟始终是可用的，并且可以随时激活以模拟装置的功能。一旦实现了应用的整个功能，就可以将模拟的结果下载到物理装置的实际实时控制器，这使得物理装置被编程为执行那些预期的功能。本公开的实施方式的方面包括一种用于对过程设备的部件进行编程的方法，其包括识别过程设备的多个部件、将过程设备耦合到三维(3D)模拟系统，对3D模拟系统的多个3D可编程模拟对象进行模拟，其中3D可编程模拟对象中的每个包括与3D可编程模拟对象的操作有关的编程代码，并将3D可编程模拟对象中的至少一个的编程代码传送到过程设备的对应物理部件。本公开的实施方式的方面还包括过程设备的多个部件，其包括控制部件。控制部件可包括可远程操作的阀、可远程操作的泵、可远程操作的加热器、可远程操作的和/或可远程操作的电机。按照根据本公开中描述的实施方式的方法的方面，将过程设备耦合到3D模拟系统包括，将多个过程设备部件的中的每个耦合到过程控制应用，并且建立过程控制应用和3D模拟系统的计算机处理器之间的通信路径，其中3D模拟系统的计算机处理器被配置为经由通信链路和过程控制应用将包含在至少一个3D模拟对象中的编程代码传递到过程设备的对应物理部件。在一些实施方式中，对多个3D可编程模拟对象执行模拟包括定义对应于过程设备的每个部件的可编程3D模拟对象。多个可编程3D模拟对象可包括至少一个流体物理对象、至少一个控制对象、至少一个流体传输对象和/或至少一个流体储存对象。根据本公开的实施方式的方面的某些方法可以包括在3D模拟的工作空间中布置对应于过程设备的每个部件的可编程3D模拟对象，使每个3D模拟对象在3D模拟工作空间被定位成与过程设备中对应部件的物理位置成比例。根据本公开的实施方式的方面的某些方法可以包括在3D模拟工作空间中对可编程3D模拟对象运行模拟应用，以及当模拟应用运行时，改变可编程3D模拟对象中的至少一个的属性或编程代码中的至少一个。根据本公开的实施方式的方面的某些方法可包括将模拟应用的结果与期望结果进行比较，基于模拟结果与期望结果之间的差异来改变3D模拟对象中的至少一个的编程代码。根据本文描述的实施方式的其他方面，可编程过程包括过程设备，该过程设备包括多个物理过程部件、与多个物理过程部件中的至少一个通信的控制应用，以及三维(3D)模拟系统，其包括包含多个可编程3D模拟对象的3D工作空间，多个可编程3D模拟对象中的每个对应于过程设备的物理过程部件，其中3D模拟系统与控制应用通信。过程设备可包括至少一个流体容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对过程设备的部件进行编程的方法，所述方法包括：识别所述过程设备的多个部件；将所述过程设备耦合到三维(3D)模拟系统；对3D模拟系统的多个3D可编程模拟对象进行模拟，其中，所述3D可编程模拟对象中的每个包括与所述3D可编程模拟对象的操作有关的编程代码；以及将所述3D可编程模拟对象中的至少一个的所述编程代码传送到所述过程设备的对应物理部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对过程设备的部件进行编程的方法，所述方法包括：识别所述过程设备的多个部件；将所述过程设备耦合到三维(3D)模拟系统；对3D模拟系统的多个3D可编程模拟对象进行模拟，其中，所述3D可编程模拟对象中的每个包括与所述3D可编程模拟对象的操作有关的编程代码；以及将所述3D可编程模拟对象中的至少一个的所述编程代码传送到所述过程设备的对应物理部件。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述过程设备的所述多个部件包括控制部件。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制部件包括可远程操作的阀。4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制部件包括可远程操作的泵。5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制部件包括可远程操作的加热器和可远程操作的冷却器中的至少一个。6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制部件包括可远程操作的电机。7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述过程设备耦合到所述3D模拟系统包括：将多个过程设备部件中的每个耦合到过程控制应用；在所述过程控制应用和所述3D模拟系统的计算机处理器之间建立通信路径，其中，所述3D模拟系统的所述计算机处理器被配置为将包含在至少一个3D模拟对象中的编程代码经由通信链路和所述过程控制应用而传递到所述过程设备的对应物理部件。8.根据权利要求1所述的方法，其中，对多个3D可编程模拟对象执行模拟包括：定义对应于所述过程设备的每个部件的可编程3D模拟对象。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个可编程3D模拟对象包括至少一个流体物理对象。10.根据权利要求8所述的方法，其中所述多个可编程3D模拟对象包括至少一个控制对象。11.根据权利要求8所述的方法，其中所述多个可编程3D模拟对象包括至少一个流体输送对象。12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个可编程3D模拟对象包括至少一个流体储存对象。13.根据权利要求8所述的方法，还包括：在3D模拟工作空间中，布置对应于所述过程设备的每个部件的所述可编程3D模拟对象，使得每个3D模拟对象定位在与所述过程设备中的对应部件的物理位置成比例的所述3D模拟工作空间中。14.根据权利要求13所述的方法，还包括：在所述3D模拟工作空间中对所述可编程3D模拟对象运行模拟应用；以及在所述模拟应用运行时，更改至少一个所述可编程3D模拟对象的性质或编程代码中的至少一个。15.根据权利要求14所述的方法，还包括：将所述模拟应用的结果与期望结果进行比较；基...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·加里·麦克丹尼尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE