基于工业控制实现同一工艺功能设备排序方法和模型与流程

本发明涉及工业控制技术领域，特别涉及到一种基于工业控制实现同一工艺功能设备排序方法和模型。

背景技术：

在现在的工业控制领域中，根据使用工艺需求，一般在系统的同一功能单元配置两台或多台同类设备，以满足使用过程中对流量、功率、压力产量等等的调节。因此，对该同类功能单元的设备的运行数量和设备的启停顺序会有着各种不同的组合排列。而影响该组合排列的条件有运行时间排序、设备故障切换、人工手动切换等等条件。每个条件改变，都会决定每次的启停运行顺序的不同。在当前的应用中，对此类功能排序，常规定义最大的使用台数n，然后定义所有设备标号为1、2…n，再结合时间，故障等条件进行判断排序，确定各种工况下设备的启停顺序，此类方式，排序的可能种类为n！

因此，此类思想定义排序模型，对设备数量的扩展有着非常大的局限性，排序判断的情况多，对排序影响的限制条件，如运行计时，故障轮换，手动设定排序等功能的兼容也随着排序数量的增长带来很大的不确定性以及判断的可靠性。且在扩展的过程中对原有程序的利用上面上便利性低。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于工业控制实现同一工艺功能设备排序方法，其在不同层级均调用同一判断机制，提高程序的复用性，减少系统程序的编写和现场调试的时间，提高工作效率。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于工业控制实现同一工艺功能设备排序方法，所述排序方法为由多个控制单元对多个设备的启动先后顺序进行控制的过程，所述多个设备实现同一工艺功能，所述控制单元包括n个层级，将多个设备定义成第n+1层级，其控制规则包括以下二个方面：

a、第1层级和第2层级的控制单元分别为1个和2个，第3～n层级的控制单元均为至少3个；

b、第i层级的控制单元控制第i+1层级控制单元或设备的工作与否，且该第i层级中的每个控制单元至少控制1个第i+1层级的控制单元或设备，且至多控制2个第i+1层级的控制单元或设备，同时，控制1个第i+1层级的控制单元或设备的第i层级的控制单元至多有1个，1≤i≤n；

第j层级的控制单元对第j+1层级的控制单元或设备的排序进行控制包括以下步骤：

步骤1、获取该第j层级的控制单元控制的第j+1层级的控制单元或设备的使能数量，如果该第j+1层级的控制单元或设备满足使能条件，则该第j+1层级的控制单元或设备参与排序并执行步骤2，如果不满足使能条件，则不参与排序；

步骤2、根据该第j层级的控制单元需要的运行数量以及第j+1层级的控制单元或设备的优先级进行排序，1≤j≤n。

所述使能数量为该第j+1层级的控制单元或设备中接受控制系统远程手动或自动控制动作的设备数量，所述使能条件为该使能数量不小于第j层级的控制单元需要运行的设备总数。

所述步骤2包括以下步骤：

步骤21、如果仅有一个第j+1层级的控制单元或设备满足参与排序，则执行步骤22；如果两个第j+1层级的控制单元或设备均满足排序要求，则执行步骤23；

步骤22、启动所述仅有一个第j+1层级的控制单元或设备；

步骤23、如果该第j层级的控制单元需要的运行数量为1，则启动第j+1层级的控制单元或设备中优先级较高的一个；如果该第j层级的控制单元需要的运行数量为2，则根据第j+1层级的控制单元或设备均启动。

所述优先级为手动优先级或者计时轮换。

本发明的目的之二在于提供一种基于工业控制实现同一工艺功能设备排序模型，其在不同层级均调用同一判断机制，提高程序的复用性，减少系统程序的编写和现场调试的时间，提高工作效率。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于工业控制实现同一工艺功能设备排序模型，所述排序模型为构造多个控制单元，这些控制单元对多个设备的启动先后顺序进行控制，所述多个设备实现同一工艺功能，所述控制单元包括n个层级，将多个设备定义成第n+1层级，其控制规则包括以下二个方面：

a、第1层级和第2层级的控制单元分别为1个和2个，第3～n层级的控制单元均为至少3个；

b、第i层级的控制单元控制第i+1层级控制单元或设备的工作与否，且该第i层级中的每个控制单元至少控制1个第i+1层级的控制单元或设备，且至多控制2个第i+1层级的控制单元，同时，控制1个第i+1层级的控制单元或设备的第i层级的控制单元至多有1个，1≤i≤n；

第j层级的控制单元均包括输入接口和输出接口；

其中，第j层级的输入接口包括：

启动单元，用于与对应的第j-1层级的控制单元相应的选中输出端单元相连，在所述第j-1层级的控制单元对应的选中输出端单元输出高电平时，该第j层级的控制单元启动，其中，第1层级的控制单元一直处于启动状态；1≤j≤n；

使能数量单元，用于输入对应的第j+1层级的控制单元或设备的使能数量，如果该第j+1层级的控制单元或设备满足使能条件，则该第j+1层级的控制单元或设备参与排序，如果不满足使能条件，则不参与排序；

需运行数量单元，用于输入第j+1层级的控制单元或设备需要的运行数量；

优先级单元，用于输入第j+1层级的控制单元或设备的优先级，根据该第j层级的控制单元需要的运行数量以及第j+1层级的控制单元或设备的优先级对满足排序的第j+1层级的控制单元或设备进行排序；

第j层级的输出接口包括：

选中输出端单元，用于与第j+1层级的控制单元的启动单元或第j+1层级的设备的控制端相连，用于在选中输出端单元输出端高电平时，相应的第j+1层级的控制单元或设备启动。

所述使能数量为该第j+1层级的控制单元或设备中接受控制系统远程手动或自动控制动作的设备数量，所述使能条件为该使能数量不小于第j层级的控制单元需要运行的设备总数。

所述使能数量单元和选中输出端单元的端口均为两个；

如果仅有一个第j+1层级的控制单元或设备参与排序，则启动所述仅有一个第j+1层级的控制单元或设备；

如果参与排序的两个第j+1层级的控制单元或设备的使能数量均不小于第j层级的控制单元需要运行的设备总数，则根据第j层级的控制单元需要的运行数量进行排序：如果该第j层级的控制单元需要的运行数量为1，则启动第j+1层级的控制单元或设备中优先级较高的一个；如果该第j层级的控制单元需要的运行数量为2，则根据第j+1层级的控制单元或设备均启动。

所述优先级为手动优先级或者计时轮换。

所述第j层级的输出接口还包括参与排序数量单元，用于输出该第j层级的控制单元中满足排序，且参与排序的第j+1层级的控制单元或设备的数量。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、简化判断组合可能，可大大节省对系统此类功能判断的复杂性，提高系统的稳定性。

2、形成标准的基准判断机制，在不同系统同一工艺功能可形成通用的功能应用，在不同层级均调用同一判断机制，提高程序的复用性，减少系统程序的编写和现场调试的时间，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明的基于工业控制实现同一工艺功能设备排序模型的层级二分排序模型；

图2为本发明的基于工业控制实现同一工艺功能设备排序模型的基准判断机制模型的结构图及各层级之间的连接关系图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

为实现上述目的，本发明的通过构建层级二分排序模型以及基准判断机制模型形成同一工艺功能设备的排序模型。该层级二分排序模型的主体思想为将所有设备分组和控制单元分层级定义，每个层级均按照2个成员设定。

具体地，将控制单元分成n个层级，并将多个设备定义成第n+1层级，其控制规则包括以下二个方面：

a、第1层级和第2层级的控制单元分别为1个和2个，第3～n层级的控制单元均为至少3个；

b、第i层级的控制单元控制第i+1层级控制单元或设备的工作与否，且该第i层级中的每个控制单元至少控制1个第i+1层级的控制单元或设备，且至多控制2个第i+1层级的控制单元，同时，控制1个第i+1层级的控制单元或设备的第i层级的控制单元至多有1个，1≤i≤n。即是每2个设备对应1个第n层级的控制单元，每2个第n层级的控制单元对应1个第n-1层级的控制单元，以此类推，当任意一层级的控制单元(第一层级的控制单元除外)或设备为奇数个时，则该任意一层级(假设是第i+1层级)的相邻上一层级的控制单元中则出现一控制一(即第i层级中存在1个控制单元控制第i+1层级中单独存在的控制单元或设备)的情况。

如图1所示，建立控制单元的层级二分排序模型(包括控制单元的数量)是根据设备数量确定的。例如，该图中，设备的数量为8个，则控制单元设定为3个层级，第3层级的控制单元为4个，第2层级的控制单元为2个，第1层级为最高级，其控制单元为1个。

控制单元为实现排序的基准判断机制模型，控制单元可以是通过控制器(例如PLC或单片机等)和控制器内相应的软件程序实现，由于各个控制单元具有相同的基准判断机制模型，因此，其软件程序可以是完全相同的，提高程序的复用性，减少系统程序的编写和现场调试的时间，提高工作效率。

层级二分排序模型在排序上的特点类似模糊判断，每个成员不需确认在整个排序链条中处于何种位置，仅需判断每个层级的成员(这里的成员是指每个层级的下一层级中的各个控制单元或设备)之间的位置关系。

因此对1、2……n各个层级内的两个成员进行判断，其排列判断的次数为设备的总数减1次，比如图1中共有8个设备，最高为A级，只需对A级内部两个B级进行先后排序【判断次数为1】，对每个B级内部两个C级进行先后排序【判断次数为2】，对C级内部两台设备各自进行先后顺序【判断次数为4】，即可组合出所有设备的排列顺序，因此总的判断次数为1+2+4＝7。

此排序模型，每个层级都保持共同的特性：每个层级判断是选成员1还是成员2，如果组内仅有一个成员，默认为1。

标准判断机制模型，可用于不同层级的排序判断。如图2所示，C1、T1和T2均采用相同的标准判断机制模型，从标准判断机制模型可知：在每个层级中的成员，其成员数量理论上是相同的，则判断两者成员的先后顺序条件也相同，因此在判断每个层级成员间排序情况也是具有相同的情况，由此可形成一个统一的判断机制来对每个层级的成员进行顺序的判断，在程序的实现，可形成重复调用的程序块，判断不同的层级成员排序，以实现同一工艺功能设备排序的目的。

标准判断机制模型包括输入接口和输出接口：

其中，第j层级的控制单元(这里是第j层级的控制单元是指该第j层级中任意一个控制单元，第j+1层级的控制单元是指该第j层级中任意一个控制单元对应的上一层级的控制单元，第j+1层级的控制单元或设备是指该第j层级中任意一个控制单元对应的下一层级的控制单元或设备，1≤j≤n，因此，与上述的i进行区分)的输入接口包括：

启动单元，用于与对应的第j-1层级的控制单元相应的选中输出端单元相连，在所述第j-1层级的控制单元对应的选中输出端单元输出高电平时，该第j层级的控制单元启动，其中，第1层级的控制单元一直处于启动状态，即可以认为j＝1时，第0层级控制单元(可以认为是总控制器)持续输出高电平给第1层级控制单元的启动单元；

使能数量单元，用于输入对应的第j+1层级的控制单元或设备的使能数量，如果该第j+1层级的控制单元或设备满足使能条件，则该第j+1层级的控制单元或设备参与排序，如果不满足使能条件，则不参与排序；所述使能数量为该第j+1层级的控制单元或设备中接受控制系统远程手动或自动控制动作的设备数量，所述使能条件为该使能数量不小于第j+1层级的控制单元需要运行的设备总数。

需运行数量单元，用于输入该第j层级的控制单元需要的运行(成员)数量；需运行数量单元由外部扩展功能根据需要对运行总数量进行分配。

优先级单元，用于输入第j+1层级的控制单元或设备的优先级，根据该第j层级的控制单元需要的运行数量以及第j+1层级的控制单元或设备的优先级在该第j+1层级的控制单元或设备满足使能条件的情况下进行排序；优先级单元作为其他影响排序模式与基准判断机制模型的接口，优先级包括如手动轮换、计时轮换等。手动轮换和计时轮换等模式作为基准判断机制的外部扩展功能实现。

第j层级的输出接口包括：

选中输出端单元，用于与第j+1层级的控制单元的启动单元或第j+1层级的设备的控制端相连，用于在选中输出端单元输出端高电平时，相应的第j+1层级的控制单元或设备启动。

参与排序数量单元，用于输出该第j层级的控制单元中满足排序，且参与排序的第j+1层级的控制单元或设备的数量。

图2并给出了具有3个设备构成的二分排序模型以及相应的基准判断机制模型的连接关系图。如图2所示：

每个控制单元的使能数量单元和选中输出端单元均为两个(即均设置两个使能数量单元的端口和选中输出端单元的端口，但是在实际使用中，两个使能数量单元的端口和两个选中输出端单元的端口未必均被使用)：

如果仅有一个第j+1层级的控制单元或设备参与排序(例如奇数个第j+1层级的控制单元或设备时)，且所述仅有一个第j+1层级的控制单元或设备的使能数量不小于第j层级的控制单元需要运行的设备总数，则启动所述仅有一个第j+1层级的控制单元或设备；

如果参与排序的两个第j+1层级的控制单元或设备的使能数量均不小于第j层级的控制单元需要运行的设备总数，根据第j层级的控制单元需要的运行数量进行排序：如果该第j层级的控制单元需要的运行数量为1，则启动第j+1层级的控制单元或设备中优先级较高的一个；如果该第j层级的控制单元需要的运行数量为2，则根据第j+1层级的控制单元或设备均启动；

如果仅有1个参与排序的两个第j+1层级的控制单元或设备的使能数量不小于第j层级的控制单元需要运行的设备总数，则启动使能数量不小于第j层级的控制单元需要运行的设备总数的第j+1层级的控制单元或设备，除上述各种情况外的情况，均不在本发明的保护范围，因此，其具体需要做哪些操作这里也不再赘述。

以图1架构进行举例说明：假设除了3#和4#外其他设备层的设备均参与排序，而整个A层输入需运行设备的总数为3个，则由于B1对应的使能数量为2，B2对应的使能数量为4，则B1不参与排序，不启动，因此只能使B2参与排序并启动，然后再根据C3和C4的优先级进行排序；如果整个A层需要的2个，则B1和B2均满足参与排序条件，然后根据优先级选择B1和B2，进而再进行C1、C3和C4的选择，以及相应的设备的排序。

综上所述，本发明基准判断机制模型通过以下三个步骤实现排序：

1、参与排序资格判断：

根据成员1和成员2(这里的成员1和2即为第j+1层级的控制单元或设备，对应于第j层级相应的控制单元)使能数量，需运行设备数量为A，进行比较判断，程序判断逻辑为：

成员1的使能数量EN1≥A，成员1满足排序要求参与排序，触发排序资格标志Market_1具备；

成员1的使能数量EN2≥A，成员2满足排序要求参与排序，触发排序资格标志Market_2具备；

2、排序模式1：使能条件影响排序。判断描述为：

Market_1具备排序资格标识，Market_2不具备排序资格标识；优先选择成员1，SELECT_1置位。

Market_1不具备排序资格标识，Market_2具备排序资格标识；优先选择成员2，SELECT_2置位。

3、排序模式2：外部优选选定对象。

当成员1和2均具备排序资格标识，比较上一层级(即第j层级相应的控制单元)需求的成员数量NO_need和第j+1层级的控制单元或设备的优先级NO_prjor中数值；

比较需求的成员数量NO_need为1，优先设定NO_prjor为1(即成员1的优先级较高)时，成员1选中，成员2不选中；

比较需求的成员数量NO_need为1，优先设定NO_prjor为2时，成员2选中，成员1不选中；

比较需求的成员数量NO_need为2，优先设定NO_prjor为1时，成员1选中，成员2选中；比较需求的成员数量NO_need为2，优先设定NO_prjor为2时，成员2选中，成员1选中。即在需求的成员数量为2时，无论优先级高低，均被选中(选中即为启动相应的成员1或2)。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。