1.控制模塊類型（CMT）之

前世今生

1.1

背景

流程行業由儀表回路發展而來，通常具有模擬量監視及 PID 調節回路多、連鎖邏輯相對較少、程序規模大、控制對象重復率高、可擴展性強及多人協作的特點。因此流程行業的編程一般具有如下需求：標準的控制對象模板，能夠滿足智能儀表的需求，模板生成實例時具有靈活的變型，程序具有高可用性以及高效的編程方式。

伴隨著工業4.0的浪潮席卷而來，工程標準化和模塊化是持續提高競爭力和實現更高規劃質量的重要因素。然而不同的工藝步驟和程序、不同的設備以及生產過程中的靈活性加大了該任務實現的困難程度，基于上述需求的一種解決方案是使用控制模塊類型（CMT）來創建自動化程序。CMT 將注意力集中在標準化和模塊化上，減少對特定實例定制的需要。

1.2

CMT 簡介

CMT 是以 CFC 為基礎構建的典型過程控制模型，例如：模擬量監視、電動機控制、閥門控制、PID 調節控制等。其示意圖如下圖所示：

圖 1 CMT 示意圖

對于非連續生產過程，CMT 遵循 ANSI/ISA 88 標準（過程工業中使用的批量控制的參考模型及相關術語）。該標準定義了工廠生產的四個層級：

過程單元 - Process Cell，完成批生產所需的所有單元、設備模塊和控制模塊的集合。

單元 - Unit，由設備模塊和控制模塊構成，實現主要的批生產處理活動，如反應釜。

設備模塊 – Equipment module，由控制模塊組成，完成特定功能，如加熱、攪拌、溫度控制。

控制模塊 – Control module，現場的單體控制設備，比如傳感器、閥門、電動機等。對應本文要說的控制模塊類型和控制模塊。

ANSI/ISA 88 標準的工廠層級劃分及與 PCS 7 的對應關系如下：

圖 2 基于 ANSI/ISA 88 標準的工廠層級劃分

連續生產過程也有與之對應的標準，即ISA-106。該標準定義了三種模型：物理模型、程序需求模型和程序實施模型。CMT 和 CM 被分配給程序實施模型。其基本架構與 ISA-88 相似，將自動化工廠分為如下四層結構：工廠（Plant）、單元（Unit）、成套設備（Equipment）、物理設備（Device）。

一個工廠可以劃分為多個單元，每個單元由若干個完成某些特定活動的成套設備組成。每個成套設備是不同物理設備的集合。

CMT 和 CM 的應用，具有如下優勢：

?顯著減少測試的工作量：基于控制模塊類型的測試，無需逐個實例測試。

?模板到實例的靈活變型：基于同一模板可以創建滿足不同需求的實例。

?更高效快捷的組態：從以前的復制黏貼到基于類型的實例化，而且可以通過Advanced ES、Plant Automation Accelerator、COMOS 進行批量數據交互實現高效組態。

?PCS7 V9.1版本中集成的 Plant generator （需 IEA 授權），可以批量創建 CM 實例，配合工藝列表編輯器（Technological list editor）對導入數據進行信號、參數設置等。

?改變更新：可以通過同步功能實現控制模塊類型到控制模塊實例的改變更新，同時控制模塊實例中的特殊修改，在同步過程中不會丟失，保持控制模塊實例的特性。

2.控制模塊類型（CMT）之

用武之地

為了提升大家對于 CMT 的了解，在此處對 CMT 的一部分優勢進行詳細說明。

2.1

模板到實例的靈活結構

-變型和替代對象

?變型的應用場景：

以電動機控制模板為例，在實際編程過程中可能會有如下需求：有的電動機可能不包含任何外部連鎖；有的可能需要啟動允許；有的則需要啟動允許和不帶復位的互鎖。在CMT之前可能沒有太好的方式實現此功能，只能每種情況對應一個過程標簽類型，甚至沒有使用類型每個電動機都是一個 CFC。

而使用 CMT 可以輕松實現上述功能。僅需定義該 SubCM（子控制模塊，比如下圖中的 Permit、Interlock 等）為可選即可。

圖 3 CMT 的變型

在 PCS 7 側定義 CMT 的 SubCM 為可選項的位置如下圖所示：

圖 4 CMT 的變型在 PCS 7 中的組態

?替代對象的應用場景：

仍然以電動機控制模板為例，不同的電動機實例相關的連鎖數量也不盡相同：有的沒有連鎖；有的連鎖較少；有的連鎖相對較多。與變型類似，以往也沒有太好的解決方案。而使用 CMT 的替代對象功能則如探囊取物，垂手可得。

圖 5 CMT 的替代對象功能示意

在 PCS 7 側定義 CMT 替代對象的方式如下圖所示。與 CFC 不同，在工藝 IOs 中，多個可選對象的輸出可以連接到同一個工藝輸入管腳。生成實例時，根據所選擇的可選對象進行自動互連（僅可自動互連一個）。

圖 6 CMT 的替代對象功能設置

2.2

Plant Generator 助力實現

批量生成實例

很多人對于 CMT 望而卻步的原因，可能是因為之前 PCS 7 軟件本身沒有集成通過 Excel 導入的功能。PCS 7 V9.1 版本起已經自帶 Plant Generator 這個全新工具，能夠通過表格的方式批量生成 CM 實例，再配合工藝列表編輯器對導入數據進行信號、參數設置等。

如下圖所示，Plant Generator 在生成 CMs 具有如下功能：

圖 7 Plant Generator 批量生成 CMs 的功能

Plant Generator 批量生成的步驟如下：

第一步：導出當前項目的生成器列表為 CSV 格式。

圖 8 Plant Generator 導出生成器列表

第二步：根據實際需求新增或修改的 CMs 填充表格。

圖 9 Plant Generator 生成器列表內容填充

第三步：導入修改完成的生成器列表（參考第一步，選擇導入生成器列表）。導入過程中會彈出數據傳輸的對話框，可以比較項目和生成器列表的區別。在該對話框還可以自定義選擇部分導入（默認全選）。

圖 10 數據傳輸對話框

導入完成后的結果如下圖所示，已經自動創建所需的工廠層級和CMs。

圖 11 導入結果

2.3

改變更新-實力見分曉

CMT 的另一大優勢是支持 CMT 到 CM 的同步。即使項目前期考慮再周全也難免在實際調試中遇到特殊實例的情況。如果使用早期的 PTT（過程標簽類型） 功能，只能刪除后重新導入或逐個修改這些特殊實例。而基于 CMT 模板時，無論何時都可以實現 CMT 到 CM 的同步更新。

比如電動機模板Zui初沒有為 Permit 管腳添加 Interlock 功能塊，且已經生成了多個實例。后期調試過程中，實例需要為 Permit 管腳添加 Interlock 功能塊。如下圖所示：

圖 12 電動機模板的 CMT 和 CM Zui初形態

 需要通過修改 CMT 模板并同步更新到 CM 實例，如下圖所示：

圖 13 修改 CMT 模板并同步 CM

在 PCS 7 側的實際組態步驟為：初始情況下 CMT 和 CM 均未添加 Permit 管腳互連的 Interlock 功能塊。

圖 14 CM 實例的初始狀態

修改 CMT，新增 Interlock 的聯鎖塊，并添加到 SubCM。將其輸出管腳 Out 連接到 Permit，如下圖所示：

圖 15 修改 CMT 的模板

執行 CMT的同步（參考圖 8 ，選擇同步），更新到 CM 實例。更新過程中可以只選擇所更改的 CMT 及需要更新的 CM。

圖 16 CMT 同步 – 選擇要同步的 CMT

圖 17 CMT 同步 – 選擇要同步的 CM

同步后的結果如下圖所示：

圖 18 CMT 同步結果

CMT 的同步并非簡單粗暴，而是具有規則的智能同步。知道哪些內容該同步，哪些內容不該同步。對于存在沖突的情況，比如上述新增 Permit 的連鎖塊例子，同步之前在 CM 中已經為該管腳手動互連其他功能塊。此時由用戶自己決定是否同步，選擇同步則被 CMT 同步，不選擇則保留 CM 實例特定的修改。

3.控制模塊類型（CMT）總結

CMT 在 PCS 7 標準化和模塊化編程道路上的優勢不言而喻，前文僅介紹了其冰山一角。相較于 CFC 程序手動拷貝粘貼的方式，CMT 優勢顯而易見。與 PTT（模板批量生成實例）的方式相比，CMT 的優勢也不遑多讓，具體如下表所示。

表 1 PTT 和 CMT 比對

伴隨著工藝工程越來越重要，我們之前編程方式也需要重新進行思考。我們的注意力需要更加集中在標準化和模塊上。如上表所示，盡管 CMT 會增加項目前期的工作，但減少了特定實例定制的需求。在工藝工程的組態中使用預定義的模板，可以顯著提高工程效率。強大的同步器支持模板及實例的持續一致性。

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