附录A详细的用例描述A.1“找到并更新某物”用例A.1.1化工厂工程某一部分的用例描述

系统工程的一个例子是化学处理(见图-5中,重复下面如图a-1),一个抽象的化学反应的描述,和工程团队必须协调工厂设计,也许在一个图表(如2),控制系统,最终工厂的建设和试运行,调试和运行，在。工程过程开始通过定义一个化学反应相结合(在我们的示例中)两个预产物1和2，并得到最终产物(见1)。这种化学物质过程是由一种植物(见2),细节一个反应堆,由一个所谓PIDIEC中定义的。PID描述了工厂的所有技术资源(如管道、阀门、容器、泵、热交换器和许多其他组件)，以及自动化系统的测量和执行点要求。这些测量点和驱动点必须由合适的自动化设备(见5)来实现，这些设备成为控制系统(见)的一部分(见6)。化学过程(即产品和反应)构成了工厂和控制系统设计的基本模块。工程人员(见)目前设计、操作和维护工厂和控制系统。

图A-1化学过程工程

反应堆是整个核电站结构的一部分。让我们以反应堆温度测量为例，因为测量是反应堆正常运行所必需的。我们希望一致性检查，甚至可能生成满足化学反应(见图A-2中的1)、机械(见2)、DCS(见)、电气(见)、控制逻辑(见5)和监督(见6)所有约束条件的可能解决方案，在未来能够使用语义模型。然而，今天，许多步骤都是手动执行的，因为在机器可解释的信息模型中无法获得做出正确决策所必需的公共知识(见7)。下面将对工程问题进行更详细的描述。

为了启动化学反应，反应器必须包含反应物(预产物，见8)并达到特定的温度(反应的性质，见8)。温度必须用一个由传感器和变送器组成的温度测量装置测量，通常安装在反应堆容器上(PID(IEC)中的测量点见9)。对于这种连接，需要机械和几何模型来定义正确的安装位置和安装样式(例如，将传感器螺栓到容器法兰上-图A-2中没有显示)。

图A-2工程需要多域语义互操作性-用例:故障检测和诊断的语义互操作性

此外，传感器需要一个外壳设计来承受电抗器将经历的温度范围(在图a-2中也没有显示)。设计工程师必须检查和比较许多特性，如金属-液体兼容性，传感器外壳和法兰安装螺杆直径/螺距，以及反应器/传感器温度范围。对于本例，我们假设发射机安装在传感器外壳内。结果就是植物的结构，包括所有资源和它们之间的关系。温度特性的数据值与化学反应模型有关。这可以用化学反应信息模型来描述。这个温度值必须在发射机可测量的温度范围内。这个范围由发射机信息模型描述。人类，或希望在未来的工程工具，必须比较必要的温度值的反应和变送器的范围值。这个用例的任务是基于图1-1中的“找到某些东西”场景b。找到合适的传感器螺栓和其他机械和功能特性也可以实现相同的场景模式。这里要强调的是:系统工程用例中的所有数据目前都位于设计文档中。这意味着信息模型是来自技术描述的模型。真实世界的设备或组件不在这些设计步骤中。

选择合适的温度测量，测量不能使用，除非提供电源和一种方式将温度数据从变送器发送到控制器。从发射机到现场总线或直接到远程IO或控制器的输入模块的电气连接是需要的。这就要求电气型号选择正确的电缆类型，允许的电缆长度和输入模块的电气特性(接线方案，见11)。铺设电缆需要机械知识和模型来定义电缆的特性，如最小弯曲半径(图A-2中没有显示)。设计工程师必须检查和比较电缆和输入模块匹配的电阻范围和电缆倾倒与距离有关的属性。结果就是E-CAD计划和通信网络的电气部分。这些任务的用例是基于这两个“查找和更新一些”图1-1的情形b(从设计文档中提取数据,如类型的机电接口的传感器)和“操作”场景c(图1-1(计算结果设计决策,如正确的电缆和电缆长度)。

控制系统由许多测量和驱动设备、远程IOs、控制器、桥接设备、网络交换机(用于基于以太网的通信)、边缘网关和更多组件组成。它们共同组成了自动化和监控系统(也称为分布式控制系统(DCS))，其结构必须根据工厂的要求进行设计和配置(图A-2中10的示例结构)。设计工程师必须根据环境条件范围(如灰尘、湿度和温度)检查和比较设备性能。所有必要的控制器输入和输出模块都需要定义。这些反馈到电力系统，因为设备需要一个有电缆和足够电力的电源供应。结果就是DCS的结构，即设备、它们与通信网络的连接、所有资源以及它们之间的关系。和以前一样，用例的这些任务是基于图1-1中的“发现和更新某物”场景b(从设计文档中提取数据，例如湿度和灰尘的允许范围)和图1-1中的“在某物中运行”场景c(计算结果设计决策，例如计算现场总线或IP地址和许多其他决定)。

如果温度传感器与控制器电连接，则需要编写一个能处理温度值的控制程序(如图a-2中的12所示)。在满足可编程逻辑控制器(PLC)编程语言IEC-的最流行的控制器语言中，变量符号名必须连接到PLC输入模块的一个端口。编程工程师将端口ID分配给符号名，例如，1号温度反应堆分配给PLC输入模块1端口。结果是PLC程序。用例的这些任务大多基于图1-1中的“更新某些东西”场景b(例如比较两个模型的属性、电气输入和控制软件程序的符号名称)。

监控站使用图形符号进行配置(例如，图a-2中带有传感器1的反应器)，并连接到PLC外的变量。根据IEC-的要求，PLC具有特定的信息模型，供监控站访问变量使用。这需要编程工程师知道，以便他可以处理PLC变量。此外，为了监测监测站的警报，有必要知道化学反应所需的温度上限和下限。在监控站中定义相关阈值变量需要反应专门知识。工程师必须了解化学反应描述，以找到正确的信息来评估监控站的过程变量(这里是反应堆的温度)。结果就是监控站的配置。用例的这一任务是基于图1-1中的“发现和更新某物”场景b(从化学反应设计文档中提取数据)和图1-1中的“操作某物”场景c来为控制程序变量分配反应的阈值。

通常，监控站所需的信息以及控制系统的逻辑都是通过人工生成的材料提供的。除了依靠这些预先获得的知识，人们还可能期望存在一个分析系统或功能，该系统或功能可以分析工厂产生的数据，并产生新的控制和监督逻辑知识，以优化工厂的控制。例如，可以根据历史数据设置更精确的温度阈值，或者监视站可以学习关联警报，以便识别需要解决的根本故障。这就需要工程师为系统提供分析逻辑，系统可以进一步生成新的控制逻辑来取代原来的控制逻辑。用例的这些任务是基于图1-1中的“发现并更新某物”场景b(从控制优化文档中提取分析逻辑)和图1-1中的“操作某物”场景c(控制系统或监控站的更新逻辑)。工程人员必须根据预期的化学反应设计工厂的机械和几何结构，DCS及其设备、组件和线路，以及PLC和监控站内的软件(见第.5.2节的要求)。在这种情况下，许多不同种类的知识紧密地结合在一起，因为所选择的传感器必须适合工作场所的所有机械、电气、几何、控制和环境条件。

设备和部件可能会发生故障。这导致机器或工厂的停机和额外的努力维修和重新启动工厂。最好在潜在的故障和错误发生之前就检测到它们。如果有基于在线数据和设备或组件的功能/行为模型的运行设备或组件的模拟或分析，这是可能的。存在一组更大的组件，经常在工业中使用，如泵，热交换器，焊接或涂胶工具，传送带，转盘等。每个组件都有一个基本行为模型，其中有一组来自相关传感器的固定输入变量。

例如，泵有一个明确的行为，可以通过监控泵的输入和输出压力、流量和温度(这些是泵的过程变量，必须在泵分析的计算过程中使用)来监控。任务是在一个分析站中实现分析算法，并将算法的变量与传感器数据连接起来。现在，这主要是手动执行的，因为变量的访问路径隐藏在API中。如果泵的信息模型是语义可互操作的，则自动连接是可能的。对于算法的配置，有必要知道哪个传感器属于个别泵。传感器构成整个自动化系统的一部分，位于控制系统的某处并连接起来。这些值必须跨不同的设备和子系统，直到分析算法可用为止。开始时，传感器测量所需的值，并将其提供给测量设备(如发射机)，该设备将真实世界的信号转换为数据流(由采样数字值的时间行中的模拟值组成)。该设备拥有自己的描述过程变量的信息模型，例如带有名称、时间戳和相关单元。测量设备与网关或边缘设备相连。这通常也有它自己的信息模型与另一个过程变量描述的设备，变量在设备，名称和单位。该单元总是可以按照UNECE或ISO或IECCDD进行编码。然后，数据被转发到一个数据湖，该数据湖又有自己的信息模型。如果不同的信息模型对过程变量使用相同的模型，将会有很大的帮助。这就是图1-1中的“查找”场景。了解过程变量是不够的。它需要与工厂的结构相关联，即变量必须与泵的正确输入和输出相连接，从而集成到泵的信息模型中。传感器模型和泵模型之间的映射也是必要的。这是“更新22注意，这些也构成资产与数据，用于不同的应用程序。图1-1中的b所示的场景。在数据湖的顶部是分析算法。过程变量必须理解为算法中的变量。这意味着需要在过程变量和形式算法变量之间执行匹配。换句话说，行为模型必须与设备和泵的模型相关联。这就是图1-1中d所示的“操作某物”场景。这些值通过不同的信息模型跨多个域边界。必须定义信息模型之间的关系，以便最终在过程变量和算法变量之间存在有效的匹配。

双碳研究院

孙崇洋

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