Форум АСУ в Україні

Процедура Рецепту

У процедурі пояснюється, як інгредієнти (сировина) повинні бути об’єднані, вступити в реакцію або іншим чином оброблені для створення партії. S88.01 визначає дві моделі для представлення процедур рецептів

1. Процесна модель для загального та місцевого рецепту. Ця модель зосереджена на описі функціональності процесу замість опису обладнання.

2. Процедурна керувальна модель для майстер рецепту та керувального рецепту. Ця модель фокусується на описі процесу по відношенню до фізичного обладнання.

Як ми вже говорили вище, сьогоднішні S88-підсистеми рецептурного керування починають керувати рецептами на рівні майстер-рецептів. І так, для збереження короткості (але солодкості) цього посібнику, ми збираємося пропустити Процесну Модель і перейти прямо до процедурної клерувальної моделі.

Рисунок 6 показує Процедурну керувальну модель керування.



Процедура (procedure) є найвищим рівнем у ієрархії процедурного керування. Вона визначає загальну стратегію для створення партії. Вона складається із упорядкованого набору апаратних процедур.

"Що таке апарат (unit)?"
Апарат (unit) є терміном S88, що представляє фундаментальну сутність обладнання, яке виробляє партію або частину партії. Хоч апарат часто зосереджений навколо основних частин обладнання, таких як змішувальний танк або реактор, декілька невеликих частин обладнання можуть теж сумісно складати апарат. Наступний розділ посібника пояснює більше про апарати (unit).

Апаратна процедура (unit procedure) – це упорядкований набір операцій, що здійснюється до завершення в єдиному апараті. Тобто апаратна процедура являє собою неперервну послідовність дій в одному і тільки одному апараті. Тільки одна апаратна процедура може бути активною в одному апараті в один момент часу. Декілька апаратних процедур може виконуватися одночасно як частини тієї самої процедури до тих пір, поки вони виконуютья в різних апаратах.

Операція (operation)– це впорядкований набір етапів (phases), доведений до кінця в єдиному апараті. Операції як правило включають набір матеріалу, обробку його через деякий тип фізичних, хімічних або біологічних змін. Подібно апаратній процедурі, стандарт передбачає, що тільки одна операція є активною в конкретному апараті в один і той же час.

Етап (phase) – це найменший елемент процедурного керування, який може виконати процес-орієнтована задача. Етапи виконують унікальні і зазвичай незалежні, базові процес-орієнтовані функції, такі як завантаження інгредієнта або перемішуання в танку. Простіше кажучи, етапи є робочими конячками рецептів. Всі інші елементи (процедури, апаратні процедури і операції) просто група, яка їх організовує в прямі етапи.

Приклад рецепту

На рисунку 7 показана процедура рецепту для приготування морозива. Існує чотири апаратні процедури, зв’язані з цією процедурою: зробити суміш (Make Mix), аромат суміші (Flavor Mix), Fill Pints (заповнити пінту) і упакувати (Package).


На Рисунку 8 видно середину апаратної процедури "зробити суміш" (Make Mix), де показано дві операції, асоційовані зі створенням суміші: змішування інгредієнтів (Blend Ingredients) і пастеризація(Pasteurize).



Зверніть увагу, що дві операції йдуть послідовно. Це слідує правилу, що не дозволяє більш ніж одній операції виконуватися одночасно в одному апараті в один і той же час.

Рисунок 9 показує нам середину операції Змішування інгредієнтів (Blend Ingredients), який складається з 8-ми етапів, асоційованих зі змішуванням інгредієнтів:



Як бачите, немає правила запускати тільки один етап одночасно. Дійсно, дуже часто запускається декілька етапів одночасно.

Далі

Добре, досить про рецепти (принаймні поки що). Пам'ятаєте три важливих елементи для визначення системи керування періодичними процесами:
- як розробити продукт (рецепти)
- які фізичні інструменти необхідно мати для створення продукту (обладнання)
- як запустити це обладнання (керуючі впливи)
Тепер прийшов час дізнатися про другий елемент: обладнання.

http://www.batchcontrol.com/s88/01_tuto ... ment.shtml

Обладнання

У останньому розділі ми бачили, що рецепти сегментуються і організовуються в процедурну керувальну модель. Обладнання подібно сегментуються (або модуляризуються) використовуючи інший інструмент S88, відомий як Фізична Модель. Модель має сім рівнів як це показано на рисунку 10. Як і процедурна керувальна модель для опису фізичної моделі в S88 теж використовується діаграма сутність-відношення



Давайте почнемо описувати рівні фізичної моделі зверху.

Підприємство (Enterprise) – дійсно є причудливою назвою для компанії. У дуже великих компаніях, Підприємство могло б поділитися на відділи або бізнес-підрозділи. S88 заявляє, що діяльність і рішення корпорації, відділу або бізнес-підрозділу виконуються на рівні Підприємства. Це включає в себе рішення які, де і коли вироби будуть зроблені.

Аналогічним чином, виробнича площадка (Site) – це інша назва для заводу. Ймовірно, найбільш поширеним методом для визначення виробничих площадок базуються на географічному розташуванні, однак це не значить що дві виробничі площадки не можуть бути фізично суміжні. Різні виробничі площадки можуть створювати різні продукти, але це не обов’язково. Аналогічно різні виробничі площадки можуть мати різні виробничі процеси, але вони можуть бути однаковими.

Ділянки (Areas) – є секціями виробничих площадок. Подібно до виробничих площадок, ділянки можуть бути організовані різними способами, включаючи фізичне розташування або по бізнес функціям. Згідно S88 не кожна секція заводу повинна бути ділянкою, особливо якщо вона не має нічого спільного з рецептурним керуванням.

У той час як S88 визначає усі 7 рівнів і вважає кожен з них важливим, реально приділяється значення тільки нижнім 4-рьом рівням. Ці 4-ри рівні показані на рис.10 трохи темнішим кольором. Причина цієї важливості в тому, що партії як правило створюють і містяться в середині рівня з назвою технологічна комірка, яка складається з компонентів нижніх трьох рівнів.

Технологічна комірка (process cell) вміщує в собі обладнання, яке необхідне для створення партій. Інколи для опису обладнання що використовується для створення партії використовують термін технологічна лінія (train). Технологічні комірки можуть мати більше ніж одну лінію, тому обладнання, що використовується для кожної окремо називають шляхом (path).

Іншими словами технологічна комірка як правило являє собою межі обладнання, необхідного для створення партії. Хоч це не заборонено, шляхи (path) як правило не пересікають меж технологічної комірки. Технологічна комірка може обробляти більше однієї партії в один момент часу (поки доступне обладнання).

Дуже важливий Апарат

Діяльність періодичного процесу сфокусовані на тому, що називається Апарат (unit). Іншими словами періодичні процеси проходять в апаратах. У апаратах змішуються інгредієнти, виконуються реакції або інші діяльності що приводить до добавлення нових властивостей продукту або напівпродукту. Апарати зазвичай є посудинами такими як танк для змішування або реактор, але не звужують це поняття до них.

Хороший спосіб виділення апарату є визначення того, чи повинна ця частина обладнання у своїй діяльності виконувати рецепт. Якщо так, то це апарат. Якщо ні - то це використовується апаратом.

У наведеній нижче таблиці показано декілька прикладів того, що ми вважаємо апаратами, а що ні:

Mixing Tank (бак для змішування) - є апаратом
Reactor (реактор) - ні
Pump (насос) - ні
Ingredient Storage Tank (ємність збереження інгредієнтів) - ні
Washing Machine (миюча машина) - є апаратом
Refrigerator (холодильник)- ні
Dishwasher (посудомийна машина) - є апаратом

Насоси не є апаратами самі по собі, вони просто качають продукти, і зазвичай немає потреби в цілому рецепті для роботи насосу. Як ми вже обговорювали вище, насос може бути включений як частина апарату.

Ми не вважаємо, що ємності для збереження відносяться до апаратів. Згадайте, що апарати виконують дії основної обробки, і останнього разу ми перевірили, що ємність збереження не є таким.

Миючі та посудомийні машини є апаратами, так як вони більш менш працюють за рецептом. Ми не думаємо, що холодильники є апаратами. Хоч деякі продукти харчування, як пудинг, можуть використовувати холодильники для реакції, холодильник на самому ділі не більше ніж місце збереження.

Нарешті, ось декілька припущень від S88, щодо виділення апарату:

• Апарат часто вміщує або оперує з матеріалом для всієї партії. Тобто апарат утримує всю партію одночасно. Хоч часто це далеко не так.
• Апарат може вміщувати або оперувати тільки однією порцією партії. Для партії є нормальним поділ на дві або більше частин, які можуть оброблюватися паралельно в декількох апаратах або послідовно проходити через один і той самий апарат.
• Апарат не працює з більш ніж однією партією одночасно. З точки зору обліку в цьому є сенс. Буде важко відслідкувати партію, якщо ви об’єднаєте дві чи більше їх в одному апараті.

Далі

Окрім основного обладнання апарату (ємність чи інше), апарат складається з набору обладнання останніх двох підлеглих рівнів фізичної моделі: технологічні модулі (агрегати) та модулі керування. Ці два останні рівні такі важливі для застосування S88, що потребують їх власного навчального розділу. Це, те, що ми будемо обговорювати далі.

http://www.batchcontrol.com/s88/01_tuto ... ules.shtml

Модулі

У останньому розділі ми ознайомилися з фізичною моделлю і обговорили верхні 5-ть рівнів (Enterprise- підприємство, Site-виробнича площадка, Area - дільниця, Process Cell - технологічна комірка, Unit - апарат). Цей розділ присвячений останнім двом рівням, технологічним модулям та модулям керування, а також обговоримо як ці модулі об’єднуються для створення функціонального обладнання.

В дійсності існує ще один рівень "нижче" рівня модуля керування, як показано на рис 11. Кінцевий елемент керування (Final Control Element ) – це фізичний елемент процесу або обладнання. Це приводи і датчики, такі як клапани, насоси, безконтактні вимикачі і прилади.


Модуль (module ) – є частиною або групою обладнання з чітко визначеною функцією, яка включає в себе вбудовані елементи керування для виконання обладнанням своїх функцій.

Модулі керування

Модуль керування (Control Module) – є самим базовим елементом фізичної моделі.
Cтандарт дає наступні визначення модулю керування:


Кожний модуль керування забезпечує пряме "підключення" процесу через виконавчі механізми та датчики. Модулі керування зазвичай:
- дають команди (наприклад відкрити, закрити, запустити, зупинити або крутити насос х частотою 40 галонів/хв)
- переводять обладнання в стан (такі як відкривання, закривання, виконання, зупинка або набір шивдкості)
- можуть надавати інформацію (наприклад, плинний стан або умова тривоги)

Модуль може бути як простим так і складним за необхідністю. Нижче приведені приклади модулів:
- клапан
- група клапанів розміщених на колекторі
- насос
- насос зі змінною швидкістю та витратоміром, який забезпечує необхідну витрату

Деякі з прикладів, послідовно надбудованих над попередніми, показують як модулі можуть складатися з простіших модулів. Саме тому модулі керування та технологічні модулі на рис.11 посилаються самі на себе.

Наприклад припустимо, ви хочете регулювати витрату рідини. Ви використовуєте насос, що приводиться в рух двигуном зі змінною швидкістю, і витратомір. ПІД-регулятор регулює швидкістю обертів насосу по відхиленню від заданої витрати. Процедурна частина (тобто логіка послідовності верхнього рівня) системи керування хоче тільки керувати витратою і вважає, що комбінація насосу, витратоміра і ПІД-регулятору – є єдиним модулем керування. На рис.12 показано, що ми маємо на увазі.



Майте на увазі, що, не дивлячись на те, що модуль керування існує в фізичній моделі, не всі елементи повинні бути фізичними. У нашому прикладі ПІД-регулятор може бути інструкцією ПЛК або об’єктом DCS а не автономним пристроєм, який фізично пов’язує витратомір з насосом.

У якості другого прикладу модуля керування розглянемо групу клапанів, розміщених в колекторі для вибору матеріалу що передається. Процедурна частина системи керування тільки хоче вибрати матеріал для передачі і розглядає декілька клапанів як один модуль керування. На рис.13 показано, що саме ми маємо на увазі.



Це не рідкість, що модулі керування у свою чергу вбудовані в інші модулі керування. Наприклад, якщо кожний клапан на рис.13 буде мати свій власний модуль керування, тоді модуль керування вибору матеріалу (Material Selection Control Module) буде інкапсулювати 4 модулі керування клапанами.

У найпростішій формі модулі керування можуть представляти собою виконавчі пристрої , але вони можуть мати набагато більше функцій. Модулі керування повинні забезпечувати надійний метод керування пристроєм, включаючи наступні функції

• Режими (Modes) – три загальні режими повинні бути доступними:
  - автоматичне керування, де станом пристрою керує певна логічна послідовність;
  - ручний режим, де станом пристрою керує оператор
  - імітаційний режим, дозволяючи оператору або інженеру тестувати програмне забезпечення без дійсної зміни стану обладнання
• Дозволи (Permissives) – це запобігання пристрою виконувати дії, якщо немає дозволу або виконуються умови обмеження. Наприклад випускний клапан не вдасться відкрити, якщо колектор миється.
• Логіка зміни станів (State transition logic) – модуль керування базується на станах, який не просто керується примітивною послідовністю типу (вкл./відкл., відкрити/закрити). Наприклад, може бути декілька клапанів, що необхідно відкрити або закрити для створення шляху для потоку.
• Логіка виявлення помилок та відмов (тривоги) (Error detection and failure logic (alarms)) – забезпечує зворотній зв'язок по експлуатації пристрою. Наприклад, може бути встановлена тривога на умову, що клапан відкритий, але при цьому не спрацював датчик відкритого положення.

Ми розглянемо два питання особливо важливі з точки зору керування модулями:
1. Прилади є глобальними (можуть обслуговувати більше ніж один модуль) – Наприклад, один витратомір може використовуватися модулем керування завантаження води в танк, або іншим модулем керування, таким як завантаження вершків.
2. Пристрій керується одним (і тільки одним) модулем керування – Тут може бути декілька логічних подій які викликаються модулем керування для впливу на обладнання. Наприклад , насос може бути запущений логікою виробництва або мийки.

Технологічний модуль

S88 визначає технологічний модуль (Equipment Module) як:

Іншими словами, технологічні модулі - це згруповані фізичні пристрої для виконання однієї або декількох конкретних функцій. Модуль може складатися з модулів керування або інших технологічних модулів.

На відміну від модулів керування, які переводять обладнання в певний стан, технологічні модулі завжди мають певне процедурне керування. Тобто, технологічний модуль має доволі складний набір логічних функцій, що реалізовує послідовності. На рис.14 показаний технологічний модуль, який вибирає матеріал і перекачує певну його кількість. Зверніть увагу, що модулі керування вбудовані в технологічний модуль.



На рис.14 один клапан виглядає так, наче висить у повітрі сам по собі. Технологічний модуль завантаження матеріалу (Material Charging Equipment Module) може керувати ним безпосередньо, але кращим рішенням буде, якщо він буде керуватися модулем керування 2-позиційним клапаном. Далі, технологічний модуль вже буде керувати цим модулем керування 2-позиціним клапаном.

Технологічні модулі, як правило, є робочими конячками автоматичного керування процесом. Вони зазвичай виконують одне (і тільки одне) завдання процесу, яке не залежить від продукту. Однак вони достатньо складні, щоб операторам виконувати ті самі функції вручну необхідно виконувати типовий порядок дій (standard operating procedure (SOP))

Технологічні модулі можуть працювати автономно, але найбільш часто вони пов’язані з забезпеченням процесу функціонування для апаратів. Якщо модуль асоційований з апаратом, він може постійно бути приєднаний до нього або приєднуватися на певний час. Якщо технологічний модуль можу бути приєднаний тільки до одного апарату в один момент часу, він називається ресурсом з ексклюзивним використанням (exclusive-use resource). Якщо він може використовуватися декількома апаратами одночасно, він називається ресурсом з загальним користуванням (shared-use resource).

Наприклад, завод може мати контур рециркуляції (технологічний модуль "рециркуляція"), який являється загальним для двох резервуарів для приготування партій. Контур може бути активним поки рецепт виконується або запущений оператором "вручну" як незалежна функція. Якщо завод хоче робити рециркуляцію тільки в контексті одного апарату в один час (оператори не хочуть змішувати вміст двох танків), технологічний модуль "рециркуляція" являється ресурсом з ексклюзивним використанням.

У наведеній нижче таблиці порівнюються можливості і поведінка технологічних модулів і модулів керування.

Збираємо все разом

Модулі керування і технологічні модулі об’єднуються разом з іншим обладнанням у вигляді апарату для забезпечення функціональності, необхідної для виконання процесу. На рис.15 показаний один простий приклад.



У межах технологічної комірки з апаратом може асоціюватися танк. Однак, якщо ми думаємо про всі показані на рисунку модулі керування та технологічні модулі, які постійно прикріплені до танку, межі апарату в дійсності розширяються на весь рисунок. У наведеній нижче таблиці показано додаткова інформація про апарати і технологічні модулі, порівнюючи їх між собою.



Далі

Пам'ятаєте три важливих елементи для визначення системи керування періодичними процесами:
- як розробити продукт (рецепти)
- які фізичні інструменти необхідно мати для створення продукту (обладнання)
- як запустити це обладнання (керуючі дії)
Ми дізналися про рецепти і обладнання. Тепер прийшов час дізнатися про третій елемент: керуючі дії. Ми будемо робити це, показуючи як рецепти поєднуються з функціями керування обладнанням.

http://www.batchcontrol.com/s88/01_tuto ... king.shtml
Зв'язування рецептів з обладнанням.

До сих пір ми обговорювали обладнання і рецепти використовуючи фізичну і процедурну керувальну модель. У розділі 4 показано, як для періодичного процесу визначаються рецепти з використанням процедур, а в розділі 5 та 6 було все про обладнання, включаючи модулі.

Але якось процедури рецепту повинні бути зв’язані з функціями керування обладнанням. Оператор може зробити всю партію керуючи однією функцією обладнання в один момент часу, але бере на себе відповідальність за усі види керування, таких як координаційне керування обладнанням і послідовними функціями. Якщо Ви хочете зробити продукт, який потребує комплексної обробки і ви хочете уникнути істотне втручання оператору, тоді Вам дійсно слід використати системи рецептурного керування (або batch engine).

Процедурне керування

Формально, процедурне керування (procedural control)направляє на обладнання дії, які відбуваються в заданій послідовності в порядку їх виконання в процес-орієнтованому завданні. Пам’ятаєте, що це є процедура рецепту, яка використовується для опису дій, необхідних для обладнання, щоб зробити свою річ.

Рис.16 показана матриця елементів процедурного керування, яка може виконуватися на різних рівнях обладнання. Оскільки S88 була розроблена для реалізації будь-якого рівня автоматизації, ми не робимо ніяких припущень, чи буде виконання процедурного керування оброблятися в електронному вигляді. Більш ніж ймовірно, Ви будете використовувати S88-сумісне програмне забезпечення для запуску вашого процесу, але оператор також зможе виконувати ручні процедури.



Процедура рецепту використовується для керування одним або більше апаратами в створенні продукту (або інакше кажучи в послідовності обладнання). Оскільки процедура охоплює апарати, тільки технологічна комірка може виконати її.

Апарат має найбільше можливостей для виконання процедурного керування, так як там можна запустити апаратні процедури (unit procedures), операції (operations) і етапи(phases). Технологічний модуль обмежується тільки виконанням етапу, а модулю керування не дозволяється виконання будь-якого процедурного керування.

Цей останній пункт дозволяє чітко розрізняти технологічні модулі і модулі керування: технологічний модуль має процедурне керування, зв’язане з ним (у вигляді етапу), а модуль керування ні. Якщо у Вас є модуль керування, який являється достатньо складним, що на ньому мають запускатися деякі процедури (окрім базової послідовності станів), більш ніж ймовірно, що Вам необхідно переглянути його як технологічний модуль.