ISA-88 het procedurele model Peter van den Berg Business Consultant/Education Engineer Click to add comments 1
Specificatie Procedural control Procedural control Procedure Unit procedure Coordination control Operation Specificatie Procedural control Phase Basic control 2 2
Specificaties maken PFD voor een algemeen overzicht Gebruik PFC (S88.02) voor procedural control Gebruik SFC (IEC 60848) voor phase logica, liefst meteen extended SFC (=> IEC 61131-3 SFC) Exception handling komt overal voor maar let op dat je het consequent gebruikt en op de juiste plaats zet! 3 PFC: Procedural Function Chart, een high level grafische modelleertaal voor receptbeschrijvingen. SFC: Sequential Function Chart, een grafische modelleertaal voor stappen besturingen. 3
PFD: Process Flow Diagram Logistiek model Eenvoudige weergave van processen Driehoek: een store ; een bufferplaats Rechthoek: een proces Flow aangeven met pijlen Geef korte beschrijvingen van de processen Gelaagdheid ook mogelijk Store Proces Flow 4 4
Voorbeelden van PFD s Evaporator Oil preparation Chocolate Syrup Air Paste + Gum Concentrate tanks Oil batch tanks Lentil Forming CIP Transport Water Coating Spray dryer Polishing 5 5
SFC: Sequential Function Chart Bedacht in Frankrijk GraphCET: Graphe de Commande Etape Transition Genormeerd in 1988: IEC 848 tegenwoordig IEC 60848 Overgenomen als een PLC-taal in de norm IEC 61131-3: SFC basis is hetzelfde, uitbreiding tbv execution 6 Grafcet komt van het "Graph de Commande Etape-Transition", hetgeen zoveel wil zeggen als: "tekening of schema van commando's (acties) die nodig zijn voor het stapsgewijs doen verlopen van een proces. Een diagram volgens deze tekenwijze geeft stap voor stap aan welke acties op welk tijdstip en onder welke voorwaarden moet plaatsvinden. Het diagram dient de toegankelijkheid van een systeem te vergroten. Dit heeft als voordeel dat de werking van systeem snel te begrijpen is, storingen snel gevonden kunnen worden en het systeem snel aan te passen is. 6
SFC: basis symbolen n 0 Stap: in een stap worden commando s of akties uitgevoerd Initiële stap: de beginstap van de SFC, hier worden de initiële akties/commando s uitgevoerd 7 Het besturingsproces wordt onderverdeeld in een aantal zo elementair mogelijke fasen. Elke fase kent een stap en de daarbij behorende actie(s). De stap speelt zich in feite af in de besturing, de actie vindt plaats in het proces of aan de machine. De stappen worden de één na de ander geactiveerd. De acties worden uitgevoerd zodra en zolang de desbetreffende stap actief is. 7
SFC: basis symbolen n n n n + 1 true/false Transitie: voorwaarde voor de overgang van de ene actieve stap naar een andere actieve stap de transitie is enabled als de voorafgaande stap(pen) actief is (zijn) 8 Tussen twee stappen bestaat een overgang. In de overgang bevindt zich een doorstapvoorwaarde. De overgang is geblokkeerd zolang nog niet aan de doorstapvoorwaarde is voldaan en wordt vrijgegeven zodra aan de doorstapvoorwaarden is voldaan. Een volgende stap wordt actief als: - De voorgaande stap actief is -Aan de doorstapvoorwaarde is voldaan Het vrijgeven van de overgang heeft tot gevolg: - De volgende stap actief wordt (set). -De vorige stap wordt uitgeschakeld (reset). 8
Acties in een stap n akties voorwaarden Feature "a" : Qualifier "b" : Action name "c" : Boolean "indicator" variables: "d" : Action using: IL language ST language LD language FBD language Graphical form +-----+--------------+-----+ --- "a" "b" "c" --- +-----+--------------+-----+ "d" +--------------------------+ PLC-talen ook gebruiken voor transities Qualifiers: S: Stored D: Delayed L: time Limited P: Pulse N: Non Stored R: Reset of combinaties: b.v. SD, DS, SL 9 Aan iedere stap kunnen één of meerdere acties zijn verbonden. De acties worden uitgevoerd op het moment dat de desbetreffende stap actief is. De uit te acties voeren kunnen zeer gevarieerd zijn, afhankelijk van het proces, bijvoorbeeld: Zuiger in of uit Schakelaar open of dicht Klep sluiten Stempel neerlaten Combinatorisch acties Enz., enz. Ook kunnen "interne" acties uitgevoerd worden zoals: Tellerstand verhogen Geheugen setten of resetten Tijdvertraging starten Enz., enz. 9
SFC: tegelijkertijd of keuze EN OF Let op: er zijn regels voor divergentie en convergentie! 10 Binnen een Grafcet is het ook mogelijk een vertakking aan te brengen. Wanneer op het knooppunt van de vertakking de keuze gemaakt moet worden tussen de ene òf de andere weg, spreken we van een OFdivergentie. Wanneer er bij een vertakking beide volgende stappen actief worden dan is er sprake van een EN-divergentie. Het grafische verschil tussen beide soorten vertakking is hierboven te zien. In bovenstaand figuur is te zien dat men voor een EN-divergentie dubbele strepen gebruikt. De doorstapvoorwaarde buiten de vertakking, als de doorstapvoorwaarde waar is zullen de volgende stappen actief worden. Bij de OF-divergentie gebruikt men een enkele streep. De doorstapvoorwaarden bevinden zich binnen de vertakking, het proces zal die vertakking volgen waarvan de doorstapvoorwaarde als eerste waar is. Als alle voorwaarden waar zijn, dan wordt de meest rechtse stap actief. 10
SFC: regels 2 stappen kunnen nooit direct na elkaar komen Idem voor 2 transities een stap is minstens actief gedurende 1 cyclus van de PLC convergentie regels bij EN-OF divergenties 11 11
Tips voor SFC Let op met Set/Reset functies Zorg dat de structuur simpel blijft Combineer meerdere stappen tot 1 stap Denk aan het gebruik van logica in een stap (b.v. gebruiken voor exception handling) 12 12
Tabelmethode tbv specificatie SFC s Step Description Actions/Conditions Remarks 0 Begin 0>1 HMI Start 1 Start-up Start Drying wheel Enable PID Loop regenerating & Humidity Set system set-points Air temperature Air Pre cool temperature Air flow Humidity 1>2 Timer 2 Regeneration Start regeneration Fan 2>3 Fan started 3 Start control Start all PID controllers Start Process Fan (ramp) Ramp up process Fan in x minutes from 0 to Stand-by set point 3>4 Set points reached within +/- x% 4 End 13 13
Een andere methode Requests Internal resources Acquired resources Alarms State: Running Stopping Restarting Aborting Holding STEP: S1 S2 Sn S1 S1 S1 S1 Transitions Messages SFC Parameters Reports 14 14
PFC: Procedural Function Chart PFC is gebaseerd op IEC 60848 (SFC) Is hoger in hiërarchie als SFC Is bedoeld om procedural control te specificeren Gedefinieerd in S88.02 tbv ondersteuning voor receptuurontwikkeling 15 15
PFC: basiselementen Phase Operation Unit Procedure Procedure Identifier Identifier Identifier Identifier ` Start Einde Identifier + 16 16
PFC: Synchronisatie n n n n + 1 true/false IDENTIFIER IDENTIFIER Synchronisatie voor PFC s werkt wezenlijk anders dan voor SFC s!! Als de voorwaarde WAAR is, dan zal een verzoek om te stoppen gedaan worden aan de equipment phase De transitie wordt pas uitgevoerd als de equipment phase beeindigd is EQUIPMENT PHASE 17 17
PFC: Synchronisatie Add A Add A S01 ` S01 Heat Transfer from Pre-Mix Transfer to Reactor Heat Transfer from Pre-Mix TR2 TR2 Transfer to Reactor (De-)Allocatie 18 18
PFC: voorbeeld Http://www.wbf.org/Publications/EmersonS88Paper.htm 19 19
PFC: voorbeeld (2) 20 20
PFC: voorbeeld (3) 21 21
Benamingen Onderdelen van het Physical model: Zelfstandige naamwoorden Onderdelen van het Procedural model: Werkwoorden Een systematiek in nummering is handig 22 22
Procedureel model Procedure Unit procedure Operation Phase 23 23
Phase Phase Voorbeeld: Afpompen Roeren Verwarmen (Proces-)Actie op Unit of Equipment Module niveau Is het kleinste procedurele element Kunnen tegelijk (parallel) aktief zijn Kunnen uit zichzelf stoppen (discontinu = zonder commando van buitenaf) of door een commando (continu) (Meestal) een onafhankelijke proces actie!! Bij het ontwerp is het belangrijk te weten op welk niveau de recepten zullen worden aangepast, dit bepaalt mede hoe er met phases en operations moet/kan worden omgegaan!! 24 3.34 phase: The lowest level of procedural element in the procedural control model. 24
Phase specificeren Wat in de phase gebeurt, beschrijven met behulp van b.v. een SFC (Sequential Function Chart) PLI = Phase Logic Interface Phase is installatie geörienteerd De phase is eigenlijk de link tussen de installatie en het proces 25 25
Phase Logic Interface Start Hold Restart Abort Reset Phase Logic Ready Interlocked Run Held Aborted Parameters Stop error Phase completed Control Logic Parameters 26 26
Phase Logic State Diagram (InBatch) Ready Nee Interlock PLC Control Ja Interlocked Start Inbatch control Reset Inbatch control Nee Run Proces PLC Control Done Alarm PLC Control Hold Inbatch control Operator Start/Stop/Reset PLC Control Restart Inbatch control Reset Inbatch control Ja Hold Abort Inbatch control Aborted 27 27
Phase Logic State Diagram (PCS-7) 28 28
Voorbeeld PLI BatchControl (PC) PLC PLI PLI PLI PLI PLI Stap prog. Stap prog. Stap prog. Stap prog. Stap prog. Ontvangen Suiker Vaten Standaardiseren CIP 29 29
Voorbeeld: Phase vullen Phase: vullen Initialisatie AKTIE Beëindigen 0 1 2 Niet nodig Altijd Open vulklep Commando stop vullen Sluit vulklep Status vulklep "dicht" 30 30
Oefening: Phase Doseren G1 Ontwerp nu zelf de phase voor Doseren G1 Phase: dosereng1 0 Reset Hoeveelheid Overname setpoint hoeveelheid Hoeveelheid = 0 1 Open klep doseren Instellen setpoint Hoeveelheid >= setpoint hoeveelheid 2 Sluit klep doseren Status klep doseren "dicht" 31 31
Operation Operation Voorbeeld: Vullen Afvoer Actie op Unit niveau Kan opgebouwd worden uit één of meerdere phases Er kan maar één Operation actief zijn in een Unit Een operation is altijd discontinu Zo ontwerpen dat na de Operation de Unit in een stabiele toestand komt (hier kan het proces onderbroken worden) 32 3.31 operation: A procedural element defining an independent processing activity consisting of the algorithm necessary for the initiation, organization, and control of phases. 32
Definieer operations Let op operator taal Let op status omschrijvingen Let op bewerkingen Lees beschikbare recepten en groepeer Voer handelingen analyse uit Multi disciplinaire aanpak Toetsing met testrecepten 33 33
Verschillen Operation -Phase Operation 1 aktief in een unit Proces georienteerd Altijd een eindcriterium Phase Meerdere parallel aktief Installatie georienteerd Continue of discontinue 34 34
Oefening: Operation Oefening: maak PFC Toevoegen grondstof 1 35 35
Beschikbare phasen Ontwerp de Operation Doseren met behulp van deze 2 phasen: Phase: vullen Phase: dosereng1 0 1 Niet nodig Altijd Open vulklep 0 1 Reset Hoeveelheid Overname setpoint hoeveelheid Hoeveelheid = 0 Open klep doseren Instellen setpoint Commando stop vullen Hoeveelheid >= setpoint hoeveelheid 2 Sluit vulklep Status vulklep "dicht" 2 Sluit klep doseren Status klep doseren "dicht" 36 36
Uitwerking oefening EM: dosering G1 Vullen Doseren G1 Doseren G1 Gereed 37 37
Structuur van automatische programma s Initialisatie ACTIE Beeindigen (Start-up) Ok (Stabiel houden) Eind criterium (Shut-down) 38 38
Interactie met Basic Control Operatie/Phase Init Cyclisch End Start Settings Status Stop Besturing Start state Cyclische besturing Stoppen 39 39
Unit procedure Unit Procedure Voorbeeld: Maak product A Actie op Unit niveau Er kan maar één Unit Procedure tegelijk in een Unit actief zijn Een Unit Procedure geeft aan welke Operations, in welke volgorde uitgevoerd moeten worden De Unit Procedure moet volledig afgehandeld zijn voordat het product de Unit kan verlaten 40 3.61 unit procedure: A strategy for carrying out a contiguous process within a unit. It consists of contiguous operations and the algorithmnecessary for the initiation, organization, and control of those operations. 40
Procedure Procedure Voorbeeld: Maak eindprodukt Actie op Process Cell niveau Moet bestaan als er meer dan 1 Unit gebruikt wordt voor een batch In een Process Cell kunnen meerdere Procedures actief zijn (dit zijn dan uiteraard meerdere batches!) 41 3.37 procedure: The strategy for carrying out a process. NOTE- In general, it refers to the strategy for making a batch within a process cell. It may also refer to a process that does not result in the production of product, such as a clean-in-place procedure. 41
Opdracht: maak een PFD Proces: volgende sheet Logistiek model Eenvoudige weergave van processen Driehoek: een store ; een bufferplaats Rechthoek: een proces Flow aangeven met pijlen Store Proces Flow 42 42
43
Uitwerking PFD #1 #2 #3 #4 Premix 1 44 44
45
Uitwerking PFD (2) #1 #2 #3 #4 Premix 1 Premix 2 Reactor 1 Reactor 2 46 46