Avtomatizacija talilnega kotla z uporabo standarda ISA … · UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO Peter Rajterič Avtomatizacija talilnega

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Peter Rajterič

Avtomatizacija talilnega kotla

z uporabo standarda ISA-S88.01

Diplomska naloga

Maribor, Junij 2008

I

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO 2000 Maribor, Smetanova ul. 17

Diplomska naloga univerzitetnega študijskega programa

Avtomatizacija talilnega kotla

z uporabo standarda ISA-S88.01

Študent: Peter Rajterič Študijski program: univerzitetni, Elektrotehnika Smer: Avtomatika

Mentor: doc.dr. Nenad MUŠKINJA

Maribor, Junij 2008

II

III

ZAHVALA

Za izkazano pomoč pri izdelavi diplomske naloge se zahvaljujem podjetju TRAC

d.o.o, ki mi je omogočilo študij šaržnih procesov in me s tem popeljalo v nadaljnjo delo s

področja procesne avtomatizacije. Še posebej hvala direktorju podjetja g. Tomažu Rešetiču

in mentorju diplomske naloge doc.dr. Nenadu Muškinji.

Posebna zahvala velja moji družini, ki mi je vseskozi stala ob strani ter Anji Golčer

za lektoriranje diplomske naloge, motivacijo in spodbudo pri študiju.

IV

AVTOMATIZACIJA TALILNEGA KOTLA Z UPORABO STANDARDA ISA-S88.01

Ključne besede: ISA-S88.01, funkcijska specifikacija, šaržna proizvodnja, OP terminal UDK: 681.51:621.745.3-932.1(043.2) Povzetek

Diplomsko delo predstavlja uporabo mednarodnega standarda ISA-S88.01 na

praktičnem primeru talilnega kotla. Osnova za uporabo standarda je modeliranje procesa,

s čimer postanejo kompleksne akcije enostave ter s tem enostavne za implementacijo.

Opisani so osnovni potrebni moduli, ki so uporabljeni za avtomatizacijo priprave talin.

Preko proceduralnega modela standarda je realizirano tudi upravljanje talilnega kotla.

V

MELT REACTOR AUTOMATION WITH USING STANDARD ISA-S88.01

Key words: ISA S88.01, function specification, batch production, OP panel UDK: 681.51:621.745.3-932.1(043.2)

Abstract

Graduate work present use of international standard ISA-S88.01 on the practise

example for automative melt reactor. The main goal of standard is modelling proces which

gives result, that complex actions become simple action and therefore easy for

implementation. Through degree the necessary moduls are decribed which are used for

automation melt preparation. System control is realized through procedure model of

standard.

VI VSEBINA

UPORABLJENI SIMBOLI VII

1 UVOD 2

2 UVOD V STANDARD ISA-S88.01 5

2.1 Fizični model ISA-S88.01 7

2.2 Proceduralni model ISA-S88.01 11

2.3 Opis prehajanja stanj po standardu S88.01 13

3 FUNKCIJSKA SPECIFIKACIJA TALILNEGA KOTLA 17

3.1 Avtomatsko izvajanje celotne sekvence operacij 17

3.2 Ročno izvajanje operacij 19

3.3 Definicija opreme talilnega kotla 22

3.4 Faze za pripravo talin 24

4 UPRAVLJANJE TALILNEGA KOLTA 38

4.1 Osnovna operacija 39

4.2 Vakuumiranje 40

4.3 Test tesnosti kotla 41

5 OPIS PROGRAMSKE IN STROJNE OPREME 43

5.1 Programsko orodje STEP 7 45

5.2 OP panel 46

5.3 Talilni kotel 48

6 SKLEP 49

7 LITERATURA 50

8 PRILOGE 52

VII

UPORABLJENI SIMBOLI ISA-S88.01 Mednarodni standard za vodenje šaržnih procesov

URS User requirement specification

EM Equipment modul

CM Control modul

DN Delovni nalog

OP Operaterski panel

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition

PLC Programmable Logic Controller

Touch panel Zaslon občutljiv na dotik

Ethernet Industrijski komunikacijsko vodilo

Profibus Process Field Bus ( komunikacijsko vodilo)

MPI Multipoint interface

CPE Centralno procesna enota

STEP 7 SIEMENS programsko orodje za avtomatizacijo procesov

Pascal Strukturiran programski jezik

Protool Orodje za programiranje operaterskih panelov

VPUH Voda purificirana hladna

CO2 Oglikov dioksid

PID Propocionalno Integralni Diferencialni regulator

Peter Rajterič, Diplomsko delo 2

1 UVOD Za modernizacijo procesov se odloča večina uspešnih podjetij. To kar nekateri gledajo kot

prisilo, je praktično nujno za uspešno dolgoročno poslovanje podjetja. Dandanes podjetje ne

more preživeti, če ne gre v korak s časom. Za takšno modernizacijo so se odločili tudi v

farmacevtskem obratu Ljutomer, KRKA d.d., Novo Mesto. Za izdelavo tablet potrebujemo kot

sekundarno surovino tudi talino, s katero se v kasnejši fazi proizvodnje obloži tablete. Priprava

taline se po prej predpisanem tehnološkem postopku izvaja s talilnim kotlom, katerega

upravljanje je potrebno avtomatizirati. Ker gre za avtomatizacijo šaržnega procesa, ki kot

surovino sprejme prah in vodo z drugimi dodatki, kot produkt pa nastane talina, je avtomatizacija

procesa realizirana po standardu za šaržno proizvodnjo ISA-S88.01.

Šaržni proces je definiran kot proces, pri katerem dobimo končne količine produkta tako,

da končno količino vhodnega materiala obdelujemo z urejenim zaporedjem procesnih aktivnosti

preko omejenega časovnega intervala in pri tem uporabimo enega ali več kosov opreme. Produkt

proizveden v šaržnem procesu se imenuje šarža, podatki o postopku pa so zbrani v receptu.

Šaržni proces je torej sestavljen iz sekvence kontinuiranih procesov, npr.: polnjenje, mešanje,

segrevanje, reakcija, ohlajanje, praznjenje, kar pomeni, da sta oba tipa postopkov zelo prepletena.

Pri vodenju šaržnih procesov moramo tako uporabiti kombinacijo kontinuiranega vodenja

posameznih enot ter sekvenčnega vodenja šarž, zaradi česar je vodenje šaržnih procesov

zahtevnejše od vodenja čistih kontinuiranih ali čistih sekvenčnih procesov.

Delitev procesov glede na prevladujoči tip spremenljivk:

Kontinuirani proces (procesi, kjer se snov, energija ali informacija zvezno pretakajo

skozi proces, npr.: pridelava naftnih derivatov)

Sekvenčni proces (procesi, pri katerem nastopajo zaporedja različnih med seboj

ločljivih stanj, npr.: vožnja dvigala)

Diskretni proces (procesi, pri katerih nastopajo posamezni objekti, ki jih

preoblikujemo, sestavljamo, transportiramo in skladiščimo, pri

čemer objekti ohranjajo svojo identiteto, npr.: sestavljanje

radijskih aparatov iz sestavnih delov)


Šaržni proces (so kombinacije kontinuirnih in sekvenčnih procesov, npr.:

nevtralizacija bazičnih, tehnoloških odpadkov s CO2)

Dobra lastnost šaržnih procesov je njihova velika fleksibilnost, saj je mogoče z isto

opremo proizvajati širši spekter proizvodov. Šaržni procesi so primerni pri pogostih spremembah

specifikacij proizvoda in pri proizvodnji manjših količin proizvodov, ki imajo tipično veliko

dodatno vrednost. Srečujemo jih na nekaterih področjih farmacevtske industrije in biotehnologije,

kemične, kovinske in prehrambene industrije.

Kompleksnost vodenja šaržnih procesov je privedla do nastanka neobvezujočega

standarda ISA-S88.01, ki je eden najbolj uporabljenih standardov v farmacevtski industriji.

Standard podaja terminologijo in metodologijo modeliranja šaržnega procesa, s čimer omogoča

njegovo poenoteno definicijo in razumevanje. Standard definira modularnost pristopa, ki je jasen

vsakomur, ki dojema kompleksnost tehnoloških procesov in ve, da brez delitve sistema na več

nivojev ni mogoče obvladovanje aktivnosti, ki so potrebne za razvoj, validiranje in vzdrževanje

takega sistema.

Procesna oprema samo po sebi ponuja modularni pristop. Šaržni in diskretni procesi imajo

tipičen koncept modulacije za potrebe avtomatizacije in so lahko kontrolirani boljše kot

kontinuirani procesi. Zadnje čase se za večino proizvodnih procesov uporablja modularni pristop,

ki ima bistvene prednosti v korist fleksibilnosti. Šaržni in diskretni procesi lahko uporabljajo isto

opremo za izdelavo različnih produktov, eden za drugim prav z organizacijo različnih procesov v

module.

Standard ISA-S88.01 je namenjen za:

ljudi, ki so vpleteni v razvoj šaržne proizvodnje

ljudi, ki so odgovorni za razvoj programske opreme

ljudi, ki so vpleteni v predstavitev izdelkov na področju vodenja

Standard ISA-S88.01 opisuje definicijo fizičnega in proceduralnega modela, ki razdelita

proces na dva dela. Fizični model razdeli procesno opremo na module opreme in kontrolne

module, ki so potrebni za izvajanje določenih aktivnosti. Procesna oprema, ki sestavlja šaržni

proces, sama po sebi ne opravlja nobenih aktivnosti. Zato je potrebno definirati proceduralni

model , ki nad omenjeno opremo postavi akcije. Proceduralni model tako opisuje kontrolo, ki


poveže akcije nad opremo. Oprema je razdeljena v sekvence, ki izvršujejo procesna opravila.

Elementi proceduralnega modela so povezani v hirahijo, kjer vsak od njih izvaja ustrezno akcijo.

Praktičen primer uporabe standarda ISA-S88.01 je predstavljen na primeru talinega kotla,

za katerega so opisani osnovni gradniki oziroma moduli. Procesna oprema je razdeljena v

module, ki služijo za avtomatizacijo priprave talin. Z delitvijo opreme v najmanjše elemente

”module” je doseženo, da je obvladovanje celotnega sistema poenostavljeno. Z načinom

razdelitve opreme postanejo kompleksne akcije enostavne in s tem njihovo obladovanje lažje.


2 UVOD V STANDARD ISA-S88.01 ISA-S88.01 je mednarodni standard, ki definira terminologijo in modele za šaržno

proizvodnjo. Standard prav tako služi za pomoč pri definiranju in kategorizaciji šaržnih procesov.

Hkrati pa zagotavlja skupno terminologijo med različnimi tipi sistemov. Kot standard je v pomoč

ne samo pri načrtovanju, ampak tudi za operacije namenjene planiranju šaržne proizvodnje. ISA-

S88.01 ne opisuje implementacijo avtomatike, ampak enostavno podaja skupek modelov in

terminologije, ki se uporabljajo. Modeliranje procesa je osnova za implementacijo ISA-S88.01

standarda. Prvi del standarda ISA-S88 je rezultat prvega dela od skupno dveh, ki sta namenjeni

kontroli šaržnih procesov. Poimenovan je pod sledečo oznako (ISA-S88.01, Batch Control, Part

1: Models and Terminology). Univerzalni model je v pomoč uporabnikom in načrtovalcem, da

uporabljajo skupno terminologijo. Ta standard tako pomaga predstaviti zbirko znanj na preprost

in eleganten način.

ISA-S88.01 ne opisuje implementacijo avtomatike, enostavno podaja skup modelov in

teminologije, ki se uporabljajo. Modeliranje procesa je osnova za implementacijo S88 standarda.

Potrebno je določiti meje modula, ki ga sestavljajo komponente. Namen vsake komponente mora

biti usklajen z namenom modula. Vsi elementi modula morajo imeti podoben namen. Primer:

Namen vakumskega sistema je vzdrževanje konstantnega podtlaka v posodi. Namen sistema za

proizvodnjo topila je kondenziranje topila iz procesne pare in ga zbirati kot produkt. Sistem za

proizvodnjo pare uporablja vakumsko črpalko, za pridobivanje topila iz rezervoarja. Vendar pa je

namen vakumskega sistema različen od sistema za proizvodnjo topila. Vakumski sistem se lahko

uporablja neodvisno od sistema za proizvodnjo topila, zato jih lahko ločimo v dva različna

modula.

Osnovna koraka pri izvedbi projektov ob upoštevanju standarda ISA-S88.01 sta

definiranje fizičnega in proceduralnega modela. Z definiranjem fizičnega modela, definiramo

kako bo proces organiziran glede na razpložljivo kapaciteto opreme. Fizični proces se definira od

zgoraj navzdol, kar pomeni, da se fizični model procesa definira na podlagi uporabniških zahtev.

Le te opiše uporabnik, s katerimi definira celoten procesa proizvodnje. Uporabniške zahteve

(URS) opisujejo proces zelo splošno in definirajo kakšno opremo potrebujemo in kateri so glavni

koraki procesa. Ko je splošni opis procesa narejen, se določijo kontrolni (CM) moduli in moduli

opreme (EM). Ti se definirajo glede na splošni opis procesa. Zatem sledi definiranje

proceduralnih modulov, ki uporabljajo informacije, ki so bile definirane v prejšnjem koraku.


Implementacija ISA-S88.01 se začne z dobro definiranim procesom:

Katere glavne procesne korake moramo doseči ?

Kateri moduli so potrebni, da lahko izvedemo te korake?

Slika 1: Proces modularizacije

Celoten sistem je sestavljen iz posameznih naprav (objektov), na katerih se izvedejo

posamezne sekvence v okviru proizvodnje določenega izdelka. Poleg sekvenc se na PLC izvajajo

še programski moduli, ki bodo opisani v nadaljevanju.

Proizvodnja določenega izdelka je sestavljena iz različnih tehnoloških faz, ki jih z vidika

avtomatizacije lahko vpnemo v sledeče aktivnosti:

priprava proizvodnih receptur

priprava lokalnih receptur

razpis delovnega naloga (DN) na osnovi overjene proizvodne recepture

napoved posamezne sekvence v okviru razpisanega delovnega naloga

izvedbo sekvence

izpis končnega poročila, ko je izvedena sekvenca za izbrani DN


2.1 Fizični model ISA-S88.01

Fizični model se uporablja za opisovanje fizičnega vidika načrtovanja avtomatizacije.

Fizični vidik je navadno organiziran v obliki hierarhije. Definira štiri nivoje. Vsakemu izmed njih

pa pripadajo določeni tipi opreme. V nekaterih primerih je grupiraje enega nivoja združeno v

drugo grupo, ki pa pripada istemu nivoju. Inženirske aktivnosti tipično določijo nivoje in grupe,

ki pripadajo določenim nivojem. Razlog grupiranja je v tem, da poenostavimo operacije nad

opremo. Kasneje tako ni več mogoče ločevanje opreme v druge grupe, razen v primeru

reorganizacije opreme.

Fizični model je konstruiran od vrha navzdol in dokumentira osnovne fizične zmožnosti

opreme, cevovodov, kontrole. Začnemo s splošnim opisom procesa. Pri tem se moramo vprašati,

katere glavne kose opreme potrebujemo in katere glavne procesne aktvnosti moramo izvajati.

Potem z uporabo kontrolnih (CM) modulov in modulov opreme (EM), kot ”LEGO” kocke,

zgradimo fizičen model proti vrhu.

Slika 2:Fizični model

Procesna celica (Process Cell)

Procesna celica je most med logično kontrolo na eni strani procesnega inženiringa in med

področjem, ki se uporablja za šaržno proizvodnjo. Potrebno pa je vedeti, da produkt iz tega

konteksta še ni končni produkt proizvodnje namenjen za prodajo, ampak je lahko vmesni

produkt, ki se uporablja v drugih procesih. Zato je procesna celica domena šaržne proizvodnje.


Enota (Unit)

Enota (UNIT) predstavlja logično skupino opreme za izvajanje procesnih aktivnosti in je

zbirka EM in CM modulov. Moduli so vsebovani znotraj enote (unit) ali so pridobljeni le

začasno z namenom izvrševanja glavnih procesnih aktivnosti. Enota ima lahko več ključnih

lastnosti.

Pogoji za definiranje enote:

Vsebuje spremenljivo količino opreme EM in CM modulov;

Operira s celotno ali samo z deli šarže;

Istočasno lahko operira samo nad eno šaržo;

Ne more pridobiti druge enote;

Deluje neodvisno od druge enote.

Enota je v splošnem definirana kot modul s pripadajočo opremo, ki povzroči spremembo

v pogoju ali stanju produkta. Tukaj je nekaj praktičnih nasvetov, ki govorijo ali je nekaj lahko

enota oziroma ne.

Predstavlja vse glavne dele opreme kot so posode, reaktorji, rezervarji;

Če posoda ne vsebuje materiala za daljši čas, potem je lahko enota. Rezervoarji, ki so

namenjeni za shranjevanje tako ne morejo biti enota;

Če je v posodi materiala za več kot za eno šaržo, potem ta posoda ne more biti enota, saj

lahko akumulira za več kot eno šaržo materiala.


EM modul (modul opreme)

Enota se razdeli na module opreme (EM). Ti predstavljajo funkcionalno skupino elementov

osnovnega vodenja za izvajanje manjših procesnih nalog. EM modul lahko opišemo kot

funkcionalno skupino modulov, ki lahko izvršujejo končno število manjših procesnih aktivnosti.

EM modul ima nekaj ključnih lastnosti:

Sestavljajo ga oprema, kontrolni moduli, drugi moduli opreme;

Vsebuje vso opremo in kontrolno funkcionalnost potrebno za izvrševanje procesnih

funkcij;

Navadno je obkrožen s končnimi kosi opreme, primer: toplotni izmenjevalec, tehtalna

posoda;

Njegovo področje je definirano s končnim številom procesnih aktivnosti;

Je del procesne celice, enote ali kakšnega drugega EM modula;

Predstavlja procesno akcijo (npr: gretje, vakumiranje, transport, itd...). Predstavlja kaj se

dogaja z materialom. Vsaka oprema faze izvrši določeno opravilo;

Za izvrševanje opravila je potrebena določena oprema. Ti deli opreme so definirani pod

eno enoto, ki jo sestavljajo EM moduli.

CM modul (kontrolni modul)

Elementi osnovnega vodenja (CM) predstavljajo najmanjši del opreme za elementarno

kontrolo procesa. Tukaj so vključeni senzorji, ventili, motorji, frekvenčni regulatorji, PID zanke

in podobno.

Kontrolni modul je najmanjši modul opreme in je lahko del enote, EM modula, ali

drugega kontrolnega elementa. Kontrolni modul predstavlja najnižji nivo grupiranja in operira

kot eden bistvenih elementov. Kontrolni modul tako izvršuje osnovno kontrolo. Osnovna

kontrola lahko vsebuje regulatorno kontrolo ali sekvenčno kontrolo. Sekvenčna kontrola lahko

vključuje osnovno statusno kontrolo, kar predstavlja upravljanje in nadzor. CM modul ima nekaj

ključnih lastnosti.


Tipično je zbirka senzorjev, aktuatorjev in drugih kontrolnih modulov;

Predstavlja izhod. Preprost kontrolni modul, ki ga definiramo je lahko izhoda oprema kot

je kontrolni ventil ali ventilski otok. Primer kontrolnega modula je lahko tudi PID

regulator tlaka;

Predstavlja meritev, alarme in kontrolne akcije.

Fizični model procesa definira osnovne fizične zmožnosti opreme, cevovodov in kontrole.

Ko je definiran fizični model procesa, je potrebno ugotoviti njegovo funkcionalnost. Definirajo se

faze, ki tečejo na modulih opreme ali enotah. Faze se uporabljajo kot osnova za definiranje

celotne funkcionalnosti.


2.2 Proceduralni model ISA-S88.01

Proces si lahko predstavljamo kot sekvenco ali definiran red kemijskih, fizikalnih ali

bioloških aktivnosti za pretvorbo, transport ali shranjevanje materiala. Vsak proces, ki ima kot

svoj izhod končno količino materiala je klasificiran kot šaržni proces. Šaržni procesi so lahko

razdeljeni in organizirani v hierarhiji. To je definirano s strani proceduralnega modela.

Proceduralni model opisuje kontrolo, ki poveže akcije nad opremo. Oprema pa je

razdeljena v sekvence, ki izvršujejo procesna opravila. Ti proceduralni elementi so organizirani v

hierarhijo.

Ko je definiran fizični model procesa je potrebno ugotoviti njegovo funkcionalnost. Faze,

ki se definirajo kot osnovni gradniki proceduralnega upravljanja, se izvajajo na EM modulih ali

enotah. Faze se uporabljajo kot osnova za definiranje celotne funkcionalnosti.

Slika 3:Proceduralni model


Procedure

Procedura je strategija za izvrševanje procesov. Domena oziroma oblast nad proceduro je

procesna celica. Procedura je najvišji nivo v hierarhiji.

Unit procedure (enote procedure)

Je strategija za izvrševanje sorodnih procesov znotraj ene enote. Sestavljena je iz operacij in

metod potrebnih za inicializacijo, organizacijo in kontrolo. Večdelne enote procedure (unit

procedure), ki so sestavljene iz večih unit procedure lahko izvajajo sorodne, enake in različne

enote (units).

Operacija

Operacija je po vrsti sestavljena iz niza faz. Navadno privzame material, ki je bil

sprocesiran iz enega v drugo stanje, vključujoč kemične, fizikalne ali biološke spremembe.

Standard predpisuje, da je v eni enoti istočasno lahko aktivna samo ena operacija. Operacije se

izvajajo zaporedno (dve operaciji ne moreta delati istočasno). Operacije uporabljajo za svoje

delovanje faze.

Faza

Faza je najmanjši element proceduralnega kontrolnega modela. Izvršuje specifično

procesno opravilo. Faze se lahko izvajajo paralelno ali sekvenčno. Faza lahko zaključi samo sebe

brez kakršnekoli zahteve od zunaj. Več faz lahko dela paralelno. Faza je najmanjša skupina

procesne akcije. Faza mora biti načrtovana tako, da omogoča varno upravljanje.


2.3 Opis prehajanja stanj po standardu ISA-S88.01 Statusna funkcija skrbi za pravilno izvajanje diagrama prehajanja stanj na nivoju faze in

operacij. Vsaka operacija ali faza, ki se izvaja na logičnem krmilniku, lahko zavzame stanje,

glede na predpisan diagram prehajanja stanj, ki je prikazan na sliki 4.

Slika 4:Diagram prehajanja stanj Legenda Prehodno stanje Končno stanje Mirovno stanje ==> Prehod generira sistem avtomatsko

Tabela 1: Legenda prehajanja stanj

AKTIVEN (running)

PREKINJANJE (aborting)

PREKINJEN (aborted)

USTAVLJANJE (stopping)

USTAVLJEN (stopped)

NEAKTIVEN (idle)

KONČANO (complete)

ZAČANO USTAVLJEN

(held)

PREKINI (abort)

STOP

RESET

NADALJUJ (restart and not fail)

RESET

START and not fail

USTAVLJANJE (holding)

RESET

Izvedena sekvenca Izvedena sekvenca Izvedena sekvenca

NAPAKA-USTAVITEV (fail-hold)

NADALJUJ (restarting)

Izvedena sekvenca

STOP PREKINI (abort)

Izvedena sekvenca


2.3.1 Stanja proceduralnih elementov

Stanja proceduralnih elementov se glede na možne prehode in prehodne pogoje delijo na

končna (final states), mirujoča (quiescent states) in prehodna stanja (transient states). Prehod v

končno stanje se izvede samodejno ob zaključku predhodnega stanja, edini možni prehod iz njega

je z ukazom (reset), ki povzroči prehod v neaktiveno stanje.

NEAKTIVEN (IDLE)

V tem stanju je proceduralni element neaktiven kar pomeni, da so vsi izhodi iz elementa

neaktivni in da se proceduralna logika ne izvaja.

AKTIVEN (RUNNING)

V primeru, ko statusna funkcija postavi zahtevo za normalno delovanje (RUNNING) se

izvede ”RUNNING” logika. Znotraj same ”RUNNING” logike se program razbije na korake

glede na opis faze v funkcijski specifikaciji. Tako proceduralni element deluje tako kot je

definirano v funkcijski specifikaciji.

USTAVLJEN (STOPPED)

V primeru STOP je proceduralni element ustavljen na kontroliran način. Izvede se

zaustavitev pred normalnim koncem (COMPLETE). Izhod iz tega stanja je samo (reset).

ZAČASNO USTAVLJEN (HELD)

Začasna zaustavitev delovanja fazne logike. V primeru napake faze ali intervencije

operaterja, gre faza skozi (HOLDING) logiko v varno stanje (HELD). Po odpravljeni napaki se

lahko nadaljuje z delovanjem z (resume). Iz tega stanja je možno nadaljevati izvajanje (resume),

prekiniti izvajanje (abort), ali ustaviti izvajanje proceduralnega elementa (stop).


PONOVNI START (RESTARTING) Iz začasne zaustavitve faze (HELD) lahko faza nadaljuje z delovanjem. Skozi

(RESTARTING) logiko se vzpostavijo spet pogoji za normalno delovanje (RUNNING).

PREKINJEN (ABORTED)

Takojšna ustavitev fazne logike. (Aborting) logika je tipično predvidena za takojšnjo

zaustavitev fazne logike, v primeru da je prišlo do kritičnih izpadov na sistemu. Možen izhod iz

tega stanja je samo (reset).

KONČANO (COMPLETE)

V to stanje preide proceduralni element, ko so izpolnjeni vsi pogoji za zaključek

izvajanja.

2.3.2 Ukazi proceduralnega elementa

Komande, ki jih sprejema proceduralni element (faza ali operacije), pridejo preko OP

panela ali preko SCADA in sprožijo določene operacije oziroma faze.

START

Ukaz za začetek izvajanja proceduralnega elementa. Velja samo kadar je element v

neaktivnem stanju.

STOP

Ukaz za izvajanje logike za zaustavljanje (stopping logic).

NAPAKA-USTAVITEV (HOLD)

Ukaz za izvajanje logike za začasno ustavitev (holding logic).


NADALJUJ (RESTART)

Ukaz za nadaljevanje izvajanja proceduralnega elementa. Ukaz je veljaven samo za stanje

začasne ustavitve.

PREKINI (ABORT)

Ukaz za izvedbo prekinitve (aborting logic). Ukaz je veljaven za vsa stanja razen za

neaktivno, končano, v prekinjanju in prekinjeno.

RESET

Ukaz za prehod v neaktivno stanje. Ukaz je veljaven za stanja: začasno ustavljeno,

končano, prekinjeno, ustavljeno.

2.3.3 Matrika prehajanja stanj Glede na opise v prejšnjih poglavjih lahko definiramo matriko prehajanja stanj. Ukazi Začetno stanje Naslednje

stanje brez ukaza

START HOLD RESTART STOP ABORT RESET

IDLE RUNNING RUNNING COMPLETE HOLDING STOPPING ABORTING COMPLETE IDLE HOLDING HELD HELD RESTARTING STOPPING ABORTING RESTARTING RUNNING HOLDING STOPPING STOPPED ABORTING STOPPED IDLE ABORTING ABORTED ABORTED IDLE

Tabela 2:Matrika prehajanja stanj


3 FUNKCIJSKA SPECIFIKACIJA TALILNEGA KOTLA

Funkcijska specifikacija definira delovanje programa za pripravo talin in operacij, ki so

del sistema avtomatike za pripravo talin. Priprava talin se izvaja v talilnem kotlu z zaporednim

izvajanjem operacij, ki so definirane glede na tehnološki opis. Krmiljenje procesne opreme, ki je

potrebno za delovanje kotla je izvedeno po standardu ISA-S88.01.

Nadzorno krmilni sistem omogoča izvajanje celotnega programa (t.j. vseh operacij v določenem

zaporedju) za pripravo talin na osnovi vnaprej predpisanih parametrov, poleg tega pa omogoča

tudi zagon posamezne operacije, ki je sestavni del programa. V nadaljevanju tega poglavja bodo

opisane posamezne operacije in način upravljanja z njimi.

Upravljanje s talilnim kotlom se izvaja lokalno preko operaterskega panela ali daljinsko

preko nadzornega sistema SCADA, in sicer na dva načina:

Z avtomatskim izvajanjem celotne sekvence operacij;

Izvajanje izbrane operacije.

3.1 Avtomatsko izvajanje celotne sekvence operacij Program za pripravo taline se izvaja kot zaporedje posameznih operacij. Parametri za

izvedbo programa se pred pričetkom vnesejo v okviru napovedi za posamezno šaržo. Priprava

raztopin se vedno zažene iz lokalnega OP panela.

Vsi parametri, ki so potrebni za izvajanje operacij se vnesejo preko okna nadzornega

SCADA sistema, sam zagon sekvence pa se izvede preko OP panela, ki je nameščen ob talilnem

kotlu. Nadzorno krmilni sistem omogoča izvajanje celotnega programa (t.j. vseh operacij v

določenem zaporedju) za pripravo talin na osnovi vnaprej predpisanih parametrov, poleg tega pa

omogoča tudi zagon posamezne operacije, ki je sestavni del programa.


Zaporedje operacij je sledeče: Tehnološka operacija Procesna

operacija Komentar

Nastavitev parametrov Neaktivno stanje

Program za pripravo talin še ni aktiven. Nastavitve parametrov se izvajajo na SCADA.

Nasip surovin BasicOperation Vključi se vakuumska črpalka. Odpre se ventil za doziranje surovin.

Homogenizacija BasicOperation Osnovna operacija združuje: mešanje, temperiranje in vzdrževanje tlaka v talilnem kotlu.

Segrevanje BasicOperation Doseže se zahtevana temperatura gretja. Vakuumiranje Vacuum Vakuumiranje posode do določenega tlaka in preverjanje

stopnje vlage. Možna dva kriterija za zaključek operacije: 1. Dosežen nastavljeni tlak in relativna vlaga (regulacija podtlak). 2. Dosežena relativna vlaga.

Dodajanje učinkovin BasicOperation Zvočna signalizacija obremenitve mešala glede na izmerjeni tok mešala.

Homogenizacija BasicOperation Postopno dvigovanje obratov do nastavljene vrednosti. Homogenizacija BasicOperation Vzdrževanje nastavljene vrednosti določen čas. Izlivanje taline na pladnje - Ročna operacija preko gumbov na komandnem tabloju.

Tabela 3: Sekvečno izvajanje operacij

Start priprave talin Pogoji za start so:

Pogoj Določitev 1. Talilni kotel je v vertikalni poziciji. končno stikalo 2. Pokrov talilnega kotla je pravilno nameščen. induktivno tipalo 3. Potrditev operaterja. potrditev v oknu s strani operaterja 4. Ni aktivnih alarmov na sistemu. alarmni DB 5. Potrjen delovni nalog na SCADA. Delovni nalog potrjen

Tabela 4: Startni pogoji


Stop priprave taline Ustavitev priprave taline je mogoča kadarkoli s strani operaterja. Lahko gre za začasno

zaustavitev ali pa za trajno prekinitev postopka priprave. Ustavitev je možna tudi preko SCADA

zaslona, vendar samo z administratorskimi pravicami.

Ustavitev tekočega programa je dvostopenjska. Na prvi stopnji operater izvede stop

programa. To lahko stori med izvajanjem katerekoli operacije, ki je del programa. Na drugi

stopnji se odloči ali bo nadaljeval s programom (resume) ozioma ali bo program dokončno

prekinil.

Po prvi stopnji (stop) se ustavi temperiranje, vzdrževanje tlaka, doziraje vode ali

produkta. Aktivno ostane samo mešanje in sicer na obratih, ki jih določa poseben parameter

(HoldMixSpeed).

Če se operater odloči za nadaljevanje (resume), se vse ustavljene funkcije ponovno

aktivirajo in program teče dalje. V primeru dokončne prekinitve, pa se ustavi tudi mešanje.

Start/Stop faz

Faze se izvajajo v okviru operacij, ki so del programa za pripravo talin. Faze se lahko

zaženejo samo ob startu posamezne operacije. V splošnem se z zaključkom izvajanja posamezne

operacije zaključijo tudi faze, ki so del te operacije. V primeru homogenizacije je potrebno, da

faza (Mix) ostane aktivna tudi med izvajanjem operacije homogenizacije po zaključku operacije.

3.2 Ročno izvajanje operacij V primeru izvajanja posamezne operacije se potrebni parametri vnesejo preko OP panela.

Predvidene so sledeče operacije, ki bodo podrobneje opisane v nadaljevanju:

Osnovna operacija (mešanje, temperiranje, vakuumiranje, doziranje surovin);

Test tesnosti;

Vakuumiranje (doseganje določene stopnje vlage).


3.2.1 Test tesnosti (Leakage test)

Ta operacija preverja ali je tesnenje posode ustrezno. To stori tako, da preverja ali je

možno v določenem času doseči nastavljen tlak. V primeru, ko posoda ni ustrezno zatesnjena,

nastavljenega tlaka ne bo možno doseči v določenem času. Na osnovi dobljenega rezultata je test

tesnosti uspešen ali neuspešen. V primeru neuspešnega testa se javi alarm. Posledično se zaustavi

tudi program, ki izvaja opisano operacijo. Dokler operacija ne doseže željenega podtlaka se na

OP panel izpisuje ”Test tesnosti v teku”, v trenutku, ko pa doseže nastavljen tlak se izpiše ”Test

tesnosti uspesen”. Ko operacija doseže željeni podtlak, se posoda odzrači.

3.2.2 Osnovna operacija (BasicOperation)

Ta operacija združuje v sebi štiri faze in sicer: mešanje, doziranje, temperiranje in

vzdrževanje tlaka. Pri mešanju je možno nastaviti hitrost doseganja končne hitrosti (RampTime).

V primeru, ko je (RampTime > 0) se ta parameter upošteva in hitrost mešala se postopoma

dviguje iz začetnih vrtljajev (StartSpeed) do končnih vrtljajev (MixSpeed). Če je (RampTime=0)

se mešalo takoj vključi na vrtljaje določene s parametrom (MixSpeed). Operacija ima možnost

izbire med štirimi načini delovanja (vzdrževanje tlaka, doziranje surovine, segrevanje taline,

homogenizacija).

3.2.3 Vakuumiranje (Vaccum)

Ta operacija vključi vakuumsko črpalko. Ko vakuum v posodi doseže vrednost parametra

(RHMeasPoint) se vkluči meritev relativne vlage. Med izvajanjem operacije spremljamo v

delovnem oknu meritev relative vlage.


3.2.4 Medsebojna odvistnost proceduralnih elementov

Avtomatični zagon faz

Tabela 5. prikazuje katere operacije avtomatično zaženejo določene faze. Križec v

posameznem polju pomeni, da operacija, ki je navedena v vrstici tega polja avtomatično vključi

fazo navedeno v stolpcu.

Operacije

Faze

Pres

s-Pre

ss

Mix-M

ix

Temp

er-T

empe

r

Dose

-Dos

e

LeakageTest x

BasicOperation x x x x

Vacuum X x

Tabela 5: Avtomatični zagon faz

Avtomatična ustavitev faz Tabela 6. prikazuje katere operacije brezpogojno ustavijo določene faze. Križec v

posameznem polju pomeni, da operacija, ki je navedena v vrstici tega polja, avtomatično ustavi

fazo navedeno v stolpcu. Za vse ostale faze velja, da jih določena operacija ne ustavlja in ostane

njihov status po zaključku operacije nespremenjen.

Operacije

Faze

Pres

s-Pre

ss

Mix-M

ix

Temp

er-T

empe

r

Dose

-Dos

e

LeakageTest x x x

BasicOperation x x

Vacuum x

Tabela 6: Avtomatična ustavitev faz


3.3 Definicija opreme talilnega kotla

Zaradi lažjega obvladovanja celotnega krmilnega sistema talilnega kotla, vse kontrolne

elemente smiselno razdelimo na procesne enote. Procesna enota je logično povezana skupina

kontrolnih elementov. Na posamezni procesni enoti definiramo faze, ki predstavljajo osnovne

gradnike funkcionalnosti talilnega kotla. S fazami nato gradimo funkcionalnost kotla (operacije).

V nadaljevanju bodo definirane vse procesne enote in opisane vse faze. Faze delujejo neodvisno

druga od druge in izvajajo del proizvodnega procesa.

Na sliki 5. je prikazan PI&D shema talilnega kotla. Procesna oprema, ki je potrebna za

avtomatizacijo kotla je razdeljena v EM in CM module. Elementi, ki so obkroženi z rdečo barvo

pripradajo EM modulu (Press), katerega del je tudi vakuumska črpalka. Za homogenizacijo taline

v kotlu skrbi mešalo, ki pripada CM modulu (Mix). Ker modul (Mix) sestavlja le mešalo, je le ta

CM modul. Za pripravo taline po tehnološkem postopku potrebujemo tudi segrevanje, za kar

skrbi modul (Temper). Segrevanje poteka z dovodom vodne pare pod tlakom 8.0 bar v dvojni

plašč talilnega kota. Za pripravo taline je potrebno skozi loputni ventil, ki se nahaja na pokrovu

kotla, dozirati surovino. Doziranje surovine se tako izvaja s pomočjo modula (Dose), ki odpira

loputo nad kotlom. Surovina je v obliki prahu, kateri se doda ustrezna količnina VPUH vode.


Slika 5: Definiranje EM modulov


Na sliki 5. so definirani EM in CM moduli. Vsak posamezen modul opravlja določeno

procesno akcijo, skupaj pa sestavljajo vso potrebno opremo, ki je potrebna za avtomatizacijo

priprave talin. Talilni kotel je tako razdeljen na EM in CM module, ki so navedeni v tabeli 7.

Talilni kotel Moduli Tip modula Faze Interni Press EM Press Mix CM Mix Temper EM Temper Dose EM Dose Zunanji - - -

Tabela 7: Moduli talinega kotla

3.4 Faze za pripravo talin

Osnovni gradniki proceduralnega upravljanja so faze, ki imajo standardno strukturo glede

vhodno/izhodnih signalov. Izvajanje vsake faze mora biti v skladu z diagramom prehajanja stanj,

prikazanem na sliki 4. V tem smislu je vsaka faza razdeljena na enega ali več korakov, med

katerimi so definirani prehodi. Krmilna logika faze direktno upravlja s kontrolnimi elementi v

avtomatskem režimu delovanja. V okviru faze se izvaja normalni algoritem, pa tudi ostala logika,

ki je potrebna za pravilno zaustavljanje faze, alarmiranje.

Faza ne upravlja s fizičnimi elementi, ampak z EM in CM moduli. Na ta način so vsi

izvršni elementi definirani kot objekti s svojimi podatki in metodami za izvajanje. To tudi

omogoča, da različne faze uporabljajo isti CM modul, vendar v različnih časih z uporabo alokacij

in arbitraž. Preko tega mehanizma upravljajo z izvršnimi elementi.

Fazna logika je del programa, ki skrbi za vklope aktuatorjev in izvede procesno

orientirano akcijo. Fazna logika je definirana z opisom procesa in vsebuje korake za izvedbo

procesov kot so: aktiviraj ventil, vklopi mešalo, resetiraj števec.


Fazo lahko predstavimo kot izvršno celico, ki ima vhode in izhode.

Slika 6: Shematski prikaz faze

Fazo predstavlja zaporedje korakov in definiranih prehodov med njimi. Vsak korak ima

lahko eno ali več funkcij (npr. odpri ventile, vkluči mešalo, resetiraj števce, ...). Med dvema

korakoma je definiran prehod (Tn), ki določa pogoje za prehod v naslednji korak (npr. dosežen

predpisan čas koraka, pokrito induktivno stikalo ...). Koraki se na nivoju faz izvajajo zaporedno,

vendar ne nujno v določenem vrstnem redu. To pomeni, da so lahko znotraj faze tudi vejanja (If-

Then, Case, ...) in tudi zanke (Do-While, For...).

Parametri faze

Faze za svoje delovanje potrebujejo določene vhodne podatke - parametre. S parametri

določamo način kako faza deluje. Tipi parametrov so:

R - recepturni. Parameter prihaja iz recepture oziroma ga uporabnik vnese pred začetkom

izvajanja faze;

S - sistemski (fiksen), vendar ga je možno po potrebi spremeniti v okviru sistemskih

nastavitev na nadzornem sistemu;

I - vmesniški signal. Parameter prihaja iz neke druge faze, operacije in služi kot vmesniški

signal (interface signal) med fazami oziroma operacijami.

Faza

Ukazi

S1

Izhodi

Parametri poročil

Vhodni parametri

S2

Sn

T1

Tn-1

Tn


Alarmi faze

Alarmi so namenjeni opozarjanju operaterja na izjeme oziroma anomalije v delovanju

sistema. Opozarjanje je lahko izvedeno na več načinov, in sicer v obliki sporočil, zvočnih piskov

itd.

Alarme delimo na relativne in absolutne. Relativni alarmi se sprožijo, kadar merjeni

parameter primerjamo z referenčno vrednostjo, ki se med izvajanjem procesa lahko spreminja.

Absolutni alarmi primerjajo merjeno vrednostjo s fiksnimi alarmnimi mejami.

Slika 7:Tipi alarmov

Prioritete

Vsak alarm mora imeti določeno prioriteto glede na pomembnost alarma. Na ta način se

lahko operater najprej odzove na alarme z višjo prioriteto.

Max

HiHi

HiDev

Setpoint

LoDev

LoLo

Min

Relative

Relative

Absolute

Absolute


3.4.1 Opis faze Press

Modul opreme omogoča doseganje in vzdrževanje vakuuma v talilnem kotlu.

Vzdrževanje nastavljenega podtlaka v talilnem kotlu je mogoče v območju 0.06 bar do

absolutnega zračnega tlaka (1.0bar). Med vzdrževanjem tlaka je možno izvesti meritev relativne

vlage, kar omogočimo s posebenim parameterom faze (HumidityMeas). Pri startu faze se najprej

aktivira ventil za hlajenje vakuumske črpalke (V7=1). Nato se vključi črpalka (M1=1) in

aktivirajo se ventili za povezavo vakuumske črpalke s posodo (V1=1 in V2=1 ali V3=V4=1).

Odpre se tudi ventil za povezavo regulacijskega ventila s posodo (V5=1). Vključi se tudi

regulacija vakuma preko regulacijskega ventila V6.

Opisani ventili se aktivirajo samo v primeru, ko je željena vradnost vakuuma (PressSP )

manjša 1.0bar. V naprotnem primeru se posoda odzrači, za kar aktiviramo ventil V5 in ventil V6.

Regulacija tlaka v kotlu Regulacija tlaka v talilnem kotlu se izvaja s pomočjo vakuum črpalke in zveznega ventila

za povezavo na odduh. Reguliramo lahko samo vakuum (vrednosti tlaka, ki so manjše od 1.0

bar). Regulacija tlaka poteka tako, da se pri vključeni vakuum črpalki in vzpostavljeni povezavi

med vakuum črpalko in kotlom vključi PID regulacija ventil V6 tako, da v kotlu vzdržujemo

nastavljeni tlak.

Vakuum črpalka in ventil za hlajenje črpalke sta aktivna samo v primeru, ko je zahtevani

tlak v komori nižji od 1.0 bar. V nasprotnem primeru sta ta dva izvršna elementa neaktivna.


Moduli Tehnološka oznaka elementa

Električna oznaka elementa

Opis

Interni V1 V1_11 V1_11 Vstopni ventil v posodo V2 V1_17 V1_17 Ventil za direktno povezavo vakuum črpalke in posode V3 V1_15 V1_15 Ventil za povezavo posode na merilnik vlage V4 V1_16 V1_16 Ventil za povezavo merilnika vlage na vakuum črpalko V5 V1_12 V1_12 Ventil za dovod zraka v posodo preko regulacijskega

ventila V6 V1_13 V1_13 Regulacijski ventil za tlak. Preko tega ventila se posoda

odzračuje in s tem regulira tlak v posodi glede na nastavljeni in trenutno izmerjeni tlak.

V7 V1_22 XS_V1_22 Ventila za dovod hladilne vode na vakuum črpalko M1 C1_01 XS_C1_01 Vakuumska črpalka

1=črpalka vključena 0=črpalka izključena

Tabela 8: Elementi EM modula-Press

Logika potrebna za doseganje in vzdrževanje predpisane stopnje vakuuma se izvaja po

korakih. V tabeli 9. so opisani koraki, ki so namenjeni programerju kot osnova za implementacijo

programske logike za doseganje in vzdrževanja vakuuma.

Korak Opis koraka na EM S1 Preveri startne pogoje

Skok na naslednji korak. S2 Vklop hlajenja vakuumske črpalke

Če je PressSP < 1.2 potem Aktiviraj ventil V7=1. Skok na naslednji korak.

S3 Aktiviranje regulacijo vakuma V primeru izbire Destination=1, se aktivira ventil za hlajenje vakuumske črpalke (V7=1), črpalka M1, ter ventila V2 in V1. V primeru izbire Destination=2 se izvede: Če je PressSP < 1.0: Aktiviraj hlajenje vakuumske črpalke (V7=1)


Aktiviraj vakuumsko črpalko (M1=1) Aktiviraj ventile V1, V5. Glede na parameter HumidityMeas aktiviraj ventile: HumidityMeas=0: V2=1 HumidityMeas=1: V3=1, V4=1 Aktiviraj regulacijo ventila V6. Start časovnika (PressTout), ki predpisuje maksimalni dovoljeni čas, ki je potreben za dosego željene stopnje vakuuma. Časovnik se resetira, ko postane izmerjena vrednost vakuuma manjša od željene vrednosti (PIC_1_04 <= PressSP). Če je PressSP >= 1.0 potem Aktiviraj V5 in odpri V6 na 70%. Skok na naslednji korak ob ukazu STOP.

S4 De-aktiviraj vse kontrolne elemente Tabela 9: Koraki faze Press

Faza Press za svoje delovanje potrebuje parametre, ki so grupirani v posamezne tipe glede

na funkcionalnost posameznega parametra. Tipi parametrov so podrobneje opisani v poglavju

3.4.

Številka parametra

Tip Oznaka Enote Opis Min. vrednost

Max. vrednost

Privzeta vrednost

1 R PressSP bar Nastavljen tlak 0.06 1.1 - 2 R PressLoLimit bar Spodnja alarmna meja za

tlak, relativno glede na PressSP.

0.01 0.5 -

3 R PressHiLimit bar Zgornja alarmna meja za tlak, relativno glede na PressSP.

0.01 0.5 -

4 S PressTout min Najdaljši dovoljen čas za dosego nastavljenega tlaka. Timer se starta

1 40 30

5 R Destination - Izbira Destination: 0=ni uporabljeno 1=Izsesavanje 2=Press

6 I HumidityMeas - 0 - brez meritve vlage 1 – z meritvijo vlage

0 1 0

Tabela 10: Parametri faze Press


Alarmi faze Med svojim delovanjem faza ugotavlja napake, ki lahko vplivajo na delovanje. V primeru,

da pride do kritične napake v sistemu se zahteva začasna ustavitev faze. V tabeli 11. so

opisani vsi alarmi, ki povročijo začasno zaustavitev faze (Press).

Oznaka Opis Pogoj za aktiviranje dogodka PressLoAlarm Prenizek tlak v posodi PIC_1_04 < PressSP-PressLoLimit in iztek zakasnilnega

časa 30sec PressLoAlarm se dovoli šele, ko izmerjeni tlak postane >= PressSP.

PressHiAlarm Previsok tlak v posodi PIC_1_04 > PressSP+PressHiLimit in iztek zakasnilnega časa 30sec

PressToutAlarm Tlaka v posodi ni mogoče doseči

PIC_1_04 < PressSP in iztek časa določenega s PressTout

Tabela 11: Alarmi faze Press


3.4.2 Opis faze Mix

Faza upravlja z mešalom v talilnem kotlu. Osnovne funkcije faze so:

Možnost doseganja nastavljenih vrtljajev po rampi;

Varovanje mešala- ob prevelikem toku motorja pogona mešala, se vzpostavi varni režim

delovanja mešala, kar pomeni, da se avtomatično zmanjaša hitrost vrtenja mešala.

Faza omogoča doseganje nastavljenih vrtljajev po rampi v primeru, ko je parameter

(RampTime > 0). V nasprotnem primer se vrtljaji nastavijo na nastavljeno vrednost (Speed). V

primeru, ko je (RampTime > 0), se tudi med delovanjem faze hitrost spreminja po rampi, če se

spremeni parameter Speed.

Ob ukazu stop se izvede kontrolirano ustavljanje mešala, ki se ustavi vedno na istem

mestu (v vertikalnem položaju glede na smer nagibanja kotla). Ustavljanje je dvostopenjsko. Na

prvi stopnji se vrtljaji mešala nastavijo na določene obrate (StopSpeed1 - da dosežemo ponovljive

razmere). Po detekciji prehoda skozi induktivni senzor, ki je nameščen na mestu končne

zaustavitve mešala, se izvede še en obrat mešala. Del obrata mešala se izvede s hitrostjo

(StopSpeed1), preostanek (cca. 20 stopinj) pa s hitrostjo (StopSpeed2). Ko sistem zazna signal iz

induktivnega senzorja (prehod iz logične 0->1) se motor mešala ustavi. Ustavitev je hitra, ker je

nastavljena rampa mešala na frekvenčnem pretvorniku dovolj nizka.

Kontrolni modul za upravljanje z mešalom služi za vklop/izklop mešala in nastavitev

željene hitrosti mešala.

Moduli Tehnološka

oznaka elementa


Opis

Interni M1 M1_01 XS_M1_01

SC_M1_01 1=Start / 0=Stop mešala Nastavitev hitrosti mešala (0-100%)

Tabela 12: Elementi CM modula-Mix


Logika potrebna za doseganje nastavljenih vrtljajev po rampi se izvaja po korakih. V

tabeli 13. so opisani koraki, ki so namenjeni programerju kot osnova za implementacijo

programske logike za doseganje nastavljenih vrtljajev mešala po rampi.

Korak Opis koraka na CM

S1 Preveri startne pogoje Skok na naslednji korak, ko je IP_1_09=1 (posoda zaprta).

S2 Start mešala Aktiviraj mešalo XS_M1_01=1. Če je RampTime =0, sledi: Nastavi hitrost mešala na Speed (SC_M1_01 = Speed). Če je RampTime > 0, sledi: Če je (StartSpeed različen Speed), izračunaj razliko, jo razdeli na čas RampTime (izračunaj ∆v) in postavi (SC_M1_01 = izračuna hitrost). Vsako sekundo prištevaj ∆v na izhodu (SC_M1_01) dokler ne postane: SC_M1_01 > Speed, če je ∆v>0 SC_M1_01 < Speed, če je ∆v<0 Če se parameter Speed med delovanjem spremeni postavi (StartSpeed=Speed) in ponovi zgoraj opisani postopek za doseganje nove vrednosti hitrosti. V primeru prekoračitve dovoljenega toka motorja mešala se faza postavi v stanje (HOLD), v katerem se vzdržujeo minimalni vrtlaji mešala (HoldMixSpeed). Skok na naslednji korak ob ukazu STOP.

S4 Kontrolirano zaustavljanje Aktiviraj mešalo XS_M1_01=1. Nastavi hitrost mešala na StopSpeed1 (SC_M1_01= StopSpeed1). Počakaj zakasnilni čas Time1. Po izteku tega časa detekcija prehoda IPM_1_10 iz 0 -> 1. Skok na naslednji korak ob prehodu IPM_1_10 iz 0->1.


Korak Opis koraka na CM S5 Kontrolirano zaustavljanje

Aktiviraj mešalo XS_M1_01=1. Nastavi hitrost mešala na StopSpeed2 (SC_M1_01= StopSpeed2). Počakaj zakasnilni čas Time2. Po izteku tega časa čakaj na detekcija prehoda IPM_1_10 iz 0->1. Skok na naslednji korak ob prehodu IPM_1_10 iz 0->1.

S6 Deaktiviraj vse kontrolne elemente Tabela 13:Koraki faze Mix

Faza (Mix) za svoje delovanje potrebuje parametre, ki so grupirani v posamezne tipe

glede na funkcionalnost posameznega parametra. Tipi parametrov so podrobneje opisani v

poglavju 3.4


Številka parametra


Max. vrednost

Privzeta vrednost

1 R Speed rpm Nastavljena končna hitrost mešala

0 52 -

2 R StartSpeed rpm Začetna hitrost mešala. Če se hitrost mešala spremeni med delovanjem se v ta parameter prepiše stara vrednost hitrosti

0 52 0

3 R RampTime sec Čas, v katerem hitrost mešala naraste iz StartSpeed na Speed.

0 300 200

4 S MaxCurrent A Maksimalni dovoljeni tok mešala

2.0 30 -

5 S HoldMixSpeed rpm Minimalni obrati mešala v stanju HELD

0 30 15

6 S StopSpeed1 rpm Hitrost na prvi stopnji ustavljanja mešala

0 40 -

7 S StopSpeed2 rpm Končna hitrost mešala, ki omogoča ponovljivo ustavljanje na točki, kjer je nameščeno induktivno stikalo.

0 20 -

8 S Time1 sec Čas vrtenja na prvi stopnji ustavljanja mešala.

0 30 -

9 S Time2 sec Čas v katerem mešalo prepotuje še del enega vrtljaja (ekvivalent cca 340 stopinjam). Po tem času se hitrost mešala nastavi na StopSpeed2.

0 20 -

Tabela 14: Parametri faze Mix

Alarmi faze Med svojim delovanjem faza ugotavlja napake, ki lahko vplivajo na delovanje. V primeru,

da pride do kritične napake v sistemu se zahteva začasna ustavitev faze. V tabeli 15. so

opisani vsi alarmi, ki povročijo začasno zaustavitev faze (Mix).

Oznaka Opis Pogoj za aktiviranje dogodka OverCurrentAlarm Previsok tok motorja mešala Izmerjeni tok motorja mešala > MaxCurrent in iztek zakasnilnega

časa 2 sec. Tabela 15: Alarmi faze Mix


3.4.3 Opis faze Temper

Faza skrbi za doseganje željene temperature taline v kotlu. Segrevanje taline se izvaja

posredno preko plašča talinega kolta, v katerega se dovaja para pod tlakom 8.0 bar. Izmerjena

temperatura se asimptotično približuje željeni vrednosti temperature. Faza je aktivna, dokler ne

dobi ukaza STOP. Možno je samo segrevanje vsebine.

Moduli Tehnološka oznaka elementa


Opis

Interni V1 V1_02 V1_02 Blokirni ventil za paro V2 V1_09 V1_09 Dovodni ventil za paro

Tabela 16: Elementi EM modula-Temper Logika potrebna za segrevanje taline se izvaja po korakih. V tabeli 17. so opisani koraki,

ki so namenjeni programerju kot osnova za imlementacijo programske logike za segrevanje

taline.

Korak Opis koraka na EM


S2 Vklop segrevanja Aktiviraj ventil V1. Vključi dovod pare preko ventila V2. Ob postane izmerjena (izmerjena temperatura taline – TempLatch) > TempSP, deaktiviraj ventil V2 Skok na naslednji korak, ob ukazu STOP, ali ko postane IP_1_09=0 (odprt pokrov).

S3 De-aktiviraj vse kontrolne elemente Tabela 17:Koraki faze Temper


Faza (Temper) za svoje delovanje potrebuje parametre, ki so grupirani v posamezne tipe


poglavju 3.4

Številka parametra


Max. vrednost

Privzeta vrednost

1 R TempSP oC Nastavljena temperatura 20.0 100.0 - 2 R TempLatch oC Zaprtje dovoda pare, ko

postane izmerjena temperatura taline večja od TempSP - TempLatch

0.0 20.0 10.0

3 R MaxTemp oC Maksimalna dovoljena temperatura v plašču talilnega kotla. Sistem mora zagotavljati, da ta temperatura ni nikoli presežena.

20.0 160.0 120.0

Tabela 18:Parametri faze Temper

3.4.4 Dose

Faza (Dose) se uporablja v primerih, ko v talilni kotel doziramo praškaste surovine. Ko je

loputa V1 odprta, se ves čas spremlja tok motorja mešala. V primeru, ko tok naraste preko

alarmne vrednosti se loputa avtomatično zapre in s tem prepreči vsipavanje surovine v kotel.

Loputa se zopet odpre, ko tok mešala pade pod (maksimalen tok motoja mešala - 0.5 A).

Moduli Tehnološka

oznaka elementa


Opis

Interni V1 V1_10 V1_10 Loputa za dodajanje praškastih surovin V2 V1_26 V1_26 Ventil za dovod vode

Tabela 19: Elementi EM modula-Dose Faza omogoča doziranje praškastih surovin v talilni kotel tako, da odpre vstopno loputo.

Loputa je odprta samo v primeru, ko je trenutno izmerjeni tok mešala nižji od maksimalne

vrednosti, ki je določena s parametrom (MaxCurrent). Če izmerjeni tok motorja mešala naraste


nad alarmno mejo (MaxCurrent) se loputa takoj zapre. Ponovno se loputa odpre, ko tok pade pod

mejo (MaxCurrent - 0.5A). Faza je aktivna, dokler ne dobi ukaza STOP.

Logika potrebna za doziranje surovin se izvaja po korakih. V tabeli 20. so opisani koraki,

ki so namenjeni programerju kot osnova za imlementacijo programske logike za doziranje

surovin.

Korak Opis koraka na EM


S2 Doziranje praškastih surovin V primeru izbire Destination=1 se aktivirata ventila V1 in V2. V primeru izbire Destination=2 se izvede: Če je trenutni tok motorja mešala < (MaxCurrent-0.5), aktiviraj ventil V1. Če je trenutni tok motorja mešala > MaxCurrent, deaktiviraj ventil V1. Skok na naslednji korak, ob ukazu STOP, ali ko postane IP_1_09=0 (odprt pokrov).

S3 De-aktiviraj vse kontrolne elemente Tabela 20: Koraki faze Dose

Faza (Dose) za svoje delovanje potrebuje parametre, ki so grupirani v posamezne tipe


poglavju 3.4. Številka parametra


Max. vrednost

Privzeta vrednost

1 R MaxCurrent A Maksimalni dovoljeni tok mešala

2.0 30 -

2 R Destination - Izbira destination: 0=ni uporabljeno 1=Voda 2=Prašek

0 2 -

Tabela 21: Parametri faze Dose


4 UPRAVLJANJE TALILNEGA KOLTA Upravljanje s kotlom je izvedeno tako, da operater ročno proži posamezne operacije preko

lokalnega OP panela, ki ima barvni zaslon (touch panel). Iz SCADA sistema, na katerem je

vizualiziran kotel, je možno upravljanje avtomatske sekvence za priprava talin, kjer parametre

vnesemo preko izbrane recepture. Ročne operacije lahko upravljamo izključno iz OP panela, kjer

vnesemo parametre operacije.

Slika 8: Osnovno okno OP panela

Slika 8. prikazuje osnovno okno OP panela, kjer lahko izbiramo med operacijo priprava

talin in tremi ročnini operacijami osnovna operacija, vakuumiranje in test tesnosti. Vse ročne

operacije so opisane v poglavju 3.2. Po vsaki izvedeni operaciji, s pritiskom na gumb odduh

izvedemo odduh talilnega kotla. Med potekom odduha talilnega kotla tipka odduh izgine. Ko je

odduh končan se tipka ponovno prikaže.

V primeru odprtja pokrova talilnega kotla, se operacija ustavi in tipka reset mešala utripa.

Za ponoven zagon pritisnemo gumb Reset mešala. Po končanem resetiranju mešala, se izvede

postavitev mešala v začetni položaj in tipka neha utripat. Ob pritisku na tipko daljinski prikaz se

nam prikažajo izmerjene vrednosti tlaka, temperature in tok motorja mešala. Te vrednosti so

bistvene za tehnološko pripravo talin.

Med izvajanjem operacij je na OP panelu, vedno prikazano delovno okno, na katerem so

prikazani bistveni parametri izbrane operacije. Zraven le-teh so v delovnem oknu prikazane


komande operacij, kot so hold, restart in stop. S pomočjo le-teh povzročimo spremembo statusa

operacij, glede na diagram prehajanja stanj, ki je opisan v poglavju 2.3.

4.1 Osnovna operacija Ta operacija združuje v sebi štiri faze in sicer: mešanje, doziranje, temperiranje in

vzdrževanje vakuuma. Operacija ima možnost izbire med štirimi načini delovanja, ki so

naslednji: vzdrževanje vakuuma, doziranje produkta, doziranje vode in izsesavanje kotla.

V osnovno operacijo vstopimo s pritiskom tipke osnovna operacija, na sliki 8. in prikaže se

ekranski prikaz, ki je prikazan na sliki 9.

Slika 9: Osnovna operacija- vnos parametrov

Operater ročno upravlja s kotlom, z izbiro željenih parametrov. Če želi, da se posamezna

faza ne izvaja, vstavi vrednost 0 in s tem izključi izvajanje faze. V primeru odduha kotla

nastavimo tlak v kotlu na vrednost, ki je večja od 1000 mbar.

Ob pritisku tipke potrdi se prikaže delovno okno izvajanja osnovne operacije, ki je

prikazano na sliki 10.


Slika 10: Delovno okno osnovne operacije

4.2 Vakuumiranje Operacija vključi vakuumsko črpalko, s pomočjo katere dosežemo željeni vakuum v

kotlu. Ko vakuum v posodi doseže določeno vrednost, se vključi meritev relativne vlage. Med

izvajanjem operacije v delovnem oknu ves čas spremljamo meritev relativne vlage.

V operacijo vakuumiranje vstopimo s pritiskom tipke vakuumiranje, na sliki 8. in prikaže

se ekranski prikaz, ki je prikazan na sliki 11.

Slika 11: Vakuumiranje - vnos parametrov


S pritiskom tipke potrdi se prikaže delovno okno izvajanja operacije vakuumiranje, ki je

prikazano na sliki 12. Med vakuumiranjem je mogoče spreminjati željeno vrednost podtlaka.

Slika 12: Delovno okno vakuumiranja

4.3 Test tesnosti kotla Operacija preverja ali je tesnenje posode ustrezno ali ne. To stori tako, da preverja ali je

mogoče v določenem času doseči nastavljen tlak. V primeru, da posoda ni ustrezno zatesnjena,

nastavljenega podtlaka ne bo mogoče doseči v predpisanem času. Na osnovi tega je lahko rezultat

tesnosti kolta uspešen ali neuspešen. V primeru neuspešnega testa se javi alarm. Posledično se

zaustavi tudi operacija.


Slika 13: Test testnosti - vnos parametrov

Ko operater nastavi zahtevane parametre, preko tipke potrdi zažene operacijo. Prikaže se

delovno okno, ki je prikazano na sliki 14.

Slika 14: Delovno okno testa tesnosti

Dokler operacija ne doseže željenega podtlaka se na OP panelu izpisuje ”Test v teku”. Ko

se doseže zahtevani podtlak se izpiše ”Test uspesen”, v primeru izteke časovnika se izpiše ”Test

neuspesen” in kotel se odzrači.


5 OPIS PROGRAMSKE IN STROJNE OPREME Programirljivi logični krmilnik (PLC) je osnovna krmilna oprema, ki je namenjena za

avtomatizacijo industrijskih procesov in naprav. Njegov razvoj je bil pogojen z vedno večjimi

potrebami po avtomatizaciji proizvodnje na eni strani in s potrebami po spremembah oziroma

fleksibilnosti proizvodnje po drugi strani.

Tako so od svojega začetka v zgodnjih 1970-tih postali bistven del avtomatizacije in

vodenja sistemov. Razvili so se do takšne mere, da ne konkurirajo samo relejem, ampak

tudi drugim diskretnim napravam vodenja. Krmilniki se danes uporabljajo namesto trdo

ožičene logike, analognih kontrolerjev in celo mini računalnikov. Njihove zmožnosti se

povečujejo tako hitro, da se nove ideje in rešitve pojavljajo mesečno.

Krmilniki omogočajo neposredno spreminjanje programa, zato pri posameznih

spremembah ni potrebna zaustavitev celotne proizvodnje. Odkrivanje napak je hitro, zato so

morebitni izpadi proizvodnje minimalni. Ena od odlik uporabe krmilnikov je njihova

prilagodljivost različnim proizvodnim procesom.

Zgradba (PLC) je modularna, kar pomeni, da je krmilnik sestavljen iz posameznih

modulov. Vsak posebej vrši določeno opravilo (npr.: analogni vhodni modul zajema analogne

signale iz industrijskega procesa). Pri sestavi sta obvezna napajalni modul in modul s procesno

enoto, medtem ko ostale (analogne, digitalne, komunikacijske, itd.) module poljubno dodajamo.

Število le teh je omejeno z zmogljivostjo napajalne in procesne enote.

SIEMENS je eden izmed največji proizvajalec (PLC) v svetu in je svoje izdelke, ki so

namenjeni avtomatizaciji procesov, poimenoval z imenom SIMATIC. Osnovno značilnost

družine SIMATIC predstavlja celovitost rešitev na področju avtomatizacij procesov. V

preteklosti je pod oznako SIMATIC označeval (PLC), medtem ko danes beseda SIMATIC

označuje celotno paleto izdelkov za integrirano avtomatizacijo proizvodnje (krmilnike,

industrijske PC-je, industrijsko programsko opremo, komponente za vnos in prikaz, itd.).

SIMATIC S7-300 predstavlja srednje cenovno in zmogljivostno skupino (PLC) za

avtomatizacijo srednje zahtevnih krmilij in regulacijskih zank v različnih proizvodnjih procesih.

Krmilniki S7-300 so tako dobavljivi v modularni in kompaktni izvedbi.

Krmilnik tipa S7-315-2 DP je modularna izvedenka programirljivih logičnih krmilnikov,

saj omogoča priključitev modulov k centralno procesni enoti. Moduli, ki jih lahko priključimo na


vodilo so digitalni vhodi/izhodi, analogni vhodi/izhodi, števni moduli itd. Mogoča je tudi dodatna

razširitev s komunikacijskimi moduli tipa: ethernet, profibus, MPI, itd.

Na razpolago so tri družine SIEMENS-ovih krmilnikov. Razlikujejo se po zmogljivostih

CPE, velikosti spomina, številu vhodov in izhodov, možnosti priključitve ostalih naprav. Nekateri

modeli omogočajo uporabo spominske kartice (MMC – Micro Memory Card), na katero

shranimo uporabniški program.

S7-200 je kompaktni mikro krmilnik. Za programiranje uporablja svoje programsko

orodje. Namenjen je krmiljenju enostavnejših procesov. Podpira štiri centralno procesne

enote.

S7-300 je razširljiv modularen (PLC) za raznovrstna krmiljenja procesov. Izbiramo lahko

med osmimi CPE-ji. Za konfiguracijo in programiranje uporablja programsko orodje

STEP 7. Omogoča povezavo v omrežje preko protokola MPI, Profibus, Ethernet. Nekateri

modeli že omogočajo uporabo spominske kartice MMC.

S7-400 je modularne izvedbe z zmogljivejšimi CPE-ji in večjim številom vhodov in izhodov.


5.1 Programsko orodje STEP 7

STEP 7 je programska in konfiguracijska orodje za programiranje PLC serije S7-300 in S7-

400 ter druge SIMATIC opreme. Sestavlja ga več posameznih aplikacij, kjer vsaka od njih

opravlja določeno funkcijo. Tako imamo na voljo funkcije, ki nas spremljajo od začetka projekta

do njegovega zaključka.

Programski paket STEP7 omogoča naslednje:

konfiguracijo strojne opreme;

konfiguracijo industrijskih omrežij;

programiranje v različnih programskih jezikih;

odkrivanje napak v programu;

testiranje in servisiranje ;

dokumentiranje in arhiviranje.

Glavni grafični vmesnik pri STEP 7 je SIMATIC Manager. Le ta nam iz različnih aplikacij

zbere vse potrebne podatke za oblikovanje projekta kot celote.

SIMATIC Manager omogoča programiranje v dveh načinih:

Offline – brez povezave s krmilnikom

Online – v povezavi s krmilnikom

Programiramo lahko v treh različnih programskih jezikih:

Ladder Diagram (LAD) – lestvični diagram

Structure List ( STL) – strukturiran tekst

Function Block Diagram ( FBD) – funkcijski bločni diagram


Ostala orodja:

Symbol Editor (določitev globalnih spremenljivk) – simbolna tabela,

SIMATIC manager (gradnja in organizacija programa)

NETPRO communication configuration (konfiguracija omrežja)

Hardware configuration (HW) (določitev konfiguracije krmilnika)

Hardware diagnostics (diagnoza delovanja opreme)

Poleg tega pa obstajajo še različni programski jeziki, ki so lahko grafični ali tekstovni in

jih je mogoče dobiti kot dodatek programskemu paketu STEP7.

Structured Control Language (SCL) je višje nivojski tekstovni programski jezik, v

veliki meri podoben Pascalu. Namenjen je za gradnjo funkcijskih blokov.

Continuous Function Chart (CFC) je programski paket za grafično oblikovanje

osnovnih funkcij avtomatskega vodenja. Vsebuje široko paleto funkcij od osnovnih pa vse

do odprtozančnih in zaprtozančnih funkcij vodenja.

S7 – Graph je programski jezik, ki se uporablja za sekvenčno vodenje.

Hi – Graph je programski jezik, ki se uporablja za opis asinhronih nesekvenčnih

procesov v obliki diagramov stanj.

5.2 OP panel

Za operaterski panel namenjen upravljanju sistema za pripravo talin je bil uporabljen

SIEMENS operaterski panel, ki ima barvni zaslon občutljiv na dotik (touch screen). Razlog za

izbiro zaslona občutljivega na dotik je bil v tem, da ima operater omogočeno enostavno

upravljanje sistema tik ob kotlu.

Pri operaterskih panelih se pojavijo razlike glede na možnosti upravljanja procesa

direktno iz prikazovalnika, količine možnih prikazanih podatkov, kar je predvsem vezano na

zmožnosti samega zaslona, robustnost glede na industrijsko okolje ter seveda kompatibilnost z

uporabljeno opremo v procesu.


Operaterski paneli z grafičnim zaslonom se lahko spopadejo z večjimi procesi, vendar pa

pri zelo velikih procesih postane način prikaza nepregleden, saj zaslon ne more prikazati

celotnega procesa kot takega. Tako je potrebno preklapljati po segmentih in podsegmentih, kjer

se lahko hitro izgubimo. Kljub temu se ti paneli zadnje čase veliko uporabljajo in celo

zamenjujejo male SCADA sisteme. Uporaba zaslonov občutljivih na dotik se zadnje čase hitro

povečuje. Prednost imajo predvsem pri razumljivosti procesa preko grafičnih objektov, prav tako

pa je s pritiskom na zaslon mogoče sprožiti akcije, za katere je pri standardnih OP panelih

potrebno pritisniti funkcijske tipke, kar zahteva dodatno učenje funkcij teh tipk.

Operaterski panel TP170B je sestavljena iz barvnega zaslona občutljivega na dotik.

Prikaz prednje strani operaterskega panela je prikazan na sliki 15. Za programiranje se uporablja

programski paket Protool, ki je namenjenu programiranju in konfiguraciji SIEMENS-ovih

operaterskih panelov. Pri sami konfiguraciji lahko uporabimo sistemske funkcije, ki so vključene

v program Protool. Parametri procesa, ki se sklicujejo na določen naslov v podatkovnih blokih

PLC, se lahko berejo oziroma pišejo preko MPI vodila neposredno iz PLC. Zamenjava prikazane

slike, se lahko izvede z klicem temu ustrezne funkcije na PLC ali pa ob pritisku tipke na zaslonu.

Prednosti takšnih vrst operaterskih panelov so: enostavno rokovanje, kratki uvajalni roki in velika

zanesljivost delovanja.

Slika 15: Operaterski panel TP170B


5.3 Talilni kotel Talilni kotel je sestavljen iz:

Cilindrične posode s plitvo vlečenim dnom in dvojnim plaščem, ki je namenjen

temperiranju produkta v posodi;

Dvižnega pokrova;

Mešala za homogenizacijo taline.

Na podestu ob talinem kotlu se nahaja komandni tablo, ki je nameščen tako, da preprečuje

istočasno premikanje mešala in poseg v kotel. Posoda je ob bokih uležajena kar omogoča

nagibanje in s tem izlivanje taline na pladnje. Slika 16. prikazuje kotel na katerem je bila

realizirana avtomatizacija priprave talin v farmacevtskem obratu KRKA-Ljutomer.

Slika 16: Talilni kotel


6 SKLEP Projekt, ki je bil predstavljen v diplomski nalogi je popolnoma funkcionalen in kot tak

tudi v obratovanju v farmacevtskem obratu KRKA-Ljutomer. Z avtomatizirano pripravo talin, so

bili zadovoljni tehnologi kot operaterji, saj je upravljanje kotla izvedeno tako, da je uporaba

enostavna in ne zahteva dodatnega usposabljanja operaterjev.

Uporaba standarda za opis in implementacijo šaržnih procesov, se je izkazala kot zelo

primerna za načrtovanje sistemov vodenja. Skozi diplomsko delo, sem preko uporabe standarda

spoznal bistvo modularizacije šaržne opreme, ki zagotavlja čisto in konsistentno stukturo

programske kode. Z razdelitvijo procesa na module, je doseženo lažje vzdrževanje in prilagajanje

novo nastalim spremembam, ki jih zahteva trg farmacevtske industrije. Danes se proizvodnja

nenehno prilagaja potrebam trga, kar pa zahteva maksimalno fleksibilnost procesne opreme.

Hitro prilaganje novo nastalim spremembam, lahko dosežemo le z modularizacijo

procesne opreme. Na ta način prihranimo na času in denarja, saj lahko uporabimo že narejene

module v kasnješih projektih. Bistvena prednost standarda se kaže tudi v hitrejšem odkrivanju

napak, saj je razumevanje enega modula enostavnješe kot razumevanje celotnega procesa.

Omenjene prednosti zagotavljajo hitro povrnitev stroškov investicije, ki je v večini primerov

ključna za vsako novo nastalo avtomatizirano proizvodnjo.

Osnovna prednost ISA-S88.01 je, da zagotavlja čisto definicijo proizvodnega procesa in

proizvodnjih zahtev. Uporaba skupnih terminologij in proizvodnjih modelov poenostavi

komunikacijo med naročniki, prodajalci in integratorji.

Praktično predstavitev standarda sem skušal predstaviti na talilnem kotlu, kjer sem

razdelil vso potrebno procesno opremo v module. Na ta način sem bralcu predstavil smiselnost

uporabe standarda v farmacevtski industriji.

Predstavljen koncept avtomatizacije šaržnih procesov se lahko uporabi v prehrambeni,

kemijski ali kovinski industriji, dovolj je le to, da sistem izkazuje lastnosti šaržnega procesa.

Poglavitne razlike lahko pričakujemo le v velikosti in kompleksnosti uporabljenih fizičnih in

proceduralnih modelov.


7 LITERATURA

[1] Darrin W.Fleming, Velumani A.Pillai, McGraw - Hill S88

Implementation Guide,1990

[2] Jim Parshall, Larry Lamb, Applying S88-Batch Control from a user's

perspective, June 1999

[3] S88: The international standard for flexibility in production http://www.s88.nl/index_main_en.htm

[4] ISA S88.01 International Batch Control Standard http://www2.sea.siemens.com/Products/Process-

Automation/Product/APACS/ISA%20S88%2001

[5] S88.01 Tutorial http://www.batchcontrol.com/s88/01_tutorial/index.shtml


Izjavljam, da sem diplomsko delo samostojno izdelal pod vodstvom mentorja doc.dr.

Nenad Muškinja. Izkazano pomoč drugih sodelavcev sem v celoti navedel v zahvali.


8 PRILOGE (Program v SCL jeziku faze Mix)

FUNCTION_BLOCK Phase_Mix //**********************************************************************************// // Sequence/PROGRAM/Module Functionality // Phase - Mix //**********************************************************************************// //**********************************************************************************// // Variable Declaration // //**********************************************************************************// Const Max_Errs := 10; //same as in ErrMsgDB - second parameter NumPhases := 4; // Number of implemented phases for this project end_const var_input Phase_Nr: int; //Absolute number of the phase end_var var_in_out CMD : ProgCMD; STAT: ProgSTAT; //Phase inputs IP_1_09 : bool; IPM_1_10 : bool; Spare3 : bool; Spare4 : bool; Spare5 : bool; Spare6 : bool; Spare7 : bool; Spare8 : bool; Spare9 : bool; Spare10 : bool;


Spare11 : bool; Spare12 : bool; Spare13 : bool; Spare14 : bool; Spare15 : bool; Spare16 : bool; //--- Phase outputs XS_M1_01 :bool; // start/stop command mix machine SC_M1_01 :real; // actual speed end_var var //internal block variables Rezerva : string[74]; //Reserve, CurrStep start on address 100.0 Busy: bool; //Phase Active PhaseEnd: bool; //Phase Ended Ready: bool; //Phase ready OutErr: bool; //Stop if outside error stop: bool; NewSpeed: bool; ResBool_10: bool; ResBool_09: bool; ResBool_08: bool; ResBool_07: bool; ResBool_06: bool; ResBool_05: bool; ResBool_04: bool; ResBool_03: bool; ResBool_02: bool; ResBool_01: bool; Curr_Step: int; //Current step in phase SCADAButton: int; //Command from SCADA system Status: string[10]; //Status faze za prikaz na panelu OPCMD: int; //Command from OP (1-Start, 2=Hold, 3=Abort) Res_Int_01: int; Res_Dint_08: dint; Res_Dint_07: dint; Res_Dint_06: dint; Res_Dint_05: dint; Res_Dint_04: dint; Res_Dint_03: dint;


Res_Dint_02: dint; Res_Dint_01: dint; ResReal_12: real; ResReal_11: real; ResReal_10: real; ResReal_09: real; ResReal_08: real; ResReal_07: real; ResReal_06: real; ResReal_05: real; ResReal_04: real; ResReal_03: real; ResReal_02: real; ResReal_01: real; //block parameters start here Speed : real ; // final setpoint mix speed Direction : bool ; // direction of rotation(0=CW, 1=CCW) StartSpeed : real ; // start mix speed RampTime : real ; // time of increase from StartSpeed to Speed MaxCurrent : real ; // max allowed current HoldMixSpeed : real ; // replace with "SCADA_intf".SCADA_HoldMixSpeed StopSpeed1 : real ; // speed on first level mix stopped StopSpeed2 : real ; // final mix speed Time1 : real :=10.0; // time on first level mix stopped Time2 : real :=10.0; // time needed for speed mix on StopSpeed2 PARAM_REZ_02 : real ; // OverCurrentAlarm : real :=2.0;// PARAM_REZ_03 : real ; // deltaV : real ; // OldSpeed : real ; // PARAM_REZ_01 : real ; // //Internal variables PogojStartOK : bool; // Startni pogoji izpolnjeni TempSpeed : bool; // end_var var_output end_var


var_temp i,j : int; //Indeks temp : int; end_var //**********************************************************************************// // Error diagnostic & Messaging // //**********************************************************************************// //----------------------------------Messages------------------------------------------ // Source Tank Empty Tout "TimerDB".ModErrS[Phase_Nr,1].Start := STAT.Running and "AI_DB".EIA_M1_01 > MaxCurrent; if (NOT "TimerDB".ModErrS[Phase_Nr,1].Start) then //TImers are decremented in OB35 "TimerDB".ModErr[Phase_Nr,1] := 0.2; end_if; "ErrMsgDB".ModErr[Phase_Nr,1] := ("ErrMsgDB".ModErr[Phase_Nr,1] AND NOT CMD.ACK) OR "TimerDB".ModErrS[Phase_Nr,1].End; //err // detect errors if any STAT.ErrPresent:=False; for i:=1 to Max_Errs do if (i>=1) then // This errors stops the module STAT.ErrPresent:=STAT.ErrPresent OR "ErrMsgDB".ModErr[Phase_Nr,i]; end_if; end_for; STAT.ErrPresent:= STAT.ErrPresent OR OutErr; //stop if outside error //**********************************************************************************// // Logic // //**********************************************************************************// //Default values for parameters IF STAT.Running AND NOT Busy THEN; END_IF;


//--- TIMERS SECTION "TimerDB".ModTimS[Phase_Nr,1].Start := STAT.Stopping and Curr_Step = 3 ; if (NOT "TimerDB".ModTimS[Phase_Nr,1].Start) then //Timers are decremented in OB35 "TimerDB".MODTim[Phase_Nr,1] := Time1; end_if; "TimerDB".ModTimS[Phase_Nr,2].Start := STAT.Stopping AND Curr_Step = 4; if (NOT "TimerDB".ModTimS[Phase_Nr,2].Start) then //Timers are decremented in OB35 "TimerDB".MODTim[Phase_Nr,2] := Time2; end_if; "TimerDB".ModTimS[Phase_Nr,3].Start := STAT.Running AND Curr_Step = 2 ; if (NOT "TimerDB".ModTimS[Phase_Nr,3].Start) then //Timers are decremented in OB35 "TimerDB".MODTim[Phase_Nr,3] := RampTime; end_if; //-------------------------------------------------------------------------- //Start conditional //No other phases active PogojStartOK:=True; for i:=1 to NumPhases by 1 do if (i<>Phase_Nr) AND ("ProgSTAT_DB".Curr_StepPHA[i]<>0) then PogojStartOK:=False; end_if; end_for; if STAT.Idle then Curr_Step := 0; end_if; // abort phase when cancel mix if STAT.Stopping and Curr_step=1 then CMD.Abort:=True; end_if; "ProgSTAT_DB".Curr_StepPHA[Phase_Nr] := Curr_Step; STAT.STARTCondOK:=True; STAT.HOLDCondOK :=True; STAT.STOPCondOK:= False; STAT.ENDCondOK:=False;


PhaseEnd := False; Ready := False; //**********************************************************************************// // OUTPUTs // //**********************************************************************************// //CLOSE everything XS_M1_01 :=False; if STAT.Running <> 1 then SC_M1_01 :=0.0; end_if; // mixer speed when phase hold if STAT.Held or STAT.Resuming then XS_M1_01:=True; SC_M1_01:= "SCADA_intf".SCADA_HoldMixSpeed; OldSpeed:= 0.0; end_if; //******************** GLAVNA ZANKA ***************************** case Curr_Step of 0: // Idle status if STAT.Running then Curr_Step:=1; end_if; 1: // Preveri startne pogoje if STAT.Running then if IP_1_09 = 1 then Curr_Step:=Curr_Step+1; OldSpeed :=0.0; NewSpeed := 0; end_if; end_if; 2: // Start mesala if STAT.Running then XS_M1_01:=True; if Speed <> OldSpeed then if RampTime=0 then


SC_M1_01 := Speed; end_if; if RampTime > 0 then if SC_M1_01 >= 0.0 then StartSpeed := SC_M1_01; end_if; if StartSpeed <> Speed then SC_M1_01 := StartSpeed; deltaV := (abs(Speed - StartSpeed)/RampTime); NewSpeed := 1; end_if; end_if; end_if; OldSpeed := Speed; if NewSpeed = 1 then if Timer_CLK_5_osc and (SC_M1_01 < Speed) then SC_M1_01 := SC_M1_01 + deltaV; elsif Timer_CLK_5_osc and (SC_M1_01 > Speed) then SC_M1_01 := SC_M1_01 - deltaV; end_if; if (StartSpeed < Speed) and (SC_M1_01 >= Speed) then NewSpeed := 0; SC_M1_01 := Speed; end_if; if (StartSpeed > Speed) and (SC_M1_01 <= Speed) then NewSpeed := 0; SC_M1_01 := Speed; end_if; end_if; end_if; if STAT.Stopping then Curr_Step:=Curr_Step+1; end_if; 3: // Kontrolirano zaustavljanje if STAT.Stopping then XS_M1_01:=True; SC_M1_01 := StopSpeed1; if "TimerDB".ModTimS[Phase_Nr,1].End then if IPM_1_10=1 then Curr_Step:=Curr_Step+1; end_if; end_if; end_if; 4: // Kontrolirano zaustavljanje if STAT.Stopping then


XS_M1_01:=True; SC_M1_01 := StopSpeed2; if "TimerDB".ModTimS[Phase_Nr,2].End then if IPM_1_10=1 then Curr_Step:=Curr_Step+1; end_if; end_if; end_if; 5: // close valves CMD.Start:=False; STAT.STOPCondOK:= True; STAT.ENDCondOK:=True; CMD.Reset := True; end_case; CMD.Ack:=False; end_function_block data_block PhDB_Mix Phase_Mix begin end_data_block


Documents

Avtomatizacija talilnega kotla z uporabo standarda ISA … · UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO Peter Rajterič Avtomatizacija talilnega