1

Primjena S88 standarda za upravljanje Primjena S88 standarda za upravljanje industrijskim industrijskim procesimaprocesima

Program stručnog usavršavanja ovlaštenih Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike u graditeljstvuinženjera elektrotehnike u graditeljstvu

mr.sc. Goran Malčić v.pred.mr.sc. Goran Malčić v.pred.

XIV. XIV. Tečaj, Tečaj, 8. 8. i 9i 9. veljače 2013.. veljače 2013.

UvodUvod

- Visoki zahtjevi postavljeni na kvalitetu i brzinu izrade programske podrške sustava upravljanja i nadzora postrojenja i procesa, neminovno su doveli do standardizacije tog područja.

- ANSI/ISA S88 standard za šaržne procese daje kompletan pristup standardnim riješenjima kod izrade takvih sustava.

- Kao osnova sustava upravljanja, prema zahtjevima tog standarda, za sve tipove izvršnih i mjernih uređaja te dijelove procesnih cjelina untar pogona, izrađuju se standardne programske komponente koje se izvršavaju na PLC/PAC/DCS računalu i na SCADA sustavu te suse izvršavaju na PLC/PAC/DCS računalu i na SCADA sustavu te su međusobno povezane.

2

Svojstva šaržnih procesa su sljedeća: - slijedom operacija proizvodi se određena količina proizvoda tzv.

šarža, - slijed operacija se ponavlja,

Šaržni procesiŠaržni procesi

- podatke o postupku proizvodnje daje recept koji se često mijenja, - bave se diskretnim količinama sirovina ili proizvoda te dozvoljavaju

njihovo konstantno praćenje, - mogu proizvoditi više proizvoda istovremeno ukoliko su proizvodi

odvojeni rasporedom opreme, - obično se sastoje od koraka koji mogu podbaciti, - te posjeduju posebne korake koji se vrše u takvim slučajevima.

Priroda koraka uključenih u šaržnim procesima je sljedeća:

- svaki korak prema svom opsegu može biti jednostavan ili kompliciran te sastavljen od j d ili iš ij

Šaržni procesiŠaržni procesi

jedne ili više operacija, - u većini slučajeva svaki korak mora biti

završen kako bi bio uspješan, - u nekim koracima je potrebno zatražiti

dozvolu operatera procesa kako bi se prethodni korak napustio i prešlo se u sljedeći,

- često postoje posebne mjere koje se poduzimaju za izlaz iz pojedinih koraka p j p jprocesa. Pokreću se intervencijama operatera procesa, u slučajevima kada suprimijećeni kvarovi opreme ili potencijalne opasne situacije, ovisno o receptu koji se primjenjuje pojedini koraci mogu biti preskočeni,

- procesnim operacijama obično upravljaju recepti ali oni ipak mogu biti promjenjeni od strane operatera u ručnom radu sustava.

3

- Podjela šaržnih procesa prema strukturi postrojenja u kojem se odvija šaržni proces.

Šaržni procesiŠaržni procesi

Primjer šaržnog procesa sa jednom stazom

Primjer mrežnog šaržnog procesaPrimjer šaržnog procesa sa više staza

- U prvom dokumentu standarda navedne su sljedeće četiri vrste modela:

Nastanak S88 standardaNastanak S88 standarda

– Fizički model: služi za definiranje hijerarhije opreme korištene za šaržnu proizvodnju u procesima i postrojenjima.

– Model proceduralnog upravljanja: služi za definiranje upravljanja koje omogućuje opremi da obavlja zadatke.

– Procesni model: služi za definiranje rezultata obavljanja proceduralnog upravljanja na opremi u šaržnom procesu.

– Model upravljačkih aktivnosti: služi d fi i j d i đ ihza definiranje odnosa između raznih

upravljačkih aktivnosti potrebnih u šaržnom procesu.

4

- Međunarodni standard IEC-61131-3 uključuje programski jezikkoji se naziva sekvencijalni funkcijski dijagrami (eng. SequentialFunction Chart, dalje SFC).

- Postojeći razvojni alati koji se koriste u automatizaciji šaržnihprocesa često koriste SFC za prikazivanje izvršnih procedura

Sekvencijalni funkcijski dijagrami (SFC)Sekvencijalni funkcijski dijagrami (SFC)

procesa često koriste SFC za prikazivanje izvršnih procedurarecepata.

Elementi sekvencijalnog funkcijskog dijagrama (SFC)

Primjer SFC-a za miješanje mlijeka i vrhnja

- Kako bi se pravilno razvio uspješan upravljački sustav za nekišaržni proces, potrebno je definirati tri ključna elementa:

Ključni dijelovi S88 standardaKljučni dijelovi S88 standarda

– Kako napraviti željeni proizvod (recepti) ?

– Koji fizički alati su potrebni za izradu proizvoda (oprema) ?

K k iti t ( lj čk kti ti)?– Kako pogoniti tu opremu (upravljačke aktivnosti)?

- Za razvoj šaržnog procesa prema S88 standardu potrebnorazumjeti sva tri elementa !

5

- Može se primjetiti da lokacija na kojoj se proizvodi u Splitu imasamo jednu procesnu ćeliju.

- U tom slučaju formalna potreba za lokacijskim receptom moždanije potrebna, ali se može koristiti radi zadržavanja dosljednostisa tvornicom u Zagrebu koja ima dvije procesne ćelije

ReceptiRecepti

sa tvornicom u Zagrebu koja ima dvije procesne ćelije.- Stvarnost je da mnoga rješenja za upravljanje šaržnim procesima

koja su u ponudi na današnjem tržištu započinju rukovođenjereceptima na razini glavnog recepta dok se generalni i lokacijskirecepti ne koriste – kreira se samo upravljački recept.

- Proceduralni modeli služe za opisivanje slijeda potrebnihupravljanja koja će usmjeriti opremu da obavlja akcije koje ćedovesti do proizvodnje željenog šarža.

- Proceduralni model daje pogled na proces proizvodnje šaržaod strane inženjera koji automatiziraju šaržne procese

Model proceduralnog upravljanjaModel proceduralnog upravljanja

od strane inženjera koji automatiziraju šaržne procese.

6

- Oprema je također podijeljena (ili modularizirana) na sličan načinpomoću fizičkog modela koji se ponekad naziva model opreme.

- Fizički model je sredstvo kojim se organizira i definira opremakorištena za upravljanje šaržnim procesom. Područje primjeneS88 standarda se odnosi na četiri donje razine fizičkog modela

Fizički model (oprema)Fizički model (oprema)

S88 standarda se odnosi na četiri donje razine fizičkog modela.

- Procesna ćelija je logička grupa jedne ili više povezanihprocesnih jedinica gdje se obavlja jedan ili više procesnihzadataka za proizvodnju jednog ili više šarža.

- Sadrži svu opremu potrebnu za izradu šarževa - redoslijedopreme korištene za neki određeni šarž se naziva staza ili slijed

Procesna ćelijaProcesna ćelija

opreme korištene za neki određeni šarž se naziva staza ili slijed.

Ilustracija procesne ćelije

7

- Inženjeri automatičari moraju u upravljačkom uređaju (PLC, PAC i sl.)za svaku jedinicu isprogramirati sve operacije i faze definiranefunkcionalnom specifikacijom (eng. Functional Design Specification,FDS) kako bi se kasnije mogao obavljati proces proizvodnje šarža.

- Kada su sve tražene mogućnosti opreme jednom isprogramirane,

Povezivanje recepata sa opremom (upravljačke aktivnosti)Povezivanje recepata sa opremom (upravljačke aktivnosti)

g p j p gproizvodni tehnolog može odabirati željene receptne operacijskeprocedure (osnovne funkcije opreme kao što su miješanje, grijanje,dodavanje sirovina) za što se koristi editor recepata.

- Prema S88 standardu stanja su također svojstvena entitetimaopreme i proceduralnim elementima.

- Način izvođenja operacije unutar jedinice, njihovo trenutno stanjet l k i j d t j d d fi i i ij l i

Dijagram prijelaza između stanjaDijagram prijelaza između stanja jedinicajedinica

te prelazak iz jednog stanja u drugo su definirani prijelaznimdijagramom.

- Svaka jedinica može utoku izvođenja pojedineoperacije biti u više stanjačiji su međusobni odnosiprikazani dijagramomp j gprijelaza između stanja.

- Standardom su dopušteneodređene modifikacijeovog dijagrama.

8

- Svi inženjeri koji kreću u automatizaciju proizvodnjih sustava

Opis izgradnje upravljačkog programa prema S88 standarduOpis izgradnje upravljačkog programa prema S88 standardu

proizvodnjih sustava, kako oni koji projektiraju hardverski dio sustava tako i oni koji programiraju softverski dio sustava, počinju sa razradom procesnih dijagrama (eng. Process and ( gInstrumentation Diagram, P&ID dijagram) i detaljnih tehničkih specifikacija svih komponenti procesnog sustava.

- Projekt se sastoji od projektiranja elektro-upravljačkih razdjelnika (sklopovske opreme), izrade softvera za PAC prema funkcionalnoj specifikaciji te izgradnje SCADA sustava.

- Sva ova tri dijela posla rade zasebne grupe zaposlenika i njima je svima zajedničko da prilikom projektiranja prate P&ID dijagram i

Pristup izgradnji programske podrške prema S88 standarduPristup izgradnji programske podrške prema S88 standardu

svima zajedničko da prilikom projektiranja prate P&ID dijagram i tablice sa popisom opreme u kojima su dobiveni njezini tehnički podaci.

9

- Slika princip prebacivanja podatka iz CM liste u ostale dijelove sustava pomoću dodatnih aplikacija koje se koriste kod projektiranju sustava automatizacije.

Pomoćni dokument CM ListPomoćni dokument CM List

- Funkcionalni opis rada sustava odnosno procesa je jedina smjernica koju programer ima prilikom programiranja upravljačkog programa.

Funkcionalni opis rada sustavaFunkcionalni opis rada sustava

10

- Nadzorni program odnosno SCADA sustav postrojenja silosa cementa razvijen je na platformi Factory Talk proizvođača Rockwell software.

Izgradnja SCADA sustavaIzgradnja SCADA sustava

- Komponente od kojih se izgrađuje SCADA aplikacija su jednako kao i komponente u PAC uređaju unaprijed izrađene.

- PAC i SCADA komponente barataju sa istim varijablama zato jer su podaci za jedne i druge dobiveni iz njima zajedničke CM liste.

Izgradnja SCADA sustava vrlo je jednostavna i u prvoj fazi se- Izgradnja SCADA sustava vrlo je jednostavna i u prvoj fazi se izrađuju osnovne slike koje obično predstavljaju P&ID dijagram s pripadajućim unit-ima i kontrolnim modulima koji se nalaze na njima.

- Unaprijed izrađeni predložak svakog tipa kontrolnog modula ima jedinstven izgled na zaslonu ekrana i jedinstveni tzv. "pop-up" prozor koji se otvara pritiskom na simbol pojedine komponente. c

Postupak izrade i korištenje SCADA sustavaPostupak izrade i korištenje SCADA sustava..

Operaterski ekran sa prikazom punjenja silosa cementa iz sve tri linije

11

Postupak izrade i korištenje SCADA sustavaPostupak izrade i korištenje SCADA sustava

Operaterski ekran sa prikazom sve 4 utovarne stanice autocisterni

ZaključakZaključak- Tehnički problemi koji se javljaju kod projektiranja i izgradnje upravljačko-

nadzornog sustava zadnjeg dijela proizvodne linije mogu se riješiti samo dobrim poznavanjem rada procesne opreme pojedinačno, kao i rada cjelokupnog procesa.

- Analiza i opis opće strukture procesa proizašla je kao zajednička poveznica u načinu poimanja automatizacije postrojenja i procesa od strane automatičara, procesnih stručnjaka i managera proizvodnje. Najvažniji dio za inženjere u praksi je vrlo jednostavno prepravljanje postojećeg upravljačkog programa i njegova nadogradnja prema jasnom obrascu koji je uvjetovan S88 standardom.

- Implementacija S88 standarda kroz programsku podršku može biti i d či P ik i t j t lj ij dizvedena na razne načine. Prikazani sustav je temeljen na unaprijed isprogramiranim komponentama koje se nalaze u upravljačkom programu i unaprijed izvedenim komponentama SCADA sustava koje se prilikom izgradnje aplikacije za zadani proces povezuju u cjelinu.

12

ZaključakZaključak- Izgradnja sustava temeljena je na više MS Excel tablica preko kojih se u

prvom dijelu kreiranja aplikacije upisuju podaci iz procesne sheme i popisa procesne opreme za određivanje svih komponenti sustava (dokument CM List), te iz funkcionalnog opisa procesa radi određivanja samog rada sustava (dokument Auto Control Table). g ( )

- U radu je objašnjena kompleksnost pristupa izradbi upravljačko nadzornog sustava prema S88 standardu.

- Dobro poznavanje tehnologije odnosno procesa i opreme kojom se upravlja, preduvjet je za izradbu ovakvih sustava.

Sama standardizacija u pogledu izradbe programske podrške za- Sama standardizacija u pogledu izradbe programske podrške za proces, koja se temelji na gotovim programskim predlošcima, omogućila je jednostavnu poveznicu s komponentama sustava, a samim time i bržu i jednostavniju izradu programskog dijela.

- Izradba ovakvih aplikacija pokazuje kako je za automatizaciju procesa potrebno poznavati i upotrijebiti znanja iz raznih područja tehničke struke.

HvalaHvala nana pažnjipažnji..