Comprenda el sistema de control de lotes en un artículo
Texto: Qin Shihuang
01 ¿Qué es un sistema de control de lotes?
Comprender literalmente el sistema de control de lotes muestra que el proceso de producción se basa en lotes. realizado en inglés, que es Batch Control System. El chino también se traduce en base a esto. Las principales industrias de aplicaciones incluyen la industria farmacéutica, alimentos y bebidas, química fina y recubrimientos. Creo que todos han tenido la experiencia de comprar bebidas o medicamentos. Estos productos no solo mostrarán la fecha de producción y la fecha de vencimiento, sino también el número de lote, o número de lote, que representa el lote producido. Si hay problemas de calidad, también facilitará la trazabilidad del producto y la trazabilidad de la materia prima. El número de lote generalmente se expresa en inglés como lot No. o Lot Number.
Pongamos como ejemplo la cola que todo el mundo quiere tomar de vez en cuando. Hay cola original, cola sin calorías, cola con sabor a manzana, y la cola de café que acabo de probar hace poco, etc. . Se puede decir que es diverso. Los ingredientes de cada tipo de cola son diferentes. La cola con sabor a café requiere que se agregue una cierta proporción de café a la cola, mientras que otras colas no. Pero el agua, el dióxido de carbono, el azúcar y otros sabores y otras materias primas, pero la proporción de materias primas es diferente para los diferentes tipos de cola. Entonces esta es la receta. Los diferentes tipos de productos utilizan diferentes formulaciones. La fórmula del mismo producto se produce en un lote cada vez y tendrá un número de lote.
Entonces, el sistema de control implementado para lograr este tipo de producción por lotes es el sistema de control de lotes.
Con el progreso de la sociedad, la demanda de nuevos productos por parte de todos cambia muy rápidamente, especialmente ahora que todos buscan la individualidad y quieren tener sus propios productos personalizados únicos. Por lo tanto, la producción por lotes se ha transformado gradualmente de los grandes lotes anteriores y pocas variedades a lotes pequeños y variedades múltiples.
La producción por lotes se enfrenta a procesos complejos, una amplia variedad de materias primas y una gran variedad de productos. En este momento aparecerán una gran cantidad de recetas que deberán crearse y actualizarse constantemente. y mantenimiento. Al mismo tiempo, también existen requisitos de trazabilidad de materias primas, trazabilidad de productos, informes de producción por lotes, etc. Si todavía se utiliza el control PLC tradicional, obviamente no podrá satisfacer estas necesidades cambiantes. En este momento, se necesita un sistema de control de lotes.
02 Estándar del sistema de control de lotes
Ya en 1995, el Instituto Nacional Americano de Estándares publicó el estándar de lotes: ANSI/ISA-88. Esto es lo que todo el mundo suele llamar el estándar S88.
Varios modelos estándar se definen en el estándar de la siguiente manera:
Modelo físico Modelo físico
Se definen varios niveles en el modelo físico como se muestra en la figura anterior La descripción específica es la siguiente:
capa empresarial empresarial--empresa de nivel comercial
capa de fábrica del sitio---una empresa puede tener una o más fábricas
Los tres niveles anteriores no se consideran para el control de lotes, pero se enumeran para que el modelo físico esté completo. El sistema de control de lotes implica el descenso del nivel de la zona.
Nivel de taller celular---Puede haber varios talleres en el área de producción
Unidad de unidad--Puede haber una o más unidades de producción en el taller. Por ejemplo, una producción. El cilindro se puede utilizar como una unidad y varias unidades en el taller pueden tener relaciones ascendentes y descendentes o relaciones paralelas.
Módulo de equipo Módulo de equipo ---denominado módulo EM Un cilindro de producción unitario puede contener uno o más módulos EM, e incluso los módulos EM también pueden contener módulos EM. El módulo EM también se denomina módulo de proceso, lo que equivale a ejecutar una acción de proceso.
Módulo de control Módulo de control --- denominado módulo CM, el módulo de control es la unidad de control más básica, como una válvula, una bomba, un instrumento y una unidad de pesaje, todos pueden denominarse control módulo. Al mismo tiempo, un CM también puede contener otros módulos de control CM.
Permítanme explicarles nuevamente el módulo de equipos EM. Por ejemplo, hay múltiples acciones de proceso en un tanque de producción de la Unidad, como agregar agua, agregar azúcar, agregar sabores, agitar y realizar pruebas de calidad de control de calidad y descargar materiales. son todas acciones de proceso, de modo que cada tipo de acción de proceso se puede utilizar como un módulo de equipo EM. Por ejemplo, agregar un cierto peso de agua se puede usar como un módulo EM de equipo. El equipo de control que necesita ser controlado incluye la válvula de entrada de agua del tanque de producción CM, la bomba de salida de agua CM, el CM de pesaje y otros CM, etc.
De esta manera, no se trata simplemente de un equipo, sino que en determinados pasos se abre una válvula correspondiente según los requisitos del proceso, se calcula la bomba y si el peso alcanza el objetivo, y el valor del error debe calcularse después de la suma y si el error está Espere dentro del rango permitido. Este es un módulo de equipo EM.
¿Control de procedimientos?Modelo de control de procedimientos
El módulo de control del programa de control de procedimientos es un módulo de control orientado por el módulo de control de equipos, es decir, un método de control orientado por cada módulo de acción del proceso. . El modelo es el siguiente:
El modelo del módulo del programa contiene cuatro partes:
Procedimiento del programa total---por ejemplo, hacer Coca-Cola es un programa total
Programa unitario de procedimiento unitario- --- Un programa unitario es un programa que realiza algunas partes de todo el producto
Operación ---Puede haber una o más operaciones en un programa unitario
Fase --- Cada operación puede requerir una o más acciones del proceso
Tipo de receta
Las recetas se dividen principalmente en cuatro categorías:
Receta general-. receta de nivel, no hay información específica del equipo, solo identifica el producto
Receta del sitio receta de fábrica, receta del producto para una fábrica específica
Receta maestra, receta maestra, se identificará Para llamar realmente a la receta de ese dispositivo
Receta de control Configuración de control, copiar la receta de la receta principal y ejecutar la receta es la configuración de control.
Receta maestra
La receta maestra es la más editada y modificada en las aplicaciones reales de fábrica. Cada receta maestra incluye los siguientes aspectos:
¿Procedimiento de receta? información---Cada producto contiene una receta maestra
Receta Procedimiento unitario Receta unitaria---Cada receta maestra puede contener múltiples recetas unitarias
Receta ?Operación receta operación---cada unidad puede contener una o más recetas de operación
Fase unitaria de fase de receta: cada receta de operación puede contener múltiples fases
La siguiente imagen debe considerarse como la esencia de S88. el módulo de proceso a la izquierda y luego corresponde al modelo de receta, y finalmente lo realiza a través del modelo físico.
El modelo físico luego se comunica con el sistema PLC para completar el control del modelo del equipo final. Por tanto, la unidad de control más básica en el modelo PLC y control de lotes es Fase y el módulo de equipo en el modelo físico correspondiente.
03 Estándar de control de lotes
Comparación con el modelo físico en el estándar MES
MES es la abreviatura de Manufacturing Execution System en comparación con el tema de este artículo. Son un poco torcidos, pero algo relacionados, así que juntémoslos para profundizar y consolidar el conocimiento del modelo S88. El sistema MES implementa el estándar ANSI/ISA 95. También definió muchos modelos en él. Aquí solo mostramos los modelos físicos relacionados con el control de lotes S88 para una explicación.
Como se puede ver en la figura anterior, el estándar S88 para control de lotes solo define un modelo de control de lotes, mientras que el estándar S95 define todos los tipos de control además del control de lotes, así como otros controles continuos. , control discreto.
La segunda capa aquí puede entenderse como la capa de monitoreo SCADA, la primera capa es la capa del sistema de control PLC y la capa 0 es la capa de equipo de campo específico.
El estándar ISA95 define principalmente el modelo de operación y control de producción en la tercera capa. No está relacionado con el tema de este artículo y no se detallará demasiado. Si está interesado, puede echar un vistazo a la imagen y estudiarla usted mismo.
Al mismo tiempo, la parte de la interfaz entre la capa ERP de cuarta capa y la capa MES de tercera capa también se define en el último capítulo.
El diagrama del modelo físico y la correspondencia en S88 son los siguientes
La capa empresarial, la capa de fábrica del sitio y la capa de área en S88 corresponden al modelo de cuarta capa en el estándar S95,
p>La capa regional, la capa de taller y la capa de unidad en S88 corresponden a la tercera capa de ejecución de procesos y capa de operación en S95;
El módulo de equipo y el módulo de control en S88 siguen siendo los mismos en el estándar S95 en los pisos 2 y 1.
04 Introducción a la aplicación práctica del S88
A través del modelo definido en el estándar S88, podemos ver que Phase es un modelo básico en el proceso de control de programas, tipo de receta y físico. modelo de equipo.El módulo más importante y básico, varios de sus modelos están conectados en serie a través de Phase.
Tomemos como ejemplo el software FactoryTalk Batch de Rockwell, un proveedor líder de soluciones en el campo del control de lotes, para producir una base de olla caliente.
Editor de equipos por lotes Editor de equipos
En FT Batch, primero hay un editor de equipos, que corresponde al modelo físico en S88 y se puede utilizar para la edición de áreas y la edición de talleres de células. Al mismo tiempo, el taller se puede realizar en base a la clase Class. Por ejemplo, cree una clase de taller para los ingredientes base de olla caliente y luego cree un área 1 de ingredientes de olla caliente.
Haga clic en la flecha del siguiente nivel para ingresar a la edición de la unidad Unidad. Aquí, cree una clase de unidad guoguo y luego instancia guo1 y guo2 a la derecha. Si tienes varias macetas, puedes crear algunas más, lo cual es muy conveniente.
El siguiente nivel por debajo de la Unidad es el módulo de control de equipos EM, que es la Fase correspondiente al modelo de receta y modelo de flujo del programa. La Fase también se puede crear como una clase y luego se puede crear una instancia directa de la Fase correspondiente en diferentes Unidades.
Como se muestra arriba, los módulos EM que pueden estar involucrados en la producción de la base de olla caliente son
fase de agitación de JIAOBAN
fase de adición de aceite de oliva de GANLANYOU
p>NIUYOU Fase Agregar mantequilla
SHUI Fase Agregar agua
Fase JIARE Calentar para mantener la temperatura
Fase SHOUDONG Agregar sabor manualmente
Fase de detección de calidad de control de calidad
Fase de descarga de CHULIAO
Fase de limpieza final de QINGXI
Abra cualquier módulo EM, como agregar agua 1, puede ver que cada EM El módulo contendrá todos los parámetros y propiedades de informes de Phase.
Por ejemplo, SP_WEIGHT es el peso agregado establecido, mientras que ACT_WEIGHT es el peso agregado real una vez completada la adición, DIFF_PERCENT es el porcentaje de error agregado y otros parámetros. Al mismo tiempo, estos parámetros se crearán automáticamente en el programa. Todo lo que el ingeniero necesita hacer es una operación de botón sincronizada.
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La operación de sincronización entre el programa y el editor de dispositivo por lotes es la siguiente, y luego seleccione actualizar programa o actualizar editor de dispositivo.
Además de la comunicación CIP directa con el PLC de la serie AB, la comunicación entre el software por lotes y el PLC también puede utilizar OPC para comunicarse con otros PLC.
Al mismo tiempo, se puede acceder rápidamente a la interfaz del editor de recetas a través del editor de dispositivos, que es lo que se presenta en la siguiente sección.
Editor de recetas por lotes
Las recetas se pueden crear a través del Editor de recetas por lotes FactoryTalk. La estructura de la receta aquí es la misma que la estructura de la receta en S88. Lo que se define aquí es la receta maestra. y luego la receta maestra contiene una o más recetas de unidad, la receta de unidad contiene la receta del programa de operación Receta de operación y, finalmente, la receta de operación contendrá múltiples bloques de Fase. Es la misma que la clase definida anteriormente en el editor de dispositivos, como shui--Fase para agregar agua, NIUYOU--Fase para agregar mantequilla, etc.
En el editor de recetas, no solo puede realizar la ejecución secuencial, sino que también puede utilizar la ejecución paralela y la ejecución de selección condicional.
La información del encabezado de la receta principal se utiliza para definir el nombre y la descripción del producto, así como otra información descriptiva.
FactoryTalk Batch View
El software FT Batch View puede monitorear y crear producción por lotes, controlar y monitorear el estado de producción por lotes.
Puedes crear producción por lotes a través del signo + a la derecha, luego seleccionar la fórmula específica y hacer clic en Aceptar.
Como se muestra en la figura siguiente, se creó una producción por lotes de biantaila_20200829 utilizando la receta de biantaila, y se seleccionó la olla número 1 de GUO1 para la producción. El tamaño del lote es del 100%.
Se pueden seleccionar lotes específicos para control y seguimiento de lotes. El monitoreo se puede realizar en formato SFC o Tabla.
La interfaz de ejecución por lotes y otras interfaces de control
también pueden admitir el control manual de fases y ver información de estado.
Además de ver esta información, también puede ver información de registro, información de avisos no confirmados, información de firma, información de alarma, etc. a través de este software.
Estas funciones del software FactoryTalk Batch View mencionado anteriormente se pueden integrar en la computadora host SCADA a través de controles ActiveX para visualización y control. La interfaz que se muestra en el software SCADA de Rockwell es la siguiente:
Otros servicios de FT Batch
Administrador de servicios por lotes El administrador de servicios por lotes controla el servidor por lotes y el servidor de recopilación de datos, electrónico El proceso comienza , detiene o pausa el servidor web.
El software FT Batch Material Editor proporciona gestión de materias primas y tanques de almacenamiento para facilitar la trazabilidad de las materias primas en la etapa posterior.
Los servicios de informes proporcionados por FT Batch se pueden utilizar para servicios de informes predefinidos, como análisis de producción por lotes, estadísticas de producción por lotes, detalles de producción por lotes, análisis de uso de materias primas, trazabilidad directa e inversa, etc.
BatchSystemStatus es un software de valor agregado de costo cero que puede transferir información por lotes de software por lotes al PLC para su almacenamiento, procesamiento y uso.
05 Implementación de S88 en el programa
Una vez completada la edición en el editor de equipos y también la sincronización, todas las fases del equipo en el editor de equipos por lotes se sincronizan con el programa. . Todo el procesamiento posterior a la sincronización se coloca en las tareas planificadas como se muestra a continuación:
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En la figura se puede ver que cada fase del software por lotes tiene su correspondiente contraparte en el programa Hay un bloque de programa tipo Fase, que coloca diferentes Unidades en diferentes tareas para facilitar la depuración y el mantenimiento.
Abra el bloque de Agregar Agua 1 y podrá ver sus atributos, como el ID del equipo: 6, que también se corresponde uno a uno con el software de gestión de equipos por lotes.
La etiqueta de shui1 en el programa también se corresponde uno a uno con la del software Batch, como se muestra en la siguiente figura:
En el programa, cada Fase corresponde a un Módulo de Equipo, y luego a cada Módulo de Equipo. El módulo de equipo controla uno o más módulos de control del Módulo de Control de acuerdo con los requisitos del proceso. El módulo de control controla la apertura, cierre o arranque y parada de equipos específicos.
06 Modelo de máquina de estados de fase
Creo que los lectores también han visto que hay muchos segmentos de programa en el programa de fase de SHUI1, incluidos programas para ejecutar, cancelar, mantener, etc. Entonces, estos también son modelos de máquinas de estados definidos en el estándar S88. A través de la función Equipment Phase Monitor directamente integrada en el software Studio/RSLogix 5000, el estado actual de la fase se puede ver de manera muy intuitiva. Y también puede obtener permiso para controlar manualmente la ejecución de Phase.
A partir del monitoreo de la máquina de estado de fase en la figura anterior y el estándar S88, podemos saber:
El estado inicial de un bloque de tecnología de control de fase es el estado inactivo.
Cuando hay un comando de inicio en el estado inactivo, pasará al segmento Ejecución del programa en ejecución. Este es el estado de ejecución intermedio.
Ningún otro comando se ejecutará automáticamente en el. Estado de finalización completo.
Si hay un comando de pausa de retención durante la ejecución del programa en ejecución, saltará a la ejecución del segmento del programa de retención. Este también es un estado intermedio. Una vez completada la retención, saltará. al estado Retenido.
Después de Retenido, puede usar el comando Reiniciar para ejecutar el segmento Reinicio del programa. Una vez completada la recuperación, continúe regresando al segmento Ejecutando programa para su ejecución.
Durante la ejecución del programa de reinicio, también puede ejecutar el comando de pausa en espera para continuar regresando al programa en espera y finalmente regresar al estado en espera
Cuando el programa se está ejecutando o se emite el comando de parada durante Durante el proceso de retención, saltará al segmento del programa de detención para ejecutar el programa de detención. Una vez completada la detención, cambiará al estado Detenido
El programa se está ejecutando o si hay un comando de abandono de Abortar. durante el proceso de retención, saltará al segmento de programa abortado para ejecutar el programa de abandono. Una vez completado el abandono, cambiará al estado abortado
Ya sea en el estado de finalización completa o en el estado detenido. o Estado abortado, debe pasar. El comando Restablecer ejecuta el segmento Restablecer programa y regresa al estado INACTIVO una vez finalizado.
Cuando se ejecuta el segmento del programa en ejecución, también puede ejecutar el comando de pausa para pausar durante el proceso de ejecución y eventualmente ingresar al estado En pausa. Luego puede usar el comando Reanudar para reanudar la ejecución del programa en ejecución.
La tabla de matrices cruzadas del modelo de máquina de estados de Phase también puede hacer referencia directamente a la tabla correspondiente en S88, de la siguiente manera:
07 Resumen
Después de nuestro análisis específico, Si tengo una comprensión general del sistema de control de lotes. Si todavía hay puntos de interés que creo que no están claros, puede continuar comunicándose a través de los mensajes de fondo de WeChat.