過程控制的柔性化設計方案

　　隨著人們物質生活水平的提高以及市場競爭的日益激烈，產品的質量和功能也向更高的檔次發展，制造產品的工藝過程變得越來越復雜，為滿足、高產、低消耗，以及安全生產、保護環境等要求，作為工業自動化重要分支的過程控制的任務也愈來愈繁重。生產過程控制的柔性化要求變得越來越迫切。
　　
　　為了應對生產過程控制的柔性化要求，1995年，美國國家標準協會制定了一個batchcontrol的標準S88.01，許多電氣及軟件*相關人員都參與了S88.01的制定，如ABB、Siemens、GE、AB、Honeywell、Modicon、Wonderwere等，甚至，不少化工行業公司都參與了制定，如ICI，DOW，3M等。在過去的十幾年里，batch控制軟件的供應商及使用客戶，都體驗到了巨大的好處。目前，batch控制軟件在歐美已經廣泛應用。在國內，目前還處于初級階段，只有部分外資企業使用了基于S88標準的batch控制系統。
　　
　　批次控制系統簡介
　　
　　首先，我們先回顧一下常見的生產過程的分類，生產系統可以分為連續生產系統、離散生產系統和批次生產系統。
　　
　　典型的連續生產系統：石油、天然氣、污水處理廠、發電等；
　　
　　典型的離散生產系統：電路板、存儲器、磁盤、計算機、汽車、發動機等；
　　
　　典型的批次生產系統：涂料、顏料、洗發水、啤酒、冰激淋等。
　　
　　針對批次生產過程所采用的批次控制系統可定義為：使用一個或者多個設備，通過加入多種原料，在有限的時間內經過一組有序的處理活動，產出有限數量產品的控制過程。
　　
　　S88標準簡介
　　
　　S88標準定義
　　
　　S88定義了分級配方管理以及工藝劃分框架，它們能將產品從生產它們的過程中分離出來。S88標準設備和軟件具有重復使用性和靈活性，它提出一種架構，集成了傳統的ERP，MES和控制領域，使它們能夠協同工作。
　　
　　S88.01：主要針對模型和術語（1995）；
　　
　　S88.02：數據結構和語言的總體指導（2001）；
　　
　　S88.03：通用（Gerenal）和站點（Site）配方的描述和數據模型（2003）；
　　
　　S88.04：生產記錄；
　　
　　S88.05：配方/設備接口（PackML參與）。
　　
　　S88定義的3種模型
　　
　　物理（設備）模型
　　
　　物理模型是在工藝流程圖上根據設備功能進行物理設備的劃分，主要劃分為車間/單元/設備模塊/控制模塊4級。
　　
　　工序模型
　　
　　工序模型是在進行配方的編寫時根據所屬的物理模型對過程執行任務進行劃分，主要劃分為生產過程/單元生產過程/操作/階段4級；
　　
　　控制活動模型
　　
　　批處理自動化范例的結構框架，它對于批處理控制以及對于控制活動之間的關系都提供了一種全面的描述。
　　
　　隨著S88.01標準的產生和不斷完善，各大電氣與軟件*以S88.01為核心，相繼推出自己的batch管理與控制系統軟件，如Rockwell公司的FactoryTalkBatch，Siemens公司的SIMATICBatch等。Batch軟件作為過程控制行業的利器，已經顯示出了巨大的作用。
　　
　　基于S88標準的批次控制系統主要應用于批處理生產行業。基于S88標準的批次管理和控制功能可以實現柔性生產、與設備無關的配方管理、與批次無關的設備控制，同時還符合各項法規。可以通過使用批次管理與控制改進生產、提高產量、降低成本并提高質量。
　　
　　批次控制系統的主要組成
　　
　　批次控制系統主要由物理建模、配方管理、設備監控與過程控制、生產規劃與調度、生產信息管理、過程管理、物料追蹤、合規報表和過程驗證組成。
　　
　　基于S88標準的批次控制系統優點
　　
　　基于S88標準的批次控制系統采用標準狀態機編程，幫助工程師建立周密的編程思想，易于工程師之間的交流；采用標準狀態機編程，對設備出現所有狀況監控周密，保證安全生產。該系統可根據工廠規模以及特殊要求進行*調整；可隨著工廠規模的擴大而擴充規模，不必預留成本昂貴的備用容量。
　　
　　該系統實現了配方工序和設備控制的分離，配方基于PC編寫，設備控制基于PLC運行。它的數據采集和記錄標準化，便于產品審查和趨勢分析；為工程師編程、處理故障以及維護系統提供了共同基礎。
　　
　　基于S88標準的批次控制系統縮短了新產品開發周期，保障配方的保密性，配方可以跨工廠移植，提高了產品的一致性，滿足國家標準，支持一系列的遵循GMP的功能。同時，它還提供了批處理過程的實時監視和控制；手動加料同樣有提示及數據記錄；可靠的操作向導功能，可以準確無誤地對過程故障做出反應。
　　
　　Batch控制系統案例
　　
　　利用ABFTview及FTbatch系統，慧橋公司為某化工行業大客戶提供了基于S88標準的批次控制解決方案。該系統有多條生產線，配方約有幾百種，比較特別的是幾條生產線共用罐區物料，幾條生產線又可能同時生產。該系統自投產后運行良好，獲得客戶的好評。利用SIEMENSPCS7及SIMATICbatch系統，慧橋為某化工行業大客戶提供的基于S88標準的解決方案，系統要求滿足配方多、生產靈活、擴充方便的要求，此外還預留了與將來的MES系統的接口。
　　
　　結束語
　　
　　相信在不久的將來，基于S88標準的批次控制系統隨著國內企業的快速發展將大放異彩。