Статті‎ > ‎S88.01 Tutorial‎ > ‎

Модулі

У останньому розділі ми ознайомилися з фізичною моделлю і обговорили верхні 5-ть рівнів (Enterprise – підприємство, Site – виробнича площадка, Area - ділянка, Process Cell - технологічна комірка, Unit - апарат). Цей розділ присвячений останнім двом рівням - агрегатам та модулям керування, а також обговоренню того, як ці модулі об’єднуються для створення функціонального обладнання.    

У дійсності існує ще один рівень, що знаходиться "нижче" рівня модуля керування (див. рис.11). На цьому рівні знаходяться кінцеві елементи керування (Final Control Element) – це фізичні елементи процесу або обладнання такі як приводи і датчики, зокрема клапани, насоси, безконтактні вимикачі і прилади.  

Рис.11. Фізична модель з кінцевим елементом керування

Рис.11. Фізична модель з кінцевим елементом керування

Модуль (module) – є частиною або групою обладнання з чітко означеною функцією, яка включає в себе вбудовані елементи керування для виконання обладнанням своїх функцій.     

Модулі керування

Модуль керування (Control Module) – є самим базовим елементом фізичної моделі. стандарт дає наступні означення модулю керування:

 зазвичай набір датчиків, виконавчих механізмів, інших модулів керування і обладнання зв’язаного з ним, які з точки зору керування, функціонують як єдине ціле. 

Кожний модуль керування забезпечує пряме "підключення" процесу через виконавчі механізми та датчики. Модулі керування зазвичай:

  • отримують команди (наприклад відкрити, закрити, запустити, зупинити або крутити насос з частотою 40 галонів/хв): command
  • переводять обладнання в стан (такі як відкривання, закривання, виконання, зупинка або набір швидкості)
  • можуть надавати інформацію (наприклад, плинний стан або умова тривоги): status

Модуль може бути як простим так і складним, за необхідністю. Нижче приведені приклади модулів:

-          клапан

-          група клапанів розміщених на колекторі

-          насос

-          насос зі змінною швидкістю та витратоміром, який забезпечує необхідну витрату 

Нижче наведені приклади, які послідовно надбудовуються над попередніми, показуючи як прості модулі можуть об’єднуватися в більш складні. Це не суперечить стандарту, з рис.11 видно як модулі керування та агрегати посилаються (можуть містити, may contain) самі на себе.  

Припустимо, ви хочете регулювати витрату рідини. Для цього використовується насос, що приводиться в рух двигуном зі змінною швидкістю, а також витратомір.  ПІД-регулятор регулює швидкість обертів насосу за відхиленням від заданої витрати.  Процедурна частина системи керування (тобто логіка послідовності верхнього рівня) хоче тільки забезпечити необхідну витрату, тому вважає, що комбінація з насосу, витратоміра і ПІД-регулятору – є єдиним модулем керування. На рис.12 показано, що ми маємо на увазі.

Рис.12. Модуль керування насосом зі змінною швидкістю

Рис.12. Модуль керування насосом зі змінною швидкістю

Зверніть увагу, що не дивлячись на те, що модуль керування існує в фізичній моделі, не всі елементи повинні бути фізичними. У нашому прикладі ПІД-регулятор може бути інструкцією ПЛК або об’єктом DCS а не автономним пристроєм, який фізично зв’язує витратомір з насосом.

У якості другого прикладу модуля керування розглянемо групу клапанів, розміщених в колекторі для вибору матеріалу що передається.  Процедурна частина системи керування тільки хоче вибрати матеріал для передачі і розглядає декілька клапанів як один модуль керування.  На рис.13 показано, що саме ми маємо на увазі.

Рис.13.Модуль керування клапанами колектору

Рис.13.Модуль керування клапанами колектору

Це не рідкість, що модулі керування у свою чергу вбудовані в інші модулі керування. Наприклад, якщо кожний клапан на рис.13 буде мати свій власний модуль керування, тоді  модуль керування вибору матеріалу (Material Selection Control Module) буде інкапсулювати 4 модулі керування клапанами.   

У найпростішій формі модулі керування можуть представляти собою виконавчі пристрої , але вони можуть мати набагато більше функцій. Модулі керування повинні забезпечувати надійний метод керування пристроєм, включаючи наступні функції

-          Режими (Modes) – три загальні режими повинні бути доступними:

o   автоматичне керування, де станом пристрою керує певна логічна послідовність;

o   ручний режим,  де станом пристрою керує оператор

o   імітаційний режим, дозволяючи оператору або інженеру тестувати програмне забезпечення без дійсної зміни стану обладнання    

-          Дозволи (Permissives) – це запобігання пристрою виконувати дії, якщо немає дозволу або виконуються умови обмеження.   Наприклад, випускний клапан не вдасться відкрити, якщо колектор миється. 

-          Логіка зміни станів (State transition logic) – модуль керування базується на станах, який не просто керується примітивною послідовністю типу (вкл./відкл., відкрити/закрити). Наприклад, може бути декілька клапанів, що необхідно відкрити або закрити для створення шляху для потоку. 

-          Логіка виявлення помилок та відмов (тривоги) (Error detection and failure logic (alarms)) – забезпечує зворотній зв'язок по експлуатації пристрою. Наприклад, може бути встановлена тривога на умову, що клапан відкритий, але при цьому не спрацював датчик відкритого положення.   

З точки зору керування модулями є два особливо важливі питання:

1. Прилади є "глобальними" (можуть обслуговувати більше ніж один модуль) – Наприклад, один і той самий витратомір може використовуватися модулем керування завантаження води в танк, або іншим модулем керування, таким як завантаження вершків.   

2. Пристрій керується одним (і тільки одним) модулем керування – Тут може бути декілька логічних подій які примушують модулі керування  впливати на обладнання.  Наприклад , насос може бути включений логікою виробництва або мийки.

Агрегат

S88 означує агрегат (Equipment Module) як:

- функціональна група обладнання, яка може виконувати кінцеве число конкретних незначних дій з обробки

Іншими словами, агрегати – це згруповані фізичні пристрої для виконання однієї або декількох конкретних функцій. Цей тип модуля може складатися з модулів керування або інших агрегатів.  

На відміну від модулів керування, які  переводять обладнання в певний стан, агрегати завжди мають певне процедурне керування.  Тобто, агрегат має доволі складний набір логічних функцій, який реалізовує послідовності. На рис.14 показаний агрегат, який вибирає матеріал з колектору і перекачує певну його кількість. Зверніть увагу, що модулі керування вбудовані в агрегат.    

На рис.14 один клапан виглядає так, наче висить сам по собі. Агрегат завантаження матеріалу (Material Charging Equipment Module) може керувати ним і безпосередньо. Але кращим рішенням буде, якщо він буде керуватися спеціальним модулем керування 2-позиційним клапаном. У цьому випадку агрегат вже буде віддавати команди цьому модулю керування а не самому клапану.   

Рис.14.Технологічний модуль завантаження матеріалу.

Рис.14.Агрегат завантаження матеріалу.

Агрегати, як правило, є робочими конячками автоматичного керування процесом.  Вони зазвичай виконують одне (і тільки одне) завдання процесу, яке не залежить від продукту. Однак вони достатньо складні, щоб операторам виконувати ті самі функції вручну, оскільки необхідно виконувати типовий порядок дій (standard operating procedure (SOP))     

Агрегати можуть працювати автономно, але найбільш часто вони пов’язані з забезпеченням процесу функціонування для конкретних апаратів. Якщо модуль асоційований з апаратом, він може постійно бути приєднаний до нього або приєднуватися на певний час. Якщо агрегат може бути приєднаний тільки до одного апарату в один момент часу, він називається ресурсом з ексклюзивним використанням (exclusive-use resource). Якщо він може використовуватися декількома апаратами одночасно, він називається ресурсом з загальним користуванням (shared-use resource).      

Наприклад, завод може мати контур рециркуляції (агрегат "рециркуляція"), який являється загальним для двох резервуарів приготування партій. Контур може бути активним до тих пір, поки рецепт виконується, або запущений оператором "вручну" як незалежна функція. Якщо завод хоче робити рециркуляцію тільки в контексті одного апарату в один час (оператори не хочуть змішувати вміст двох танків), агрегат "рециркуляція" являється ресурсом з ексклюзивним використанням.    

У наведеній нижче таблиці порівнюються можливості і поведінка агрегатів і модулів керування.  

Equipment Module

Control Module

Виконує процедурну (послідовну) логіку

Забезпечує тільки базові функції керування (оперує станами)

Підключається до обладнання через модулі керування

Безпосередньо з’єднаний з обладнанням

Зазвичай використовується  для загального доступу

Не часто використовується для загального доступу

Може вміщувати модулі керування та інші агрегати

Може вміщувати тільки інші модулі керування

Збираємо все разом

Модулі керування і агрегати об’єднуються разом з іншим обладнанням у вигляді апарату для забезпечення функціональності, необхідної для виконання процесу. На рис.15 показаний один простий приклад.

Рис.15.Технологічна комірка

Рис.15.Технологічна комірка

У межах технологічної комірки з апаратом може асоціюватися тільки танк. Однак, якщо ми думаємо про всі показані на рисунку модулі керування та агрегати, які постійно прикріплені до танку, дійсні межі апарату розширюються на весь рисунок. У наведеній нижче таблиці показана додаткова інформація про апарати і агрегати, порівнюючи їх між собою.   

Апарат

Агрегат

Розміщується як основне обладнання

Розміщується як додаткове обладнання

Може бути запущено декілька процедур (виконання етапів) одночасно

Як правило виконується тільки одна процедура (етап)  

Може отримати різні рецепти для кожного продукту

Ті ж команди незалежно від продукту

Самодостатній

Як правило пов'язаний з апаратом

Може спілкуватися з іншими апаратами і загальними ресурсами

Отримує запити і команди, тільки відповідає

Далі

Пам'ятаєте три важливих елементи для означення системи керування періодичними процесами:

-          як розробити продукт (рецепти)

-          які фізичні інструменти необхідно мати для створення продукту (обладнання)

-          як запустити це обладнання (керуючі дії)

Ми дізналися про рецепти і обладнання. Тепер прийшов час дізнатися про третій елемент - керуючі дії – показуючи яким чином рецепти поєднуються з функціями керування обладнанням. 
 
 
Comments