Aktuální vydání

celé číslo

08

2022

MSV 2022

Projektování, konstruování a programování automatizačních a řídicích systémů

celé číslo

Recenze: Applying S88: Batch Control from a User’s Perspective

číslo 4/2004

Recenze: Applying S88: Batch Control from a User’s Perspective

PARSHALL, J. – LAMB, L.: Applying S88: Batch Control from a User’s Perspective. ISA –The Instrumentation, Systems, and Automation Society, 2000, ISBN 1-55617-703-8, 155 stran, brožované, cena 59 USD (pro členy ISA 49 USD).

Tlak na rozvoj řídicích systémů vsádkových procesů v devadesátých letech minulého století si vynutil vznik normy S88.01 s názvem Řízení vsádek, část 1: Modely a terminologie [ANSI/ISA-S88.01, Batch Control, Part 1: Models and Terminology. ISA 1995]. Norma v principu umožňuje zefektivnit řízení provozu vsádkových výrob. Obsahově se zdá být jednoduchá – poskytuje obecné modely a terminologii pro definování požadavků na řízení vsádkových výrob. Navrhnout nový řídicí systém však není nikdy snadné, ani při použití normy S88. V samotné normě není dostatečně popsáno a vysvětleno, jakým způsobem aplikovat v ní popsané modely a jak nejlépe navrhnout řídicí systém, proto není její aplikace v praxi jednoduchá.

Autoři chtěli sestavit průvodce s mnoha příklady a případovými studiemi, které by vdechly teorii život. Kniha byla napsána pro uživatele, kteří pracují s libovolným řešením respektujícím normu S88. V úvodu je pro potenciální skupiny čtenářů – automatizační inženýry, projektanty, manažery, techniky a operátory, informatiky atd. – specifikováno, které kapitoly by si měli prostudovat.

Tvůrci publikace vycházejí z vlastních zkušeností s instalací systému k řízení přípravy směsí ve výrobně mražených smetanových krémů v roce 1998. Jde o typický příklad poměrně jednoduché vsádkové výroby, kde se střídá výroba různých druhů produktů a současně se neustále zavádějí nové a upravují stávající výrobky. Dosud používané programovatelné automaty nebyly při řízení výroby směsí dostatečně flexibilní. Autoři tedy sami navrhli a implementovali nový řídicí systém. Kniha vychází z jejich osobních zkušeností, nikoliv z toho, co četli, viděli nebo řídili. Vysvětlují v ní, co pro ně norma S88 znamená a jak ji využili k rekonstrukci stávajícího vsádkového systému. Jde vlastně o příběh implementace vsádkového řídicího systému podle normy S88.

Autoři použili řídicí systém OpenBatch firmy Sequentia splňující požadavky normy S88 (později prodávaný firmou Rockwell Software jako RSBatch). V celé knize však usilují o to, aby výklad platil pro libovolný systém řízení na bázi S88, a to nezávisle na úrovni zaváděné automatizace.

Poznámka k názvosloví

Anglický termín recipe je v dosud publikovaných pracích týkajících se normy S88 překládán výrazem receptura. Termín receptura se u nás v odborném jazyku používá zejména v potravinářském průmyslu s významem množství a poměr jednotlivých složek určitého výrobku [KLIMEŠ, L.: Slovník cizích slov. SPN – pedagogické nakladatelství a. s., Praha 2002]. Doslovný překlad recept má vedle nejfrekventovanějšího významu lékařský předpis mj. další častý význam kuchařský recept, který kromě množství a poměru jednotlivých surovin potřebných k přípravě pokrmu uvádí zejména návod k přípravě jídla. V průmyslu se k popisu výrobních metod a způsobů zpracování surovin, materiálů a polotovarů používá termín technologie.

Podrobný výrobní postup včetně číselných hodnot jak množství látek, tak parametrů procesu na konkrétním zařízení se nazývá technologický reglement.

V normě S88 jednotlivé typy receptur zahrnují nejprve obecněji, pak konkrétněji až velmi podrobně výrobní postup. Podle názoru autora se význam termínů generální receptura (general recipe) a místní receptura (site recipe) blíží českému pojmu technologie a význam termínů hlavní receptura (master recipe) a řídicí receptura (control recipe) je nejbližší pojmu technologický reglement. S ohledem na dosavadní publikační praxi je však v recenzi dodržován překlad receptura, ačkoliv doslovný překlad recept, který zahrnuje i postup výroby, by byl výstižnější.

(jp)

Kapitola 1 nejprve představuje koncept normy S88 v obecnější rovině, včetně základních definic. Podle autorů S88 není jen standardem pro software, zařízení nebo procedury, ale jde o způsob myšlení a filozofii navrhování systému. V této kapitole jsou v potřebném rozsahu vysvětleny entitně-relační diagramy (E-R diagramy), dále v knize používané k popisu objektů systému a jejich vztahů, a sekvenční funkční diagramy (Sequential Function Chart – SFC), dále používané jednak jako programovací jazyk, jednak k dokumentaci spustitelných procedur. V závěru kapitoly je popsán proces přípravy směsí ve výrobě mražených smetanových krémů, kterého se týká většina příkladů uvedených v knize.

Kapitoly 2 a 3 diskutují aktivity, které jsou nutné k zahájení projektu, jako je shromáždění a analýza požadavků zákazníka a plánování, příprava a řízení projektu. Vycházejí z nutnosti získat podporu pracovníků firmy a přesvědčit je o výhodnosti zavedení řídicího systému respektujícího normu S88.

Počínaje kapitolou 4 se autoři věnují potřebným částem normy S88. V kapitole 4 jsou popsány jednotlivé části modelu zařízení (fyzického modelu) nutného k výrobě vsádky. Každá úroveň modelu je doprovázena mnoha ilustrativními příklady.

Zpracování vsádky vyžaduje, aby zařízení vykonávalo jednotlivé činnosti v určitém definovaném sledu. To zajišťují receptury podrobně popsané v kapitolách 5 a 6. Nejprve jsou popsány kategorie informací obsažené v recepturách a typy receptur podle S88. Zatímco obecná receptura se týká pouze funkcí procesu a nikoliv zařízení, nižší hierarchické úrovně receptur postupně berou v úvahu závod a konkrétní zařízení, takže nakonec řídicí receptura zajišťuje výrobu jedné specifické vsádky. V této kapitole je velmi pěkně ukázána souvislost receptur s dalšími modely, které jsou uvedeny až zde, kde logicky vzniká potřeba je zavést, nikoliv v kapitole 4. Procedury generální a místní receptury jsou založeny na modelu procesu, který stanovuje funkční schopnosti potřebné ke zpracování vsádky. Procedury hlavní a řídicí receptury jsou založeny na modelu procedurálního řízení, který zahrnuje operace tvořené jednotlivými fázemi nutnými k realizaci procesu v konkrétní jednotce. V knize jsou uvedena pravidla pro používání fází, nejmenšího prvku procedurálního řízení. Pro české čtenáře knihy na tomto místě uvádíme terminologickou poznámku ohledně překladu anglického slova recipe (viz text v rámečku).

Zatímco kapitola 5 ukazuje, jakým způsobem receptury definují vsádkový proces použitím procedur, kapitoly 7 a 8 se věnují řízení zařízení. Kapitola 7 diskutuje jednotlivé možnosti propojení procedur řídicích receptur a řízení zařízení. Kapitola 8 se zabývá dalšími důležitými podrobnostmi vsádkového řízení, jako jsou módy a příkazy k řízení vsádek, zpracování výjimek (odchylek od normálních a požadovaných stavů) a přiřazování zařízení.

Po zavedení modelů, receptur a jejich propojení nastává v následujících třech kapitolách čas k výkladu definice a návrhu správy vsádek. Dosud byly diskutovány úkoly řízení, nyní budou zmíněny řídicí funkce, které pracují na úkolech řízení. Sem patří model řídicích aktivit doplněný popisem toku informací mezi řídicími aktivitami a funkcemi, správa receptur, rozvrhování a plánování výroby a správa informací včetně prezentace informací uživateli (kap. 9).

Kapitola 10 se zabývá vytvářením dokumentu se specifikací vsádkového řídicího systému, který bude předán dodavateli řídicího systému. V kapitole jsou nejprve uvedeny obecné zásady tvorby specifikací (modularita procedur a entit zařízení, objektově orientované techniky návrhu). Potom jsou podrobně diskutovány jednotlivé položky specifikace, včetně řady příkladů – dokumentace zařízení, dokumentace hlavní receptury s použitím SFC i Ganttových diagramů, dokumentace řízení zařízení a další. Důležitá je spolupráce s podnikovými informatiky (výpočetním střediskem).

V porovnání s ostatními kapitolami je velmi obsáhlá kapitola 11. Věnuje se specifikaci a návrhu fází zařízení. (Fáze je nejmenší prvek procedurálního řízení, který může realizovat na proces orientovanou, avšak na produktu nezávislou úlohu.) Řádný popis fází zařízení je velmi důležitý – popisuje se, jak bude zařízení fyzicky fungovat. Je nutné specifikovat důležité složky fází zařízení, jako např. logickou strukturu algoritmu fáze (připomeňme výhodnou možnost použít SFC), módy a přechodové stavy, koordinaci využití modulů zařízení, synchronizaci přípravy jednotek k operaci, ošetření výjimek a sběr dat apod.

Zatímco kapitola 11 obsahovala návrh fázové logiky, v kapitole 12 se pojednává o zápisu fázové logiky, tj. o psaní programových kódů. Poměrně malý prostor je věnován distribuovaným řídicím systémům, které jsou lépe připraveny pro implementaci řešení založených na S88 a často používají SFC jako programovací jazyk. Hlavní pozornost je zaměřena na psaní kódů pro programovatelné automaty.

Kapitola 13 je o spouštění nového systému a postupu validace, důležité zejména u farmaceutického systému. Autoři uskutečnili validaci ve třech krocích: simulace, testování procesu s vodou, testování procesu s výrobkem. Již během simulace odstranili 90vě modularita podle S88. Popisují zkušenosti, kterých přitom nabyli, a dávají tipy pro usnadnění najíždění.

Závěrečná kapitola 14 stručně rekapituluje, co se čtenář měl naučit a jaké výhody přináší norma S88. Důležité jsou odkazy na další zdroje informací.

Celkovým pojetím se kniha blíží učebnici. Autoři v každé kapitole uvádějí dostatek příkladů z praxe a mnoho názorných grafů a tabulek. Jsou vysvětlena i podpůrná témata, která sice nejsou součástí normy S88, ale jsou součástí výkladu. Čtenář tak nemusí shánět další literaturu, jsou-li mu tyto oblasti vzdálenější. Kniha je poměrně štíhlá a kapitoly zacházejí do podrobností jen podle významu tématu pro praxi. V obecnějších (méně technických) odstavcích je styl autorů lehčí a humorný, což je ovšem pro českého čtenáře spíše nevýhodou, protože to klade větší požadavky na jeho znalost angličtiny. Na knize je dobře patrné, že vychází z osobních zkušeností autorů. Doplňuje normu S88 a jako praktická kuchařka uvádí množství praktických tipů. Proto by bylo vhodnější, kdyby autoři obrázky převzaté z normy označili (např. citací), aby se čtenář snáze orientoval při současném studiu obou textů.

Jedním z cílů zavedení normy S88 je zmenšit závislost výroby na systémových odbornících. Například návrh receptury podle normy S88 je natolik jednoduchý, aby mohl být realizován technologem a nevyžadoval systémového specialistu. Proto lze knihu doporučit nejen specialistům, ale všem, kteří s řízením vsádkových procesů přicházejí do styku – operátory počínaje a manažery konče.

Jaroslav Poživil
(pozivilj@vscht.cz)

Inzerce zpět