灵活的配方，ISA-88.01,和自动控制

灵活的配方，ISA-88.01,和自动控制
Flexible Recipes,ISA-88.01,and Control
摘要：
一些工厂可以==支持多种产品同时在一组设备中生产，这些设备由高度灵活连接路径支持==。这些就是要讨论的柔性工厂。
ISA-88.01为描述这些工厂的设备和配方提供了一个很好的框架，但在实践中，控制软件可能会变得高度复杂，特别是在传输过程中。
介绍：
本章尤其重点关注在这些路径上的控制方案。
首先，我们提供一些传输的例子，其次，讨论在实践中，软件如何处理这些逻辑。
它从设计系统的控制工程师的角度解释了一些实际应用程序是多么不灵活。
从配方编写者的角度来看，一些工厂设法实现了很大的柔性，但在自动化编程方面需要付出巨大的代价。
## 灵活的工厂：
柔性工厂可以有许多单元和设备模块(EMs)，其中许多在功能上是相同的，可以用类来描述。它们之间可能有许多物料传输(例如，通过包括多通道阀门，通过手动连接的软管站或管道弯道，甚至通过临时连接)。作为一个例子(图6.1、6.2和6.3，这只是一个大工厂的一部分)，生产单元（Unit）间连接是由阀门和管弯连接组合而成的。有几十条转移路线，甚至更多的就地清洁(CIP)路线(图6.1)。在图6.2所示的软管站中，管道路由是高度灵活的，显示了它巨大的灵活性。图6.3所示的多通道阀门允许多条同时路由。如果软管站被多通道阀门取代，那么自动化的复杂度就会增加很多(图6.3)。
## 描述需求：
使用ISA-88.01模型和术语来描述每个单元（Unit）类型，可以相当容易地描述设备要求和属性。因此，如果有几个相似的单元，只需使用ISA-88.01术语，将其抽象成一个单元，定义成一个设备类。这甚至适用于在一般术语中提到来源地址和目的地址的物料转移。但是，当传输路径负责的时候，当必须描述每种可能的传输路径的控制时，就变得困难起来。
## 看看ISA-88.01怎么说？
ISA-88.01对传输没有帮助，因为无论是最初的还是最新的更新中都很少有关于这种连接的内容。但它确实说了以下几点:
“The control of what equipment to allocate to the different batches, and when transfers can take place may require control at the Process Cell level.”
对分配给不同批次的设备的控制，以及何时可以发生转移，可能需要在过程单元级别进行控制。
![](/media/202401/2024-01-12_204034_601353.png)
图6.1 灵活工厂的一部分
![](/media/202401/2024-01-12_204027_718081.png)
图6.2 软管站路由例子
![](/media/202401/2024-01-12_204021_528955.png)
图6.3 多通道阀的集合
 “Unit-to-Unit coordination may be used to enable functions such as material transfers between units.”
单元到单元的协调可用于实现单元之间的物料转移等功能。
 “The control of the movement of batches may involve a number of choices between alternate paths. Although these choices may be made via links between Units, the Process Cell may also have to determine the routing.”
生产的批次里，移动的控制可能有很多种路径的选择。尽管任何一个选择都是单元之间的连接，产线也不得不选择一个合适的路径。
## 那么实际应用程序如何处理这个问题呢?
从许多项目来看，很明显每个项目工程师都有他或者她自己的处理路线和转移的方式。通常，设备预留接口，阶段（phase）当做配方参数的方式处理路由规则。(顺便说一下，路由不是配方参数。) 通常发送和接收阶段也同时在源和目标中运行。
材料传输阶段可能充满了处理路由的逻辑，或者每个路由都有一个阶段。这意味着添加一条新路由需要添加一个新阶段或改变阶段逻辑。其结果是许多控制软件不灵活，特别是当工厂发生变化时。
阶段协调的方式-发送和接收
图6.4是如何协调发送和接收阶段的一个很好的示例。需要注意的是源和目标之间的接口是通过控制器之间的直接通信完成的，而不是通过批次管理软件。发送和接收阶段使用来自单元间通信数据，此外，异常处理等基本控制也使用这些数据（例如，如果阀门失效，传输立即停止）。
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图6.4 发送和接收阶段之间的协调
如何使路由传输更加灵活
当Web浏览器连接到Web站点时，人们并不关心在Web站点之间发生了什么。或许我们通过这种观点体会到什么，所以他们编程使用通用的源对象和目的地对象而不是特定的设备。
配方及设备要求
ISA-88.01完美的地将使用的设备分门别类，并将设备纳入主配方的一部分。然后，随着控制配方的执行，所需设备的特定设备被分配(图6.5)。
源设备和目标设备之间可能存在管道或其他路径。这有助于想象一个传输对象(图6.6)。
![](/media/202401/2024-01-12_204004_442753.png)
图6.5 配方和设备需求
![](/media/202401/2024-01-12_203956_175543.png)
图6.6 传输对象
传输对象
传输对象是上下游设备隔离的实体。传输阶段（Phase）可以写成一个序列，引用源地址和目的地址，而不关心涉及哪些具体设备。传输对象可以被编程来执行以下任务:
1.传输上游或下游的命令和状态，甚至跨路径
2.可能包括其他传输对象
3.如果设备支持，允许同时进行多次传输(共享使用)
4.包含需要状态跟踪的实体(例如，干净、脏、无菌)
编写这样的程序并不困难，这可以在可编程逻辑控制器(PLC)或集散控制系统(DCS)代码中完成。这很可能涉及到使用一点寻址索引(例如，目的地号码指向一个表，因此，每个目的地的一组特定地址被映射到单个位置)。我认为有些人试图用他们的配方管理器做太多事情，因为他们低估了设备控制(即PLC或DCS控制器代码)可以做的事情，结果他们没有利用好现代控制系统的能力。
## 结论
控制物料转移是柔性工厂面临的问题。ISA-88.01在这点提供的帮助很少。
阶段（Phase）逻辑也不是控制传输路径的最佳实践。
更好的解决方案是可行的，特别是如果您允许控制代码做它擅长的事情。

读后感
S88 很好的阐述了工厂结构化的设计，这点和MES是一样的。S88 很好的指导了如何编写柔性化的配方，使不懂PLC/DCS编程的人也能编辑配方，实现柔性生产。但是如作者所说，对复杂的物料传输，S88不太给力。但是个别产品，也想到过这些问题，比如InBatch 就有一种半自动Phase，就是管理物料传输路由的，一个复杂路由，可以定义集中路径，路径之间会有路径互锁，但是，后台逻辑还是需要作者所说的连接对象支持。

在离散行业，有一种做法是路由可以由MES完成，托盘拖着物料，走到工站，系统自动扫RFID，这时候PLC 通过sokect等方式，询问MES是否进站，如果是，则托盘自动流转到相应工站进行加工。