Batchkontrol. Batchkontrol

Transkript

1 Batchkontrol Struktur på et højere niveau S88 standarden S88 hovedmodeller: proces, anlæg S88 procedural model og styringsbegreb S88 aktivitetsmodel, recepter, planlæging dataopsamling Systemer Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

2 Definition af batch En afgrænset mængde => afgrænset i tid sekventiel afvikling sporing dynamisk logistik flere produkter samtidigt separation og sporing Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

3 Branchedækning Civil Bygningskontrol Trafiksystemer Kontinuert Energi Miljø Petrokemisk Batch Finkemikalier Fødevarer Farmaceutisk Diskret Færdigvarer Biler... Ordre Skibe Projekter Anlæg Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

4 Niveauer Systemarkitektur Objektarkitektur Applikationssprog Recepter, planlægning, procesledelse Ventiler, komponentgrupper,. Ladder, SFC, Visual Basic Operativsystemer HW Realtidsoperativsystem, protokoller,.. Netværk, IO-kort, processorer Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

5 S88.01/IEC 1512 Standardens formål er at definere terminologi og modeller (koncepter) for batch kontrol Standarden definerer IKKE bestemte automationsløsninger Standarden definerer en række grundbegreber for strukturering og drift af fleksible batchproduktionsanlæg Standarden dækker batch processer - men kan også bruges i tilgrænsende områder Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

6 S88 rolle S88 er en international standard (IEC 1512) S88 er idag grundlaget for alle batchautomationssystemer S88 prædikes i mange sammenhænge: uddannelsesinstitutioner seminarer (fx. ISPE, chemputers,...) Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

7 S Indhold Grundmodeller: Processer Anlæg Anlægstype Koncepter: Styring og procesafvikling Recept, recepttyper Recepter og udstyr Finplaner Produktions-information Allokering/arbitrering Modes- og tilstande Undtagelseshåndtering Aktivitetsmodellen Receptforvaltning Planlægning Produktions informations håndtering Procesafvikling Procesenheds Proceskontrol Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

8 2 grunddimensioner: proces anlæg Processer S88.01 En hierakisk beskrivelse af procesafviklingen - forstået som det forløb selve materialetgennemløber fra råvarer til færdigt produktet Anlæg En hierarkisk beskrivelse af anlæggets struktur Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

9 Procesmodel/Procedural model Process Procedure consists of an ordered set of Process Stage Unit Procedure consists of an ordered set of consists of an ordered set of Process Operation Operation consists of an ordered set of consists of an ordered set of Process Action Phase consists of an ordered set of Novo Nordisk Engineering

10 Anlægsmodel Process Cell May contain Funktionelle enheder Must contain V001 Unit Command May contain Valve Object Equipment Module May contain Display Feedback May contain V001 On-Off Control Module May contain Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

11 En komponentgruppe Command / Message Equipment Module Object Dosing phase logic 20AV601 D F O F O D FT1 F O D 20AV602 Novo Nordisk Engineering

12 En procesenhed Unit Procedures Reaction Operations Charge Phases Fill 20AV302 20AV303 React Heat Disch Steam 20AV701 TT1 WT1 20A M01 reactor 20AV601 20AV602 D F O D F O FT1 D F O Dosing 20AV01 20AV02 Novo Nordisk Engineering

13 Unit Eksempel Unit Unit Module Unit Control Modes etc. Unit Module Operations Other Logic Phases States States Other Logic Other Logic EqModD EqModD Device Device Device Device Device Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

14 Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

15 Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

16 Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

17 Et Anlæg Scheduling logic S0 1 M V001 S0 2 water M X01 M Bags Procedure Procedure Produce Produce XYZ XYZ 10A Solvent 10B Mixer Mixing LT 1 20AV302 20AV303 LT 1 20AV701 Steam TT 1 W T1 M0 1 20A reactor 20AV60 20AV60 FT 1 Reaction 20AV01 20AV02 30A hold 30B hold Hold 30AV02 30BV03 40AV01 40BV01 40CV01 40A Crystalliz e 40B Crystalliz e 40C Crystalliz e Crystallizati on Novo Nordisk Engineering

18 Proces: XYZ Anlæg/ Proces: Solvent S0 1 M S0 2 M X01 Proces: ABC Proces V001 water M Bags 10A Solvent LT 20AV302 20AV303 LT AV701 Steam TT 30A hold 1 W T1 20AV01 M0 1 20A reactor 20AV02 30B hold 10B Mixer 20AV60 20AV60 Solvent FT 1 Mixing Mixing Reaction Reaction Hold Hold 30AV02 30BV03 40AV01 40BV01 40CV01 40A 40B 40C Crystallize Crystallize Crystallize Crysta lizati on Novo Nordisk Engineering

19 Procesenhedsopdeling En procesenhed er en funktionel enhed, der kun arbejder kun på en batch ad gangen Procesenheden vil typisk - men ikke nødvendigvis - gennemføre et procestrin Procesenheden bør omfatte alle komponenter, der medvirker til procestrinnet og skal betjenes sammen Steam 20AV302 M01 20AV701 20A reactor TT1 WT1 20AV01 20AV303 20AV02 20AV601 Unit Procedures 20AV602 D F O Reaction D F O FT1 D F O Dosing Operations Charge React Phases Fill Heat Disch Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

20 Faser og komponentgrupper Komponentgrupper kan bruges til at underinddele procesenheden Faser bruges til at organisere funktionerne i procesenheden Faser kan være en del af kompoenntgrupper (fx. dosering) eller høre til procesenheden (fx. sterilisering) Faser kan styre faser (gæring styrer dosering) Novo Nordisk Engineering Equipment Module Object 20AV601 20AV602 Command / Message D F O F O D FT1 F O D Dosing phase logic

21 Procesenhed/Produktuafhængig Faser/operationer udtrykker hvad anlægget KAN - uafhængigt af produktets krav Recepten får anlægget til at producere det rigtige produkt (mere herom senere) Steam 20AV302 M01 20AV701 20A reactor TT1 WT1 20AV01 20AV303 20AV02 20AV601 Unit Procedures 20AV602 Reaction D F O D F O FT1 D F O Dosing Operations Charge React Phases Fill Heat Disch Novo Nordisk Engineering

22 Recipe Production Planning and Scheduling Production Information Process Aktivitets modellen Unit Supervision Process Control Personnel and Environmental Protection Outside the scope of this standard Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

23 Recepter 2 grunddimensioner: proces anlæg Recepten er den specifikation, der skal til for at sikre, at anlægget producerer det rigtige produkt - dvs. recepten indeholder den PRODUKTspecifikke del af specfikationen - ikke den udstyrsrelaterede Masterrecept: Forskriften for 1 produkt Kontrolrecept: Batchspecifik kopi - evt. med batchstørrelse, udstyr mm. Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

24 Recepter Proceduren fordeles mellem recept og anlæg Control Recipe Procedure Equipment Control Control Recipe Procedure Equipment Control Recipe Procedure Recipe Procedure Recipe Procedure Recipe Operation Is an ordered set of Recipe Procedure Recipe Unit Procedure is an ordered set of Recipe Unit Procedure is an ordered set of references Equipment Unit Procedure Is an ordered set of Recipe Phase (a) References Equipment Phase Is an ordered set of Recipe Phase (b) References Equipment Phase Recipe Operation is an ordered set of Equipment Operation is an ordered set of Recipe Procedure Is an ordered set of Recipe Phase is an ordered set of references Equipment Phase Equipment Phase is an ordered set of Recipe Procedure References Equipment Procedure Is an ordered set of Equipment Phase Recipe Unit Procedure Is an ordered set of Recipe Operation References Equipment Operation (c) Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering (d)

25 Recept Recept 1: Solvent Recept 2: ABC mix react hold cryst Recept 3: XYZ mix react hold Proces: Solvent 10A Solvent LT 20AV302 20AV303 LT AV701 Steam TT 30A hold 1 W T1 20AV01 30AV02 S0 1 M S0 2 M V001 water M0 1 20A reactor 20AV02 30BV03 30B hold X01 M 10B Mixer 20AV60 20AV60 40AV01 40BV01 40CV01 FT 1 Bags Solvent Proces: XYZ Proces: ABC Mixing Mixing Reaction Reaction Hold Hold 40A 40B 40C Crystallize Crystallize Crystallize Crysta lizati on Novo Nordisk Engineering

26 Procesenhedsrecept Parametrering af procesenhedsproce dure/operation/fase Evt. produktspecifik kombination af faser/operationer Recepten får en generel procesenhed til at producere et specifikt produkt Steam 20AV302 M01 20AV701 20A reactor TT1 WT1 20AV01 20AV303 20AV02 20AV601 Unit Procedures 20AV602 Reaction D F O D F O FT1 D F O Dosing Operations Charge React Phases Fill Heat Disch Novo Nordisk Engineering

27 Parametre Den enkelte fase kan have parametre: Udstyrsparametre: parametre, hvor værdien er afhængig af udstyret og skal vedligeholdes med udstyret (de fleste tuning parametre, tømmetider,...) Receptparametre: parametre, der er afhængig af, hvilket produkt man laver. Værdien downloades som en del af recepten. Receptparametrene er udtryk for det område fasen skal kunne arbejde indenfor Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

28 Recepteksempel Valg og evt. justering af recpet Generering af batchnummer Blandingerne er receptstyret. Rækkefølgen af faser bestemmes af recepten. Eksempel: Afvikling af faser efter recept Godkendelse af blanding Overpumpning Fase Materiale Mængde Enhed WFI-dos WFI 100 Liter Sprit EtOH 150 Liter Kemikalietilsætning NaOH 300 Gram... Generering af rapport Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

29 Recepteksempler Phase Product Product ID Param Unit Add Salt S kg Add Sugar X g Add NaOH Fx kg ph-adjust H3PO4 to ph CQABC12 min value: 5 max value 10 ph-setp: 4.0 kg kg ph Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

30 Adskil produktspecifikation og anlægsdesign Processing Equipment Considerations Considerations Define/Select Procedural Elements to Match Equipment Entities Define/Select Equipment Entities To Match Procedural Elements Specific Product Requirements Recipe Path Scheduling/ Arbitration Constraints Manufacture of Batch Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

31 Recipe Production Planning and Scheduling Production Information Process Aktivitets modellen Unit Supervision Process Control Personnel and Environmental Protection Outside the scope of this standard Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

32 Allokering/arbitrering Allokering: tildeling af udstyr til en bestemt opgave (batch) common resource exclusive use shared resource (limited/unlimited) Arbitrering: valg af udstyr baseret på recpeten, på planlægning, på prioritering eller on the fly Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

33 Finplanlægning På basis af overordnede produktionsordre udarbejdes en finplan, der detaljerer hvorledes ordren nedbrydes i batche, hvornår de enkelte batche skal produceres - og evt. på hvilket udstyr Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

34 Produktionsinformation =rapportering Batch specifik og ikke batch specifik Batch historik: al information relateret til en batch skal kunne henføres til batch og om fornødent til fase/operation/procesenhedsoperation strukturet som den faktiske afvikling - ikke nødvendigvis som recepten Batch rapporter Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

35 Produktionsinformation Batch specifik og ikke batch specifik Batch historik: al information relateret til en batch skal kunne henføres til batch og om fornødent til fase/operation/procesenhedsoperation strukturet som den faktiske afvikling - ikke nødvendigvis som recepten Batch rapporter Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

36 Produktionsinformationshåndtering Dataopsamling - sikre at data kan knyttes til deres batchsammenhæng Pålidelighed: adgang til at pille hvad er der sket med data logningssikkerhed detaljeringsniveau og konsistens virkelige hændelser - ikke planlagte langtidskonsistens hastighed Datakilder og typisk indhold Asynkrone data Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering Batchrapporter:

37 MES Recipe Production Planning and Scheduling Production Information Process DCS Unit Supervision Process Control Personnel and Environmental Protection Outside the scope of this standard Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

38 MES Recipe Production Planning and Scheduling Production Information Process SCADA Unit Supervision PLC Process Control Personnel and Environmental Protection Outside the scope of this standard Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

39 batch/ planl/ Recipe Production Planning and Scheduling Production Information hist. Process SCADA Unit Supervision PLC Process Control Personnel and Environmental Protection Outside the scope of this standard Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

40 Leverandørlandskab PLC SCADA ABB RW Allen Bradley Siemens Wonderware Intellution Batch Yokogawa Honeywell PID/ Sequncia Fisher Rosemount Foxboro Moore DCS DCS Bailey Aspen OSI SimSci Historian/Optimering/Simulering Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

41 Nøgleteknologier Windows NT ActiveX komponenter og container Objekt-arkitektur COM OPC SFC Batchpakker Historian Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering

42 Arkitektur: domæner Scheduling Scheduling Supervision Supervision Recipe Recipe Batch Batch Execution Execution Material Material Handling Handling Process Process Process Process Control Control Compliance Compliance Quality Quality Control Control Production Production Information Information Field Field Devices Devices Process and Electrical Engineering Novo Nordisk Engineering