Smartlogic

Menu

תגית: S88

אוטומציה ובקרה – בקר דיגיטלי ישיר DDC

Posted on by אביב צברי

אוטומציה ובקרה – בקר דיגיטלי ישיר Direct Digital Controller -DDC

המונח DDC  מייצג בד"כ בקרה דיגיטלית ישירה (Direct Digital Control) אך גם בקר דיגיטלי ישיר (Direct Digital Controller).

בקרה מסוג DDC היא בקרה אוטומטית של מצב או תהליך ע"י בקר דיגיטלי. בקר מסוג DDC מורכב מבקרים מבוססים על מיקרופרוססורים (microprocessors) עם בקרה לוגית מבוצעת בעזרת תוכנה. מתמרים אנלוגיים/דיגיטליים (analog-to-digital (A/D) converters) מתמירים ערכים אנלוגיים לאותות דיגיטליות שמיקרופרוססור יכול להשתמש בהן. רגשים אנלוגיים יכולים להפיק ערכי התנגדות, מתח או זרם. רוב מערכות הבקרה מבזרים את התוכנה בין בקרים מרוחקים (remote) כדי להימנע מהצורך ביכולת בתקשורת רציפה ולאפשר יכולת פעולה עצמאית (stand-alone) של הבקרים. מחשב המערכת משמש בעיקר לניטור המצב של מערכת ניהול האנרגיה, שימור עותקי תוכניות לגיבוי, ולרישום התראות ואירועים.

יתרונות ה- DDC – בקר דיגיטלי ישיר

יתרונות בקרת DDC מעל לטכנולוגיות בקרה קודמות (פניאומאטיקה או בקרה אלקטרונית מבוזרת) מתבטאות בשיפור יעילות הבקרה במערכת. שלושת יתרונות העיקריים של בקרת DDC הם:

  • שיפור ביעילות הבקרה
  • שיפור ביעילות תפעול המערכת
  • שיפור ביעילות השימוש באנרגיה

 שיפור ביעילות הבקרה

DDC מעניקה בקרה יעילה יותר של מערכות חימום, אוורור ומיזוג אוויר (HVAC – Heating, Ventilating and Air Conditioning), ע"י הפקת נתונים מנוטרים מדויקים יותר. הרגשים האלקטרוניים שמודדים את הפרמטרים הנפוצים במערכות HVAC  (טמפרטורה,לחות ולחץ) הם מטבעם מדויקים בהרבה מקודמיהם הפניאומאטיים. מכיוון שלוגיקת חוג הבקרה כלול בתוכנת ה- DDC, ניתן לשנות את הלוגיקה הזו בקלות. כך, ה- DDC מעניק גמיש רבה יותר בשינוי לו"ז לאיפוס (reset), נקודות נקבעות (set points) ולוגיקת בקרה מערכתית.

שיפור ביעילות תפעול המערכת

מערכות DDC מטבעם יכולות להשתלב בקלות רבה בתוך מערכות מבוססות על מחשב, כגון מערכות בקרת אש, כניסה/אבטחה (access/security), תאורה, ניהול תחזוקה, ועוד. יכולות המגמות ב- DDC מאפשרות לטכנאי או מהנדס לאתר תקלות ולפתור אותן. יכולות אלו מאפשרות גם להציג את הנתונים בפורמטים שונים. הנתונים מאפשרים קריאה של המגמות שיכולות להישמר ולעבור ניתוח לגילוי מגמות של ביצועי המערכות לאורך נתון.

שיפור ביעילות השימוש באנרגיה

קיימות אסטרטגיות בקרה רבות להשגת יעילות בשימוש באנרגיה בלוגיקה פניאומטית שניתנות לשכפול בלוגיקת DDC. האפשרות להוסיף פונקציות מתמטיות מורכבות יותר (שמושגות בקלות בתוכנה), מובילה לשגרות(routines)  נוספות יעילות מבחינה אנרגטית שניתנות לשימוש עם DDC.

אסטרטגיות כגון ניטור והגבלת צריכת אנרגיה ניתנות להשגה בקלות עם מערכות DDC. אפשר לנטר ולבקר צריכה כוללת במתקן יצור ע"י איפוס נקודות נקבעות (set points) מבוססות על רמות צריכה שונות.

דפוסי צריכת אנרגיה ניתנות לניטור ע"י אחסנת מגמות. אפשר גם לקבוע לו"ז של הפעלת/כיבוי (on/off) ציוד באפליקציות בהן הלו"ז משתנה בתכיפות.

 רכיבי בקר דיגיטלי ישיר DDC

נקודות (Points)

המונח נקודה (Point) משמש לתיאור מיקום אחסנת נתונים במערכת DDC. הנתונים יכולים להגיע מרגשים או מלוגיקה או חישובי תוכנה. למיקום כל נתון מאוחסן יש אמצעי ייחודי לזיהוי או מיעון.

נתונים (Data)

נתוני DDC ניתנים לסיווג בשלושה אופנים:

  • לפי סוג (type)
  • לפי כיוון זרימה (flow direction)
  • לפי מקור (source)

נתונים לפי סוג (Data Type)

לפי סיווג זה, נתונים יכולים להיות דיגיטליים, אנלוגיים ומצטברים.

נתונים דיגיטליים נקראים גם דיסקרטיים או בינאריים. ערך של נתון דיגיטלי יכול להיות 0 או 1, ומייצג בד"כ מצב או סטאטוס של קבוצת מגעים.

נתונים אנלוגיים הם מספריים, דצימאליים, ובד"כ מציגים ערכי כניסה כגון טמפרטורה,לחות יחסית ולחץ, או משתנה אחר הנמדד במערכת חימום, אוורור ומיזוג אוויר (HVAC – Heating, Ventilating and Air Conditioning).

נתונים מצטברים הם גם מספריים, דצימאליים, אך כאן סיכום הערכים מאוחסן.

נתונים לפי כיוון זרימה (Data Flow Direction)

נתונים אלו מתייחסים לכיוון הזרימה ביחס לרכיב/לוגיקת DDC: נקודות כניסה מציגות נתונים המשמשים כמידע נכנס ל- DDC, ונקודות יציאה מציגות מידע יוצא מה- DDC.

נתונים לפי מקור (Data Source)

נתונים ניתנים לסיווג כחיצוניים אם הם מתקבלים מרכיב חיצוני או נשלחים לרכיב חיצוני. נקודות חיצוניות נקראות לפעמים נקודות חומרה. נתונים חיצוניים יכולים להיות דיגיטליים, אנלוגיים ומצטברים, וכמו כן יכולים להיות נתוני כניסה או יציאה.

נתונים פנימיים מייצגים נתונים מופקים ע"י הלוגיקה של תוכנת הבקרה. נתונים אלו יכולים להיות דיגיטליים, אנלוגיים ומצטברים. מונחים המשמשים לכינוי נקודות פנימיות הם נקודות וירטואליות, נקודות מספריות, נקודות נתונים ונקודות תוכנה.

סמארטלוג'יק מעניקה שירותים המסתמכים על ידע וניסיון רב בעבודה עם מערכות מים, RO ,CIP, מזקקות, מערכות HVAC ,Utilities, ומודולים מוכנים סטנדרט S-88 שפיתחנו עבור מערכות אלו

Batch Control ANSI/ISA-88 -S-88 – בקרת אצווה

Posted on by אביב צברי

אוטומציה ובקרה – Batch Control ANSI/ISA-88 – S-88 – בקרת אצווה

הקיצור S-88  מסמל את התקן ANSI/ISA-88 – S88. תקן זה מתייחס לבקרת אצווה Batch Control, ומהווה גישה תכנונית לתיאור ציוד ותהליך תכנון. תקן זה לא נועד לתוכנה בלבד; אלא משמש גם לתהליכים ידניים. התקן אושר ע"י ISA  ב- 1995 ועודכן ב- 2010.

סמארטלוג'יק מתמחה בתכנון תהליך בתקן S-88 מאפיון  Control-Modules דרך Equipment modules וכלה בפאזות תהליכיות. שירותי החברה מסתמכים על ידע וניסיון רב בעבודה עם מערכות מים, RO ,CIP, מזקקות, מערכות HVAC ,Utilities, ומודולים מוכנים סטנדרט S-88 שפיתחנו עבור מערכות אלו.

הגדרת ISA

 International Society of Automation – ISA הינה אגודה טכנית ללא מטרות רווח, מיועדת למהנדסים, טכנאים, אנשי עסקים, מחנכים וסטודנטים, שעובדים, לומדים או מעוניינים באוטומציה תעשייתית ועיסוקים מקושרים לנושא, כגון מכשור.

 ISA כוללת תחומים טכניים והנדסיים רבים, והינה אחת מהארגונים המובילים בעולם בקביעת סטנדרטים והדרכת אנשי מקצוע בתעשייה בנושא אוטומציה.

הגדרת ANSI

American National Standards Institute –  ANSI הינה ארגון פרטי ללא מטרות רווח שמפקח על פיתוח תקנים מוסכמים בהתנדבות, עבור מוצרים, שירותים, תהליכים, מערכות וכוח אדם בארה"ב. ארגון זה גם מתאם בין תקנים אמריקאים ובינלאומיים, כך שמוצרים אמריקאים יוכלו להיות משווקים בכל העולם.

ANSI מאשרת תקנים מפותחים ע"י נציגים של ארגונים, סוכנויות ממשלתיות, קבוצות צרכנים, חברות, וגופים אחרים. תקנים אלו מבטיחים שתכונות וביצועי המוצרים הם אחידים, שהציבור משתמש באותם הגדרות ומינוחים, ושהמוצרים נבדקים באותה צורה. ANSI גם מספקת אישורים לארגונים שמסמיכים מוצרים או כוח אדם בהתאם לדרישות מוגדרות בתקנים בינלאומיים.

בקרת אצווה ANSI/ISA-88 – S-88

כללי

ועדת ANSI/ISA-88 פרסמה סדרת תקנים בנושא בקרת אצווה במערכות אוטומציה תעשייתיות.

תקן ,ANSI/ISA-88.00.01-2010, Batch Control Part 1: Models and Terminology מספק דגמים ומינוחים תקניים (סטנדרטיים) להגדרת דרישות בקרה עבור מפעלים שמייצרים אצוות.

תקן ANSI/ISA-88.00.02-2001, Batch Control Part 2: Data Structures and Guidelines for Languages,  מגדיר דגמים של נתונים(data)  שמתארים בקרת אצווה כפי שהיא משמשת במערכות אוטומציה תעשייתיות, מבני נתונים שמאפשרים קידום תקשורות פנימיות וגם בין יישומי בקרת אצווה שונים, והנחיות לגבי שפות שמייצגות מתכונים (recipes).

תקן ANSI/ISA-88.00.03-2003, Batch Control Part 3: General and Site Recipe Models and Representation,  מגדיר דגם עבור מתכונים כלליים ומקומיים; פעילויות שמתארות את שימוש המתכונים הכלליים והמקומיים במסגרת חברה אחת ובין חברות שונות; ייצוג מתכונים כלליים ומקומיים; ודגם נתוני מתכונים כלליים ומקומיים.

תקן ANSI/ISA-88.00.04-2006, Batch Control Part 4: Batch Production Records,  מספק הגדרה מפורטת עבור רישומי ייצור אצוות, וקובע דגם ייחוס לפיתוח אפליקציות לאחסנת ו/או המרת רישומי ייצור אצוות. יישומים מבוססים על תקן זה מאפשרים אחזור, ניתוח ודיווח של רישומי ייצור אצוות נבחרים.

ייעוד והיקף S-88

S-88 מיועד לאספקת תקנים והרגלי עבודה מומלצים לתכנון והגדרת מערכות בקרת אצווה בתעשיות עם בקרת תהליכים.

S88 מספק הנחיות לפיתוח וספציפיקציות של מערכות בקרת אצווה. הנחיות אלו גם מבוססות על תקנים והרגלי עבודה מומלצים ע"י ISA וארגונים אחרים, וגם משלים את התקנים וההמלצות הנ"ל. הנושאים שיילקחו בחשבון להכללתם ע"י הועדה הם:

  • הגדרת מונחים ספציפיים למערכות בקרת אצווה, שתעודד הבנה בין יצרנים ומשתמשים.
  • הגדרת שפה סטנדרטית למבנה נתונים של בקרת אצווה, שתקל על תכנות, על פעילויות קונפיגורציה, ועל תקשורת בין הרכיבים השונים של המערכת.
  • הגדרת מבנה נתונים סטנדרטי  למערכות אצווה, שיקל על פעילויות תקשורת הנתונים במסגרת אדריכלות המערכת.
  • קביעת אדריכלות בקרת אצווה סטנדרטית שמגדירה את הדגמים הפיזי ופונקציונאלי. הדגם הפיזי הוא המבנה ההיררכי שמקשר בין ציוד הבקרה לבין תקשורות הנתונים הנחוצות לאזורים הפיזיים המעורבים בבקרת האצווה. הדגם הפונקציונאלי מציג את הקישורים בין חמשת סוגי הבקרה: ניהול המתכונים, לו"ז, בקרה סדרתית(sequential) , בקרה תקנית (regulatory), מערכות חיגור (interlock)
  • לבטיחות.

סמארטלוג'יק מבצעת פרויקטי אוטומציה ובקרה מודולארית למתקני יצור תוך שימוש בתקן S-88

תכנון אוטומציה ובקרה יעילה לפי סטאנדרט S88

Posted on by אביב צברי

תכנון אוטומציה ובקרה יעילה לפי S-88:

לחץ לקישור להרצאה זו והרצאות נוספות בנושאי אוטומציה ובקרה.

כיום בעולם מערכות האוטומציה והבקרה קיימים מספר קשיים המאפיינים את המקרה הכללי של פרוייקט תכנון ואפיון נכון של מערכות בקרה:

  • הבעיה: שעות הנדסה ופיתוח מרובות.
  • סיבוכיות גבוהה בהקמת פרויקטים קטנים, קושי בהטמעת שינויים.
  • התארכות בהגשת פרויקטים.
  • הסיבה: חוסר במבניות, חוסר בסטנדרטיזציה.

הפתרון לכל הבעיות הנ"ל יכול להימצא ע"י תכנון  וחשיב מודולרית שהם למעשה הלב של S-88, מהו בעצם תכנון מודלרי? מהי חשיבה מודלרית?

  • מבנה מודולרי: הוא מבנה הבנוי מחלקים נפרדים, שלכל אחד מהם שלמות ועצמאות משלו.
  • תכנון מודולרי: יצירת כמה שיותר מבנים שלמים, גדולים ככל האפשר וקשרי גומלין בניהם.
  • ככל שהמבנה המודולרי גדול יותר ומכיל יותר מבנים, החשיבה המודולרית חזקה יותר

הבעיות שתכנון מודלרי פותר:

  • הפסד של זמן יקר והתארכות ביצוע פרויקטים.
  • קושי בתקשורת דרישת המשתמש
  • אמינות שיא: מזעור תקלות למינימום עד 0
  • גמישות לשינויים מבלי לפגוע בקיים.- שיטת השמיכה הקצרה.
  • סטנדרטיזציה
  • ביצועי ייצור טובים יותר והיכולת לשפר אותם כל הזמן, מבלי לפחד.
  • Production management, היכולת למזג את הייצור עם מערכות חיצוניות ומערכות חדשות.

תכנון מודלרי נכון הוא הפתרון היעיל ביותר ליצירת מערכת אוטומציה ובקרה חכמה וכוללת.

מהו למעשה סטנדרט S88?

  • S88 הינה פילוסופית חשיבה, מספקת מערכת עקבית של סטנדרטים, המגדירים מודל פיסיקלי, פרוצדורות ומתכונים (recipes ).
  • פורסם ב 1995 בשם: ISA/ANSI 88.01 batch control – Models and terminology Part 1.
  • מאז יצאו 5 חלקים שפורסמו מאז ועד 2008.
  • S88 הוא לא סטנדרט תוכנה, וניתן ליישמו גם בתהליכים ידניים ומפעליים.

 

סטנדרט S88 הוא תהליך אצווה, תהליך היוצר מוצר ממספר חומרי גלם ע"י סדרה של פעולות , בפרק זמן נתון, על ידי אחד או יותר יחידות.

את זה הוא עושה על ידי שני מודלים:

  • המודל הפיסיקלי
  • מתכון/המודל הפרוצדורלי – סט של אלמנטים פרוצדורלים

המודל הפיסקלי:

Control Module ,CM: האלמנט הפיסיקלי הקטן ביותר. בנוי מאוסף כניסות ויציאות, עליהם מבוצעות מספר סופי של פעולות.

  • לדוגמא: ברז ON-OFF, ברז פרופורציונלי, מנוע, מפסק משדר (Transmitter)
  • מנקודת מבט של הבקרה זוהי ישות אחת.
  • יכול להיות חלק מ EM
  • יכול להיות מורכב ממספר Control modules.

:Equipment module ,EM מודול המורכב ממספר CM   עליהם מתבצעים מספר סופי של פעולות.

  • חלק מה CM יכולים להיות אופציונאלים ולא בשימוש על מנת ליצור EM גנרי ככל שניתן.
  • דוגמה לEM : מערכת חימום, מערכת לשליטה בגובה, (הכוללת רגשי גובה וברז הזנה) מערכת לשליטה בזרימה
  • מערכת לשליטה בקירור/חימום. הכוללת ברזי חימום, קירור וחיישן טמפרטורה.
  • בתהליך: יכול להוות יחידה עצמאית, יכול להיות כפוף לEM  אחר, ל Unit, ול- Cell

את שני הרכיבים הנ"ל ניתן לשייך למבנים הבאים:

Unit- יחידה הבנויה ממספר סופי של EMs ו CMs

דוגמא ל Units :  ראקטור,ביוראקטור, מפסטר, מיכל , מיכל אגירה וכו..

Process cell: אלמנט הבנוי ממספר Units, המוביל לבנית האצוה.

או בצורה גרפית:

המודל הפרוצדורלי:

המודל השני הנפוץ בסטנדרט 88 הוא המודל הפרוצדורלי, בדומה למקרה הפיסקלי, גם כאן המודל מורכב מתאים ומבנים:

  • Cell procedure: כאשר התהליך מצריך שימוש ביותר מUnit  אחד, תפקידה להגדיר את האסטרטגיה על ידי החלטה באיזה Units יעבור כל תהליך ומה יעשה כל Unit – בהתיחסות ל Unit כ"קופסא שחורה" המקבלת חומר מסוים ומחזירה חומר אחר.
  • Unit Procedure: מכילה סט פעולות על פי סדר אשר גורמת להמשכיות התהליך על ידי Unit.חשוב!
  • רק פעולה אחת יכולה להיות פעילה בזמן נתון על Unit אחד.
  • פעולה כזאת יכולה להיות לעבוד אח ורק על Unit אחד.
  • יחד עם זאת מספר Unit-prucedures  מאותו סוג יכולות לרוץ על מספר Units במקביל.
  • Operation: סט של פאזות אשר מגדירות תהליך אשר לוקחות חומר ומעבירות אותו ממצב מסוים למצב אחר על ידי שינוי פיסיקלי או שינוי כימי.
  • Phase פאזה: האלמנט הפרוצדורלי הקטן ביותר, אשר משלימה מטלה תהליכית. על ידי סט של  של שלבים ומעברים ביניהם. דוגמה טובה להגדרת שלבים ניתן למצוא בתקן IEC848

אוטומציה ובקרה – הרצאות נבחרות

Posted on by אביב צברי

 

להורדת הרצאות נבחרות נא ללחוץ על הלינק:

חשיבה מודולרית באמצעות S88.

S95 הממשק בין מערכת הניהול למערכת הבקרה.

IEC-61511: בטיחות בתהליך.

בקרה ואוטומציה תוך שימוש ב 21CFRPart11

להורדת סילבוס ולהרשמה לקורס 21CFR Part 11 לחץ כאן