Transcript PLC ontwerp - procedureel model

ISA-88
het procedurele
model
Peter van den Berg
Business Consultant/Education Engineer
Click to add comments
1
Specificatie Procedural control
Procedural
control
Procedure
Coordination
control
Unit
procedure
Operation
Specificatie
Procedural
control
2
Phase
Basic control
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
2
Specificaties maken
Ü PFD voor een algemeen overzicht
Ü Gebruik PFC (S88.02) voor procedural
control
Ü Gebruik SFC (IEC 60848) voor phase
logica, liefst meteen extended SFC
(=> IEC 61131-3 SFC)
Ü Exception handling komt overal voor
maar let op dat je het consequent
gebruikt en op de juiste plaats zet!
3
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
PFC: Procedural Function Chart, een high level grafische modelleertaal
voor receptbeschrijvingen.
SFC: Sequential Function Chart, een grafische modelleertaal voor
stappen besturingen.
3
PFD: Process Flow Diagram
Ü
Ü
Ü
Ü
Ü
Ü
“Logistiek model”
Eenvoudige weergave van processen
Driehoek: een ‘store’; een bufferplaats
Rechthoek: een proces
‘Flow’ aangeven met pijlen
Geef korte beschrijvingen van de
processen
Ü Gelaagdheid ook mogelijk
Store
4
Proces
Flow
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
4
Voorbeelden van PFD’s
Oil
preparation
Evaporator
Concentrate
tanks
Chocolate
Oil batch
tanks
Syrup
Air
Paste +
Gum
Lentil
Forming
CIP
Coating
Transport
Water
Polishing
Spray dryer
5
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
5
SFC: Sequential Function Chart
Ü Bedacht in Frankrijk
GraphCET: Graphe de Commande
Etape Transition
Ü Genormeerd in 1988: IEC 848
tegenwoordig IEC 60848
Ü Overgenomen als een PLC-taal in de
norm IEC 61131-3: SFC
basis is hetzelfde, uitbreiding tbv
‘execution’
6
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
Grafcet komt van het "Graph de Commande Etape-Transition",
hetgeen zoveel wil zeggen als: "tekening of schema van
commando's (acties) die nodig zijn voor het stapsgewijs doen
verlopen van een proces. Een diagram volgens deze tekenwijze
geeft stap voor stap aan welke acties op welk tijdstip en onder
welke voorwaarden moet plaatsvinden.
Het diagram dient de toegankelijkheid van een systeem te
vergroten. Dit heeft als voordeel dat de werking van systeem
snel te begrijpen is, storingen snel gevonden kunnen worden en
het systeem snel aan te passen is.
6
SFC: basis symbolen
Ü Stap:
n
l in een stap worden
commando’s of akties
uitgevoerd
Ü Initiële stap:
0
l de beginstap van de SFC,
hier worden de initiële
akties/commando’s
uitgevoerd
7
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
Het besturingsproces wordt onderverdeeld in een aantal zo
elementair mogelijke fasen. Elke fase kent een stap en de
daarbij behorende actie(s). De stap speelt zich in feite af in de
besturing, de actie vindt plaats in het proces of aan de machine.
· De stappen worden de één na de ander geactiveerd.
· De acties worden uitgevoerd zodra en zolang de
desbetreffende stap actief is.
7
SFC: basis symbolen
Ü Transitie:
l voorwaarde voor de
n
n
overgang van de ene
actieve stap naar een
andere actieve stap
l de transitie is enabled
als de voorafgaande
true/false
true
false
stap(pen) actief is (zijn)
n
n+1
8
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
Tussen twee stappen bestaat een overgang.
In de overgang bevindt zich een doorstapvoorwaarde. De
overgang is geblokkeerd zolang nog niet aan de
doorstapvoorwaarde is voldaan en wordt vrijgegeven zodra aan
de doorstapvoorwaarden is voldaan.
Een volgende stap wordt actief als:
- De voorgaande stap actief is
- Aan de doorstapvoorwaarde is voldaan
Het vrijgeven van de overgang heeft tot gevolg:
- De volgende stap actief wordt (set).
- De vorige stap wordt uitgeschakeld (reset).
8
Acties in een stap
akties
n
voorwaarden
Feature
"a" : Qualifier
"b" : Action name
"c" : Boolean
"indicator"
variables:
Graphical form
+-----+--------------+-----+
---| "a" |
"b"
| "c" |--+-----+--------------+-----+
|
"d"
|
|
|
+--------------------------+
"d" : Action using:
IL language
ST language
LD language
FBD language
PLC-talen ook gebruiken voor transities
9
Qualifiers:
S: Stored
D: Delayed
L: time Limited
P: Pulse
N: Non Stored
R: Reset
of combinaties:
b.v. SD, DS, SL
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
Aan iedere stap kunnen één of meerdere acties zijn verbonden. De acties
worden uitgevoerd op het moment dat de desbetreffende stap actief is. De
uit te acties voeren kunnen zeer gevarieerd zijn, afhankelijk van het
proces, bijvoorbeeld:
· Zuiger in of uit
· Schakelaar open of dicht
· Klep sluiten
· Stempel neerlaten
· Combinatorisch acties
· Enz., enz.
Ook kunnen "interne" acties uitgevoerd worden zoals:
· Tellerstand verhogen
· Geheugen setten of resetten
· Tijdvertraging starten
· Enz., enz.
9
SFC: tegelijkertijd of keuze
EN
OF
Let op: er zijn regels voor divergentie en convergentie!
10
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
Binnen een Grafcet is het ook mogelijk een vertakking aan te brengen.
Wanneer op het knooppunt van de vertakking de keuze gemaakt moet
worden tussen de ene òf de andere weg, spreken we van een OFdivergentie.
Wanneer er bij een vertakking beide volgende stappen actief worden dan
is er sprake van een EN-divergentie. Het grafische verschil tussen beide
soorten vertakking is hierboven te zien.
In bovenstaand figuur is te zien dat men voor een EN-divergentie dubbele
strepen gebruikt. De doorstapvoorwaarde buiten de vertakking, als de
doorstapvoorwaarde waar is zullen de volgende stappen actief worden. Bij
de OF-divergentie gebruikt men een enkele streep. De
doorstapvoorwaarden bevinden zich binnen de vertakking, het proces zal
die vertakking volgen waarvan de doorstapvoorwaarde als eerste waar is.
Als alle voorwaarden waar zijn, dan wordt de meest rechtse stap actief.
10
SFC: regels
Ü 2 stappen kunnen nooit direct na elkaar
komen
Ü Idem voor 2 transities
Ü een stap is minstens actief gedurende 1
cyclus van de PLC
Ü convergentie regels bij EN-OF
divergenties
11
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
11
Tips voor SFC
Ü
Ü
Ü
Ü
12
Let op met Set/Reset functies
Zorg dat de structuur simpel blijft
Combineer meerdere stappen tot 1 stap
Denk aan het gebruik van logica in een
stap (b.v. gebruiken voor exception
handling)
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
12
‘Tabelmethode’ tbv specificatie SFC’s
Step
Description
0
Begin
0>1
1
Start-up
Regeneration
13
Set system set-points
Air temperature
Air Pre cool temperature
Air flow
Humidity
Start regeneration Fan
Fan started
Start control
3>4
4
Start Drying wheel
Enable PID Loop regenerating & Humidity
Timer
2>3
3
Remarks
HMI Start
1>2
2
Actions/Conditions
Start all PID controllers
Start Process Fan (ramp)
Ramp up process Fan in x minutes from
0 to Stand-by set point
Set points reached within +/- x%
End
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
13
Een andere methode
SFC
State:
STEP:
S1
Running
S2
Sn
Stopping
S1
Restarting
S1
Aborting
S1
Holding
S1
Requests
Internal
resources
Acquired
resources
Alarms
Transitions
Messages
Parameters
Reports
14
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
14
PFC: Procedural Function Chart
Ü PFC is gebaseerd op IEC 60848 (SFC)
Ü Is hoger in hiërarchie als SFC
Ü Is bedoeld om procedural control te
specificeren
Ü Gedefinieerd in S88.02 tbv
ondersteuning voor
receptuurontwikkeling
15
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
15
PFC: basiselementen
Operation
Unit Procedure
Procedure
Identifier
Identifier
Identifier
Identifier
`
Phase
Start
Einde
+
Identifier
16
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
16
PFC: Synchronisatie
Synchronisatie voor
PFC’s werkt
wezenlijk anders
dan voor SFC’s!!
n
n
true/false
true
false
n
n+1
IDENTIFIER
IDENTIFIER
17
Als de voorwaarde
WAAR is, dan zal
een verzoek om te
stoppen gedaan
worden aan de
equipment phase
EQUIPMENT
PHASE
De transitie wordt
pas uitgevoerd als
de equipment
phase beeindigd is
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
17
PFC: Synchronisatie
Add A
Add A
S01
`
S01
Heat
Heat
Transfer
from
Pre-Mix
Transfer
from
Pre-Mix
18
Transfer
to
Reactor
TR2
TR2
Transfer
to
Reactor
(De-)Allocatie
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
18
PFC: voorbeeld
Http://www.wbf.org/Publications/EmersonS88Paper.htm
19
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
19
PFC: voorbeeld (2)
20
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
20
PFC: voorbeeld (3)
21
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
21
Benamingen
Ü Onderdelen van het Physical model:
Zelfstandige naamwoorden
Ü Onderdelen van het Procedural model:
Werkwoorden
Ü Een systematiek in nummering is handig
22
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
22
Procedureel model
Procedure
Unit procedure
Operation
Phase
23
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
23
Phase
Voorbeeld:
Phase
l
Afpompen
l Roeren
l Verwarmen
Ü (Proces-)Actie op Unit of Equipment Module
niveau
Ü Is het kleinste procedurele element
Ü Kunnen tegelijk (parallel) aktief zijn
Ü Kunnen uit zichzelf stoppen (discontinu = zonder
commando van buitenaf) of door een commando
(continu)
Ü (Meestal) een onafhankelijke proces actie
!! Bij het ontwerp is het belangrijk te weten op welk niveau de recepten zullen worden aangepast,
dit bepaalt mede hoe er met phases en operations moet/kan worden omgegaan !!
24
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
3.34 phase: The lowest level of procedural element in the
procedural control model.
24
Phase specificeren
Ü Wat in de phase gebeurt, beschrijven met
behulp van b.v. een SFC (Sequential
Function Chart)
Ü PLI = Phase Logic Interface
Ü Phase is installatie geörienteerd
Ü De phase is eigenlijk de link tussen de
installatie en het proces
25
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
25
Phase Logic Interface
Start
Phase Logic
Hold
Ready
Interlocked
Restart
Run
Abort
Held
Reset
Aborted
Parameters
Stop
error
Phase
completed
Parameters
Control Logic
26
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
26
Phase Logic State Diagram (InBatch)
Inbatch control
Done
Reset
Restart
PLC Control
Inbatch control
PLC Control
Hold
Interlocked
Ja
Reset
Proces
Run
Inbatch control
Operator Start/Stop/Reset
Alarm
PLC Control
Inbatch control
Start
Nee
Interlock
PLC Control
Inbatch control
Nee
Ready
Abort
Hold
Ja
27
Aborted
Inbatch control
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
27
Phase Logic State Diagram (PCS-7)
28
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
28
Voorbeeld PLI
BatchControl
(PC)
PLC
29
PLI
PLI
PLI
PLI
PLI
Stap
prog.
Stap
prog.
Stap
prog.
Stap
prog.
Stap
prog.
Ontvangen
Suiker
Standaardiseren
CIP
Vaten
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
29
Voorbeeld: Phase vullen
Phase: vullen
Initialisatie
0
Niet nodig
Altijd
AKTIE
1
Open vulklep
Commando stop vullen
Beëindigen
2
Sluit vulklep
Status vulklep "dicht"
30
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
30
Oefening: Phase Doseren G1
Ontwerp nu zelf de phase voor Doseren G1
Phase: doserenG1
0
Reset Hoeveelheid
Overname setpoint hoeveelheid
Hoeveelheid = 0
1
Open klep doseren
Instellen setpoint
Hoeveelheid >= setpoint hoeveelheid
2
Sluit klep doseren
Status klep doseren "dicht"
31
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
31
Operation
Ü Voorbeeld:
Operation
l Vullen
l Afvoer
Ü Actie op Unit niveau
Ü Kan opgebouwd worden uit één of meerdere
phases
Ü Er kan maar één Operation actief zijn in een Unit
Ü Een operation is altijd discontinu
Ü Zo ontwerpen dat na de Operation de Unit in een
stabiele toestand komt (hier kan het proces
onderbroken worden)
32
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
3.31 operation: A procedural element defining an independent
processing activity consisting of the algorithm necessary for the
initiation, organization, and control of phases.
32
Definieer operations
Ü
Ü
Ü
Ü
Let op operator taal
Let op status omschrijvingen
Let op bewerkingen
Lees beschikbare ‘recepten’ en
groepeer
Ü Voer handelingen analyse uit
Ü Multi disciplinaire aanpak
Ü Toetsing met testrecepten
33
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
33
Verschillen Operation - Phase
Operation
Ü 1 aktief in een
unit
Ü Proces
georienteerd
Ü Altijd een
eindcriterium
34
Phase
Ü Meerdere
parallel aktief
Ü Installatie
georienteerd
Ü Continue of
discontinue
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
34
Oefening: Operation
Oefening: maak PFC
Toevoegen grondstof 1
35
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
35
Beschikbare phasen
Ontwerp de Operation Doseren
met behulp van deze 2 phasen:
Phase: vullen
0
Phase: doserenG1
0
Niet nodig
Hoeveelheid = 0
Altijd
1
Open vulklep
1
Sluit vulklep
2
Status vulklep "dicht"
36
Open klep doseren
Instellen setpoint
Hoeveelheid >= setpoint hoeveelheid
Commando stop vullen
2
Reset Hoeveelheid
Overname setpoint hoeveelheid
Sluit klep doseren
Status klep doseren "dicht"
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
36
Uitwerking oefening
EM: dosering G1
Vullen
Doseren G1
Doseren G1 Gereed
37
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
37
Structuur van automatische programma’s
Initialisatie
(Start-up)
Ok
ACTIE
(Stabiel houden)
Eind criterium
Beeindigen
38
(Shut-down)
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
38
Interactie met Basic Control
Operatie/Phase
Init
Start
Settings
Status
Cyclisch
Stop
End
39
Besturing
Start
state
Cyclische
besturing
Stoppen
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
39
Unit procedure
Unit
Procedure
Ü Voorbeeld:
l Maak product “A”
Ü Actie op Unit niveau
Ü Er kan maar één Unit Procedure tegelijk in een Unit
actief zijn
Ü Een Unit Procedure geeft aan welke Operations, in
welke volgorde uitgevoerd moeten worden
Ü De Unit Procedure moet volledig afgehandeld zijn
voordat het product de Unit kan verlaten
40
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
3.61 unit procedure: A strategy for carrying out a contiguous
process within a unit. It consists of contiguous operations and
the algorithm necessary for the initiation, organization, and
control of those operations.
40
Procedure
Procedure
Ü Voorbeeld:
l Maak eindprodukt
Ü Actie op Process Cell niveau
Ü Moet bestaan als er meer dan 1 Unit gebruikt wordt
voor een batch
Ü In een Process Cell kunnen meerdere Procedures
actief zijn (dit zijn dan uiteraard meerdere batches!)
41
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
3.37 procedure: The strategy for carrying out a process.
NOTE- In general, it refers to the strategy for making a batch
within a process cell. It may also refer to a process that does not
result in the production of product, such as a clean-in-place
procedure.
41
Opdracht: maak een PFD
Ü
Ü
Ü
Ü
Ü
Ü
Proces: volgende sheet
“Logistiek model”
Eenvoudige weergave van processen
Driehoek: een ‘store’; een bufferplaats
Rechthoek: een proces
‘Flow’ aangeven met pijlen
Store
42
Proces
Flow
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
42
43
Uitwerking PFD
#1
#2
#3
#4
Premix 1
44
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
44
45
Uitwerking PFD (2)
#1
46
#2
#3
#4
Premix 1
Premix 2
Reactor 1
Reactor 2
PLC programma ontwerp voor grote systemen –
46