S88的内容与应用

我们经常会在杂志期刊上看到S88或者ISA88的字样，可能大家会问：S88是什么？在仪表与流程工业起什么作用？本文试图从这两个方面来解答读者的困惑。 S88共有四个部分，分别是S88.01、S88.02、S88.03和S88.04。下面就分别对他们做一个简单的介绍。 一、S88.01 1．一个国际工业标准 S88.01 标准的全称为ANSI/ISA-88.01-1995，批处理控制部分1：模型和术语，这一标准得到了国际上的广泛接受，它被开发并针对用于批处理工业 。 2．批处理过程 你会发现在化工与制药行业有很多批处理工艺，同样在食品、饮料和造纸也有这样的工艺，批处理过程的特点之一就是：如果把不同批次的产品放在一起的话，很难区分哪一批生产的产品；批处理的另一个特点是：用同一种设备可以生产出不同的最终产品。这就是为什么对设备提出了高度柔性的要求了，S88标准为批处理控制提供了柔性的方法。 3．连续和离散过程 虽然该标准是按批处理过程开发的，它也可适用于连续的和离散的过程上，连续过程的例子如：水的纯化和媒气获取； 离散过程的例子如：汽车生产；如果这些的生产过程中需要一定程度的柔性，那么就可以应用S88。 4．在S88.01之前：“设备”使用程序的情况 在批处理工业，设备用于在预处理阶段对原材料进行初步处理，通常这一过程需要程序对其进行控制，比如使用PLC。从设备的物理能力来说，它还能够执行其他功能或执行已有功能的不同部分，但是，因为过程使用了程序代码，所以柔性的可能性有，但并不大。如果要想使用同一个设备生产出不同的产品，你需要控制系统工程师的帮助，这也需要时间和金钱。 5．S88.01：模型和术语 S88中包含了模型和术语，用来构建生产过程的结构，S88的主要概念是：把设备的控制和生产的过程相分离，这就使得：使用相同的设备，执行不同的过程，生产不同的产品成为可能。 6．物理模型 S88.01提供了一种层叠模型，用来对物理设备进行结构化的描述，被称为物理模型。控制系统工程师可以基于这个模型，对设备所有可能的功能进行编程。 7．配方 产品的属性可以通过配方来进行描述。S88.01定义了4种类型的配方：通用、地点、主站和控制，每种配方包括了不同的级别，最高级别定义了整个的工艺过程，最低级别定义了实现的过程，一步跟一步，直至生产出最后的产品。S88的配方可以由工艺过程工程师来开发，无需知道设备控制的细节。 8．配方命令设备 当设备所有可能执行功能的程序编制完成之后，工艺过程工程师进行过程的选择（基本的设备功能如：混合、加热、加料等），工艺工程师要做的是：按工艺配方把不同的工艺段按流程装配在一起，配方会告诉设备执行什么功能、按什么顺序进行，这就完成了从原材料到最终产品的生产过程。应用了S88，使得新产品推向市场变得比较容易，因为在大多数情况下，不需要编制新的功能。 9．控制模型 如果你要实现一个批处理的生产，你必须要具备设备和配方，另外，在批处理过程中的很多控制行为也是非常重要的，比如：时间表、配方管理，过程控制。S88为这些行为提供一种模型，称为：控制行为模型，使用这种模型可以开发柔性控制系统，用它来实现柔性生产过程。 10．应用S88.01所产生的结果 标准颁布于1995年，从那时起，已经应用到了世界各地。众所周知，使用S88标准可以带来诸多的优势，比如： · 提高了灵活性； · 提高了生产率； · 提高了设备产能； · 提高了过程质量； · 提高了生产数量； · 减少了操作员的操作； · 提高了功能规范的一致性； · 增强了设备、用户、咨询、系统集成商的信息沟通； · 不同供应商的集成变得容易 ； · 缩短了产品进入市场的时间； 等等…… 二、S88.02 1．语言的数据结构和使用指南 S88.02包含了数据模型、表格和标准方法来描述配方。 数据交换模型在S88.02的描述中，以4种型式进行信息传送：配方、设备能力、时序安排和处理日志，相关的表格用于不同系统间的信息交换。 2．数据模型，数据结构和内部关系 S88.02定义了数据模型，指定了一组对象、属性和它们的基本关系，涵盖部分1中的高层的抽象概念，这个模型的使用，是开发软件元件之间接口规范的起始点，部分1中指定模型是一种集成对象模型，但它们不假设或排除系统间功能性的详细分割。 3．语言的使用指南 S88.02 定义了图形语言的符号和规则，这种语言用于描述配方，配方是批处理控制中的核心，但它们既复杂又宽泛，没有一种配方可以描述所有的环境。S88.02标准规范了一种方法，用于描述主站和控制配方过程，可以用于复杂和宽泛的应用，这种方法被称为：PFC（过程功能图）。 下图为S88过程功能图（PFC）的例子： 三、S88.03 1．对部分1内容的加强 ISA最近接受了S88标准的第3部分，这部分在2003年底被ANSI所接受，IEC在2004年4月接受该标准。 2．部分1和部分3的比较 S88的部分1对于S88的通用配方仅给出了很简单的信息，而S88的部分3为通用配方部分给出非常详细的定义。因为部分1聚焦于“批处理控制”，而最终用户需要一个标准，聚焦于产品信息的共同管理，这也就是部分3产生的原因。 3．通用配方 通用配方包含了产品生产的通用信息，通用配方中的信息需要不同的地点，每个地点都有自己的特性，比如能力，一致地用于度量和语言，然而，企业希望能够在不同地点生产相同的产品，这在S88部分3中，给出了这类问题的解决方案。 4．部分3中的内容 部分3聚焦于通用配方，它定义了通用配方中应该包含的信息，它也定义了一些标准符号，用于通用配方的描述，这样可以带来很多优点，比如：减少了由于语言的不同而带来的问题。部分3还定义了一个标准的方法，把通用配方（通用产品信息）转换成主站配方（用于生产产品的设备控制）。 5．优点 通用配方可以使企业在一个共同产品描述的环境下工作，它可以用于不同的地点，这一信息还可以用一种标准方式传换成主站配方，用于某种设备的控制。这种方式也使得研发部门和生产部门的沟通变得容易，甚至这些部门位于不同的国家、使用不同的语言。 四、S88.04: 生产记录 SP88委员会已经开发了S88的第4部分，此部分聚焦的是生产记录。部分4提供了生产记录的详细描述，它包含了一个生产记录内容的对象模型，生产模型标准为用户提供了开发生产记录存储和/或交换的参考模型。基于这种标准的执行，允许用户读取、分析和报告所选生产记录的数据。 虽然S88部分4最初推荐给批处理过程使用，但对其他类型的过程也有相当大的价值，标准很好地遵从了通用食品法律，能够满足用户对系统跟踪和追溯的要求。 五、应用举例：施耐德电气的UAG（Unity应用生成器）软件中使用了S88标准 UAG使用了ISA中的术语。在S88标准，批处理控制“部分1：模型和术语”中，给出了S88的结构模型，见S88 物理模型图。使用UAG的用户可以把他的工艺流程按自己的定义分解到对应的任务，从下至上地应用执行。S88标准采用了一种六层结构，来表示企业的整体的自动化设备情况，设计者可以方便的定义站点（Site）的自动化设备，一线到多线表示了“一个与多个组成”相关，比如：一个个体（Unit）包含多个设备（Equipment）。 区域（Areas）、过程单元（Process Cells）和个体（Units）把工厂分为不同部分完成不同的任务。 UAG采用的物理模型 设备模块（Equipment Modules）相当于S88中的设备（Equipment） 设备模块集合了一组控制模块（Control Modules），它们结合了必要的物理过程和控制设备，执行限定的过程行为。设备的例子有：传送带或反应釜。它可以是一个独立使用的资源或者是一个共享使用的资源。设备模块从功能上被定义成：完成有限的任务。 控制模块（Control Modules）相当于S88中的装置（Device） 控制模块通常用于定义传感器、执行器和调节控制设备，从控制的角度来看，它是操作的一个单一点。控制模块在现实世界中可以是一个设备，比如：马达、阀门、温度变送器，等等；或者是一种控制功能，比如：PID回路、定时器、计数器。 UAG软件正是针对批处理和过程工业的控制程序自动生成软件，一旦对工艺进行了合理的划分，基于对象的程序就可以自动生成，这正是S88带给我们最大的优势。实现了配方（控制程序）与设备（不同的PLC和工艺设备）的分离，可以在不同地点，甚至不同设备上，生产相同的产品。 六、S88 为用户带来的益处 用户指出：在批处理项目中使用S88标准是非常重要的，它可以大大提高制造系统的柔性；还有的用户补充道：它的重要性还体现在能够减少新产品投放到市场的时间；还有的益处体现在：提高产品质量的一致性、减少工程费用、提高生产效率、以及减少维护和操作费用。 不仅如此，它的益处还体现在从工厂到工厂的应用工程进行转移的一致性，项目容易通过审核与验收。美国食品和药品管委会（FDA）的检查员已经在公司的所有制造企业，开始要求或强迫执行这一最佳的规范标准。因为不<