Rezeptursteuerung (Batch)

Schon als die Rezeptursteuerung für PLS80E Mitte der 1980er Jahre entwickelt wurde, hat man sich an NAMUR Empfehlungen gehalten und diese konsequent umgesetzt. Die Kunden wurden aktiv in die Entwicklung eingebunden. Das heißt nichts anderes, als dass vom Kunden gewünschte Funktionen integriert und seine Anregungen berücksichtigt wurden. Die Rezeptursteuerung von PLS80E ist bei den Anwendern wegen Ihres Konzeptes und der einfachen Umsetzung sehr beliebt. Zitat: Der PLS80E Batch (Rezeptursteuerung) ist immer noch das Beste was auf auf dem Markt ist. Im Folgenden möchten wir Ihnen das hinter der Rezeptursteuerung stehende Konzept etwas näher bringen. Vielleicht können auch Sie sich dafür begeistern.

Struktur

Die Realisierung der Steuerung in PLS80E basiert auf einer allgemeinen Verfahrensvorschrift, der Grundrezeptur. Es wird unterschieden zwischen der apparate- und chargenunabhängigen Grundrezeptur und der apparate- und chargenbezogenen (Steuer-)Rezeptur.

Die Grundrezeptur, bzw. Steuerrezeptur kann in kleinere Einheiten aufgeteilt werden, wie in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Definitionen

Grundrezeptur

Die Grundrezeptur ist eine allgemeine Verfahrensvorschrift, welche die Grundoperationen und ihre Ablaufstruktur zwecks Herstellung eines Produkts im Chargenprozess festlegt. Sie ist ohne Apparat- oder Chargenbezug, bestehend aus einer oder mehreren Grundteilrezepturen.

Grundteilrezeptur

Die Grundteilrezeptur ist Teil der Grundrezeptur für eine beliebige Prozeseinheit und besteht aus Apparate unabhängigen Grundoperationen.

Grundoperation

Die Grundoperation ist ein elementarer, Apparate unabhängiger Vorgang bei der Durchführung eines Verfahrens.

Steuerrezeptur

Die Steuerrezeptur ist die Abbildung der Grundrezeptur auf eine Anlage. Sie entsteht aus der aus der Grundrezeptur durch Zuordnung von Parametersatz, Prozesseinheit und Chargennummer.

Teilrezeptur

Die Teilrezeptur ist Teil der Steuerrezeptur und besteht aus mehreren Phasen. Sie ist die Abbildung der Grundteilrezeptur auf einer bestimmten Prozesseinheit.

Phase

Die Phase ist Teil der Teilrezeptur und besteht aus mehreren Schritten. Sie ist das anlagenspezifische Abbild der Grundoperationen.

Schritt

Der Schrit ist Teil der Phase und Besteht aus Aktionen und Transitione. Transitionen sind Fortschaltbedingungen zum nächsten Schritt.

Prozesseinheit

Die Prozesseinheit ist die kleinste autarke Verfahrenseinheit

Parametersatz

Der Parametersatz enthält die konkreten Werte die zur Herstellung einer festgelegten Menge eines bestimmten Produkts erforderlich sind.

Grundoperationsparameter

Die Grundoperationen sind verfahrenstechnische Parameter wie z. B. Sollwerte, Grenzwerte oder Zeiten
Die Deklaration der Grundoperationsparameter umfasst die Festlegung der Bezeichnung (frei wählbarer Name), des Typs (analog, binär, timer, zeit) und gegebenenfalls die physikalische Einheit.
Bei der Erstellung der ablauffähigen Rezeptur werden die Grundoperationen durch die gleichnamigen Phasen ersetzt. Dabei werden den Parametern Werte zugewiesen (Parametersatz). Diese Werte sind Eingangsgrößen für die Phasen. Die Phase kann diese Werte nicht verändern.

Register, Merker, Timer

Bei der Programmierung der Phasen können Werte in den Registern und Merkern zwischengespeichert werden. ZUr Steuerung des zeitlichen Ablaufs innerhalb der Phase (z. B. Wartezeiten) sind die Timer vorgesehen.
Ein Register dient dem Speichern eines Analog-, Zeit- oder Timerwertes.
Ein Merker dient dem Speichern eines logischen Zustandes (NULL oder EINS)
Ein Timer wird auf Zeitdauer gesetzt und dann zyklisch dekrementiert.

Arbeitsweise

Die Rezeptursteuerung hat folgende Funktionen:

• Koordination des Ablaufs von Rezepturen. Dazu gehört das Nachladen von Teilrezepturen in die Funktionseinheiten und die Bearbeitung der Betriebs zustände und Stati der Rezeptur
  Erzeugen von Chargenprotokollen
• Bearbeitung von Bedienereingaben und Bereitstellung von Informationen für die Betriebsfunktionen der rezepturspezifischen Darstellungen.
• Zur Durchführung dieser Aufgaben greift die Rezeptursteuerung auf in den Leitstations-Archiven abgelegte Konfigurierungsdaten, Parametersätze und aktivierte Rezepturen zu und legt Chargenprotokolle im Leitstations-Archiv ab.

Die Rezeptursteuerung kann redundant ausgeführt werden

Redundanz für die Rezeptursteuerung

Zum Betrieb der Rezeptursteuerung mit Redundanz ist folgende Konfiguration nötig:

• eine Leitstation als Rezepturmaster
• eine weitere Leitstation als Ersatz - Rezepturmaster
• eventuell weitere Leitstationen als Rezeptur-Slaves

Die Rezeptursteuerung läuft im Normalbetrieb nur auf dem Rezepturmaster. Sie verwendet die dort abgelegten Konfigurierungs-Daten, Parametersätze und aktivierten Rezepturen. Auch die von ihr erzeugten Chargenprotokolle werden in den Archiven des Rezepturmaster abgelegt.

Beobachtung und Bedienung von rezepturspezifischen Darstellungen auf dem Ersatz - Rezepturmaster und Slave werden über die Rezeptursteuerung des Rezepturmasters abgewickelt. Ersatz - Rezepturmaster und Slaves verwenden die in den Archiven des Rezepturmaster abgelegten Parametersätze, Chargenprotokolle und aktivierten Rezepturen.

Die Konfigurierungs-Daten sind auf allen Stationen abgelegt und müssen identisch sein.

Datenabbild auf dem redundanten Rezepturmaster

Der Ersatz - Rezepturmaster muß ein Abbild der Chargenprotokolle, der aktivierten Rezepturen und der Parametersätze halten.

Der Ersatz - Rezepturmaster fordert dazu in regelmäßigen Abständen von 1 Minute die auf dem Rezepturmaster vorliegenden Protokolldaten, aktivierten Rezepturen und Parametersätze an. Dabei werden nur Veränderungen im Datenbestand vom Rezepturmaster gesendet. Diese Daten werden vom Ersatz -Rezepturmaster in seinen entsprechenden Archiven abgelegt.

Übernahme der RM-Funktion durch den ERM

Stellt der Ersatz - Rezepturmaster bei seiner zyklischen Datenanforderung des Steuerungsstatus vom Rezepturmaster fest, daß kein Zugriff auf die Daten des Rezepturmasters möglich ist, so übernimmt er- in der Annahme, daß der Rezepturmaster außer Betrieb ging - dessen Funktionen. Umgeschaltet wird, sobald der Rezepturmaster 45 Sekunden lang keine Antwort auf die Anfragen des Ersatz - Rezepturmasters gegeben hat.

Damit übernimmt der Ersatz - Rezepturmaster, der bisher wie ein Slave gearbeitet hat. Die Funktion des Rezepturmasters. Der aktuelle Stand der Protokolldaten, Parametersätze und aktivierten Rezepturen ist durch deren zyklische Anforderung vor Ausfall des Rezepturmasters gewährleistet. Dann wird die Rezeptursteuerung initialisiert. Dies schließt das Einholen der aktuellen Teilrezepturdaten von allen Teilrezeptursteuerungen ein. Daraus wird ein aktuelles Bild der laufenden Rezepturen erstellt. Nun funktioniert der Ersatz - Rezepturmaster vollständig als neuer Rezepturmaster. Beim Wechsel erfolgt ein Systemhinweis auf dem Ersatz - Rezepturmaster.

Wiederübernahme der Rezepturmaster-Funktion durch den Rezepturmaster

Eine Wiederübenahme der Rezepturmaster-Funktion nach Wiederherstellen der Betriebsbereitschaft des ursprünglichen Rezepturmasters ist möglich, sobald dieser oder ein Ersatzgerät mit den gleichen Konfigurationsdaten verfügbar ist. Beim Anfahren des Rezepturmasters spricht dieser den ihn ersetzenden Ersatz - Rezepturmaster an und holt von dort den aktuellen Stand an aktivierten Rezepturen, Chargenprotokollen und Parametersätze ein.

Hat der Rezepturmaster seine Funktion wieder vollständig übernommen, so gibt er dem Ersatz - Rezepturmasterden Befehl, wieder auf seine ursprüngliche Funktionalität zurückzuschalten. Beim Wechsel erfolgt ein Systemhinweis auf dem Rezepturmaster und dem Ersatz - Rezepturmaster.

Gibt der Ersatz - Rezepturmaster auf diese Anfrage hin keine Antwort bzw. ist kein Ersatz - Rezepturmaster vorhanden, so fährt der Rezepturmaster hoch wie in Systemen ohne Redundanz. Es erfolgt ein entsprechender Systemhinweis

Umstellen weiterer Rezeptur-Slaves auf einen Ersatz - Rezepturmaster

Sollen die im Rezepturmaster verwalteten Rezepturen von weiteren Leitstationen beobachtet und bedient werden, so sind diese Leitstationen als Slaves zu konfigurieren. Die Slaves greifen auf die Parametersätze, die Chargenprotokolle und die aktivierten Rezepturen im Rezepturmaster zu.

Übernimmt der Ersatz - Rezepturmaster die Funktionen des Rezepturmasters, so haben weitere angeschlossene Rezeptur-Slave-Stationen davon zunächst keine Kenntnis und versuchen weiterhin, Informationen vom ursprünglichen Rezepturmaster einzuholen. Auf den Rezeptur-Slaves ist neben der Busadresse des Rezepturmasters auch die Busadresse des Ersatz - Rezepturmasters bekannt. Nach denselben Übernahmekriterien, nach denen der Ersatz - Rezepturmaster einen Ausfall des Rezepturmasters feststellt, schalten die Rezeptur-slaves um und holen die benötigten Rezepturdaten ab diesem Zeitpunkt vom Ersatz - Rezepturmaster.

Ebenso funktioniert ein Zurückschalten auf den ursprünglichen Rezepturmaster nach dessen Wiedereinschalten: Gibt der Ersatz - Rezepturmaster keine Antwort mehr auf die Anfragen der Rezeptur-Slaves, so holen diese ihre Daten von da an wieder vom ursprünglichen Rezepturmaster ein.

Hochfahren von Rezepturmaster, Ersatz - Rezepturmaster und Slave

Ist im PLS ein Ersatz - Rezepturmaster konfiguriert, so muß dieser ein aktuelles Abbild der auf dem Rezepturmaster abgelegten Parametersätze, Chargenprotokolle und aktivierten Rezepturen halten. Dazu dienen die folgenden selbsttätigen Algorithmen:

• beim Hochfahren des Ersatz - Rezepturmaster im Betriebsmodus 'Automatisierung' nach dem Hochfahren des Rezepturmaster im Betriebsmodus 'Automatisierung' werden all diejenigen Parametersätze, Chargenprotokolle und aktivierten Rezepturen vom Rezepturmaster eingeholt, die seit dem letzten Abschalten des Ersatz - Rezepturmaster neu erstellt oder verändert wurden. Das erfolgte Einholen durch den Ersatz - Rezepturmaster wird in den Archiven auf Rezepturmaster und Ersatz - Rezepturmaster vermerkt.

Achtung: Wird eine vorher als Rezeptur-Slave betriebene Leitstation zum neuen Ersatz - Rezepturmaster gemacht, so kann das Übernehmen aller Daten vom Rezepturmaster einige Minuten dauern.

• beim Hochfahren des Rezepturmaster im Betriebsmodus 'Automatisierung' bei laufendem Ersatz - Rezepturmaster, der als funktioneller Rezepturmaster agiert, werden all diejenigen Parametersätze, Chargenprotokolle und Listen der aktivierten Rezepturen vom Ersatz - Rezepturmaster eingeholt, die seit dem Abschalten des Rezepturmaster neu erstellt oder verändert wurden. Das erfolgte Einholen durch den Rezepturmaster wird in den Archiven auf Rezepturmaster und Ersatz - Rezepturmaster vermerkt.

Achtung: Wird eine vorher als Rezeptur-Slave betriebene Leitstation zum neuen Rezepturmaster gemacht, so kann das Übernehmen aller Daten vom Ersatz -Rezepturmaster einige Minuten dauern.

• beim Hochfahren eines Rezeptur-Slaves werden eventuell darauf vorhandene Rezepturen und Parametersätze gelöscht. Dies vermeidet inkonsistente Daten für den Fall, daß diese Leitstation - nach Umkonfiguration - einen gänzlich ausgefallenen Rezepturmaster oder Ersatz - Rezepturmaster ersetzen muß.

Konfiguration und Betriebsmodus der Leitstation

Bei der Konfigurierung kann die Leitstation als Rezepturmaster, als Ersatz - Rezepturmaster oder Slave festgelegt werden. Zusätzlich müssen für die jeweilige Leitstation folgende Busadressen angegeben werden:

• Redundanz für die Rezeptursteuerung ist nur gegeben, solange sowohl der Rezepturmaster wie auch der Ersatz - Rezepturmaster im Betriebsmodus 'Automatisierung' aktiv sind.
• Wird der Ersatz - Rezepturmaster im Betriebsmodus 'Konfigurierung' betrieben, vom Bus abgetrennt oder abgeschaltet, so ist keine Redundanz vorhanden.
• Wird der Rezepturmaster in den Modus 'Konfigurierung' gebracht, vom Bus abgetrennt oder abgeschaltet, so übernimmt der Ersatz - Rezepturmaster dessen Funktion.
• Während der Ersatz - Rezepturmaster den Rezepturmaster ersetzt, ist ebenfalls keine Redundanz gegeben.

 

Hinweis zu obigem Text:

Ähnlichkeiten mit dem Text von der Invensysseite zu PLS80E sind nicht zufällig.Etwa 99% aller Texte und Grafiken zu PLS80E auf den Invensys Seiten sind/waren eine Kopie meiner (Peter Ruhm) privaten PLS80E Homepage. Ich habe mir erlaubt für die PLS80E Seiten der ESR-Systemtechnik GmbH bei mir selbst abzuschreiben. Bei genauem Hinsehen werden Sie auf den Invensysseiten zu PLS80E noch diverse Passagen finden die in der ich-Form geschrieben sind

Grafische Darstellungen

Aufbau

Im beiden folgenden Grafiken zeigen den oben beschriebenen Aufbau als grafische Darstellung. Die Abbildung oben zeigt die gesamte Struktur einer Rezeptur.

Die Grafik darunter zeigt den hirarchischen Aufbau, von der Rezeptur bis hinein in den einzelnen Schritt. Das was hier als Illustration dargestellt ist, kann auch im laufenden Betrieb auf dem Monitor betrachtet werden. Das bedeutet, Sie können sich in jedem Schritt den Status der Aktionen bzw. Transitionen ansehen.Oben der Aufbau einer

 

PLS80E Batch, Bildschirmdarstellung (LWSPC)

So sehen die aktuellen (LWSPC) Bildschirmdarstellungen von Teilrezeptur, Phase und Schritt (von oben nach unten) aus. Wie Sie in der Schrittdarestellung sehen können, ist auch ein beschreibender Kommentar möglich, z. B. als Information für den Bediener.

 

 

RM, ERM und Slave im Redundanzfall

Für eine Funktionierende Redundanz müssen mindestens zwei RTS bzw. Leitstationen vorhanden sein, von denen eine als Rezepturmaster (RM) und die zweite als Ersatz-Rezepturmaster (ERM) konfiguriert ist. Für die weiteren Beschreibungen gehen wir von drei RTS mit je zwei LWSPC als Hardware Ausstattung aus. In dieser Konstellation sind die LWSPC reine Bedienplätze, der Batch selbst läuft ausschließlich auf den RTS ab.

Voraussetzungen

Erste Voraussetzung für ein funktionierendes Redundanzkonzept der Rezeptursteuerung ist die korrekte Konfiguration von RM, ERM und einem oder mehreren Slaves. Die Konfiguration kann im sog. Konfig-Modus (Semigrafik) oder im Vollgrafikmodus (hier beschrieben) an den LWSPC vorgenommen werden. Das ganze dauert nur wenige Minuten bzw. ist mit wenigen Mausklicks erledigt.

Die Konfiguration der Leitstation (RTS) wird über das Dialogmenue, Funktion Leitstation konfigurieren aufgerufen. Das aufgeschaltete Dialogfeld zeigt verschiedene Sektionen, eine davon, mit der Bezeichnung Funktionalitaet (siehe Bild links). Hier werden neben der Konfiguration von RM, ERM und Slave noch weitere Funktionalitäten festgelegt, auf die aber an dieser Stelle nicht näher eingegangen wird. Betrachten wir also nur das was für unseren Batch bzw die Batch-Redundanz notwendig ist.

Bevor Sie mit der Konfiguration der Funktionalität beginnen, sollten Sie sich Gedanken darüber machen welcher RTS Rezepturmaster (RM), welcher Ersatzrezepturmaster (ERM) und welche(r) Slave werden soll. Im Bereich Funktionalität sehen sie drei Radio-Button (on/off), die mit Rezepturmaster, Ersatz-Rezepturmaster und Slave gekennzeichnet sind. Hier wählen Sie die Funktionalität aus, die Sie diesem RTS zugedacht haben und klicken Sie auf den entsprechenden Button (im nebenstehenden Fall Ersatz-Rezepturmaster) und diese Funktion zu aktivieren. Je nach gewählter Funktion erscheint daraufhin rechts neben dem Text Busadresse Rezepturmaster (wenn gewählte Funktion ERM), rechts neben dem Text Ersatz-Rezepturmaster (wenn gewählte Funktion ERM) oder neben beiden Textern (wenn gewählte Funktion Slave) ein Eingabefeld. Hier muß im zweiten Schritt die entsprechende Busadresse eingetragen werden, wird dabei versehenlich die eigene Busadress eingetragen wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Mit diesen zwei Schritten ist die Funktion von RM, ERM und Slave eindeutig festgelegt. Nach Änderungen in der Leitstationskonfiguration muß der RTS neu gestartet werden. Diese eindeutig definierte Funktionalität wird in einem ständig sichtbaren Feld des Titelbalkens angezeigt. Die folgenden Grafiken zeigt die möglichen Darstellungen.

Der Redundanzfall

Betrachten wir einen Redundanzfall, in dem der RM komplett ausfällt (z. B.defektes Netzteil) und betrachten was passiert. Hier noch einmal die Beschreibung wie sie in der Dokumentation zu finden ist.:

Stellt der ERM bei seiner zyklischen Datenanforderung des Steuerungsstatus vom RM fest, daß kein Zugriff auf die Daten des RM möglich ist, so übernimmt er, in der Annahme daß der RM außer Betrieb ging, dessen Funktionen. Umgeschaltet wird, sobald der RM 45 Sekunden lang keine Antwort auf die Anfragen des ERM gegeben hat. Damit übernimmt der ERM, der bisher wie ein Slave gearbeitet hat, die Funktion des RM. Der aktuelle Stand der Protokolldaten, Parametersätze und aktivierten Rezepturen ist durch deren zyklische Anforderung vor Ausfall des RM gewährleistet. Dann wird die Rezeptursteuerung initialisiert. Dies schließt das Einholen der aktuellen Teilrezepturdaten von allen Teilrezeptursteuerungen ein. Daraus wird ein aktuelles Bild der laufenden Rezepturen erstellt. Nun funktioniert der ERM vollständig als neuer RM. Beim Wechsel erfolgt ein Systemhinweis auf dem ERM.

Was heißt das für die Praxis?

Im ersten Schritt eigentlich erst einmal gar nichts. Die beschriebene Umschaltung ist in die Batch Funktionalität von PLS80E integriert und funktioniert vollautomatisch ohne Beeinflussung der Rezeptursteuerung. Die Rezeptur läuft weiter, sofern nichts anderes konfiguriert. Es muß nichts von Hand gestartet oder ein- bzw. ausgeschaltet werden. Für den Bediener wird die Umschaltung durch o. g. Systemhinweis "ERM arbeitet als RM" und die Umfärbung des Schriftzuges ERM (s.o. aktiver ERM) erkennbar. Im angenommen Fall wird natürlich auch der Bildschirm des RM dunkel, so daß sein Ausfall relativ eindeutig erkennbar ist.

Damit die Rezepturverwaltung wieder redundant erfolgt, müßte im angenommenen Fall der defekten RM gegen einen neuen Rechner ausgetauscht werden. PLS80E bietet in diesem Fall aber eine zusätzliche, schnell realisierbare Praxislösung, die allerdings einen oder mehrere Slaves voraussetzt. In dieser Lösung wird ein Slave mit wenigen Handgrifen zum RM! Die praktische Realisierung kann unterschiedlich aussehen, die Variante die die Rezeptursteuerung am wenigsten beeinflußt könnte aber folgendermaßen aussehen:

• Defekten RM ausschalten und vom PLS80E Bus trennen
• Slave x ausschalten und vom PLS80E Bus trennen
• KSL Adresse des Slave in die des defekten RM ändern (Hardware Einstellung mittel Jumper).
• Konfiguration des Slave auf RM ändern. Da der Slave die Adessen von RM und ERM kannte ist hier keine Änderung notwendig.
• Neuen RM wieder mit mit PLS80E Bus verbinden und einschalten.
• Der RM beginnt seinen Datenabglich mit dem ERM und sobald dieser vollständig ist übernimmt er wieder die Funktion des aktiven RM.

Welchen Weg man wählt um die Rezeptursteuerung wieder mit Redundanz zu fahren ist natürlich in jedem Fall anders, und hängt von der geforderten Sicherheit ab. Die beschriebene Vorgehensweise soll Ihnen die Flexibilität von PLS80E zeigen und wäre z.B. eine Lösung für den Ausfall eines RM am Wochenende.

Die beschriebene Übernahme erfolgt natürlich nicht nur bei defektem RM, aber alle Möglichkeiten der Redundanzübernahme zu beschreiben sprengt den Rahmen dieser Seite. Sollten Sie Fragen zu einer bestimmten "Ausfall Konstellation" haben werden wir diese gerne beantworten. Bei "exotischen Konstellationen" behalte wir uns aber vor, eine eher theoretische Antwort zu geben.

 

 

Hinweis zu obigem Text:

Ähnlichkeiten mit dem Text von der Invensysseite zu PLS80E sind nicht zufällig.Etwa 99% aller Texte und Grafiken zu PLS80E auf den Invensys Seiten sind/waren eine Kopie meiner (Peter Ruhm) privaten PLS80E Homepage. Ich habe mir erlaubt für die PLS80E Seiten der ESR-Systemtechnik GmbH bei mir selbst abzuschreiben. Bei genauem Hinsehen werden Sie auf den Invensysseiten zu PLS80E noch diverse Passagen finden die in der ich-Form geschrieben sind.