El sistema de control de procesos

© Siemens AG 2008
SIMATIC BATCH
Automatizar procesos por lotes mediante SIMATIC BATCH
Engineering
Station
Clientes SIMATIC BATCH y clientes OS
LAN de OS (bus de terminales)
Servidor Batch
Servidor OS
Bus de la instalación
Controladores
SIMATIC PCS 7 ofrece siempre la solución adecuada para realizar procesos por lotes de modo rentable y efectivo:
• Los procesos por lotes con controles secuenciales parametrizables se automatizan con las herramientas SFC y CFC,
incluidas en el sistema de ingeniería.
• SIMATIC BATCH con funcionamiento guiado por recetas
permite procesar de manera sencilla y flexible tareas complejas con secuencias de control cambiantes.
Sistema multipuesto SIMATIC PCS 7 con SIMATIC BATCH
Todos los datos de la planta se pueden configurar completamente desde el sistema de ingeniería. Éste entrega todos los
datos necesarios para crear las recetas al servidor Batch, por lo
que las recetas se pueden editar aparte del sistema de ingeniería. Las modificaciones de configuración hechas en el sistema
de ingeniería se pueden transmitir al servidor Batch con la
función de actualización.
Arquitectura modular
SIMATIC BATCH se puede configurar como sistema monopuesto o como sistema cliente-servidor. Gracias a su estructura
modular y a la posibilidad de escalado para 10, 20, 40, 100 e
infinitas UNIT (instancias de unidades de proceso), puede emplearse en plantas de cualquier tamaño.
En aplicaciones pequeñas (automatización de laboratorios,
p. ej.), SIMATIC BATCH también se puede combinar con el
sistema de entrada de gama basado en PC SIMATIC PCS 7
BOX 416. En tal caso, la capacidad de SIMATIC BATCH está limitada a 10 UNIT.
Por regla general, el software del servidor Batch se ejecuta sobre
un hardware propio (servidor Batch), independiente de los servidores OS. No obstante, y en función de la carga del sistema de
operador, el software del servidor OS y el del servidor Batch también pueden utilizarse sobre un hardware común (servidor
OS/Batch). Los clientes SIMATIC BATCH y los clientes OS pueden
ejecutarse en un hardware básico separado o común.
Pero lo más característico de la automatización de procesos
por lotes con SIMATIC BATCH son las arquitecturas cliente-servidor en las que un servidor Batch procesa un proyecto junto
con varios clientes Batch. Para aumentar la disponibilidad,
también se puede hacer que el servidor Batch sea redundante.
Para la administración y la autentificación central de usuarios y
para la "firma electrónica" con la que se autorizan recetas básicas,
fórmulas y objetos de librería a través de usuarios o grupos de
usuarios de Windows autorizados, SIMATIC BATCH utiliza SIMATIC
Logon, integrado en el sistema de control de procesos. Los ajustes de configuración individuales de Batch Control Center y del
editor de recetas se guardan como perfil personalizado de usuario al cerrar la sesión. De este modo es posible continuar trabajando en el entorno habitual aunque se inicie una nueva sesión
en otro cliente cualquiera de la planta.
Integración en SIMATIC PCS 7
Comunicación con los controladores
SIMATIC BATCH está totalmente integrado en SIMATIC PCS 7.
La comunicación directa con SIMATIC IT, la solución MES
(Manufacturing Execution System) de Siemens, permite la
conexión al nivel de gestión de la producción.
SIMATIC BATCH se comunica con los controladores (AS) a través del sistema de operador (OS) PCS 7. En la comunicación
también se pueden integrar instrucciones y diálogos para el
operador. Si la aplicación es pequeña, es posible concentrar
AS, OS y SIMATIC BATCH en un SIMATIC PCS 7 BOX 416.
SIMATIC BATCH
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Batch Control Center y Batch Planning
Planificación de lotes con SIMATIC BATCH
SIMATIC BATCH Batch Control Center
Para el manejo y la visualización de unidades de proceso y funciones tecnológicas, SIMATIC BATCH ofrece gráficos de mando
estándar (faceplates). Como interfaz con el nivel de automatización inferior, se utilizan por regla general instancias de un
tipo de SFC.
Batch Control Center
Batch Control Center (BatchCC) es la "central de mando" para
supervisar y controlar procesos por lotes con SIMATIC BATCH.
BatchCC permite gestionar todos los datos relevantes para
SIMATIC BATCH desde una interfaz gráfica de usuario. BatchCC
ofrece potentes funciones para las siguientes tareas:
• Cargar y actualizar datos del sistema de automatización
base
• Definir derechos de usuarios para todas las funciones, para
clientes o unidades de proceso de SIMATIC BATCH
• Definir nombres y códigos de los materiales empleados
• Administrar recetas básicas e iniciar el editor de recetas
para introducir la estructura de las mismas
• Gestionar librerías con elementos de recetas (operaciones
de librería)
• Exportar e importar recetas básicas, fórmulas y objetos de
librería
• Editar categorías de fórmulas y gestionar las fórmulas asociadas (juegos de parámetros)
• Crear lotes con recetas básicas
• Iniciar el procesamiento de los lotes y controlarlos
• Observar y diagnosticar el procesamiento de los lotes
• Modificar en línea la estrategia de ocupación y la asignación de unidades de proceso durante la ejecución del lote
• Protocolizar y archivar recetas y datos de los lotes
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Batch Planning
BatchCC permite crear órdenes de producción y lotes individuales. Mucha más funcionalidad de planificación ofrece el
paquete opcional Batch Planning, con el que, de antemano, se
pueden planear los lotes para una gran variedad de órdenes
de producción.
Aparte de la planificación, el repertorio funcional incluye también la posibilidad de modificar, cancelar, borrar y validar lotes. Es posible crear y dividir manualmente los lotes para una
orden de producción, y también existe la opción de hacerlo de
manera automática en función de la cantidad de lotes o la cantidad de producción especificadas.
Todos los lotes, incluyendo la correspondiente ocupación de
unidades de proceso, pueden representarse en forma de combinación de diagrama de Gantt y tabla. Se señalizan conflictos
de tiempo o conflictos por ocupación múltiple de unidades de
proceso. Los conflictos de tiempo se eliminan cambiando simplemente de lugar, por arrastre, los lotes correspondientes en
el diagrama Gantt.
Hasta el momento de la validación, se pueden configurar y
modificar las siguientes características de los lotes:
• Cantidad de material a procesar
• Modo de inicio (inmediato, por intervención de operador o
controlado por tiempo)
• Ocupación de unidades de proceso
• Fórmula (juego de parámetros)
• Orden de ejecución (encadenamiento con lotes anteriores
o posteriores)
• Visualización del tiempo de ejecución planificado de un
lote
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Editor de recetas y Batch Report
Editor de recetas de SIMATIC BATCH
Editor de recetas
El editor de recetas es una cómoda herramienta para crear y
modificar de forma sencilla e intuitiva recetas básicas y operaciones de librería. Dispone de interfaz gráfica de usuario, funciones de edición para objetos individuales y agrupados y control de la sintaxis estructural. La base para crear las recetas son
los objetos Batch tomados de la configuración de la instalación Batch realizada con el sistema de ingeniería de SIMATIC
PCS7 p. ej., unidades de proceso y funciones tecnológicas. El
editor de recetas Batch se puede iniciar independientemente
o también desde BatchCC.
El editor de recetas permite realizar las tareas siguientes:
• Crear nuevas recetas básicas y operaciones de librería
• Modificar recetas básicas y operaciones de librería existentes (modificaciones de estructura o parámetros)
• Consultar estados de objetos de recetas y valores de proceso en condiciones de transición
• Asignar puntos de planta Route Control como parámetros
de transferencia (origen, destino, vía) en fases de transporte para conducir productos de un lote a otras unidades
de proceso
• Documentar recetas básicas y operaciones de librería
• Realizar verificaciones de coherencia integrando también
verificaciones de coherencia específicas de los usuarios
• Elegir posibles unidades de proceso basándose en las características del equipamiento (Equipment Properties)
• Habilitar para tests o producción las recetas básicas y las
operaciones de librería
• Configurar expresiones aritméticas con el fin de
calcular valores teóricos para parámetros de transición y de
receta a partir de variables y constantes
Ejemplo de protocolo de lotes
Batch Report
El Batch Report integrado en BatchCC sirve para crear protocolos de recetas y de lotes. Estos pueden ser visualizados e impresos a través del BatchCC o del visor de protocolos, ejecutable por separado.
Protocolos de lotes
Los protocolos de lotes contienen todos los datos necesarios
para reproducir el proceso por lotes, documentar la calidad y
cumplir las normas legales. Incluyen, entre otros:
•
•
•
•
•
•
•
Los datos identificativos
Los datos de recetas de control
Los datos efectivos de producción
La evolución temporal de las etapas
Los avisos de estado, fallo y error
Las operaciones
Los valores del proceso
Protocolos de receta
Los protocolos de receta contienen los datos de producción,
como p. ej.
• Los datos del encabezado de las recetas
• La topología de las recetas
• La lista de materiales empleados, sustancias producidas y
parámetros
• Las normas de procedimiento
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Recetas jerárquicas e independientes de la unidad de proceso
Planta
Procedimiento
de receta
Unidad de
proceso
Procedimiento
de subreceta
Operación
de receta
Componente del
equipamiento
técnico
Función
de receta
Elemento de
control individual
Planta
Unidad de
proceso
Componente
del equipamiento
técnico
Elemento de
control
individual
Reflejo en el modelo de planta de la estructura jerárquica de las recetas
Recetas jerárquicas según ISA-88.01
En su calidad de unidad funcional, SIMATIC BATCH y SIMATIC
PCS 7 cubren totalmente los modelos descritos en la norma
ISA-88.01. La estructura jerárquica de las recetas se reproduce
en el modelo de planta del siguiente modo:
• Procedimiento de recetas para controlar el proceso o la producción en una planta
• Procedimiento de subrecetas para controlar una etapa en
una unidad de proceso
• Operación/función de receta para cumplir la tarea/función
de ingeniería de procesos en un módulo de equipo
Neutralidad respectoa unidades de proceso y asignación a
las mismas
Si una una receta se crea sin pensar en la unidad de proceso
en la que se ejecutará, esto permite aplicarla de forma universal, lo que minimiza el trabajo de ingeniería y ofrece grandes
ventajas para los trámites de validación. En el momento de la
creación de la receta basta entonces con asignar unidades de
proceso a los procedimientos de subrecetas. La asignación definitiva de las unidades de proceso se produce durante el tiempo de ejecución. En el caso de lotes de larga ejecución y cuyas
unidades de proceso no se desean definir y ocupar ya desde el
inicio del lote, la asignación puede posponerse incluso hasta
el momento en que se usen realmente. El sistema reconoce y
visualiza conflictos de ocupación de unidades de proceso.
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SIMATIC BATCH
La siguiente estrategia de ocupación al asignar unidades de
proceso permite una óptima adaptación a cada situación particular de la planta:
• "Elección manual de la unidad de proceso" para la preselección en el momento de creación de la receta
• "Unidad de proceso preferencial" para la preselección en el
momento de creación de la receta
• Búsqueda de la "unidad que lleva más tiempo inactiva" para
uniformizar la ocupación
• Entrega de la unidad de proceso a usar por parte de un módulo externo (p. ej. Scheduler) vía "Parámetros del proceso"
Igual que la asignación de unidades de proceso, la estrategia
de ocupación también se puede modificar durante la marcha
del lote.
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Racionalización, protocolización, validación
Separación entre procedimiento y fórmula
Fórmula 1
Fórmula 2
Fórmula 3
1000 kg
500 kg
900 kg
Tiempo
90 °C
10 min
80 °C
15 min
95 °C
12 min
Sal
Pimienta
Azúcar
Sí
No
100 g
Sí
No
150 g
No
Sí
50 g
Cantidad
Temperatura
La flexibilidad que ofrecen las recetas independientes de la de
proceso se puede incrementar aún más separando el procedimiento de los juegos de parámetros (fórmulas). De este modo,
se pueden crear diferentes recetas básicas combinando varias
fórmulas con un procedimiento de receta. Esto permite modificar centralizadamente los procedimientos. La estructura de
la fórmula queda definida por la categoría que el usuario le
haya asignado.
Validación según 21 CFR Part 11
Receta básica #1
Receta básica #2
Receta básica #3
Aumenta sin cesar el número de plantas que hay que validar,
para demostrar el cumplimiento de estándares de calidad, por
causa de requisitos de política de ventas o regulatorios. Durante el proceso de validación desempeñan un papel importante
el sistema de control de procesos y el fabricante del mismo.
Separación entre procedimiento y fórmula
Archivado y protocolización de los datos de lote en formato XML
Los datos de lote a los que sólo tienen acceso personas o
sistemas autorizados se almacenan en formato XML. El Batch
Report crea normalmente un protocolo o informe de lote basado en XML que puede ser visualizado e impreso vía BatchCC
o el visor de protocolos. Además, los datos XML también pueden ser procesados con un sistema de informes externo.
Librería con operaciones de receta (ROP)
La gestión de las operaciones con recetas está soportada por
una librería de usuario (librería ROP). Las operaciones de librería con recetas se pueden incorporar como referencia en procedimientos de recetas y modificarlas de modo centralizado,
lo cual disminuye los costes de ingeniería y de validación. Al
deshacer la referencia, la operación de receta se convierte en
un elemento fijo del procedimiento de receta, con lo cual se
independiza de otras modificaciones centralizadas.
SIMATIC BATCH soporta la validación conforme a 21 CFR
Part 11 especialmente debido:
• a una estandarización consecuente, p. ej. con
- Concepto tipo-instancia del SFC
- Creación de recetas independientes de la unidad de proceso
- Separación entre procedimiento y fórmula
- Operaciones de recetas agrupadas en librerías
• Audit Trail (registro de modificaciones):
- Protocolización de modificaciones de recetas y operaciones de recetas (se archiva con el objeto modificado)
- Protocolización de modificaciones durante la producción
(en el protocolo de lote), incluidas las intervenciones del
operador en el nivel de control individual para el lote
correspondiente
• Libre asignación de versiones con ayuda del sistema, para
recetas, operaciones de recetas, fórmulas y elementos de
librería
• Administración de usuarios centralizada con control de acceso a través de SIMATIC Logon
• Firma electrónica para la autorización de recetas básicas,
fórmulas u objetos de librería basados en SIMATIC Logon
Además, Siemens, como fabricante de sistemas de control de
procesos, dispone de personal con formación especial y larga
experiencia en la gestión de calidad y la validación de plantas.
Application Programming Interface (API)
Application Programming Interface SIMATIC BATCH API es una
interfaz abierta para ampliaciones personalizadas. A la hora
de programar aplicaciones especiales de un sector o un proyecto en particular, permite al usuario acceder a datos y funciones de SIMATIC BATCH.
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SIMATIC BATCH, a destacar
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Arquitectura modular con escalabilidad flexible
(tanto a nivel hardware como software)
– Óptima adaptación al tamaño de la planta y los
requisitos individuales
– Crece con la planta cuando ésta se amplía; se
reducen costes al eliminar la necesidad de prever
capacidades de reserva
Alta disponibilidad gracias a servidor Batch redundante
– Sin pérdida de datos de lote
– Sincronización automática de los datos de lote
Integración homogénea de SIMATIC BATCH en la
estrategia de HMI y la ingeniería de SIMATIC PCS 7 a
través de la interfaz del sistema
– Sin interfaces personalizadas
– Ahorro de trabajos repetidos de configuración
para datos de ingeniería específicos de batch
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Recetas independientes de la unidad de proceso
– Simplificación importante de la administración de
recetas y la validación
– Operación flexible y óptimo uso de la planta por
modificación en tiempo de ejecución de la estrategia de ocupación y la asignación de unidades de
proceso
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Recetas jerárquicas según ISA-88.01
– Creación de recetas orientada a la ingeniería de
procesos
– Creación fácil, rápida y minimizando los errores
SIMATIC BATCH
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Exportación e importación de recetas básicas, fórmulas y objetos de librería
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Almacenamiento, archivado y amplia protocolización
de los datos de lotes en formato XML
– Producción transparente y reconstruible
– Guía segura del operador, reacciones seguras a
fallos del proceso
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Reducción de la inversión en ingeniería y validación
gracias a:
– Concepto tipo-instancia del SFC
– Separación entre procedimiento y fórmula
– Librería ROP y configuración no ligada a una determinada unidad de proceso
– Múltiples usos, adaptabilidad centralizada
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Soporte de támites de validación según 21 CFR
Part 11 gracias a:
– Audit Trail (registro de modificaciones)
– Libre asignación de versiones con ayuda del sistema
– Librerías de operaciones de recetas y fórmulas, así
como
– Administración de usuarios con protección de
acceso y firma electrónica
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Conexión directa al sistema MES SIMATIC IT a través
de interfaces de sistema internas