La norme ISA88 « Batch Control » Présentation et Etat des travaux Sécurité et commande des réacteurs industriels Maîtrise des processus réactionnels IUT de Marseille ­ Département Chimie 18 octobre 2005 Jean Vieille ­ Consultant Analyste Psynapses j.vieille@psynaps.net www.psynapses.net Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Agenda L'ISA Domaine d'application de la norme ISA88.01 (Concepts) ISA88.02 / BatchML / OPCBAtch (Structures données et langage) ISA88.03 (Industrialisation) ISA88.04 (Information de production) ISA88.05 / OMAC (Généralisation) Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Qu'estce que l'ISA ? The Instrumentation, Systems and Automation Society Autrefois « The Instrumentation Society of America » Association professionnelle fondée en 1945 38 000 membres 14 districts 110 pays 300 sections 20 divisions techniques Couvre Instrumentation et Automation Dans toutes les industries Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels L'offre ISA Réseau professionnel Information technique Conférences Sites WEB Magazines Lettres d'information ISA88 parmi > Publications normes Répertoire de l'instrumentation Normes et Guides Formation Expositions : ISA Show Sections locales régulières et étudiants 100 Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Département Standards & Practices 3000 bénévoles, 150 groupes de travail 3 types de documents produits: Normes, Pratiques recommandées, Rapports techniques Accrédité par l'ANSI pour développer des normes US Certaines normes sont soumises à l'ISO ou l'IEC pour leur internationalisation Vendeurs Utilisateurs Général Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Qu'estce que la norme ISA/S88 ? ANSI/ISA88.00.0x standard "Batch Control" Egalement appelée "S88" SP88 est le comité en charge du développement des normes ISA88 Norme internationale IEC 61512-x Comité IEC 65A-WG11 US standard ANSI/ISA88.00.01: 1995 ANSI/ISA88.00.02: 2001 ANSI/ISA88.00.03: 2003 ISA draft 88.00.04: D11 09/2005 ISA draft 88.00.05 INTL Standard IEC 61512-1: 1997 IEC 61512 -2: 2001 IEC/PAS 61512-3 Ed. 1.0 en:2004, Sub Title Part 1: Models and Terminology" Part 2: Data structures and guidelines for languages Part 3: General and Site Recipe - Models and Representation Part 4: Production Records Part 5: Recipe Equipment Interface ­ Procedural Elements / OMAC Make2Pack Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Agenda L'ISA Domaine d'application de la norme ISA88.01 ISA88.02 / BatchML / OPCBAtch ISA88.03 ISA88.04 ISA88.05 / OMAC Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Production Continue, Discrète, Batch Production Continue Chaque équipement fonctionne de façon idéale à un régime stable Chaque équipement execute une fonction process dédiée Le produit sort de l'installation en flux continu ( Ex: Raffinage, production d'énergie Production Discrète Une quantité spécifiée de produit se déplace entre les postes de travail Chaque pièce maintient son identité (Ex: Assemblage, automobile) Production Bach Les produits sont fabriqués en lots qui ont en commun matières premières et historique de fabrication Un équipement peut exécuter plusieurs fonctions process (Ex: chimie de spécialité, pharmacie, alimentation Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Pourquoi la norme ISA88 ? La norme a été développée pour répondre aux problèmes particuliers des procédés batch, et plus spécialement la flexibilité. Elle s'applique en fait à tous les types de procédé Les concepts de la normes sont généralisables Les autres types de production (continue, discrète) présentent des difficultés moindres De nombreuses applications non-batch ont prouvé son efficacité universelle : Fibre optique, Chaudières, Navires... Il n'existe de norme pour les autres types de procédés L'identification du type d'un procédé est parfois difficile... La norme s'applique Quel que soit le degré d'automatisation Quel que soit le degré de complexité UNE DEMARCHE D'ENTREPRISE Référentiel méthodologique d'automatisation globale Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Bénéfices attendus ISA88 Réduction du coût des systèmes d'automatisation Réutilisation de modules standards Qualité et robustesse de la conception Gestion de la connaissance Réduction de l'effort d'ingénierie du cycle de vie Réduction du temps de mise sur le marché des produits Développement rapide des recettes par l'ingénieur process Amélioration de la flexibilité Amélioration de la qualité des process Elle est appliquée dans le monde entier, avec des résultats prouvés et des bénéfices identifiables Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Agenda L'ISA Domaine d'application de la norme ISA88.01 ISA88.02 / BatchML / OPCBAtch ISA88.03 ISA88.04 ISA88.05 / OMAC Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Concepts clé ISA88 Concept 1: Spécification orienté objet Concept 2: Entité d'équipement Concept 3: Modèles et terminologie Concept 4: Séparation équipement / process Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Concept 1: Spécification OO La conception objet n'est pas spécifique à ISA88 La conception objet ne s'applique pas toujours directement avec les systèmes actuels La spécification orientée objet Object permet La cohérence des développements La gestion de la connaissance Les modèles ISA88 fournissent permettent une meilleure réutilisabilité Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Concept 2: Entités d'équipement Le Contrôle fait partie de l'équipement Integration forte, l'automatisme fait partie de l'équipement, ce n'est pas une fonction séparée autonome La hiérarchie physique définit l'ossature de l'application Equipement physique Entité Equipement Contrôle Equipement Instruments Contrôle de base Contrôle de Coordination Contrôle Procédural Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Concept 3: Modèles et terminologie Compréhension mutuelle entre les concepteurs et les utilisateurs du système Aide à exprimer les besoins et à spécifier le système Comprend: Modèle Physique Modèle Process Modèle Procédural Modèle Activités Terminologie (65 définitions) Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Modèle physique (Décisionnel) ENTERPRISE SITE 7 niveaux : Niveaux supérieurs organisationnels Zone Entreprise, Site, Zone Niveaux inférieurs techniques Cellule Process, Unité, Module Equipement, Module de Contrôle Traitent la flexibilité CELLULE PROCESS UNITE 2 niveaux obligatoires Unité et Module de contrôle Les Modules de Contrôle correspondent à l'équipement réel Les autres niveaux sont des compositions des niveaux inférieurs MODULE EQUIPEMENT MODULE DE CONTRÔLE Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Modèle Procédural (Fonctionnel) Procédure Procédure unité 11 Procédure unité 2 Procédure unité 3 O pération 44 Procédure unité O pération 11 Phase 15 Phase 32 Opération Phase 4 Phase Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Concept 4: Séparation Equipement / Process La norme ISA88.01 sépare Le contrôle de l'Équipement exprime des services inhérents de l'équipement effectivement utilisé pour la fabrication indépendemment du process Le contrôle de process qui utilise les services de l'équipement pour accomplir son objectif (fabriquer un produit par exemple) en exécutant des règles définies et en appliquant des paramètres (Recettes) Les 2 doivent être indépendants (couplage faible) Résultats Facilite le portage de la recette d'un système à l'autre Rend les recettes plus flexibles et réutilisables Simplifie la validation Rend le contrôle de l'équipement plus flexible et réutilisable Améliore la maintenabilité sur le long terme Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Séparation Process Equipment Recette Information nécessaire pour fabriquer le produit S'exécute sur des équipements Contrôle des Equipements Fournit les capabilités Process pour Definit les capabilités des équipements disponibles pour fabriquer les produits Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Agenda L'ISA Domaine d'application de la norme ISA88.01 ISA88.02 / BatchML / OPCBAtch ISA88.03 ISA88.04 ISA88.05 / OMAC Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels ISA88.02 : Structures de données et langage pour les recettes Cette partie de la norme traite 2 thèmes bien distincts Définition de structures de données pour l'échange d'information entre systèmes Définition d'un langage de représentation des recettes exécutables ­ Recettes Maître, de Contrôle (PFC) Les structures de données de la partie 2 ont fourni la base pour 2 technologies d'échange d'information: XML avec les schémas B2MML du WBF OPC avec le spécification OPC For Batch de OPC Foundation Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Structures de données Modèle UML des éléments clé de la partie 1: Equipements, Elements Procéduraux de Recettes et d'équipements, paramètres, listes de batchs... Relations entre objets Attributs essentiels Non implémentable Référence pour des travaux complémentaires (BatchML, OPCBAtch) Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Modèle UML Recette Maître Master Master Recipe Recipe 1 0..N 0..N 0..1 0..N 0..N Header Header Formula Formula Equipment Equipment Requirements Requirements Procedure Procedure Logic Logic 0..1 Recipe Recipe Element Element 0..n Other Other Information Information References 0..N 0..N 0..N 0..1 Link Link Transition Transition Step Step Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels WBF ISA88 XML Schemas "BatchML" Mise en oeuvre XML de l'ISA88 partie 2 Développés par le WBF www.wbf.org Recettes Master Recipes Control Recipe Recipe Building Blocks (Library) Modèle Physique Hiérarchie Equipment (Process cells, units, equipment modules, ...) Eléments Procéduraux d'Equipment (Phases, ...) Liste de Batch Not the batch schedule, a representation of the batch list for documentation or entry Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Schéma XML BatchML Recette Maître Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels OPCBAtch Esbace de nom OPCB contenant des éléments ISA88 bien connus : OPCBPhysicalModel OPCBBatchModel OPCBBatchList Information organisé selon la norme Localisation aisée de l'information Exemple: Yokogawa Exaopc Batch Premier serveur OPC Batch Expose les données CS Batch 1000, CS Batch 3000 Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Origine du PFC · Besoins : Fill with 1000 kg Water · Manually add 50 kg Salt Facile à suivre · Heat with steam to 50 C · Manually add 30 kg sugar Ordre d'exécution non ambigû Mettre en évidence les relations de coordination Prendre en compte la hiérarchie Applicable aux recettes Maître/Contrôle 1 F ill A c tiv a te P h a s e A s s o c ia t e P a r a m e te r s P h a s e C o m p le t e 3 H eat A c t iv a t e P h a s e A s s o c ia t e P a r a m e t e r s 4 A g ita te A c tiv a t e P h a s e A s s o c ia t e P a r a m e t e r s P h a s e s C o m p le te 6 Add A c tiv a te P h a s e A s s o c ia t e P a r a m e te r s P h a s e C o m p le t e U n it P r o c e d u r e A O p e r a t io n A 1 O p e r a tio n A 2 O p e r a tio n A 3 O p e r a tio n A 4 O p e r a t io n A 5 O p e r a tio n A 6 U n it P r o c e d u r e B O p e r a tio n C 1 O p e r a t io n C 2 O p e r a t io n C 3 U n it P r o c e d u r e C U n it P r o c e d u r e D T im e Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Procédure de Recette en PFC Tank A, B or C P r e p a r a tio n S1 R e a c to r 1 or 2 o p e r a to r in p u t = O K to s ta rt R e a c tio n S1 T1 T1 Interactions entre procédures d'unité Relations temporelles Hauteru du symbole de la procédure d'unité Placement vertical relatif des symboles Points de Synchronization Les lignes fléchées indiquent les transferts de matières Les lignes pointillée portent les évènnements Niveaux multiples de la procédure Encapsulation (contenu) des opérations la procédure d'unité Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Agenda L'ISA Domaine d'application de la norme ISA88.01 ISA88.02 / BatchML / OPCBAtch ISA88.03 ISA88.04 ISA88.05 / OMAC Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels ISA88.03 : Industrialisation des procédés Nommée « Recettes Générales », cette partie de la norme traite en fait: La définition des recettes « indépendantes des équipement » ou recettes de spécification Ces recettes (Générale ou Site) représentent le « contrat » entre la R&D et la production La représentation de ces recettes Langage PPC « Process Procedure Chart » L'« industrialisation dynamique » Transformation automatisée de la recette de spécification en recette exécutable Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Spécification générale des process ­ Langage PPC Entrée process (Matière) Oxidation 13 8 Nitration 22 2 Annotation Process Note: Make sure that process temperature is maintained between ring expansion and hydrolysis Ring Expansion 55 1 Matière intermédiaire Eléments Sous-jacents Besoins équipement Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Hydrolysis 10 2 Element Process Sortie process (matières) From ISA-88 Part 3 Industrialisation des Procédés Besoin client Besoins utilisateur process R&D (Recette Générale S88) PPC ISA88.00.03 Librairie des classes d'objets Modélisation physique et fonctionnelle Spécification Conception Process basée sur les RPEs PFC ISA88.00.02 Recette maître exécutable Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Méthode de Transformation en recette exécutable Prérequis Définition d'une bibliothèque d'actions process standard (composants de la recette de spécification) Définition des composants de transformation de recette maître (macrocapabilités de l'équipement) 4 étapes 1. Création chemin matières (flux matières dans la recette) 2. Chemins de transformation : Combinaisons valides de composants de transformation de recette maître pour chaque action process du chemin matière 3. Chemins de recettes : Combinaisons valides de chemins de transformation 4. Création des Recettes General Recipe Transform Components Equipment Requirements Optimization Req. Create Material Path Create Transform Path Create Recipe Path Create Master Recipe Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Agenda L'ISA Domaine d'application de la norme ISA88.01 ISA88.02 / BatchML / OPCBAtch ISA88.03 ISA88.04 ISA88.05 / OMAC Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels ISA88.04 : Enregistrement de l'information de production Cette partie de la norme propose des structures de données pour enregistrer l'information de production Historisation structurée et standardisée de l'information de production Prend en compte la signature électronique Complète les modèles de données de la partie 2 La norme est en cours de vote à l'ISA Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels ISA88.04 : Usage General/Site Recipe, training data, certificates of analysis, safety, etc. Batch production records may reference or include data from other, existing, batch production records Existing Batch Production Record(s) Batch Production Record Create/ Update Request Batch Production Record Report Create Request(s) Business I nformation Batch Production records contain references or extracted data from execution and business information Create/ Update Batch Production Record(s) Batch Production Record(s) Create Batch Production Record Report(s) Batch Production Report (I nformation formatted for printing or displaying) One or more reports may be created from batch production records (a report may contain information from multiple batch production records Production Execution I nformation Provides data references or captures extracted data from batch execution and batch business information for data as required in the batch production record specification or business rules. Batch Production Record Report Specification Defines the format and data to include in the bach production report Data from production, the batch execution definition, batch production history, and the processing environment Batch Production Record Specification Defines what data to include in the production record and may specify if data is to be referenced or extracted Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels ISA88.04 : Modèle objet Resource Qualifications Electronic Signatures Production Responses Product Definitions Production Requests Comments Change History 0..n 0..n 0..n 0..n 0..n 0..n 0..n Comment Change Resource Qualification Manifest Electronic Signature Manifest Production Response Product Definition Production Request Events Samples Datasets Master Recipes Control Recipes Recipe Elements 0..n 0..n 0..n 0..n 0..n 0..n Event Sample Dataset Master Recipe Control Recipe Recipe Element Batch Production Record Objects shown in gray boxes are defined in ANSI/ISA 95 Part 2 Batch Production Record Entry {abstract} Note Note Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Agenda L'ISA Domaine d'application de la norme ISA88.01 ISA88.02 / BatchML / OPCBAtch ISA88.03 ISA88.04 ISA88.05 / OMAC Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels OMAC : Open Modular Architecture Controls L'OMAC est un groupe Supporté à l'origine par l'analyste américain ARC Advisory Group, Intégration en cours dans l'ISA Comprend 3 groupes de travail principaux Packaging Contrôle de conditionnement PAckML: adaptation S88 au conditionnement Manufacturing Infrastructure MS MUG : Interlocuteur majeur de Microsoft pour les applications industrielles de ses technologies Architecture: Recommendations pour les architectures ContrôleCommande Machine Tools STEP-NC : interface entre la CAO et la fabrication HMI-API : IHM les machines à commande numérique Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels MakeToPack : groupe joint OMAC / ISASP88 / WBF Objectifs Harmoniser OMAC PackML avec les normes ISA S-88.00.01 et .02 ISA S-95.00.03 Documenter les principes d'harmonisation Développer une référence croisée et des conventions de nommage et des modèles entre la norme ISA88 et PackML Développer toutes définitions et modèles nécessaires pour démontrer les concepts, guides et principes définis dans cet ouvrage L'équipe Make2Pack recommande à l'ISA à à l'IEC de considérer ce travail en tant que norme ISA et IEC Le travail est au niveau des investigations préliminaires Il devrait constituer la partie 5 de la norme ISA88 Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels L'automate d'états OMAC PackML Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels Le modèle général d'interopérabilité fonctionnelle des équipements Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels MERCI j.vieille@psynaps.net www.psynapses.net www.psynapses.net/vieille Jean Vieille - La norme ISA88 : Présentation et situation IUT de Marseille ­ Dpt Chime 18/10/2005 « Sécurité et Commande des réacteurs industriels