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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

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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)

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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

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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

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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
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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

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L'ISA Domaine d'application de la norme ISA88.01 ISA88.02 / BatchML / OPCBAtch ISA88.03 ISA88.04 ISA88.05 / OMAC

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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
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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

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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


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Concepts clé ISA88



Concept 1: Spécification orienté objet Concept 2: Entité d'équipement Concept 3: Modèles et terminologie Concept 4: Séparation équipement / process

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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

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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

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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)

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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

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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
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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

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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
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L'ISA Domaine d'application de la norme ISA88.01 ISA88.02 / BatchML / OPCBAtch ISA88.03 ISA88.04 ISA88.05 / OMAC

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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

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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)

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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

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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
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Schéma XML BatchML Recette Maître

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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

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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

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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

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L'ISA Domaine d'application de la norme ISA88.01 ISA88.02 / BatchML / OPCBAtch ISA88.03 ISA88.04 ISA88.05 / OMAC

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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

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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
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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
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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

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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

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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

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ISA88.04 : Modèle objet
Resource Qualifications Electronic Signatures Production Responses Product Definitions Production Requests

Comments

Change History

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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

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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


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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

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L'automate d'états OMAC PackML

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Le modèle général d'interopérabilité fonctionnelle des équipements

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MERCI
j.vieille@psynaps.net www.psynapses.net www.psynapses.net/vieille

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Johann Sebastian Bach. the music closest to silence, closest, in spite of its being so highly organized, to pure, one-hundred-degree proof Spirit" (Aldous Huxley, Island)