norme ANSI/ISA88.00.01 : controle- commande des procedes batch Aout 2003 - pour I&S ) Origine de la norme La norme IEC61512-1 " Batch Control - Models and Terminology " est plus connue sous son appellation d'origine ISA " S88 ". (SP88 est le nom du comite en charge de son developpement). Elle comprend actuellement 3 parties, une 4eme est en cours de developpement. Cette fiche presente un apercu de la premiere partie. Cette norme a pour objectif de definir une approche standard du controle-commande des process " Batch " caracterises par leur flexibilite (fabrication de produits differents a l'aide des meme ressources, utilisation de ressources differentes pour fabriquer un meme produit) Les difficultes propres a l'automatisation de ces procedes imposent une methode rigoureuse pour la specification et la conception des systemes de controle. Domaines d'application Les procedes Batchs, " permettent la fabrication de quantites finies de materiaux (lots) en soumettant des quantites de materiaux entrants a une suite definie d'actions de traitement a l'aide d'un ou plusieurs equipements" (extrait IEC61512) En fait, la typologie des procedes n'est pas toujours evidente, et les concepts de la norme, simples, ouverts et pertinents, ne limitent pas son application. Elle constitue ainsi une base methodologique sans concurrence pour l'automatisation homogene de l'ensemble des elements d'un systeme de production. Specification / Conception Objet Comme la plupart des methodes en matiere de controle-commande, elle definit une approche modulaire faisant appel a des bibliotheques de composants standards reutilisables. Ce qui distingue la norme ISA88, c'est l'approche deterministe de la definition des modules, reposant sur une modelisation bi-dimensionnelle (physique et fonctionnelle) : en traitant la flexibilite, la norme livre les cles de la reutilisabilite. Entite d'equipement Le succes de la norme tient peut-etre dans sa facon d'aborder le probleme de l'automatisation de la facon tres concrete. L'entite d'equipement est d'abord un equipement, dans lequel l'automatisme est integre. Ceci est vrai a tous les niveaux du modele physique. Par contraste, l'automatisation traditionnelle tend a definir un systeme de controle ayant sa propre existence, raccorde au systeme physique de facon globale. Modeles et terminologie Le sous-titre de la premiere partie de la norme met en evidence son contenu : une terminologie indispensable pour se comprendre, et des modeles qui supportent les concepts de maniere formelle. La terminologie comporte 63 definitions, leur traduction francaise est disponible sur les sites WBF et FBF. HYPERLINK "http://www.wbf.org" www.wbf.org , HYPERLINK "http://www.frenchbatchforum.org" www.frenchbatchforum.org La norme propose 4 modeles : Physique, procedural, process, activites. Seuls les 2 premiers sont decrits ici. Le modele process est exploite dans la partie 3 de la norme. Tous ces modeles sont extensibles et reductibles pour s'adapter aux besoins reels. Modele physique Le modele physique definit l'architecture generale de l'automatisme a tous les niveaux de l'entreprise. Il correspond globalement a une hierarchie decisionnelle du pilotage strategique jusqu'a l'activation des actionneurs elementaires. Ce modele constitue l'ossature generale de l'automatisme (voir ci-dessus le concept d'entite d'equipement). Nota : norme ISA95 a etendu ce modele pour une couverture plus naturelle des autres types de procedes. Cette decomposition est simple a mettre en ?uvre. Les niveaux superieurs (Entreprise, Site et Zone) sont des entites organisationnelles qui ne sont pas traitees en detail. Les autres niveaux ont une definition precise et influencent directement la conception fonctionnelle. La norme laisse une certaine liberte dans le perimetre de ces entites selon les objectifs recherches (simplicite / flexibilite) 3 types de controle La norme distingue 3 types de controle : Le controle de base traite les asservissements, calculs, et regulations. Le controle procedural, base sur le modele procedural produit des services orientes process. Le controle de coordination assure la collaboration entre composants de l'application et des services divers (allocation des equipements, propagation des etats...) Recette Le concept de la recette est correspond strictement a la recette de cuisine : la recette decrit tout ce qui est necessaire pour fabriquer un produit donne. Elle est constituee de 5 elements d'information : La procedure est basee sur le modele procedural, qui defini des l'enchainement operatoire. Pour chacune des etapes de la procedure : L'entete definit les informations administratives La formule definit les parametres (entree, sorties ,process) applicables Les besoins en equipements permettent l'association du materiel approprie pour l'execution de l'element procedural Les " autres informations " peuvent fournir des documents complementaires, pour l'exploitation, definir des variables a enregistrer... 4 types de recettes sont definis : La recette generale specifie la methode d'obtention du produit independamment des equipements utilises La recette site est une localisation de la recette generale La recette maitre est le document de reference pour la fabrication d'un produit donne sur une installation (cellule process) donnee. La recette de controle est executee pour la fabrication d'un batch en particulier. Les recettes generale et site sont traitees en detail dans la 3eme partie de la norme. La seconde partie de la norme definit le langage PFC pour la representation des recettes maitres et de controle. Modele procedural Le modele procedural definit l'automatisme en terme de services fonctionnels orientes process d'un niveau plus ou moins eleve. Ils sont lies au modele physique de facon generique (cote process) ou a une entite d'equipement specifique (cote equipement) La procedure est le plus haut niveau fonctionnel, elle s `applique a la cellule process. Tous les niveaux inferieurs s'appliquent a l'unite : la procedure d'unite alloue l'equipement cible (l'unite) et les elements operatoires (operation, phase) seront confines dans le perimetre de cet equipement. Le module equipement permet, le cas echeant de limiter le perimetre materiel au niveau de la phase. Separation Process / Equipement Pour qu'une installation fonctionne et fabrique le produit attendu, la recette doit etre mise en relation avec l'equipement. La recette ordonnance l'execution d'elements proceduraux de recette qui, a un certain point, vont activer des elements proceduraux d'equipement. Ce concept generique a ete souvent reduit a une vision " orientee recette " du modele procedural, dans laquelle un gestionnaire de batch deroule le mode operatoire complet alors que l'automatisme d'equipement n'execute que de simples phases. Comme si, pour faire un confit d'oie, la recette devait specifier les instructions detaillees (ingredients, ustensiles et appareils a utiliser, operations a realiser...), alors qu'il peut suffire d'acheter une boite de conserves et de la rechauffer a feux doux.... Autres elements La norme conseille d'utiliser des graphes d'etats pour les objets applicatifs. Elle suggere en particulier un automate d'etats pour les elements proceduraux. Une prochaine partie de la norme concernant l'interface entre la recette et l'equipement devrait traiter ce point en detail. La gestion des exceptions comprend la detection et le traitement des anomalies representent un travail important dans la mise en oeuvre d'un automatisme. La norme n'apporte pas de reponse directe, mais ses concepts et modeles ont inspire differentes tactiques efficaces. La norme passe en revue le probleme de l'historisation, qui sera traite en detail dans la 4eme partie de la norme. La norme presente enfin un modele des activites mises en oeuvre pour le traitement d'un batch, le " Cactus ". La norme beneficie de nombreux retours d'experience qui prouvent la validite de ses concepts. 8 ans apres sa publication, son developpement actuel en France est lie aux nouvelles exigences de qualite et de maitrise des couts des systemes de controle. Jean Vieille, consultant MES, B2M, Batch control, Membre des comites ISA SP88 et SP95 HYPERLINK "mailto:Jean.vieille@isa-france.org" Jean.vieille@isa-france.org Formations ISA sur la norme ISA88 HYPERLINK "http://www.psynaps.net" www.psynaps.net